DE102020210826A1

DE102020210826A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines elektronischen Wandlers in einem technischen System mithilfe Methoden künstlicher Intelligenz

Info

Publication number: DE102020210826A1
Application number: DE102020210826.9A
Authority: DE
Inventors: Dennis Bura; Samuel Vasconcelos Araujo; Michael Jiptner; Maja Rita Rudolph
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN114114977A; US20220069694A1; US11855522B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer technischen Einrichtung mit einem durch mindestens ein Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer bereitgestellten Steuersignal-Zeitreihe aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden ursprünglichen Steuersignale, mit denen der elektronische Wandler angesteuert werden soll,
- Prädizieren einer prädizierten Steuersignal-Zeitreihe aus einem oder mehreren künftigen Steuersignalen abhängig von der ersten Steuersignal-Zeitreihe;
- Modifizieren der bereitgestellten Steuersignal-Zeitreihe gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von der bereitgestellten Steuersignal-Zeitreihe und abhängig von der prädizierten Steuersignal-Zeitreihe, um eine modifizierte Steuersignal-Zeitreihe aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Steuersignalen zu erhalten,
- wobei das Steuersignalmodell trainiert ist, die modifizierte Steuersignal-Zeitreihe abhängig von der bereitgestellten Steuersignal-Zeitreihe und von der prädizierten Steuersignal-Zeitreihe zu bestimmen;
- Ansteuern des elektronischen Wandlers gemäß dem Verlauf der modifizierten Steuersignal-Zeitreihe.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Steuern von elektronischen Wandlern in einem technischen System mithilfe eines Steuersignals. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Anpassen des Steuersignals, um verbesserte Betriebseigenschaften des technischen Systems zu erreichen.
Technischer Hintergrund
Elektronische Wandler sind elektronische Schaltungen, die mit einem oder mehreren Wandlerbauelementen, die z. B. Transistoren, MOSFETs, IGBTs oder dergleichen umfassen, um eine definierte elektrische Größe zur Ansteuerung eines technischen Systems, wie z. B. einer elektrischen Maschine, bereitzustellen.
Die Ansteuerung von elektronischen Wandlern erfolgt mithilfe eines Steuersignals, das an einen Basis- oder Gate-Anschluss eines oder mehrerer aktiven Wandlerbauelemente angelegt ist. Steuersignale folgen in vielen Anwendungen für verschiedene Ereignisse jeweils fest vorgegebenen Verläufen und dienen häufig dazu, Übergänge von einem sperrenden in einen leitenden Zustand in definierter Weise auszuführen.
Die Steuersignale werden von einer Steuereinheit oder einer sonstigen Treibereinheit erzeugt. Häufig weisen diese Signale stufen- oder rampenförmige Verläufe auf, um das gewünschte Schalt- oder Übertragungsverhalten des Wandlerbauelements zu erreichen.
Der Betrieb eines solchen Wandlers, wie z. B. in einem elektrischen Traktionssystem eines Kraftfahrzeugs, hat Einfluss auf Betriebszustände des Traktionssystems. So können Betriebseigenschaften die Reichweite des Fahrzeugs und einen Alterungszustand der Komponenten, wie z. B. der Traktionsbatterie, des elektronischen Wandlers und des Traktionsmotors, umfassen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben einer technischen Einrichtung mit einem durch mindestens ein Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein technisches System gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer technischen Einrichtung mit einem durch ein Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler vorgesehen, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines Steuersignalverlaufs, mit dem der elektronische Wandler angesteuert werden soll,
- Prädizieren eines prädizierten Steuersignalverlaufs abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf als einen prädizierten künftigen Verlauf des Steuersignals;
- Modifizieren des bereitgestellten Steuersignalverlaufs gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf und abhängig von dem prädizierten Steuersignalverlauf, um einen modifizierten Steuersignalverlauf zu erhalten,
- wobei das Steuersignalmodell trainiert ist, den modifizierten Steuersignalverlauf abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf und von dem prädizierten Steuersignalverlauf zu bestimmen;
- Ansteuern des elektronischen Wandlers gemäß dem modifizierten Steuersignalverlauf.

Elektronische Systeme weisen in der Regel Wandler auf, die Teil einer elektronischen Schaltung sind oder diese ansteuern. Ein solcher Wandler, insbesondere ein Wandlerbauelement, wie z. B. ein aktives elektronisches Bauelement des Wandlers, wird durch eine Abfolge von Steuersignalwerten eines Steuersignalverlaufs angesteuert, der von einer Steuereinheit bereitgestellt wird. Abfolgen von Steuersignalwerten eines Steuersignalverlaufs werden hierin Steuersignal-Zeitreihen genannt. Die Steuersignal-Zeitreihen werden aus Gründen der einfacheren Verarbeitbarkeit der Signale zeitdiskret angenommen. Weiterhin kann der Wandler auch durch mehr als einen Steuersignalverlauf in gleicher oder unterschiedlicher Weise angesteuert werden.
Der Steuersignalverlauf bzw. die Steuersignal-Zeitreihe zur Ansteuerung des Wandlers kann Zustandsübergänge oder Zustandsverläufe aufweisen, insbesondere Potenzialänderungen oder Stromänderungen in Form von Flanken oder Rampen, die eine entsprechende Reaktion in der nachgelagerten elektronischen Schaltung bewirken. Im Falle eines elektronischen Wandlers kann die Steuersignal-Zeitreihe Zustandsübergänge oder Zustandsverläufe aufweisen, insbesondere Potenzialänderungen oder Stromänderungen in Form von Flanken oder Rampen, die einer Periodizität folgen und die eine entsprechende Reaktion in einer damit verbundenen technischen Einrichtung bewirken.
Der Steuersignalverlauf, insbesondere die Form von Zustandsübergängen (Spannungssprung, Spannungsrampe usw.), kann das Verhalten des Wandlers und einer damit betriebenen technischen Einrichtung maßgeblich bestimmen. Beispielsweise können Leistungsverluste und Störungen der technischen Einrichtung, die Lebensdauer des Systems sowie Belastungen auf das Wandlerbauelement oder den elektronischen Wandler maßgeblich durch den zeitlichen Verlauf der Zustände, die Zustandsübergänge bzw. den Zustandsverlauf des Steuersignalverlaufs bzw. der Steuersignal-Zeitreihe bestimmt sein.
Gemäß dem obigen Verfahren ist vorgesehen, ein datenbasiertes Steuersignalmodell vorzusehen, um die Form (zeitlicher Verlauf) des Steuersignalverlaufs für die Ansteuerung des elektronischen Wandlers zu optimieren. Das Steuersignalmodell ist trainiert, um abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf, d.h. der Steuersignal-Zeitreihe, und abhängig von einem prädizierten Steuersignalverlauf, d.h. einer prädizierten Steuersignal-Zeitreihe, die den bereitgestellten Steuersignalverlauf fortschreibt, einen modifizierten Steuersignalverlauf zur Ansteuerung des Wandlerbauelements und letztlich der technischen Einrichtung zu generieren. Der optimierte/modifizierte Steuersignalverlauf ist dabei bezüglich eines langfristigen prädizierten Verhaltens der technischen Einrichtung optimiert.
Das Steuersignalmodell kann weiterhin ausgebildet sein, den modifizierten Steuersignalverlauf weiterhin abhängig von einer oder mehreren der folgenden Größen zu bestimmen: einer oder mehreren Betriebsgrößen des elektronischen Wandlers und/oder der anzusteuernden technischen Einrichtung, einer oder mehreren Betriebseigenschaften des elektronischen Wandlers und/oder der anzusteuernden technischen Einrichtung, einer oder mehreren Systemeigenschaften des elektronischen Wandlers und/oder der anzusteuernden technischen Einrichtung und einer oder mehreren Systemgrößen der technischen Einrichtung.
Dabei können Betriebsgrößen den Betrieb der technischen Einrichtung beeinflussen und insbesondere eine oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: einen thermischen Widerstand des Gesamtaufbaus, eine Kapazität eines Stützkondensators, der mit dem elektronischen Bauteil gekoppelt ist, und Varianzen dieser Größen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Steuersignalmodell als ein trainierbares datenbasiertes Modell ausgebildet ist, insbesondere als künstliches neuronales Netz, wie z. B. Multi-Layer Perceptron, oder rekursives neuronales Netz.
Weiterhin kann der bereitgestellte Steuersignalverlauf zum Ansteuern des elektronischen Wandlers und der prädizierte Steuersignalverlauf durch Steuersignalparameter parametriert oder definiert sein und/oder der modifizierte Steuersignalverlauf durch entsprechende modifizierte Steuersignalparameter parametriert oder definiert sein.
Insbesondere kann die Parametrierung des bereitgestellten Steuersignalverlaufs und/oder des modifizierten Steuersignalverlaufs durch Zeitabschnitte und den Zeitabschnitten zugeordneten Werte einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms, durchgeführt werden.
Alternativ kann die Parametrierung des bereitgestellten Steuersignalverlaufs und/oder des modifizierten Steuersignalverlaufs durch einen oder mehrere Parameter einer periodischen Ansteuerung, insbesondere eine Zyklusfrequenz einer periodischen Ansteuerung, insbesondere eine Frequenz- und/oder Pulsweitenmodulation, einen Modulationsgrad, ein Tastverhältnis, eine Pulsdauer und/oder eine Pulsform, durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Prädizieren des prädizierten Steuersignalverlaufs mithilfe eines datenbasierten Prädiktionsmodell durchgeführt werden, das trainiert ist, um abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlaufs den prädizierten Steuersignalverlauf zu ermitteln, wobei das datenbasierte Prädiktionsmodell insbesondere ein rekurrentes neuronales Netz, ein State-Space-Modell, ein Sequence2Sequence-Modell oder ein NARXGP-Modell umfasst.
Das Modifizieren der bereitgestellten Steuersignal-Zeitreihe kann gemäß dem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von dem Verlauf des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals und abhängig von dem künftigen Verlauf des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals weiterhin abhängig von einer oder mehreren Betriebsgrößen durchgeführt werden, die einen Zustand der zu steuernden technischen Einrichtung angeben.
Weiterhin kann das das Modifizieren des bereitgestellten Steuersignalverlaufs gemäß dem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf und abhängig von prädizierten Steuersignalverlauf weiterhin abhängig von einer oder mehreren Betriebsgrößen der technischen Einrichtung durchgeführt werden, die einen Zustand der zu steuernden technischen Einrichtung insbesondere abhängig von dem prädizierten Steuersignalverlauf angeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Trainieren eines Steuersignalmodells, insbesondere zur Verwendung in dem obigen Verfahren, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet wird, um einen modifizierten Steuersignalverlauf abhängig von einem bereitgestellten Steuersignalverlauf und abhängig von einem basierend auf dem bereitgestellten Steuersignalverlauf prädizierten Steuersignalverlauf zu bestimmen; mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen von Trainingsdatensätzen, die jeweils den bereitgestellten Steuersignalverlauf, mit dem der elektronische Wandler (2) angesteuert werden soll, und den prädizierten Steuersignalverlauf umfassen;
- Trainieren des Steuersignalmodells abhängig von einer Loss-Funktion, so dass der bereitgestellte Steuersignalverlauf und der prädizierte Steuersignalverlauf auf den modifizierten Steuersignalverlauf abgebildet werden; wobei die Loss-Funktion von einem oder mehreren Verhaltensmaßen der technischen Einrichtung bei Ansteuerung des Wandlers mit dem prädizierten Steuersignalverlaufs abhängt.

Weiterhin können das eine oder die mehreren Verhaltensmaße jeweils eine Eigenschaft der technischen Einrichtung abhängig von einer oder mehreren Verhaltensgrößen, die das Verhalten der elektronischen Schaltung abhängig von dem modifizierten Steuersignalverlauf angeben, charakterisieren, wobei insbesondere das jeweilige Verhaltensmaß gemäß einer vorgegebenen Kostenfunktion zum Bewerten von Verhaltensgrößen bestimmt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die Verhaltensgrößen mithilfe einer Messung und/oder einer Schaltkreissimulation ermittelt werden.
Insbesondere kann das Steuersignalmodell als ein trainierbares datenbasiertes Modell ausgebildet sein, insbesondere als künstliches neuronales Netz, wie z. B. Multi-Layer Perceptron, oder rekursives neuronales Netz.
Weiterhin kann die Loss-Funktion von einem gewichteten Durchschnitt der Verhaltensmaße abhängen.
Die Kostenfunktion kann mehrere Verhaltensgrößen auf das Verhaltensmaß abbilden und insbesondere differenzierbar sein, so dass die Loss-Funktion in Verbindung mit einem gradientenbasierten Trainingsverfahren für das Training des Steuersignalmodells anwendbar ist. Die Loss-Funktion kann insbesondere von einem Gesamtverhaltensmaß abhängen, das die Verhaltensmaße der einzelnen Zeitschritte des modifizierten Steuersignalverlaufs berücksichtigt.
Es kann vorgesehen sein, dass die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen eine Leistungsfähigkeit der technischen Einrichtung bei Ansteuerung durch den modifizierten Steuersignalverlauf angeben, wobei insbesondere die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen eine Verlustleistung, ein Störungsmaß, insbesondere ein Maß bezüglich des Auftretens von Schwingungen oder von Überschwingen, eine insbesondere thermische Belastung auf die technische Einrichtung und/oder ein eine zu erwartende Lebensdauer des Wandlerbauelements oder der technischen Einrichtung beeinflussendes Belastungsmaß angeben.
Zum Training des datenbasierten Steuersignalmodells kann das Verhalten der technischen Einrichtung mithilfe eines Schaltkreis-Simulationstools, wie beispielsweise SPICE, einer Schaltkreis-Simulation oder mit den (Differenzial-)Gleichungen, die das Systemverhalten abbilden, simuliert werden und mithilfe des Verhaltensmaßes die resultierenden Antwortsignale in der technischen Einrichtung bzw. der Effekt oder die Wirkung des Anlegens der Steuersignal-Zeitreihe an das Wandlerbauelement entsprechend Bewertungskriterien (Kostenfunktion) ausgewertet werden. So können beispielsweise für eine vorgegebene modifizierte Steuersignal-Zeitreihe Verlustleistungen, die z. B. der benötigten Schaltenergie entsprechen, Störungen, wie z. B. Schwingungen als Sprungantwort auf den Zustandsübergang des Steuersignals, sowie Belastungen des Wandlerbauelements oder des gesamten Systems, die die Lebensdauer beeinträchtigen können, wie z. B. temporäre Überspannungen oder Überströme, sowie hohe Temperaturen durch eine starke Wärmeentwicklung bewertet werden.
Zum Optimieren des Betriebsverhaltens kann das Verhaltensmaß mithilfe der Kostenfunktion bereitgestellt werden. Dabei können eines oder mehrere der Kriterien für das Verhalten des elektronischen Systems bewertet und insbesondere über eine (differenzierbare) Kostenfunktion auf das Verhaltensmaß abgebildet werden. Um das datenbasierte Steuersignalmodell zu trainieren, werden die Verhaltensmaße über die Zeitschritte der modifizierten Steuersignal-Zeitreihe genutzt. Dabei wird ein optimiertes/modifiziertes Verhaltensmaß der modifizierten (durch das Steuersignalmodell bereitgestellten) Steuersignal-Zeitreihe zum Trainieren des datenbasierten Steuersignalmodells verwendet, indem die resultierende Loss-Funktion, die ein Gesamtverhaltensmaß als Funktion der über die Zeitschritte der modifizierten Steuersignal-Zeitreihe abbildet, berücksichtigt bzw. verwendet wird.
Um das Trainieren des datenbasierten Steuersignalmodells basierend auf einem auf einer Schaltkreissimulation basierenden Verhaltensmaß durchzuführen, müssen die Kostenfunktion für die Ermittlung der Verhaltensmaße, die Loss-Funktion, die die Verhaltensmaße miteinander kombiniert, und die Modellgleichungen der Schaltkreissimulation automatisch differenzierbar sein. Dadurch kann die Berechnung des Verhaltensmaßes basierend auf den ursprünglichen und modifizierten Steuersignalen direkt mit anderen Bestandteilen des Steuersignalmodells kombiniert werden. Da für das Training die Modellgleichungen der Schaltkreissimulation (z. B. Simulationstool, insbesondere SPICE, oder Differenzialgleichungen, die das Systemverhalten beschreiben) die Kostenfunktion und die Loss-Funktion differenzierbar sind, können die Modellparameter des datenbasierten Steuersignalmodells direkt mit gradientenbasierten Verfahren (wie z. B. Backpropagation) trainiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben einer technischen Einrichtung mit einem durch mindestens ein Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:

- Bereitstellen eines Steuersignalverlaufs, mit dem der elektronische Wandler angesteuert werden soll,
- Prädizieren eines prädizierten Steuersignalverlaufs abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf als einen prädizierten künftigen Verlauf des Steuersignals;
- Modifizieren des bereitgestellten Steuersignalverlaufs gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf und abhängig von dem prädizierten Steuersignalverlauf, um einen modifizierten Steuersignalverlauf zu erhalten, wobei das Steuersignalmodell trainiert ist, den modifizierten Steuersignalverlauf abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf und von dem prädizierten Steuersignalverlauf zu bestimmen;
- Ansteuern des elektronischen Wandlers gemäß dem modifizierten Steuersignalverlauf.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Trainieren eines Steuersignalmodells, insbesondere zur Verwendung in dem obigen Verfahren vorgesehen, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet wird, um einen modifizierten Steuersignalverlauf abhängig von einem bereitgestellten Steuersignalverlauf und abhängig von einem basierend auf dem bereitgestellten Steuersignalverlauf prädizierten Steuersignalverlauf zu bestimmen; wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:

- Bereitstellen von Trainingsdatensätzen, die jeweils den bereitgestellten Steuersignalverlauf, mit dem der elektronische Wandler angesteuert werden soll, und den prädizierten Steuersignalverlauf umfassen;
- Trainieren des Steuersignalmodells abhängig von einer Loss-Funktion, so dass der bereitgestellte Steuersignalverlauf und der prädizierte Steuersignalverlauf auf den modifizierten Steuersignalverlauf abgebildet werden; wobei die Loss-Funktion von einem oder mehreren Verhaltensmaßen der technischen Einrichtung bei Ansteuerung des Wandlers mit dem modifizierten Steuersignalverlauf abhängt.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein elektronisches System mit einer technischen Einrichtung, die ein Wandlerbauelement eines elektronischen Wandlers umfasst, und mit der obigen Vorrichtung vorgesehen.
Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektronischen Systems mit einer durch einen elektronischen Wandler gesteuerte technische Einrichtung zur Ansteuerung mit einem modifizierten Steuersignalverlauf;
2a-2c Diagramme zur Veranschaulichung von Signalantworten des elektronischen Wandlers;
3 eine Möglichkeit zur Parametrierung des Steuersignals;
4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben der technischen Einrichtung in dem technischen System der 1, und
5 ein Blockdiagram zur Veranschaulichung eines Trainings des Steuersignalmodells.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines technischen Systems 1 mit einem elektronischen Wandler 2, der in einer beliebigen Weise ein Wandlerbauelement 3, hier beispielhaft in Form eines Transistors 3, umfasst. Das Wandlerbauelement 3 kann ein Bipolar-Transistor, ein Feldeffekttransistor, ein IGBT, ein MOSFET oder dergleichen sein. Der elektronische Wandler 2 kann beispielsweise als ein Wechselrichter, insbesondere in Form einer H-Brücke, B6-Schaltung oder dergleichen ausgebildet sein.
Das Wandlerbauelement 3 wird abhängig von einem Steuersignal S angesteuert, um eine Funktion in dem Wandler 2 auszuführen. Eine technische Einrichtung 6, die den Wandler 2 umfasst, kann dann durch diesen in gewünschter Weise angesteuert werden. Beispielsweise kann der Wandler 2 ein Leistungswandler zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers (technische Einrichtung) sein, wie z. B. ein Traktionsantrieb 6b eines Elektrofahrzeugs, der durch eine Fahrzeugbatterie 6a angesteuert wird.
Das Steuersignal S wird von einer Steuereinheit 4 als Signalverlauf bereitgestellt. Das Steuersignal S kann ein Strom- oder Spannungssignal sein und zur Realisierung einer gewünschten Funktion an einem Steuereingang (Basis, Gate) des Wandlerbauelements 3 angelegt sein. Das Steuersignal S wird vorzugsweise zeitdiskret als Steuersignal-Zeitreihe in Form eines zeitlichen Steuersignalverlaufs eines elektrischen Zustands, wie z. B. einer Spannung oder eines Stroms, bereitgestellt und kann Zustandsübergänge oder Zustandsverläufe umfassen.
Zudem kann aus der Steuersignal-Zeitreihe S aus einer Anzahl von Steuersignalwerten zu aufeinanderfolgenden Zeitschritten in einem trainierbaren datenbasierten Prädiktionsblock 7 eine prädizierte Steuersignal-Zeitreihe S_t+1... S_t+T aus Steuersignalwerten zu einem oder mehreren Zeitschritten t bis zu einem Prädiktionshorizont T geschätzt werden. Die prädizierte Steuersignal-Zeitreihe S_t+1...S_t+T entspricht einem prädizierten Steuersignalverlauf.
Der Prädiktionsblock 7 umfasst ein Prädiktionsmodell, das als rekurrentes neuronales Netz (LSTM, GRU), als State-Space-Modell, als Sequence2Sequence-Modell oder als NARXGP-Modell ausgebildet sein kann.
Das Prädiktionsmodell kann trainiert werden, indem für bekannte Zeitreihen von Steuersignalen S (bereitgestellte Steuersignal-Zeitreihen bzw. bereitgestellter Steuersignalverlauf) ein oder mehrere jeweils zeitlich nächste Werte (Werte der nächsten Zeitschritte) des Steuersignals als prädizierte Steuersignalverlauf prädiziert werden. Das Training erfolgt basierend auf herkömmlichen Trainingsverfahren (z.B. Backpropagation oder andere) mit vorliegenden Steuersignal- Zeitreihen, wobei eine Loss-Funktion für das Training des Prädiktionsmodells einen Unterschied zwischen dem prädizierten Wert und einem bekannten Wert für einen jeweils nächsten Zeitschritt einer bereitgestellten Steuersignal-Zeitreihe angibt.
Mithilfe eines Steuersignalmodellblock 5 wird der von der Steuereinheit 4 bereitgestellte ursprüngliche Steuersignalverlauf S abhängig von dem prädizierten Steuersignalverlauf S_t+1... S_t+T mit einem Steuersignalmodell modifiziert und als modifizierter Steuersignalverlauf S' bereitgestellt.
Der bereitgestellte Steuersignalverlauf, der prädizierte Steuersignalverlauf und der modifizierte Steuersignalverlauf können jeweils die Verläufe des Steuersignals in einem vorgegebenen Zeitfenster umfassen. So kann der prädizierte Steuersignalverlauf einen Verlauf des Steuersignals für einen vorbestimmten Zeitraum in die Zukunft ausgehend von einem aktuellen Auswertungszeitpunkt betreffen. Entsprechend kann der modifizierte Steuersignalverlauf S' einen vorbestimmten weiteren Zeitraum in die Zukunft ausgehend von einem aktuellen Auswertungszeitpunkt betreffen, der kürzer, länger oder gleich dem Zeitraum des prädizierten Steuersignals sein kann. Der bereitgestellte Steuersignalverlauf kann einen zurückliegenden Steuersignalverlauf bis zu einem aktuellen Auswertungszeitpunkt betreffen.
Das Steuersignalmodell kann als weitere Eingangsgrößen auch momentane Betriebsgrößen der technischen Einrichtung 6 erhalten, wie z. B. eine Temperatur einer Komponente, die Temperatur des Kühlkreises, eine Leistungsaufnahme, eine Strom- oder Spannungsamplitude, die bisherige Betriebszeit und dergleichen.
Beispielsweise zeigen 2b und 2c Signalverläufe einer Spannung oder eines Stroms eines resultierenden Signals in dem elektronischen Wandler 2 basierend auf einem in 2a gezeigten Verlauf eines durch die Steuereinheit 4 bereitgestellten Steuersignals S. Man erkennt verschiedene Sprungantworten (auf einen Sprung des Steuersignals), die zum einen ein Nachschwingen, ein Überschwingen, eine zu flache Flanke und/oder eine Stromspitze aufweisen.
Das Steuersignalmodell kann trainiert sein, ein Verhaltensmaß, das ein künftiges Verhalten der technischen Einrichtung 6 bewertet, zu optimieren. Somit generiert das Steuersignalmodell eine modifizierte Steuersignal-Zeitreihe S', die auf eine Zielvorgabe hin ermittelt wird.
Beispielsweise kann die Ansteuerung mit der modifizierten Steuersignal-Zeitreihe S' in dem elektronischen Wandler 2 aufgrund der verbrauchten Schaltenergie Verlustleistungen erzeugen, die von der Dynamik der Steuersignal-Zeitreihe S abhängen. Auch können auf den elektronischen Wandler 2 oder die dadurch angesteuerte elektrische Einrichtung 6 Belastungen abhängig von der Form des Verlaufs der Steuersignal-Zeitreihe S auftreten, die die Lebensdauer der technischen Einrichtung 6 beeinträchtigen können. Dies kann beispielsweise aufgrund von temporären Überspannungen oder von Überströmen sowie hohen Temperaturen bewirkt werden, die eine Alterung des Wandlerbauelements 3, des Wandlers 2 und/oder der technischen Einrichtung 6 beschleunigen können.
Beispielsweise kann die technische Einrichtung 6 einen von einer Fahrzeugbatterie betriebenen Elektroantrieb umfassen, wobei die Ansteuerung sowohl die Alterung der Fahrzeugbatterie als auch des Elektroantriebs sowie den Energieverbrauch bzw. den Wirkungsgrad beeinflussen kann.
Das Verhalten der technischen Einrichtung 6 kann entsprechend verschiedener Kriterien bewertet werden und auf ein Verhaltensmaß in jedem Zeitschritt abgebildet werden, das aus einer oder mehrerer Verhaltensgrößen gemäß einer vorgegebenen Kostenfunktion ermittelt wird. Durch Variation der Form der Steuersignal-Zeitreihe können sich für jeden Zeitschritt die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen und damit das zugeordnete Verhaltensmaß ändern. Insbesondere kann die Steuersignal-Zeitreihe mit dem Ziel variiert werden, ein Verhalten des elektronischen Wandlers 2 und der technischen Einrichtung 6 hinsichtlich langfristiger Effekte, wie z. B. einer Alterung von Komponenten des technischen Systems 1, zu verbessern.
Die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen können elektrische Größen, wie ein Strom , eine Spannung, eine Verlustleistung, einen Wirkungsgrad oder dergleichen, umfassen und durch eine Schaltkreissimulation, wie zum Beispiel in der Programmiersprache SPICE, ermittelt werden, mit der die Reaktion des elektronischen Wandlers 2 und der technischen Einrichtung 6 auf den Verlauf eines beliebigen Steuersignals S bestimmt werden kann. Dazu werden Antwortsignale auf das Steuersignal S modelliert/simuliert/oder in einem Versuchsaufbau gemessen und mithilfe einer oder mehrerer Verhaltensgrößen gemäß einem der oben genannten Kriterien (Verlustleistung, Schaltverluste, Überschwingungsmaß, Belastung etc.) bewertet. So kann z. B. eine Temperaturentwicklung im Wandler 2 überwacht werden. Da höhere Temperaturen die Alterung von Komponenten begünstigt, kann aus einem zeitlichen Verlauf der Temperatur ein Einfluss auf die Alterung des Wandlers 2 gewonnen werden.
Die Ermittlung der Verhaltensgrößen abhängig von einem anliegenden Steuersignal ermöglicht die Ermittlung eines Verhaltensmaßes, das für jeden betrachteten Zeitschritt hinsichtlich eines Langzeitkriteriums eine Güte des Betriebsverhaltens der technischen Einrichtung 6 angibt. Damit kann das Steuersignalmodell zum Bereitstellen eines modifizierten Steuersignalverlaufs bezüglich eines gewünschten Verhaltens der technischen Einrichtung trainiert werden. Dieses kann durch eine geeignete Kostenfunktion basierend auf den Verhaltensgrößen in einem Verhaltensmaß angegeben werden.
Weiterhin kann die Kostenfunktion zur Kombination der einen oder der mehreren Verhaltensgrößen differenzierbar sein, um das Verhaltensmaß zu bestimmen. Das Verhaltensmaß charakterisiert das Verhalten der technischen Einrichtung 6 bzw. des gesamten technischen Systems 1 in einem Zeitschritt hinsichtlich eines vorgegebenen Kriteriums, wie z. B. einer Alterung, einer Energieeffizienz oder dergleichen. Beispielsweise kann das Verhaltensmaß durch eine Summe der gewichteten Verhaltensgrößen berechnet werden. Die Gewichtungen können entsprechend einem Optimierungskriterium vorgegeben sein. Als Kriterien können Grenzwerte z. B. für Temperaturen, Spannungen oder dergleichen definiert sein, so dass das Verhaltensmaß abhängig von einem Abstand der jeweiligen Verhaltensgröße von dem jeweiligen Grenzwert bestimmt ist.
Das Steuersignalmodell kann ein datenbasiertes trainierbares Modell, insbesondere ein künstliches neuronales Netz, oder ein Regressionsmodell sein. Im vorliegenden Fall wird als Modell ein künstliches neuronales Netzwerk angenommen, da dieses in einfacher Weise durch Differenzieren trainiert werden kann.
Zum Verarbeiten der bereitgestellten Steuersignal-Zeitreihe St in dem Steuersignalmodellblock 5 muss dieses in geeigneter Weise parametriert werden. Dies kann in der Steuereinheit 4 oder eingangsseitig im Steuersignalmodellblock 5 erfolgen. In letzteren Fall kann ein bereitgestelltes analoges Steuersignal abgetastet, um dieses als zeitdiskrete Steuersignal-Zeitreihe bereitzustellen, und in geeigneter Weise parametriert werden.
Die Steuereinheit 4 kann somit die Steuersignal-Zeitreihe durch gesampelte Werte zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten bzw. Zeitschritten vorgeben.
Alternativ kann die Steuereinheit 4 das eine oder die mehreren ursprünglichen Steuersignale S durch Zeitabschnitte und den Zeitabschnitten zugeordnete Werte einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms, vorgeben.
So kann, wie beispielhaft in 3 dargestellt, das Steuersignal S in mehreren Zeitintervallen/Zeitschritten mit unterschiedlichen Zeitdauern t1, t2, ..., tn sowie mit jeweiligen Amplituden A1, A2, ..., An definiert sein. Der durch das Steuersignalmodell zu ermittelnde modifizierte bzw. optimierte Steuersignalverlauf S' kann in gleicher Weise oder in davon abweichender Weise parametriert sein.
Alternativ kann die Steuereinheit 4 das eine oder die mehreren Steuersignale auch durch einen oder mehrere Parameter einer periodischen Ansteuerung angeben, wie z. B. eine Zyklusfrequenz einer periodischen Ansteuerung, insbesondere eine Frequenz- und/oder Pulsweitenmodulation, einen Modulationsgrad, ein Tastverhältnis, eine Pulsdauer und/oder eine Pulsform.
Das Steuersignalmodell kann grundsätzlich in verschiedenen Varianten implementiert sein. Zum einen kann das Steuersignalmodell als Hard- oder Software in der Steuereinheit 4 als Teil des elektronischen Systems 1 oder separat dazu implementiert werden. Alternativ kann in einer Variante das Steuersignalmodell in der Steuereinheit 4 mit einer Adaptionsfunktion implementiert sein, bei der das Steuersignalmodell entsprechend zu vorgegebenen Zeitpunkten bzw. regelmäßig nachtrainiert wird, um Alterungseffekte im elektronischen System 1 zu korrigieren. Nachfolgend wird eine Implementierung in der letztgenannten Variante anhand eines Flussdiagramms der 4 näher beschrieben.
Das dort dargestellte Verfahren kann in einem Steuergerät 4 mithilfe einer Hardware und/oder Software implementiert sein.
Die Steuereinheit 4 des elektronischen Systems 1 stellt dazu in Schritt S1 eine Steuersignal-Zeitreihe S als Steuersignalverlauf zur Verfügung, das in Folge an das Wandlerbauelement 3 angelegt werden soll. Die bereitgestellte Steuersignal-Zeitreihe S wird dabei durch die Steuereinheit 4 parametrisiert oder als Zustandsverlauf einer elektrischen Größe (Strom oder Spannung) bereitgestellt. In letztgenannten Fall kann die Parametrierung auch in dem Steuersignalmodellblock 5 erfolgen.
Die bereitgestellte Steuersignal-Zeitreihe S kann einzelne Strom bzw. Spannungsplateaus umfassen oder Steuersignalsequenzen aus sich verändernden Strömen bzw. Spannungen umfassen.
In Schritt S2 wird die bereitgestellte Steuersignal-Zeitreihe S dem Prädiktionsmodell zugeführt, um eine prädizierte Steuersignal-Zeitreihe S_t+1... S_t+T aus der bis zu dem aktuellen Zeitpunkt erfassten Steuersignal-Zeitreihe S zu ermitteln.
In Schritt S3 werden Betriebsbedingungen des zu steuernden elektronischen Wandlers 2 und/oder der technischen Einrichtung 6 sowie Betriebseigenschaften des Wandlers 2 und/oder der technischen Einrichtung 6 und/oder Systemeigenschaften des Wandlers 2 und/oder der technischen Einrichtung 6 erfasst.
In Schritt S4 wird die parametrierte, ursprüngliche Steuersignal-Zeitreihe S, insbesondere durch kontinuierliches Zuführen des aktuellen Werts des Steuersignals (zur Speicherung in dem Steuersignalmodellblock 5), und die parametrierte, prädizierte Steuersignal-Zeitreihe S_t+1... S_t+T insbesondere gemeinsam mit Betriebsbedingungen, den Betriebseigenschaften und/oder den Systemeigenschaften an das datenbasierte Steuersignalmodell übermittelt.
Die Betriebsgrößen betreffen den Betrieb des Wandlers 2 oder der technischen Einrichtung 6 und können eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: eine an dem Wandlerbauelement 3, insbesondere an einem Transistor des Wandlerbauelements 3 anliegende Spannung, einen durch das Wandlerbauelement 3, insbesondere durch einen Transistor des Wandlerbauelements 3, oder durch die technische Einrichtung 6 fließender Strom zum aktuellen Zeitpunkt und eine aktuelle Temperatur des Wandlerbauelements 3 oder der technischen Einrichtung 6. Die Betriebseigenschaften können allgemeine Eigenschaften des Typs des Wandlerbauelements 3 bzw. eines Transistors des Wandlerbauelements 3 (Transistoreigenschaften), des Wandlers 2 oder der technischen Einrichtung 6 betreffen und einen oder mehrere der folgenden Parameter betreffen: Schwellenspannung, Leckstrom am Gate-Anschluss, Widerstand im Ein-Zustand sowie deren Varianzen, die entweder durch Streuungen aufgrund von Fertigungstoleranzen oder aufgrund von Alterungseffekten auftreten.
Ferner können die Systemeigenschaften weitere Komponenten der elektronischen Schaltung betreffen, die den Betrieb des elektronischen Wandlers 2 beeinflussen können. Beispielsweise können die Systemeigenschaften eine oder mehrere der folgenden Parameter von anderen Systemkomponenten der elektronischen Schaltung umfassen: einen thermischen Widerstand des Systems 1, der für die Temperatur des zu steuernden elektronischen Wandlers 2 ausschlaggebend ist, die Kapazität eines Stützkondensators, der mit dem elektronischen Wandler 2 gekoppelt ist und dergleichen. Entsprechend können auch Varianzen der Betriebsgrößen, der Betriebseigenschaften und der Systemeigenschaften berücksichtigt werden, die sich entweder aus den Fertigungstoleranzen oder der Alterung ergeben.
Das Steuersignalmodell ermittelt aus den entsprechenden Eingangsgrößen einen modifizierten Steuersignalverlauf S', der zur Ansteuerung des elektronischen Schaltkreises 2 verwendet werden kann, bzw. der entsprechenden modifizierten Steuersignal-Zeitreihe S_t+1... S_t+T. Diese wird in parametrierter Form bereitgestellt.
In einem nachfolgenden Schritt S5 wird der elektronische Wandler 2 entsprechend dem durch den modifizierten Steuersignalverlauf S' angesteuert. Die Umwandlung der modifizierten Steuersignalparameter, die den modifizierten Steuersignalverlauf S' definieren, in das analoge Steuersignal S' kann vorzugsweise in dem Steuersignalmodellblock 5 oder in einer dazu separaten Einrichtung erfolgen.
In Schritt S6 kann ein Adaptionskriterium überprüft werden. Sieht das Adaptionskriterium vor, eine weitere Adaption oder Aktualisierung des Steuersignalmodells vorzunehmen (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit dem Schritt S7 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zum Schritt S1 zurückgesprungen.
Adaptionskriterien können beispielsweise von einer vorbestimmten Zeitdauer seit der letzten Adaption, von dem Verlauf des ursprünglichen Steuersignal oder von einem externen Adaptionssignal abhängen. Weiterhin kann eine Aktualisierung des Steuersignalmodells angestoßen werden, wenn Systemeigenschaften, wie z. B. eine Temperatur, Spannungswerte, Messsignal und dergleichen, von entsprechenden vorgegebenen Referenzwerten um mehr als einen vorgegebenen Abweichungsbetrag abweichen. Insbesondere soll durch die Adaptionskriterien überprüft werden, ob das Steuersignalmodell aufgrund von Bauteilalterung, Verschleiß oder anderen systematischen Änderungen in den Betriebsbedingungen nachtrainiert werden muss.
In Schritt S7 wird durch ein Nachtrainieren bzw. Aktualisieren bzw. ein Neutrainieren das Steuersignalmodell angepasst.
Das Anpassen des Steuersignalmodells dient dazu, Ungenauigkeiten der Schaltkreissimulation und der dieser zugrundeliegenden Bauteilmodelle im Steuersignalmodell zu korrigieren, wenn z. B. durch Bauteilalterung, Verschleiß oder andere systematische Änderungen in den Betriebsbedingungen die erlernten Steuersignal(-anpassungen) nicht mehr optimal sind.
Das Anpassen des Steuersignalmodells zielt darauf ab, modifizierte Steuersignalverläufe aus vorgegebenen Steuersignalverläufen zu generieren, bei denen das Verhaltensmaß optimiert ist. Insbesondere kann die Kostenfunktion des Verhaltensmaßes und das Gleichungssystem der Schaltkreissimulation in Verbindung mit einem Gradient Descent-Verfahren verwendet werden, um die Modellparameter des Steuersignalmodells weiter zu trainieren.
Das initiale Erstellen des Steuersignalmodells kann mit einem Trainingsdatensatz aus einem bereitgestellten Steuersignalverlauf S, einem prädizierten Steuersignalverlauf S_t+1... S_t+T und zugeordneten modifizierten Steuersignalen S' erfolgen. Der modifizierte Steuersignalverlauf wird dabei jeweils basierend auf einem vorgegebenen Steuersignalverlauf und abhängig von einem Verhaltensmaß, das aus einer oder mehreren Verhaltensgrößen, die für das modifizierte Steuersignal mithilfe einer Schaltkreissimulation bestimmt werden, und der vorgegebenen Kostenfunktion bestimmt wird, ermittelt.
Ein weiterer Ansatz zum Trainieren des Steuersignalmodells wird nachfolgend mit Bezug zu dem Blockdiagramm der 5 beschrieben. Block 11 stellt das zu trainierende Steuersignalmodell dar. Dieses ermittelt aus dem bereitgestellten Steuersignalverlauf S_t-n...St einen prädizierten Steuersignalverlauf S_t+1...S_t+T und entsprechend des jeweils aktuellen Trainingszustand einen modifizierten Steuersignalverlauf S'. Ein Simulationsblock 12 dient zum Simulieren einer oder mehrerer elektrischer Verhaltensgrößen VG, die den Betrieb der technischen Einrichtung 6 basierend auf dem modifizierten Steuersignalverlauf S' simuliert. Die Simulation elektrischer Schaltungen ist hinlänglich bekannt und basiert auf Differentialgleichungen, die in der Regel differenzierbar sind.
Es wird eine Kostenfunktion in einem Kostenfunktionsblock 13 vorgegeben, die die Verhaltensgrößen VG zu jedem betrachteten Zeitschritt des modifizierten Steuersignalverlaufs S' in einem Verhaltensmaß VM zusammenfasst. Ein Gesamtwert des Verhaltensmaßes, insbesondere eine Summe der Verhaltensmaße VM stellt dann ein Gesamtverhaltensmaß VM_ges dar, das einen Loss für das Training des Steuersignalmodells darstellt.
Das Training kann durch Backpropagation erfolgen, wobei durch den Simulationsblock und das Steuersignalmodell differenziert wird, um die Modellparameter des Steuersignalmodells anzupassen. Dazu ist es erforderlich, dass die angewendete Kostenfunktion ebenfalls differenzierbar ist.
Zum Aufbau der Trainingsdaten können Steuersignalverläufe möglichst variantenreich im Rahmen der möglichen Steuersignale zur Ansteuerung des Wandlerbauelements 3 vorgegeben werden.
Die Schaltkreissimulationen können basierend auf der Parametrierung des modifizierten Steuersignalverlaufs S' die eine oder die mehreren entsprechenden Verhaltensgrößen VG bzw. das resultierende Verhaltensmaß (abhängig von einer vorgegebenen Kostenfunktion) ermitteln.
Mithilfe eines Optimierungsverfahrens, wie z. B. stochastic gradient descent, kann ein Trainingsdatensatz für das Steuersignalmodell durch Optimierung (Minimierung) des Gesamtverhaltensmaßes VM_ges bezüglich eines betreffenden bereitgestellten Steuersignalverlaufs S, insbesondere durch Backpropagation, durchgeführt werden. Dies ist möglich, da die der Schaltkreissimulation zugrundeliegenden Funktionen und die Kostenfunktion differenziert werden können, so dass das optimierte Verhaltensmaß durch Differenzierung der Kostenfunktion und der Funktion der Schaltkreissimulation zur Aktualisierung der Modellparameter des Steuersignalmodells bestimmt werden kann.
Damit die durch den Steuersignalverlauf in dem elektronischen System bewirkte Funktion auch durch den modifizierten Steuersignalverlauf S' erreicht werden kann, kann die Optimierung mit geeigneten Nebenbedingungen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Kostenfunktion zur Berechnung des Verhaltensmaßes auch ein Parameter berücksichtigt werden, der bewertet, wie die durch den Steuersignalverlauf bewirkte Funktion durch den modifizierten Steuersignalverlauf erreicht wird.
Insbesondere kann das Steuersignalmodell in Form eines neuronalen Netzes, wie z. B. eines rekurrenten neuronalen Netzes (LSTM, GRU), eines Multi-Layer Perceptron oder dergleichen, ausgebildet sein. Somit kann das Trainieren des Steuersignalmodells mithilfe eines Back-Propagation-Verfahrens basierend auf einer Minimierung des Gesamtverhaltensmaßes VM_ges durchgeführt werden.
Um die Steuereinheit 4 des elektronischen Systems 1 zu entlasten, kann das Trainieren bzw. das Anpassen des Steuersignalmodells auch extern des elektronischen Systems 1 durchgeführt werden. Dazu können die parametrierten ursprünglichen und modifizierten Steuersignalverläufe S, S' sowie ggfs. die Betriebsgrößen, die Betriebseigenschaften sowie die Systemeigenschaften an eine externe Recheneinheit übermittelt werden, die in Kenntnis der elektronischen Schaltung die Schaltkreissimulationen durchführt, um die Verhaltensgrößen bzw. das Verhaltensmaß zu berechnen. Das Nachtrainieren der Modellparameter des neuronalen Netzes kann somit extern erfolgen und die Modellparameter zurück zu dem technischen System 1 übermittelt werden, so dass diese in Folge angewendet werden können.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Steuersignalmodell auch als Lookup-Tabelle in dem technischen System implementiert sein, so dass die Steuersignalparameter des ursprünglichen Steuersignalverlaufs entsprechend der Lookup-Tabelle modifizierten Steuersignalparametern zugeordnet werden, die den modifizierten Steuersignalverlauf S' repräsentieren. Die Lookup-Tabelle wird dabei basierend auf einem Steuersignalmodell erstellt, das extern des technischen Systems 1 implementiert sein kann. Auf diese Weise kann der Rechenaufwand in dem elektronischen System 1 erheblich reduziert werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer technischen Einrichtung (6) mit einem durch mindestens ein Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler (2), mit folgenden Schritten: - Bereitstellen (S1) eines Steuersignalverlaufs (S), mit dem der elektronische Wandler (2) angesteuert werden soll, - Prädizieren eines prädizierten Steuersignalverlaufs (S_t+1...S_t+T) abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) als einen prädizierten künftigen Verlauf des Steuersignals; - Modifizieren des bereitgestellten Steuersignalverlaufs (S) gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) und abhängig von dem prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T), um einen modifizierten Steuersignalverlauf (S') zu erhalten, wobei das Steuersignalmodell trainiert ist, den modifizierten Steuersignalverlauf (S') abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) und von dem prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) zu bestimmen; - Ansteuern des elektronischen Wandlers (2) gemäß dem modifizierten Steuersignalverlauf (S').
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet ist, den modifizierten Steuersignalverlauf (S') weiterhin abhängig von einer oder mehreren der folgenden Größen zu bestimmen: einer oder mehreren Betriebsgrößen des elektronischen Wandlers (2) und/oder der anzusteuernden technischen Einrichtung (6), einer oder mehreren Betriebseigenschaften des elektronischen Wandlers (2) und/oder der anzusteuernden technischen Einrichtung (6), einer oder mehreren Systemeigenschaften des elektronischen Wandlers (2) und/oder der anzusteuernden technischen Einrichtung (6) und einer oder mehreren Systemgrößen der technischen Einrichtung (6), wobei die Betriebsgrößen den Betrieb der technischen Einrichtung (6) beeinflussen und insbesondere eine oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: einen thermischen Widerstand des Gesamtaufbaus, eine Kapazität eines Stützkondensators, der mit dem elektronischen Bauteil gekoppelt ist, und Varianzen dieser Größen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersignalmodell als ein trainierbares datenbasiertes Modell ausgebildet ist, insbesondere als künstliches neuronales Netz, wie z. B. Multi-Layer Perceptron, oder rekursives neuronales Netz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der bereitgestellte Steuersignalverlauf (S) zum Ansteuern des elektronischen Wandlers (2) und der prädizierte Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) durch Steuersignalparameter parametriert oder definiert sind und/oder der modifizierte Steuersignalverlauf (S') durch entsprechende modifizierte Steuersignalparameter parametriert oder definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Parametrierung des bereitgestellten Steuersignalverlaufs und/oder des modifizierten Steuersignalverlauf (S') durch Zeitabschnitte und den den Zeitabschnitten zugeordneten Werte einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Parametrierung des bereitgestellten Steuersignalverlaufs und/oder des modifizierten Steuersignalverlaufs (S') durch einen oder mehrere Parameter einer periodischen Ansteuerung, insbesondere einer Zyklusfrequenz einer periodischen Ansteuerung, insbesondere einer Frequenz- und/oder Pulsweitenmodulation, einen Modulationsgrad, ein Tastverhältnis, eine Pulsdauer und/oder eine Pulsform, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Prädizieren des prädizierten Steuersignalverlaufs (S_t+1...S_t+T) mithilfe eines datenbasierten Prädiktionsmodell durchgeführt wird, das trainiert ist, um abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlaufs (S) den prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) zu ermitteln, wobei das datenbasierte Prädiktionsmodell insbesondere ein rekurrentes neuronales Netz, ein State-Space-Modell, ein Sequence2Sequence-Modell oder ein NARXGP-Modell umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Modifizieren des bereitgestellten Steuersignalverlaufs (S) gemäß dem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) und abhängig von prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) weiterhin abhängig von einer oder mehreren Betriebsgrößen der technischen Einrichtung (6) durchgeführt wird, die einen Zustand der zu steuernden technischen Einrichtung (6) insbesondere abhängig von dem prädizierten Steuersignalverlauf angeben.
Verfahren zum Trainieren eines Steuersignalmodells, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet wird, um einen modifizierten Steuersignalverlauf (S') abhängig von einem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) und abhängig von einem basierend auf dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) zu bestimmen; mit folgenden Schritten: - Bereitstellen von Trainingsdatensätzen, die jeweils den bereitgestellten Steuersignalverlauf (S), mit dem der elektronische Wandler (2) angesteuert werden soll, und den prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) umfassen; - Trainieren des Steuersignalmodells abhängig von einer Loss-Funktion, so dass der bereitgestellte Steuersignalverlauf (S) und der prädizierte Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) auf den modifizierten Steuersignalverlauf (S') abgebildet werden; wobei die Loss-Funktion von einem oder mehreren Verhaltensmaßen der technischen Einrichtung (6) bei Ansteuerung des Wandlers (2) mit dem modifizierten Steuersignalverlauf (S') abhängt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das eine oder die mehreren Verhaltensmaße (VM) jeweils eine Eigenschaft der technischen Einrichtung (6) abhängig von einer oder mehreren Verhaltensgrößen (VG), die das Verhalten einer elektronischen Schaltung der technischen Einrichtung (6) abhängig von dem modifizierten Steuersignalverlauf (S') angeben, charakterisieren, wobei insbesondere das jeweilige Verhaltensmaß (VM) gemäß einer vorgegebenen Kostenfunktion zum Bewerten von Verhaltensgrößen (VG) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen (VG) mithilfe einer Messung und/oder einer Schaltkreissimulation ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Kostenfunktion mehrere Verhaltensgrößen (VG) auf das Verhaltensmaß (VM) abbildet und insbesondere differenzierbar ist, so dass die Loss-Funktion in Verbindung mit einem gradientenbasierten Trainingsverfahren für das Training des Steuersignalmodells anwendbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen (VG) eine Leistungsfähigkeit der technischen Einrichtung (6) bei Ansteuerung durch den modifizierten Steuersignalverlauf (S') angeben, wobei insbesondere die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen (VG) eine Verlustleistung, ein Störungsmaß, insbesondere ein Maß bezüglich des Auftretens von Schwingungen oder von Überschwingen, eine insbesondere thermische Belastung auf die technische Einrichtung (6) und/oder ein eine zu erwartende Lebensdauer des Wandlerbauelements (3) oder der technischen Einrichtung (6) beeinflussendes Belastungsmaß angeben.
Vorrichtung zum Betreiben einer technischen Einrichtung (6) mit einem durch mindestens ein Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler (2), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: - Bereitstellen eines Steuersignalverlaufs, mit dem der elektronische Wandler (2) angesteuert werden soll, - Prädizieren eines prädizierten Steuersignalverlaufs (S_t+1...S_t+T) abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) als einen prädizierten künftigen Verlauf des Steuersignals; - Modifizieren des bereitgestellten Steuersignalverlaufs (S) gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf und abhängig von dem prädizierten Steuersignalverlauf, um einen modifizierten Steuersignalverlauf (S') zu erhalten, wobei das Steuersignalmodell trainiert ist, den modifizierten Steuersignalverlauf (S') abhängig von dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) und von dem prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) zu bestimmen; - Ansteuern des elektronischen Wandlers (2) gemäß dem modifizierten Steuersignalverlauf (S').
Vorrichtung zum Trainieren eines Steuersignalmodells, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet wird, um einen modifizierten Steuersignalverlauf (S') abhängig von einem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) und abhängig von einem basierend auf dem bereitgestellten Steuersignalverlauf (S) prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1 ... S_t+T) zu bestimmen; wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: - Bereitstellen von Trainingsdatensätzen, die jeweils den bereitgestellten Steuersignalverlauf, mit dem der elektronische Wandler (2) angesteuert werden soll, und den prädizierten Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) umfassen; - Trainieren des Steuersignalmodells abhängig von einer Loss-Funktion, so dass der bereitgestellte Steuersignalverlauf (S) und der prädizierte Steuersignalverlauf (S_t+1...S_t+T) auf den modifizierten Steuersignalverlauf (S') abgebildet werden; wobei die Loss-Funktion von einem oder mehreren Verhaltensmaßen der technischen Einrichtung (6) bei Ansteuerung des Wandlers (2) mit dem modifizierten Steuersignalverlauf (S') abhängt.
Elektronisches System (1) mit einer technischen Einrichtung (6), die ein Wandlerbauelement (3) eines elektronischen Wandlers (2) umfasst, und mit einer Vorrichtung nach Anspruch 14.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.