DE102021206422B4 - Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, Leistungsanordnung und Verfahren zur Regelung einer Leistungsanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um- eine Generatorfrequenz (fG) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen,- eine Regelabweichung (ef) als Differenz der erfassten Generatorfrequenz (fG) zu einer Soll-Generatorfrequenz (fsoll) zu ermitteln,- ein Soll-Drehmoment (Msoll) als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (ef) zu bestimmen, wobei- die Regeleinrichtung (3) außerdem eingerichtet ist, um ein Regelgesetz zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (Msoll) zu verwenden, und um- das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (Msoll) verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorfrequenz (fG), einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorleistung.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung.
• Eine solche Regeleinrichtung ist typischerweise eingerichtet, um eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und mittelbar darüber eine Generatorfrequenz des mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generators zu regeln. Dies ist insoweit problematisch, als eine vergleichsweise dynamische Größe zur Regelung herangezogen wird, wobei auch eine Verstärkung der Regelstrecke vergleichsweise groß ist. Somit ist die Regelung intrinsisch vergleichsweise wenig robust, worunter insbesondere ein stationäres Regelverhalten leidet.
• Aus DE 10 2018 100 541 B3 ist eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors oder Gasmotors, mit Generator und Asynchronmaschine bekannt, wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um folgende Schritte durchzuführen: Erfassen mindestens einer elektrischen Kenngröße des Generators, wobei die elektrische Kenngröße ausgewählt ist aus Strom, Spannung oder Frequenz; Bestimmen einer Kenngrößenänderung der elektrischen Kenngröße des Generators in einem vorbestimmten Zeitintervall; Vergleichen der Kenngrößenänderung mit einem ersten Grenzwert, wobei für den Fall, dass die Kenngrößenänderung größer ist als der erste Grenzwert, ein Wechsel von einer Standarddrehzahlregelung der Brennkraftmaschine auf eine Vorsteuerung durchgeführt wird, wobei die Vorsteuerung das Bestimmen einer angepassten Solleinspritzmenge basierend auf einem Maß der Kenngrößenänderung umfasst, wobei die angepasste Solleinspritzmenge unter Berücksichtigung eines gemessenen maximalen Anlaufstroms der Asynchronmaschine bestimmt wird. Auch aus DE 11 2004 001 343 B4 geht eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Leistungsanordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator hervor.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
• Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
• Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße zu erfassen. Die Regeleinrichtung ist weiter eingerichtet, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll-Generatorfrequenz zu ermitteln, und um ein Soll-Drehmoment als Stellgröße - insbesondere zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine - in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung ist außerdem eingerichtet, um ein Regelgesetz zur Bestimmung des Soll-Drehmoments zu verwenden, und um das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen. Die wenigstens eine Anpassungsgröße ist ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorfrequenz, einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorleistung. Indem die Generatorfrequenz als Regelgröße erfasst wird, wird die Regelgröße im Vergleich zu einer Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine an einer wesentlich weniger dynamischen, ruhigeren Stelle abgegriffen. Zudem zeigt eine detaillierte Analyse - wie im Folgenden dargestellt - dass die Verstärkung der Regelstrecke in diesem Fall wesentlich geringer ist als im Fall der Drehzahlregelung. Dies ermöglicht vorteilhaft den Einsatz eines vergleichsweise schnellen Frequenzreglers, d.h. insbesondere eines Reglers mit großem Proportionalbeiwert. Daraus ergibt sich wiederum eine signifikante Verbesserung des Lastschaltverhaltens. Weiterhin hängt die Regelstrecke von weniger Parametern ab, sodass eine größere Robustheit insbesondere auch bei der Verwendung von Standardreglerparametern erreicht wird. Der Generator hat in der Regel ein wesentlich größeres Trägheitsmoment als die Brennkraftmaschine, sodass in dessen Bereich weniger Drehschwingungen vorherrschen, worauf letztlich die geringere Dynamik der Frequenz als Regelgröße und damit die höhere Stabilität der Regelung basieren. Somit ist insbesondere auch eine Verbesserung des stationären Regelverhaltens möglich. Zur Verbesserung des dynamischen Regelverhaltens trägt weiterhin bei, dass das Soll-Drehmoment als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine unmittelbar in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung bestimmt wird.
• Dass das Regelgesetz in Abhängigkeit der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst wird, ermöglicht es vorteilhaft, eine möglichst in allen Betriebspunkten ähnliche, vorzugsweise über alle Betriebspunkte konstante Kreisverstärkung des offenen Regelkreises zu gewährleisten. Dies wiederum vereinfacht das Regelverhalten und damit zugleich auch die Einstellung der Regeleinrichtung auf den konkreten Anwendungsfall. Insbesondere ist die Regeleinrichtung auf diese Weise einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar, was nicht zuletzt auch Kosten in der Anwendung einspart.
• Die Verwendung und insbesondere Anpassung des Regelgesetzes ermöglicht es außerdem, die Regeleinrichtung in Kombination mit einer Vielzahl verschiedener Leistungsanordnungen, insbesondere mit einer Vielzahl verschiedener Brennkraftmaschinen zu betreiben, ohne dass es einer spezifischen Anpassung an die konkret betriebene Leistungsanordnung, insbesondere an die konkret betriebene Brennkraftmaschine, bedarf. Dadurch kann die Leistungsanordnung, insbesondere die Brennkraftmaschine, quasi einstellungsfrei betrieben werden, sodass ein ansonsten bei herkömmlichen Regeleinrichtungen und Verfahren nötiger Adaptierungsaufwand bei Verwendung der erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten technischen Lehre vorteilhaft minimal ist, vorzugsweise völlig entfällt.
• Unter einer Regeleinrichtung wird insbesondere eine Regelungseinrichtung verstanden. In entsprechender Weise wird unter einer Regelanordnung insbesondere eine Regelungsanordnung verstanden. Unter einer Steuereinrichtung wird entsprechend insbesondere eine Steuerungseinrichtung verstanden.
• Unter einer Generatorfrequenz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere die Frequenz der in dem Generator induzierten elektrischen Spannung, insbesondere die Frequenz der elektrischen Ausgangsspannung des Generators, verstanden.
• Unter einem Regelgesetz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine mathematische Beziehung, insbesondere eine Gleichung verstanden, welche das Verhalten eines Reglers beschreibt. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz den Zusammenhang zwischen der Stellgröße und der Regelabweichung. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz, wie sich die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung verhält. In bevorzugter Ausgestaltung beschreibt das Regelgesetz das Verhalten eines Reglers, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem P-Regler, einem I-Regler, einem D-Regler, einem PI-Regler, einem PD-Regler, einem PD1-Regeler, einem PD2-Regler, einem PID-Regler, einem PT1-Regler, einem PT2-Regler, einem PI(DT₁)-Regler, und einer Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Regler. Regelgesetze, die das Verhalten dieser und anderer Regler beschreiben, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
• Das Regelgesetz ist bevorzugt in die Regeleinrichtung implementiert, vorzugsweise in eine Hardwarestruktur der Regeleinrichtung, oder in Form einer Software, die während des Betriebs der Regeleinrichtung auf der Regeleinrichtung ausgeführt wird. Insbesondere ist es einerseits möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung explizit durch softwaretechnisches Durchführen bestimmter Rechenschritte berechnet wird; es ist aber auch möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung aufgrund der bestimmten Verschaltung der Hardwarestruktur der Regeleinrichtung bestimmt, das heißt quasi indirekt berechnet wird.
• Unter einer Anpassung des Regelgesetzes in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass wenigstens ein das Regelgesetz bestimmender Parameter in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. In bevorzugter Ausgestaltung wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst, indem ein Proportionalbeiwert des Regelgesetzes in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. Das Regelgesetz wird dabei besondere durch den Proportionalbeiwert als Parameter bestimmt. Unter einer Anpassungsgröße wird entsprechend eine Größe verstanden, abhängig von der der wenigstens eine das Regelgesetz bestimmende Parameter verändert wird. Insbesondere ist eine Anpassungsgröße eine Größe, von welcher ein Wert des wenigstens einen das Regelgesetz bestimmenden Parameters abhängt.
• Unter einer Kreisverstärkung des offenen Regelkreises wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere das Produkt des Proportionalbeiwerts des Regelgesetzes mit der statischen (s = 0) Verstärkung der Regelstrecke bei sprunghafter Anregung verstanden.
• Vorzugsweise wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße nachgeführt, wobei es insbesondere an sich ändernde Betriebspunkte der Leistungsanordnung - insbesondere automatisch - angepasst wird.
• Das Soll-Drehmoment dient insbesondere zur indirekten Ansteuerung der Brennkraftmaschine. In bevorzugter Ausgestaltung wird durch die Regeleinrichtung oder durch eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Soll-Drehmoment eine Bestromungsdauer für mindestens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der Brennkraftmaschine berechnet, wobei die Brennkraftmaschine mit der aus dem Soll-Drehmoment berechneten Bestromungsdauer angesteuert wird.
• In bevorzugter Ausgestaltung ist die Soll-Drehmoment-Größe das - vorzugsweise um mindestens einen Abtastschritt verzögerte - Soll-Drehmoment selbst. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Soll-Drehmoment-Größe ein Integralanteil (I-Anteil) für das Soll-Drehmoment, oder eine von dem Soll-Drehmoment oder dem Integralanteil abgeleitete Größe.
• In bevorzugter Ausgestaltung wird die Generatorleistung - insbesondere aus dem Soll-Drehmoment oder dem Integralanteil - berechnet. Alternativ wird die Generatorleistung bevorzugt - insbesondere als Messgröße - erfasst.
• Unter einer Leistungsanordnung wird hier insbesondere eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine, d.h. einem Generator, verstanden, wobei die Brennkraftmaschine mit dem Generator antriebswirkverbunden ist, um den Generator anzutreiben. Somit ist die Leistungsanordnung insbesondere eingerichtet, um in der Brennkraftmaschine in mechanische Energie umgesetzte chemische Energie in dem Generator in elektrische Energie zu wandeln. Die Leistungsanordnung kann alleine - in einem sogenannten Inselbetrieb - betrieben werden, oder auch mit einer Mehrzahl von - insbesondere wenigen - anderen Leistungsanordnungen gemeinsam in einem Verbund, das heißt in einem Inselparallelbetrieb. Es ist aber auch möglich, dass die Leistungsanordnung an einem insbesondere größeren Stromnetz oder Energieversorgungsnetz, insbesondere einem überregionalen Stromnetz, im Netzparallelbetrieb betrieben wird.
• Zum Zweck der folgenden Herleitung wird ein stationärer Zustand betrachtet, weshalb die betroffenen Größen mit dem Index „stat“ versehen sind. Die auf diese Weise hergeleiteten Beziehungen, Zusammenhänge und Gleichungen sind aber auch in transienten Zuständen gültig.
• Modelliert man die Regelstrecke der Leistungsanordnung als Zweimassen-Schwinger, ergibt sich folgende Übertragungsfunktion im Falle der Frequenzregelung: $$\begin{array}{c}{G}_s^f\left(s\right)=\frac{f_G\left(s\right)}{M_{soll}\left(s\right)}=\\ =\frac{f_{G,stat}}{30M_{m,stat}}\frac{1+\frac{\Psi }{2\pi \Omega }s}{1+\left\{\frac{{\theta }_m+{\theta }_L}{l_{stat}}+\frac{\Psi }{2\pi \Omega }\right\}s+\left\{\frac{\Psi \Omega {\theta }_m{\theta }_L}{2\pi l_{stat}c}+\frac{{\theta }_m}{c}\right\}{s}^2+\frac{{\theta }_m{\theta }_L}{l_{stat}c}{s}^3},\end{array}$$

  

  mit der erfassten Generatorfrequenz f_G, dem Soll-Drehmoment M_soll der Brennkraftmaschine, dem Drehmoment M_m,stat der Brennkraftmaschine, der Generatorfrequenz f_G,stat, und einem von der komplexen Variablen s abhängigen Term, dessen Größen im Folgenden benannt werden.
• Beinhaltet der Frequenzregler einen P-Regler, das heißt wird als Frequenzregler zum Beispiel ein PI-Regler, ein PID-Regler oder ein PI(DT₁)-Regler verwendet, so gilt für die - insbesondere konstant - vorgebbare Kreisverstärkung v^f des offenen Regelkreises: $$v^f=k_p^f\frac{f_{G,stat}}{30M_{m,stat}},$$

  

  und aufgelöst nach dem Proportionalbeiwert $k_p^f$

  

  des Frequenzreglers: $$k_p^f=\frac{30v^f{M}_{m,stat}}{f_{G,stat}}.$$

  
• Gleichung (3) zeigt, dass es in vorteilhafter Weise möglich ist, die vorzugsweise konstant gewählte Kreisverstärkung in allen Betriebspunkten der Leistungsanordnung konstant zu halten, indem der Proportionalbeiwert in geeigneter Weise verändert, insbesondere nachgeführt wird. Ein solcher Zusammenhang wie Gleichung (3) wird teilweise auch selbst kurz als Regelgesetz bezeichnet.
• Für die Drehzahlregelung der Brennkraftmaschine ergibt sich bei Modellierung der Regelstrecke als Zweimassen-Schwinger: $$\begin{array}{c}{G}_s^{n,m}\left(s\right)=\frac{n_m\left(s\right)}{M_{soll}\left(s\right)}=\\ =\frac{n_{m,stat}}{M_{m,stat}}\frac{1+s\left\{\frac{\Psi }{2\pi \Omega }+\frac{l_{stat}}{c}\right\}+\frac{{\theta }_L}{c}{s}^2}{1+\left\{\frac{{\theta }_m+{\theta }_L}{l_{stat}}+\frac{\Psi }{2\pi \Omega }\right\}s+\left\{\frac{\mathrm{\Psi }\Omega {\theta }_m{\theta }_L}{2\pi l_{stat}c}+\frac{{\theta }_m}{c}\right\}{s}^2+\frac{{\theta }_m{\theta }_L}{l_{stat}c}{s}^3},\end{array}$$

  

  mit der erfassten Drehzahl n_m der Brennkraftmaschine, dem Soll-Drehmoment M_soll der Brennkraftmaschine, dem Drehmoment M_m,stat der Brennkraftmaschine, der Drehzahl n_m,stat, und einem von der komplexen Variablen s abhängigen Term, dessen Größen im Folgenden benannt werden.
• Da die Generatorfrequenz und die Drehzahl der Brennkraftmaschine zueinander proportional sind, ist es möglich, die Übertragungsfunktion $G_s^f\left(s\right)$

  

  für die Frequenzregelung gemäß Gleichung (1) direkt mit der Übertragungsfunktion $G_s^{n,m}\left(s\right)$

  

  für die Drehzahlregelung gemäß Gleichung (4) zu vergleichen. Dabei zeigt sich, dass die Verstärkung der Regelstrecke im Fall der Frequenzregelung im Vergleich zu der Verstärkung der Regelstrecke im Fall der Drehzahlregelung um den Faktor 30 kleiner ist. Dies erlaubt es, den Proportionalbeiwert $k_p^f$

  

  für den Frequenzregler bei identischer Kreisverstärkung des offenen Regelkreises um den Faktor 30 größer zu wählen als im Fall der Drehzahlregelung. Dadurch kann für die Frequenzregelung ein wesentlich besseres dynamisches Verhalten der Leistungsanordnung erwartet werden als im Fall der Drehzahlregelung. Insbesondere ist es vorteilhaft möglich, im Fall der Frequenzregelung einen schnelleren Regler einzusetzen.
• Ein weiteres zeigt ein Vergleich der Zählerpolynome der Übertragungsfunktionen $G_s^f\left(s\right)$

  

  für die Frequenzregelung gemäß Gleichung (1) und $G_s^{n,m}\left(s\right)$

  

  für die Drehzahlregelung gemäß Gleichung (4): Während das Zählerpolynom gemäß Gleichung (4) von einer größeren Zahl an Variablen abhängt, hängen die Koeffizienten des Zählerpolynoms gemäß Gleichung (1) nur von der dimensionslosen Dämpfung Ψ und der Kreisfrequenz Ω ab. Dadurch ergibt sich eine robustere Regelung der Generatorfrequenz im Vergleich zur Regelung der Drehzahl der Brennkraftmaschine, da die Regelstrecke im Fall der Frequenzregelung von wesentlich weniger Variablen und damit weniger äußeren Einflüssen abhängt. Weiterhin läuft der Generator aufgrund seiner deutlich schwereren Masse vergleichsweise ruhiger als die Brennkraftmaschine, woraus sich auch im Ergebnis die geringere Verstärkung der Regelstrecke ergibt.
• Die Übertragungsfunktion gemäß Gleichung (1) kann aus dem Modell der Regelstrecke als Zweimassen-Schwinger insbesondere auf folgende Weise hergeleitet werden:
• Im Rahmen des Modells des Zweimassen-Schwingers nimmt man an, dass die Brennkraftmaschine, mit ihrem Trägheitsmoment θ_m, mit dem Generator, der das Trägheitsmoment θ_L aufweist, über eine Welle verbunden ist, wobei diese drehmomentübertragende Verbindung beschrieben wird durch eine Federsteifigkeit c und eine Dämpfung b (b beschreibt hier die dimensionsbehaftete Dämpfung, die später in die dimensionslose Dämpfung Ψ überführt wird). Mit dem Drehwinkel ρ_m der Brennkraftmaschine, dem Drehwinkel ρ_L des Generators, dem durch die Brennkraftmaschine aufgebrachten Drehmoment M_m, dem am Generator angreifenden Last-Drehmoment M_L und der bekannten Notation mit übergestellten Punkten für die zeitliche Ableitung ergeben sich dann folgende Gleichungen für die Momenten-Bilanz: $${\theta }_m{\ddot{\rho }}_m=M_m-c\left({\rho }_m-{\rho }_L\right)-b\left({\dot{\rho }}_m-{\dot{\rho }}_L\right),$$
  
  und $${\theta }_L{\ddot{\rho }}_L=-M_L-c\left({\rho }_L-{\rho }_m\right)-b\left({\dot{\rho }}_L-{\dot{\rho }}_m\right).$$
  
• Mit $$M_L=k_G\frac{{\dot{\rho }}_L}{2\pi },$$

  

  wobei $$k_G=\pi l^2{B}^2{A}^2\frac{\text{cos}\phi }{\left|X_L\right|},$$

  

  mit der Anzahl l und der Fläche A der Leiterschleifen des Generators, der magnetischen Flussdichte B, und dem Scheinwiderstand X_L der mit dem Generator elektrisch verbundenen Last, wobei sich Gleichung (8) leicht aus einer Betrachtung des elektrodynamischen Lastverhaltens des Generators ergibt, ergibt sich nach Linearisierung in einem stationären Betriebszustand nach einigen Umformungen: $$\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{\ddot{\rho }}_m-\mathrm{\Delta }{\ddot{\rho }}_L=-c\left(\mathrm{\Delta }{\rho }_m-\mathrm{\Delta }{\rho }_L\right)\left\{\frac{1}{{\theta }_m}+\frac{1}{{\theta }_L}\right\}-b\left(\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_m-\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L\right)\left\{\frac{1}{{\theta }_m}+\frac{1}{{\theta }_L}\right\}+\\ +\frac{\mathrm{\Delta }{M}_m}{{\theta }_m}+\frac{1}{2\pi {\theta }_L}{k}_G\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L.\end{array}$$

  
• Dabei sind die mit vorangestelltem Δ bezeichneten Größen die bei der Linearisierung angesetzten Auslenkungen aus dem stationären Betriebspunkt. Mit $$\mathrm{\Omega }:=\sqrt{c\left\{\frac{1}{{\theta }_m}+\frac{1}{{\theta }_L}\right\}},$$

  

  und $$\mathrm{\Psi }:=\frac{2\pi \mathrm{\Omega }b}{c},$$

  

  womit zugleich die dimensionslose Dämpfung Ψ eingeführt wird, ergibt sich: $$\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{\ddot{\rho }}_m-\mathrm{\Delta }{\ddot{\rho }}_L=-{\mathrm{\Omega }}^2\left(\mathrm{\Delta }{\rho }_m-\mathrm{\Delta }{\rho }_L\right)-\frac{\mathrm{\Psi \Omega }}{2\pi }\left(\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_m-\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L\right)+\\ +\frac{\mathrm{\Delta }{M}_m}{{\theta }_m}+\frac{1}{2\pi {\theta }_L}{k}_G\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L,\end{array}$$

  

  und $$\mathrm{\Delta }{\ddot{\rho }}_L=\frac{1}{{\theta }_L}\left\{c\left(\mathrm{\Delta }{\rho }_m-\mathrm{\Delta }{\rho }_L\right)+\frac{c\mathrm{\Psi }}{2\pi \mathrm{\Omega }}\left(\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_m-\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L\right)-\frac{1}{2\pi }{k}_G\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L\right\}.$$

  
• Führt man nun die drei Variablen x₁, x₂ und x₃ wie folgt ein: $$x_1:=\mathrm{\Delta }{\rho }_m-\mathrm{\Delta }{\rho }_L,$$

  

  $$x_2:=\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_m-\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L,$$

  

  und $$x_3:=\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_L,$$

  

  ergibt sich: $$\left[\begin{array}{c}{\dot{x}}_1\\ {\dot{x}}_2\\ {\dot{x}}_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ -{\mathrm{\Omega }}^2& -\frac{\mathrm{\Psi \Omega }}{2\pi }& \frac{k_G}{2\pi {\theta }_L}\\ \frac{c}{{\theta }_L}& \frac{c\mathrm{\Psi }}{2\pi {\theta }_L\mathrm{\Omega }}& -\frac{k_G}{2\pi {\theta }_L}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ \frac{1}{{\theta }_m}\\ 0\end{array}\right]\mathrm{\Delta }{M}_m.$$

  

  $$\underset{\_}{x}:=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\end{array}\right],$$

  

  $$A:=\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ -{\mathrm{\Omega }}^2& -\frac{\mathrm{\Psi \Omega }}{2\pi }& \frac{k_G}{2\pi {\theta }_L}\\ \frac{c}{{\theta }_L}& \frac{c\mathrm{\Psi }}{2\pi {\theta }_L\mathrm{\Omega }}& -\frac{k_G}{2\pi {\theta }_L}\end{array}\right],$$

  

  und $$\underset{\_}{b}:=\left[\begin{array}{c}0\\ \frac{1}{{\theta }_m}\\ 0\end{array}\right]$$

  

  schreibt sich Gleichung (17): $$\underset{\_}{\dot{x}}=A\underset{\_}{x}+\underset{\_}{b}\mathrm{\Delta }{M}_m.$$

  
• Nach Laplace-Transformation und Übergang auf die Übertragungsfunktion erhält man: $$G\left(s\right)=\frac{{\underset{\_}{c}}^{T}P\left(s\right)\underset{\_}{b}}{\Vert sI-A\Vert },$$

  

  mit der Adjunkten P(s) der Matrix (sI - A) und der Einheitsmatrix I.
• Da die Drehzahlauslenkung Δn_L des Generators im stationären Betriebspunkt gegeben ist durch $$\mathrm{\Delta }{n}_L=\frac{1}{2\pi }{x}_3,$$

  

  setzt man zur Herleitung der Übertragungsfunktion für die Frequenzregelung an: $$y:=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& \frac{1}{2\pi }\end{array}\right]\underset{\_}{x},$$

  

  und $${\underset{\_}{c}}^T:=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& \frac{1}{2\pi }\end{array}\right].$$

  

  Mit den Definitionen $$P_{stat}:=2\pi k_G{n}_{L,stat}^2,$$

  

  wobei n_L,stat die Drehzahl des Generators im stationären Betriebspunkt ist, und, nach Übergang zur dimensionslosen Darstellung - bei Angabe der Drehzahl in 1/min, der Frequenz in Hz und der Leistung in kW, $$l_{stat}:=\frac{9\cdot {10}^5{P}_{stat}}{{\pi }^2{n}_{L,stat}^2}$$

  

  erhält man unter Berücksichtigung von $${ƒ}_G=\frac{n_L}{30},$$

  

  - wegen $1500{\text{ min}}^{-1}\triangleq 50\text{ Hz}$

  

  als Zusammenhang zwischen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Generatorfrequenz - schließlich aus Gleichung (22) die Übertragungsfunktion gemäß Gleichung (1).
• Die Herleitung der Übertragungsfunktion für die Drehzahlregelung ergibt sich analog. Dabei ist wegen der Gleichungen (15) und (16) die Auslenkung der Drehzahl der Brennkraftmaschine im stationären Zustand $$\mathrm{\Delta }{n}_m=\frac{\mathrm{\Delta }{\dot{\rho }}_m}{2\pi }=\frac{1}{2\pi }\left(x_2+x_3\right),$$

  

  und entsprechend in dimensionsloser Darstellung, bei Angabe der Drehzahl in 1/min $$\mathrm{\Delta }{n}_m=\frac{30}{\pi }\left(x_2+x_3\right).$$

  
• Daher setzt man nun zur Lösung von Gleichung (22) an: $${\underset{\_}{c}}^T:=\left[\begin{array}{ccc}0& \frac{30}{\pi }& \frac{30}{\pi }\end{array}\right].$$

  
• Damit, mit den Definitionen gemäß den Gleichungen (26) und (27) sowie $$n_{m,stat}=n_{L,stat}$$

  

  folgt dann analog der Herleitung der Gleichung (1) ohne Weiteres die Übertragungsfunktion der Regelstrecke für die Drehzahlregelung gemäß Gleichung (4).
• Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die erfasste Generatorfrequenz nach unten, insbesondere auf einen vorbestimmten Frequenz-Grenzwert, zu begrenzen.
• Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um die Soll-Drehmoment-Größe nach unten, insbesondere auf einen vorbestimmten Drehmoment-Grenzwert, zu begrenzen.
• Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um die Generatorleistung nach unten, insbesondere auf einen vorbestimmten Leistungs-Grenzwert, zu begrenzen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das Regelgesetz anzupassen, indem der Proportionalbeiwert des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung des offenen Regelkreises konstant ist, vorzugsweise - insbesondere über alle Betriebspunkte der Leistungsanordnung - konstant bleibt. Ganz besonders auf diese Weise ist die Regeleinrichtung einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar. Insbesondere ergibt sich aus Gleichung (3), dass es möglich ist, den Proportionalbeiwert $k_p^f$

  

  stets so anzupassen, dass die Kreisverstärkung v^f - insbesondere unabhängig von dem momentanen Betriebspunkt der Leistungsanordnung - konstant ist.
• Die vorbestimmte Kreisverstärkung v^f ist bevorzugt parametrierbar, d. h. insbesondere durch einen Anwender einstellbar oder vorgebbar. Auf diese Weise kann ein Anwender der Regeleinrichtung oder ein Anwender einer Leistungsanordnung, die mit der Regeleinrichtung betrieben wird, die Kreisverstärkung v^f in gewünschter Weise einstellen. Der Proportionalbeiwert $k_p^f$

  

  wird dann an die durch den Anwender gewählte Kreisverstärkung v^f in geeigneter Weise angepasst. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass es keiner aufwändigen Abstimmung der Regeleinrichtung auf die Leistungsanordnung bedarf.
• Die Regeleinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^f$

  

  proportional zu der vorbestimmten Kreisverstärkung v^f zu wählen. Die Abhängigkeit des Proportionalbeiwerts $k_p^f$

  

  von der vorbestimmten Kreisverstärkung v^f wird allerdings im Folgenden nicht weiter ausdrücklich betrachtet, da die vorbestimmte Kreisverstärkung v^f bevorzugt einmalig oder höchstens selten durch einen Anwender eingestellt und im Übrigen konstant gehalten wird. Sie kann somit für praktische Anwendungen als Konstante betrachtet werden.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von der erfassten Generatorfrequenz und der Soll-Drehmoment-Größe zu bestimmen. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^f$

  

  nach Gleichung (3) zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Proportionalbeiwert $k_p^f$

  

  flexibel und genau nachgeführt werden.
• Der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  wird bevorzugt insbesondere proportional zu der Soll-Drehmoment-Größe bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  umgekehrt proportional zu der erfassten Generatorfrequenz bestimmt.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert nur in Abhängigkeit der Soll-Drehmoment-Größe zu bestimmen, insbesondere proportional zu der Soll-Drehmoment-Größe. Die Regeleinrichtung ist dabei außerdem eingerichtet, um die Generatorfrequenz zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts als konstant zu setzen. Dies stellt eine besonders einfache und zugleich robuste Möglichkeit dar, um den Proportionalbeiwert zu bestimmen und damit das Regelgesetz anzupassen. Die entsprechende Vereinfachung ist insbesondere möglich, da die Generatorfrequenz im Generatorbetrieb typischerweise nur wenig variiert, sodass jedenfalls keine große Fehlanpassung zu befürchten ist, wenn die Generatorfrequenz als konstant angenommen wird. Insbesondere hängt der Proportionalbeiwert in diesem Fall nur von der Soll-Drehmoment-Größe, insbesondere gemäß Gleichung (3) von dem Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine im stationären Zustand, ab. Dieses Soll-Drehmoment wird durch die Regeleinrichtung selbst berechnet, was wiederum bedeutet, dass der Proportionalbeiwert dann in besonders bevorzugter Weise nicht von einem Sensorsignal abhängt. Dies bringt als weiteren Vorteil mit sich, dass bei der Berechnung des Proportionalbeiwerts keinerlei Maßnahmen für einen möglichen Sensorausfall vorgesehen werden müssen. Somit ist die Berechnung des Proportionalbeiwerts vorteilhaft maximal robust.
• In bevorzugter Ausgestaltung wird als konstante Generatorfrequenz ein vorbestimmter Norm-Frequenzwert gesetzt. Dieser kann beispielsweise - insbesondere je nach Einsatzgebiet der Leistungsanordnung - 50 Hz oder 60 Hz betragen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von einer erfassten Generatorleistung des Generators zu bestimmen. Auf diese Weise ist eine robuste Bestimmung des Proportionalbeiwerts und damit Anpassung des Regelgesetzes möglich. Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  proportional zu der erfassten Generatorleistung bestimmt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erfasste Generatorleistung direkt - insbesondere elektrisch am Generator - gemessen, oder als gefilterte Generatorleistung mittels eines Filters, insbesondere eines PT₁-Filters oder Mittelwertfilters, aus der gemessenen Generatorleistung erhalten werden.
• Alternativ oder zusätzlich ist es gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung möglich, dass die erfasste Generatorleistung aus der erfassten Generatorfrequenz einerseits, sei es direkt die gemessene Generatorfrequenz oder die gefilterte Generatorfrequenz, und dem momentanen Drehmoment oder dem Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine andererseits, berechnet wird. Die erfasste Generatorleistung kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung aber auch nur in Abhängigkeit von dem momentanen Drehmoment oder dem Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine berechnet werden, wobei dann die Generatorfrequenz zumindest zum Zweck der Berechnung der Generatorleistung konstant gesetzt wird.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  in Abhängigkeit von der erfassten Generatorleistung und zusätzlich von der erfassten Generatorfrequenz zu bestimmen, insbesondere umgekehrt proportional zu einem Quadrat der erfassten Generatorfrequenz.
• Gemäß einer anderen alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  in Abhängigkeit von der erfassten Generatorleistung zu bestimmen, und um die Generatorfrequenz zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}$

  

  als konstant zu setzen. Die erfasste Generatorleistung wird auch in diesem Fall bevorzugt gemessen oder als gefilterte Generatorleistung erhalten, oder sie wird nur in Abhängigkeit von dem momentanen Drehmoment oder dem Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine unter Verwendung der konstant gesetzten Generatorfrequenz berechnet. In bevorzugter Ausgestaltung wird als konstante Generatorfrequenz ein vorbestimmter Norm-Frequenzwert gesetzt. Dieser kann beispielsweise - insbesondere je nach Einsatzgebiet der Leistungsanordnung - 50 Hz oder 60 Hz betragen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um eine momentane Ist-Frequenz des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Frequenz als erfasste Generatorfrequenz zu verwenden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders ruhige und damit robuste Regelung. Die momentane Ist-Frequenz wird vorzugsweise unmittelbar am Generator gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die momentane Ist-Frequenz mit einem PT₁-Filter oder Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorfrequenz aus dem PT₁-Filter oder Mittelwertfilter resultiert.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung als Steuereinrichtung zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar, wobei es insbesondere keiner zusätzlichen Steuereinrichtung über die ohnehin vorhandene Steuereinrichtung hinaus bedarf. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Funktionalität der Regeleinrichtung in Form eines Computerprogrammprodukts in die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine implementiert. Somit kann in besonders einfacher Weise eine vorhandene Steuereinrichtung mit der Funktionalität gemäß der hier vorliegenden technischen Lehre nachgerüstet werden.
• Die Steuereinrichtung ist bevorzugt ein Motorregler der Brennkraftmaschine. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Der Motorregler oder die ECU ist bevorzugt eingerichtet, um anhand des Soll-Drehmoments wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der Brennkraftmaschine zu berechnen.
• Ist die Regeleinrichtung als Steuereinrichtung, insbesondere Motorregler, ausgebildet und zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine eingerichtet, ist es möglich, dass eine Drehzahlregelung der Steuereinrichtung aktiv ist und insbesondere zur Berechnung der Bestromungsdauer für das wenigstens eine Brennstoffeinbringventil, insbesondere den Injektor, das zur Einbringung von Brennstoff in den wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, abhängig von dem berechneten Soll-Drehmoment verwendet wird. Es ist aber auch möglich, dass die Bestromungsdauer aus dem Soll-Drehmoment unter Umgehung eines Drehzahlreglers oder ohne Verwendung eines Drehzahlreglers berechnet wird.
• Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildet ist. In diesem Fall weist die Regeleinrichtungen bevorzugt eine Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine auf. Dies stellt eine besonders flexible Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar. Insbesondere kann die Regeleinrichtung ohne weiteres mit einer Vielzahl verschiedener existierender Leistungsanordnungen verwendet werden, insbesondere indem sie jeweils einer dort vorgesehenen Steuereinrichtung vorgeschaltet und über die Schnittstelle mit dieser verbunden wird. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um der Steuereinrichtung über die Schnittstelle das Soll-Drehmoment zu übermitteln. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um anhand des Soll-Drehmoments wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil zu berechnen.
• Unter einem Generatorregler wird insbesondere ein von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine separates, das heißt insbesondere externes Steuergerät verstanden, welches eingerichtet ist, um die Generatorfrequenz des Generators durch Vorgabe des Soll-Drehmoments für die Brennkraftmaschine zu regeln, insbesondere das Soll-Drehmoment als Stellgröße an die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine zu übermitteln. Insbesondere ist ein Generatorregler selbst kein Steuergerät für die Brennkraftmaschine, insbesondere keine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Insbesondere ist der Generatorregler zusätzlich zu der Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine, das heißt zusätzlich zu dem Steuergerät, vorgesehen. Dass der Generatorregler bevorzugt übergeordnet ist, bedeutet, dass er bevorzugt der Steuereinrichtung vorgeschaltet ist.
• Wird die als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete Regeleinrichtung in Kombination mit einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine verwendet, wird die Steuereinrichtung bevorzugt mit deaktivierter Drehzahlregelung oder ohne Drehzahlregelung betrieben. In bevorzugter Ausgestaltung ist in der Steuereinrichtung allerdings ein Leerlauf-Enddrehzahlregler aktiviert. Bei aktivem Leerlauf-Enddrehzahlregler wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine geregelt, wenn eine untere Grenzdrehzahl unterschritten oder eine obere Grenzdrehzahl überschritten wird. Zwischen der unteren Grenzdrehzahl und der oberen Grenzdrehzahl entspricht das in der Steuereinrichtung verwendete Sollmoment dem von dem Generatorregler vorgegebenen und über die Schnittstelle übermittelten Soll-Drehmoment. Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung eine Momentenvorgabe der Steuereinrichtung aktiviert.
• Ein geeigneter Leerlauf-Enddrehzahlregler ist insbesondere in DE 102 48 633 B4 offenbart.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung keine unterlagerte Drehzahlregelung aufweist.
• Insbesondere weist die Regeleinrichtung bevorzugt keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine auf. Insbesondere erzeugt die Regeleinrichtung bevorzugt keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine. Dies stellt eine besonders einfache und funktionale Ausgestaltung der, wobei insbesondere durch die Regeleinrichtung lediglich eine Momentenvorgabe für die Brennkraftmaschine erzeugt wird, was eine sehr robuste Regelung ermöglicht.
• Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Regelanordnung zur Regelung einer Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Die Regelanordnung weist eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, die als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildet ist. Die Regelanordnung weist außerdem eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um das als Stellgröße erzeugte Soll-Drehmoment an die Steuereinrichtung zu übergeben. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt keinen Drehzahlregler auf. Alternativ ist vorzugsweise ein in der Steuereinrichtung implementierter Drehzahlregler deaktiviert. Alternativ ist vorzugsweise in der Steuereinrichtung ein Leerlauf-Enddrehzahlregler aktiviert. In Zusammenhang mit der Regelanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung erläutert wurden.
• Insbesondere weist die Steuereinrichtung bevorzugt lediglich einen Leerlauf-Enddrehzahlregler auf, oder es ist lediglich ein Leerlauf-Enddrehzahlregler aktiv. Ein geeigneter Leerlauf-Enddrehzahlregler ist insbesondere in DE 102 48 633 B4 offenbart. Dabei ergeben sich insbesondere die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Leerlauf-Enddrehzahlregler offenbarten Vorteile.
• Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Außerdem weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Alternativ weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regelanordnung oder eine Regelanordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Regeleinrichtung oder die Regelanordnung ist mit der Brennkraftmaschine und dem Generator der Leistungsanordnung wirkverbunden. In Zusammenhang mit der Leistungsanordnung verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung und/oder der Regelanordnung erläutert wurden.
• Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Es wird eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße erfasst. Eine Regelabweichung wird als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll-Generatorfrequenz ermittelt. Ein Soll-Drehmoment wird als Stellgröße - insbesondere zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine - in Abhängigkeit von der Regelabweichung bestimmt. Dabei wird ein Regelgesetz zur Bestimmung des Soll-Drehmoments verwendet. Das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments verwendete, insbesondere in die Regeleinrichtung implementierte Regelgesetz wird in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße angepasst, insbesondere nachgeführt, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorfrequenz, einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorleistung. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regelanordnung und der Leistungsanordnung erläutert wurden.
• In bevorzugter Ausgestaltung wird als die Soll-Drehmoment-Größe das - vorzugsweise um mindestens einen Abtastschritt verzögerte - Soll-Drehmoment selbst verwendet. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird als die Soll-Drehmoment-Größe ein Integralanteil (I-Anteil) für das Soll-Drehmoment, oder eine von dem Soll-Drehmoment oder dem Integralanteil abgeleitete Größe verwendet.
• In bevorzugter Ausgestaltung wird die Generatorleistung als Soll-Drehmoment-Größe - insbesondere aus dem Soll-Drehmoment oder dem Integralanteil - berechnet. Alternativ wird die Generatorleistung bevorzugt - insbesondere als Messgröße - erfasst.
• Vorzugsweise wird das Regelgesetz angepasst, indem ein Proportionalbeiwert des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass eine vorbestimmte Kreisverstärkung des offenen Regelkreises konstant ist, insbesondere konstant bleibt.
• Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von der erfassten Generatorfrequenz und der Soll-Drehmoment-Größe bestimmt.
• Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert nur in Abhängigkeit der Soll-Drehmoment-Größe bestimmt, und die Generatorfrequenz wird zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts als konstant gesetzt.
• Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von einer erfassten Generatorleistung des Generators bestimmt, bevorzugt zusätzlich in Abhängigkeit von der erfassten Generatorfrequenz, oder indem die Generatorfrequenz zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts als konstant gesetzt wird.
• Vorzugsweise wird die erfasste Generatorleistung direkt - insbesondere elektrisch am Generator - gemessen, oder als gefilterte Generatorleistung mittels eines Filters, insbesondere eines PT₁-Filters oder Mittelwertfilters, aus der gemessenen Generatorleistung erhalten.
• Alternativ oder zusätzlich wird die erfasste Generatorleistung bevorzugt aus der erfassten Generatorfrequenz einerseits, sei es direkt die gemessene Generatorfrequenz oder die gefilterte Generatorfrequenz, und dem momentanen Drehmoment oder dem Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine andererseits, berechnet. Die erfasste Generatorleistung kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung aber auch nur in Abhängigkeit von dem momentanen Drehmoment oder dem Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine berechnet werden, wobei dann die Generatorfrequenz zumindest zum Zweck der Berechnung der Generatorleistung konstant gesetzt wird.
• Vorzugsweise wird eine momentane Ist-Frequenz des Generators gefiltert, und die gefilterte Ist-Frequenz wird als erfasste Generatorfrequenz verwendet.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
• 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung und einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
• 3 eine Detaildarstellung eines Regelkreises zur Frequenzregelung mit einem Frequenzregler;
• 4 eine Detaildarstellung eines Frequenzreglers;
• 5 eine Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Frequenzregelung;
• 6 eine Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Frequenzregelung;
• 7 eine Detaildarstellung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Frequenzregelung;
• 8 eine Detaildarstellung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Frequenzregelung, und
• 9 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise eines Verfahrens zur Regelung einer Leistungsanordnung.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3. Die Leistungsanordnung 1 weist eine Brennkraftmaschine 5 und einen mit der Brennkraftmaschine 5 über eine Welle 7 antriebswirkverbundenen Generator 9 auf. Die Regeleinrichtung 3 ist einerseits mit der Brennkraftmaschine 5 und andererseits mit dem Generator 9 wirkverbunden.
• Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet zur Regelung der Leistungsanordnung 1, wobei sie eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz f_G des Generators 9 als Regelgröße zu erfassen, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz f_G zu einer Soll-Generatorfrequenz f_sollzu ermitteln, ein Soll-Drehmoment M_soll als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen, und um ein zur Bestimmung des Soll-Drehmoments M_soll verwendetes Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen. Die Anpassungsgröße ist dabei ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorfrequenz f_G, einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorleistung des Generators 9.
• Bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 3 als Steuereinrichtung 15, insbesondere Motorregler, zur direkten, insbesondere unmittelbaren Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 ausgebildet.
• Die Regeleinrichtung 3 hat vorzugsweise neben der Generatorfrequenz noch weitere, hier nicht explizit dargestellte Eingangsgrößen: Eine Soll-Generatorfrequenz, eine Soll-Leistung für den Generator 9, eine gemessene Generatorleistung des Generators 9, und optional weitere Größen.
• Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet, um aus der Regelabweichung und dem daraus ermittelten Soll-Drehmoment M_soll eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung von Injektoren der Brennkraftmaschine 5 zu berechnen. Bei dieser Anordnung ist die Generatorfrequenz f_G die Regelgröße, und das in der Steuereinrichtung 15 berechnete Soll-Drehmoment M_soll ist die Stellgröße des Frequenz-Regelkreises.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung 11 und einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3.
• Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
• Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 3 als übergeordneter Generatorregler 13 ausgebildet. Der Generatorregler 13 weist insbesondere eine Schnittstelle zu eine Steuereinrichtung 15 der Brennkraftmaschine 5 auf.
• Der Generatorregler 13 hat neben der Generatorfrequenz noch weitere Eingangsgrößen: Die Soll-Generatorfrequenz f_soll, eine Soll-Leistung P_soll für den Generator 9, eine gemessene Generatorleistung P_mess des Generators 9, und vorzugsweise weitere, hier nicht explizit dargestellte Größen. Der Generatorregler 13 berechnet aus der Soll-Generatorfrequenz f_soll und der erfassten Generatorfrequenz f_G wiederum das Soll-Drehmoment M_soll, welches die Stellgröße des Frequenz-Regelkreises darstellt und an die Steuereinrichtung 15 übermittelt wird. Die Steuereinrichtung 15 berechnet aus dem Soll-Drehmoment M_soll wiederum die Bestromungsdauer BD als Ansteuersignal für die Injektoren der Brennkraftmaschine 5.
• Dabei ist bevorzugt ein Drehzahlregler der Steuereinrichtung 15 deaktiviert. Vorzugsweise ist ein Leerlauf-Enddrehzahlregler der Steuereinrichtung 15 aktiviert. Durch diesen wird die Motordrehzahl geregelt, wenn eine untere Drehzahlgrenze n_Leer unter- bzw. eine obere Drehzahlgrenze n_End durch eine momentane Drehzahl n_m,ist der Brennkraftmaschine 5 überschritten wird. Zwischen diesen Drehzahlgrenzen ist ein in der Steuereinrichtung 15 berechnetes Sollmoment gleich dem von dem Generatorregler 13 vorgegebenen Soll-Drehmoment M_soll. Insbesondere ist dabei in der Steuereinrichtung 15 eine Momentenvorgabe aktiviert.
• Vorzugsweise weist die Regeleinrichtung 3 keine unterlagerte Drehzahlregelung, insbesondere keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine 5 auf. Insbesondere erzeugt die Regeleinrichtung 3 keine unterlagerte Drehzahlregelung, insbesondere keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine 5.
• 3 zeigt eine Detaildarstellung eines Regelkreises zur Frequenzregelung mit der Regeleinrichtung 3 als Frequenzregler 17. Diese Darstellung ist unabhängig davon, ob die Regeleinrichtung 3 als Steuereinrichtung 15, insbesondere Motorregler, oder als übergeordneter Generatorregler 13 ausgebildet ist. Insbesondere kann der dargestellte Frequenzregler 17 in der Steuereinrichtung 15 oder in den Generatorregler 13 implementiert sein. Entsprechend ist ein ebenfalls dargestelltes Umrechnungsglied 19 entweder gemeinsam mit dem Frequenzregler 17 in der Steuereinrichtung 15 implementiert, oder es ist für sich genommen in der Steuereinrichtung 15 implementiert, wenn der Frequenzregler 17 in dem Generatorregler 13 implementiert ist.
• Die Brennkraftmaschine 5 und der Generator 9 sind hier gemeinsam als Regelstrecke 21 dargestellt.
• 3 zeigt insbesondere den geschlossenen Frequenzregelkreis. Der Frequenzregler 17 hat dabei die sich als Differenz der erfassten Generatorfrequenz f_G und der Soll-Generatorfrequenz f_soll ergebende Regelabweichung e_f als Eingangsgröße, und das Soll-Drehmoment M_soll als Ausgangsgröße. Der Frequenzregler 17 ist vorzugsweise - wie in 3 dargestellt - als PI-Algorithmus umgesetzt; er kann aber auch in anderer bevorzugter Ausgestaltung als PI(DT₁)-Algorithmus umgesetzt sein. Die Übertragungsfunktion des PI-Frequenzreglers lautet: $$G_r^{ƒ}\left(s\right)=k_p^{ƒ}\left(1+\frac{1}{T_n^{ƒ}s}\right)=\frac{M_{soll}\left(s\right)}{e_{ƒ}\left(s\right)}$$

  
• Mit dem Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  und der Nachstellzeit $T_n^{ƒ}.$

  
• Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine momentane Ist-Frequenz f_ist des Generators 9 in einem ersten Filter 18 gefiltert, und die gefilterte Ist-Frequenz f_ist wird als erfasste Generatorfrequenz f_G verwendet. Es ist aber auch eine Ausgestaltung möglich, bei welcher die momentane Ist-Frequenz f_ist des Generators 9 unmittelbar als erfasste Generatorfrequenz f_G verwendet wird.
• Das als Ausgangsgröße des Frequenzreglers 17 resultierende Soll-Drehmoment M_soll wird dem Umrechnungsglied 19 als Eingangsgröße zugeleitet. Das Umrechnungsglied 19 berechnet hieraus die Bestromungsdauer BD für die Injektoren der Brennkraftmaschine 5.
• 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Details des Frequenzreglers 17 gemäß 3, der - wie ausgeführt - bevorzugt als PI-Regler umgesetzt ist. Die Regelabweichung e_f wird dabei zunächst mit dem Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  multipliziert, sodass sich ein Proportionalanteil $M_{soll}^P$

  

  ergibt. In einem Integrationsglied 23 wird aus dem Proportionalanteil $M_{soll}^P$

  

  durch Division durch das Produkt der Nachstellzeit $T_n^{ƒ}$

  

  mit der komplexen Variablen s ein Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  berechnet, der anschließend zu dem Proportionalanteil $M_{soll}^P$

  

  addiert wird. Hieraus resultiert das Soll-Drehmoment M_soll als Ausgangsgröße. Die Übertragungsfunktion G(s) des Frequenzreglers 17 ist somit gegeben durch: $$G\left(s\right)=k_p^{ƒ}\left(1+\frac{1}{T_n^{ƒ}S}\right).$$

  
• Die Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}$

  

  erfolgt bevorzugt gemäß Gleichung (3). Dieses ergibt sich durch Modellierung der Regelstrecke, bestehend aus der Brennkraftmaschine 5, der Welle 7 und dem Generator 9, wie oben dargestellt.
• Das Regelgesetz wird dabei insbesondere angepasst, indem der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung v^f konstant ist, insbesondere konstant bleibt.
• 5 zeigt eine erste Möglichkeit der Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}.$

  

  Der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  wird dabei streng nach Gleichung (3) berechnet, indem die vorbestimmte und insbesondere vorgebbare, das heißt bevorzugt parametrierbare Kreisverstärkung v^f in einem ersten Multiplikationsglied 25 mit dem Faktor 30 und dem Drehmoment M_m,stat als einer Soll-Drehmoment-Größe multipliziert wird. Das sich derart ergebende Produkt wird an einer ersten Multiplikationsstelle 27 mit dem in einem ersten Kehrwertglied 29 gebildeten Kehrwert der Generatorfrequenz f_G,stat multipliziert, das heißt im Ergebnis durch die Generatorfrequenz f_G,stat dividiert. Das Drehmoment M_m,stat kann auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden:
• Gemäß einer ersten Ausgestaltung wird es aus dem um einen Abtastschritt τ_a verzögerten Integralanteil $M_{soll}^I,$

  

  welcher anschließend in einem ersten Begrenzungsglied 31 auf einen vorbestimmten Drehmoment-Grenzwert $M_{soll}^{min},$

  

  beispielsweise 100 Nm, nach unten begrenzt wird, ermittelt. In diesem Fall ist ein zur Umschaltung zwischen den beiden Berechnungsarten vorgesehener Schalter 33 in der oberen Schalterstellung gemäß 5.
• Alternativ kann das Drehmoment M_m,stat gemäß einer zweiten Ausgestaltung aus dem durch den Frequenzregler 17 berechneten Soll-Drehmoment M_soll berechnet werden. Auch dieses wird zunächst um einen Abtastschritt τ_a verzögert, danach durch ein zweites Filter 35 gefiltert, wobei das zweite Filter 35 vorzugsweise ein PT₁-Filter oder ein Mittelwertfilter ist, und schließlich ebenfalls in dem ersten Begrenzungsglied 31 auf den vorbestimmten Drehmoment-Grenzwert $M_{soll}^{min}$

  

  nach unten begrenzt. Diese Berechnung ist aktiv, wenn sich der Schalter 33 in der unteren Schalterstellung gemäß 5 befindet.
• Die Generatorfrequenz f_G,stat wird aus der erfassten Generatorfrequenz f_G berechnet, wobei diese noch in einem zweiten Begrenzungsglied 37 auf einen vorbestimmten Frequenz-Grenzwert f^min nach unten begrenzt wird.
• Da die Generatorfrequenz f_G,stat im Generatorbetrieb nur wenig variiert, kann das Regelgesetz des Frequenzreglers 17 vereinfacht werden, indem die Generatorfrequenz f_G,stat als konstant angenommen wird, vorzugsweise zu 50 Hz oder zu 60 Hz, je nach Anwendungsfall. Dies ist vorteilhaft, weil dann die Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}$

  

  nur von der ausschließlich berechneten Größe des Drehmoments M_m,stat abhängt, und nicht von einem Sensorsignal. Damit ist die Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}$

  

  maximal robust. Diese Vorgehensweise bedeutet insbesondere, dass der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  nur in Abhängigkeit der Soll-Drehmoment-Größe, hier des Drehmoments M_m,stat, bestimmt wird, wobei die Generatorfrequenz zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}$

  

  als konstant gesetzt wird, insbesondere auf einen vorbestimmten Norm-Frequenzwert.
• 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}:$

  

  Hierbei wird dieser in Abhängigkeit von einer erfassten Generatorleistung P_stat bestimmt, bevorzugt zusätzlich in Abhängigkeit von der erfassten Generatorfrequenz, insbesondere der Generatorfrequenz f_G,stat.
• Die erfasste Generatorleistung P_stat resultiert dabei aus einer gemessenen und vorzugsweise gefilterten Leistung P_mess des Generators 9, welcher durch ein drittes Begrenzungsglied 39 auf einen vorbestimmten Leistungs-Grenzwert P^min nach unten begrenzt wird. Auch die erfasste Generatorfrequenz f_G wird wiederum durch das zweite Begrenzungsglied 37 auf den vorbestimmten Frequenz-Grenzwert f^min nach unten begrenzt.
• In einem zweiten Multiplikationsglied 41 wird die begrenzte Generatorleistung P_stat mit der vorbestimmten Kreisverstärkung v^f und einem Faktor 30.000, geteilt durch π, multipliziert, und der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  wird erhalten, indem das resultierende Produkt durch das Quadrat der Generatorfrequenz f_G,stat dividiert wird. Hierzu wird insbesondere zunächst in einem Quadraturglied 43 das Quadrat der Generatorfrequenz f_G,stat gebildet, anschließend wird in einem zweiten Kehrwertglied 45 dessen Kehrwert gebildet, und dieser wird wiederum an einer zweiten Multiplikationsstelle 47 mit dem Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 41 multipliziert.
• Somit wird der Proportionalbeiwert $k_p^{ƒ}$

  

  insbesondere nach der folgenden Gleichung berechnet: $$k_p^{ƒ}=\frac{3\cdot {10}^4{P}_{stat}{v}^{ƒ}}{\pi {ƒ}_{G,stat}^2}.$$

  
• Gleichung (35) kann auf folgende Weise hergeleitet werden: Für die erfasste Generatorleistung gilt in einheitenloser Darstellung: $$P_{stat}=\frac{\pi }{3\cdot {10}^4}{M}_{m,stat}{n}_{stat},$$

  

  mit der Drehzahl n_stat. Wegen $${ƒ}_{G,stat}=\frac{n_{stat}}{30}$$

  

  gilt dann auch $$P_{stat}=\frac{\pi }{{10}^3}{M}_{m,stat}{ƒ}_{G,stat},$$

  

  und nach Umformen: $$M_{m,stat}=\frac{{10}^3{P}_{stat}}{\pi {ƒ}_{G,stat}}.$$

  
• Durch Einsetzen von Gleichung (39) in Gleichung (3) folgt direkt Gleichung (35).
• In anderer bevorzugter Ausgestaltung ist es auch in diesem Fall möglich, die Generatorfrequenz f_G,stat zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts $k_p^{ƒ}$

  

  als konstant zu setzen, wodurch sich die Berechnung wiederum vereinfacht und robuster gestaltet.
• 7 zeigt dabei eine entsprechende Variante für 50 Hz, wobei sich hier im Unterschied zu 6 anstelle des Faktors 30.000/π und zugleich als Ersatz für den unteren Zweig zur Berechnung der Generatorfrequenz f_G,stat ein Faktor 12/π ergibt.
• 8 zeigt eine entsprechende Variante für 60 Hz als konstanten Wert der Generatorfrequenz f_G,stat. Hier lautet der entsprechende Faktor 25/(3π).
• Ein Verfahren zur Regelung der Leistungsanordnung 1 umfasst insbesondere den Schritt der Erfassung der Generatorfrequenz f_G des Generators 9 als Regelgröße, weiter den Schritt der Ermittlung der Regelabweichung e_f als Differenz der erfassten Generatorfrequenz f_G zu der Soll-Generatorfrequenz f_soll, die Bestimmung des Soll-Drehmoments M_soll als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Regelabweichung e_f, und schließlich den Schritt der Anpassung des zur Bestimmung des Soll-Drehmoments M_soll verwendeten Regelgesetzes in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorfrequenz f_G, der Soll-Drehmoment-Größe, und der Generatorleistung.
• 9 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung dieses Verfahrens. Dabei zeigt ein erstes Zeitdiagramm a) einen zeitlichen Verlauf der Generatorleistung P_G. Zu einem ersten Zeitpunkt t₁ ändert sich diese sprunghaft von 0 kW auf einen bestimmten Wert P₁, da zu diesem Zeitpunkt eine Last aufgeschaltet wird. Zu einem vierten Zeitpunkt t_4\ wird diese Last wieder abgeschaltet, sodass die Generatorleistung P_G sich wieder sprunghaft auf den Wert 0 kW ändert.
• Ein zweites Zeitdiagramm b) zeigt den Verlauf der erfassten Generatorfrequenz f_G für den Fall einer Drehzahlregelung als Vergleichsbeispiel, dargestellt durch eine strichlierte Kurve K1, und für den Fall einer erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten Frequenzregelung - dargestellt durch eine durchgezogene Kurve K2.
• Im Fall der Drehzahlregelung bricht die Generatorfrequenz f_G, beginnend mit dem ersten Zeitpunkt t₁, ausgehend von der Soll-Frequenz f_soll ein und fällt um einen ersten Differenz-Frequenzwert Δf₁ bis zu einem ersten Frequenzwert f₁. Anschließend steigt die Frequenz wieder an und ist zu einem dritten Zeitpunkt t₃ wieder auf die Soll-Generatorfrequenz f_soll eingeschwungen.
• Im Fall der Frequenzregelung bricht die Generatorfrequenz f_G aufgrund der größeren Dynamik des Frequenzregelkreises um einen zweiten Differenz-Frequenzwert Δf₂ auf einen zweiten Frequenzwert f₂ ein. Der erste Differenz-Frequenzwert Δf₁ ist dabei größer als der zweite Differenz-Frequenzwert Δf₂; der erste Frequenzwert f₁ ist kleiner als der zweite Frequenzwert f₂. Anschließend steigt die Generatorfrequenz f_G wieder an und ist bereits zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ - vor dem dritten Zeitpunkt t₃ - wieder auf die Soll-Generatorfrequenz f_soll eingeschwungen. Somit verzeichnet die Generatorfrequenz f_G im Fall der Frequenzregelung gemäß der zweiten Kurve K2 einen um den Vergleichs-Differenzwert Δ(Δf), der sich als Differenz aus dem zweiten Frequenzwert f₂ und dem ersten Frequenzwert f₁ ergibt, geringeren Frequenzeinbruch, und eine um einen ersten Zeitdifferenzwert Δt₁, der sich als Differenz des dritten Zeitpunkts t₃ und des zweiten Zeitpunkts t₂ ergibt, geringere Ausregelzeit.
• Zu dem vierten Zeitpunkt t₄ erfolgt ein Abschalten der Generatorlast, wie bereits oben erwähnt. Dies führt dazu, dass die erfasste Generatorfrequenz f_G im Fall der Drehzahlregelung um einen dritten Differenz-Frequenzwert Δf₃ bis zu einem vierten Frequenzwert f₄ ansteigt. Anschließend fällt die Frequenz ab und ist zu einem sechsten Zeitpunkt t₆ wieder auf die Soll-Generatorfrequenz f_soll eingeschwungen.
• Ist die Frequenzregelung aktiv, steigt die erfasste Generatorfrequenz f_G zu dem vierten Zeitpunkt t₄ an und erreicht lediglich einen dritten Frequenzwert f₃, der kleiner ist als der vierte Frequenzwert f₄, bevor die Generatorfrequenz f_G wieder abfällt und zu einem früheren, fünften Zeitpunkt t₅ wieder auf die Soll-Generatorfrequenz f_soll eingeschwungen ist.
• Im Fall der Lastabschaltung steigt die Generatorfrequenz f_G also bei aktiver Drehzahlregelung maximal um einen dritten Differenz-Frequenzwert Δf₃ an, bei aktiver Frequenzregelung dagegen maximal um den kleineren, vierten Differenz-Frequenzwert Δf₄. Die Ausregelzeit ist im Fall der Frequenzregelung um den zweiten Zeitdifferenzwert Δt₂, der sich als Differenz aus dem sechsten Zeitpunkt t₆ und dem fünften Zeitpunkt t₅ ergibt, geringer.
• Somit wird deutlich, dass die erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß bevorzugte Frequenzregelung ein besseres Lastschaltverhalten zeigt als die als Vergleichsbeispiel verwendete Drehzahlregelung.

Claims (11)

1. Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um - eine Generatorfrequenz (f_G) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen, - eine Regelabweichung (e_f) als Differenz der erfassten Generatorfrequenz (f_G) zu einer Soll-Generatorfrequenz (f_soll) zu ermitteln, - ein Soll-Drehmoment (M_soll) als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (e_f) zu bestimmen, wobei - die Regeleinrichtung (3) außerdem eingerichtet ist, um ein Regelgesetz zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (M_soll) zu verwenden, und um - das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (M_soll) verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorfrequenz (f_G), einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorleistung.
2. Regeleinrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um das Regelgesetz anzupassen, indem ein Proportionalbeiwert $\left(k_p^{ƒ}\right)$

   

   des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass eine vorbestimmte Kreisverstärkung (v^f) des offenen Regelkreises konstant ist.
3. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $\left(k_p^{ƒ}\right)$

   

   in Abhängigkeit von der erfassten Generatorfrequenz (f_G) und der Soll-Drehmoment-Größe zu bestimmen.
4. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $\left(k_p^{ƒ}\right)$

   

   nur in Abhängigkeit der Soll-Drehmoment-Größe zu bestimmen, und um die Generatorfrequenz (f_G) zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts $\left(k_p^{ƒ}\right)$

   

   als konstant zu setzen.
5. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $\left(k_p^{ƒ}\right)$

   

   in Abhängigkeit von einer erfassten Generatorleistung des Generators (9) zu bestimmen, vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit von der erfassten Generatorfrequenz (f_G), oder indem die Generatorfrequenz (f_G) zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts $\left(k_p^{ƒ}\right)$

   

   als konstant gesetzt wird.
6. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um eine momentane Ist-Frequenz (f_ist) des Generators (9) zu filtern, und die gefilterte Ist-Frequenz als erfasste Generatorfrequenz (f_G) zu verwenden.
7. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) - als Steuereinrichtung (15) zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5), oder - als Generatorregler (13), insbesondere mit Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung (15) der Brennkraftmaschine (5), ausgebildet ist.
8. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) keine unterlagerte Drehzahlregelung, insbesondere keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine (5) aufweist oder erzeugt.
9. Regelanordnung (11) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), mit einer als Generatorregler (13) ausgebildeten Regeleinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Regelanordnung eine mit der Regeleinrichtung (3) wirkverbundene Steuereinrichtung (15) zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) aufweist, und wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um das als Stellgröße erzeugte Soll-Drehmoment (M_soll) an die Steuereinrichtung (15) zu übergeben, wobei vorzugsweise die Steuereinrichtung (15) keinen Drehzahlregler aufweist, oder wobei ein in der Steuereinrichtung (15) implementierter Drehzahlregler deaktiviert ist, oder wobei in der Steuereinrichtung (15) ein Leerlauf-Enddrehzahlregler aktiviert ist.
10. Leistungsanordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (5) und einem mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9), sowie mit einer Regeleinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, oder mit einer Regelanordnung (11) gemäß Anspruch 9, wobei die Regeleinrichtung (3) oder die Regelanordnung (11) mit der Brennkraftmaschine (5) und dem Generator (9) der Leistungsanordnung (1) wirkverbunden ist.
11. Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei - eine Generatorfrequenz (f_G) des Generators (9) als Regelgröße erfasst wird, - eine Regelabweichung (e_f) als Differenz der erfassten Generatorfrequenz (f_G) zu einer Soll-Generatorfrequenz (f_soll) ermittelt wird, - ein Soll-Drehmoment (M_soll) als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (e_f) bestimmt wird, wobei - ein Regelgesetz zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (M_soll) verwendet wird, und wobei - das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (M_soll) verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße angepasst wird, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorfrequenz (f_G), einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorleistung.

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