DE102021206426B3

DE102021206426B3 - 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

Info

Publication number: DE102021206426B3
Application number: DE102021206426.4A
Authority: DE
Inventors: Armin Dölker
Original assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2041-06-23
Also published as: EP4330531A1; WO2022268784A1; US20240117776A1

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) einen Leistungsregler (14) aufweist, der eingerichtet ist, um eine Generatorleistung (PG) als Regelgröße zu erfassen, eine Leistungs-Regelabweichung (ep) zu ermitteln, und eine erste Vorgabegröße (16) in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung (ep) zu bestimmen, wobei die Regeleinrichtung (3) einen Frequenzregler (18) aufweist, der eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz (ƒG) als Regelgröße zu erfassen, eine Frequenz-Regelabweichung (eƒ) zu ermitteln, eine zweite Vorgabegröße (20) in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung (eƒ) zu bestimmen, wobei die Regeleinrichtung (3) ein Umschaltmodul (22) aufweist, die eingerichtet ist, um in einem ersten Funktionszustand die erste Vorgabegröße (16) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) zu verwenden, und um in einem zweiten Funktionszustand des Umschaltmoduls (22) die zweite Vorgabegröße (20) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) zu verwenden, wobei der Leistungsregler (14) und der Frequenzregler (18) eingerichtet sind, um während des Betriebs der Regeleinrichtung (3) unabhängig von dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls (22) jeweils mindestens einen Regleranteil für die jeweils zugeordnete Vorgabegröße (16,20) zu berechnen.

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 kann eingerichtet sein, um eine Generatorleistung oder eine Generatorfrequenz des Generators einer Leistungsanordnung zu regeln. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere, wenn sowohl die Generatorleistung als auch die Generatorfrequenz geregelt werden sollen. Sind dafür verschiedene Regeleinrichtungen vorgesehen, ergibt sich gegebenenfalls keine klare hierarchische Einordnung der Regeleinrichtungen; insbesondere kann unbestimmt bleiben, ob die beiden Regeleinrichtungen gleichwertig nebeneinanderstehen sollen, oder ob eine Priorisierung zugunsten einer der beiden Regeleinrichtungen erfolgen soll. Dies kann zu einer wenig robusten Regelung der betroffenen Größen führen. Wird zwischen den verschiedenen Regeleinrichtungen umgeschaltet, können mangels geeigneter Abstimmung der Regeleinrichtungen untereinander unerwünschte Sprünge in der Ansteuerung der Leistungsanordnung auftreten.
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 zumindest reduziert sind, vorzugsweise 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 Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Die Regeleinrichtung weist einen Leistungsregler auf, der eingerichtet ist, um eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße zu erfassen, eine Leistungs-Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll-Generatorleistung zu ermitteln, und um eine erste Vorgabegröße als Stellgröße für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung weist außerdem einen Frequenzregler auf, der eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße zu erfassen, eine Frequenz-Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll-Generatorfrequenz zu ermitteln, und um eine zweite Vorgabegröße als Stellgröße für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung weist außerdem ein Umschaltmodul auf, das eingerichtet ist, um in einem ersten Funktionszustand des Umschaltmoduls die erste Vorgabegröße als eine Ansteuer-Vorgabegröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine zu verwenden, und um in einem zweiten Funktionszustand des Umschaltmoduls die zweite Vorgabegröße als die Ansteuer-Vorgabegröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine zu verwenden. Der Leistungsregler und der Frequenzregler sind eingerichtet, um während des Betriebs der Regeleinrichtung - insbesondere stets - unabhängig von dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls jeweils mindestens einen Regleranteil für die jeweils zugeordnete, das heißt von dem jeweiligen Regler berechnete, Vorgabegröße zu berechnen. In vorteilhafter Weise erlaubt die hier vorgeschlagene Regeleinrichtung eine definierte, klare und robuste Regelstrategie für die Regelung sowohl der Generatorfrequenz als auch der Generatorleistung. Dabei wird mittels des Umschaltmoduls - insbesondere zu jedem Zeitpunkt oder für jeden Zeitpunkt - entschieden, ob der Frequenzregler oder der Leistungsregler als momentan regelnder Regler die Ansteuerung der Brennkraftmaschine übernimmt. Die Regelung ist also insbesondere sehr robust, da zu jedem Zeitpunkt stets nur einer der Regler als momentan regelnder Regler arbeitet. Das Umschaltmodul erlaubt weiterhin eine klare Vorgabe der Hierarchie der Regler, indem beispielsweise durch streng zeit-äquidistantes Umschalten eine gleichrangige Behandlung der beiden Regler erreicht wird, oder indem beispielsweise durch verschiedene Zeitabstände für das Schalten einerseits von dem Frequenzregler zu dem Leistungsregler und andererseits von dem Leistungsregler zu dem Frequenzregler eine klare, zu jedem Zeitpunkt eindeutige Priorisierung zugunsten eines der Regler vorgenommen werden kann. Indem der Leistungsregler und der Frequenzregler eingerichtet sind, um während des Betriebs der Regeleinrichtung unabhängig von dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls jeweils den mindestens einen Regleranteil für die jeweilige Vorgabegröße zu berechnen, wird es vorteilhaft möglich, wenigstens eine zwischen den Reglern unmittelbar vor dem Umschalten zu übergebende Größe zu definieren, durch die unerwünschte Sprünge oder Unstetigkeiten in der Ansteuerung der Brennkraftmaschine beim Umschalten vermieden werden können. Dies kann vorteilhaft insbesondere so ausgestaltet werden, dass der unmittelbar nach dem Umschalten regelnde Regler die ihm zugeordnete Vorgabegröße so berechnet, als wäre er auch unmittelbar vor dem Umschalten der regelnde Regler gewesen. Dies bedeutet insbesondere, dass der momentan regelnde Regler die ihm zugeordnete Vorgabegröße in einem unmittelbar auf das Umschalten folgenden Abtastschritt - bei zeitdiskreter Abtastung - so berechnet, als wäre er auch in dem unmittelbar vorhergehenden Abtastschritt vor dem Umschalten der momentan regelnde Regler gewesen.
Unter dem momentan regelnden Regler wird dabei derjenige Regler, ausgewählt aus dem Leistungsregler und dem Frequenzregler, verstanden, dessen zugeordnete Vorgabegröße in dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls als Ansteuer-Vorgabegröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird, das heißt insbesondere derjenige Regler, der durch das Umschaltmodul momentan zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine ausgewählt ist. Unter dem momentan nicht-regelnden Regler wird derjenige Regler, ausgewählt aus dem Leistungsregler und dem Frequenzregler, verstanden, dessen zugeordnete Vorgabegröße in dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls nicht als Ansteuer-Vorgabegröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird, das heißt insbesondere derjenige Regler, der durch das Umschaltmodul momentan nicht zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine ausgewählt ist. Unter der einem Regler zugeordneten Vorgabegröße wird dabei insbesondere die von dem jeweiligen Regler berechnete Vorgabegröße verstanden.
Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um zeitdiskret zu arbeiten, insbesondere ihre Berechnungen zeitdiskret, das heißt insbesondere getaktet, durchzuführen. Die sich insoweit ergebenden diskreten Zeitpunkte werden hier und im Folgenden auch als Abtastschritte bezeichnet. Die Taktung wird auch als Abtastung bezeichnet.
Unter einer Leistungsanordnung wird hier insbesondere eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine, das heißt 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.
Das Umschaltmodul kann bevorzugt hardwaretechnisch, aber vorzugsweise auch softwaretechnisch in der Regeleinrichtung implementiert sein. Insbesondere kann die Funktionalität des Umschaltmoduls bevorzugt hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch in der Regeleinrichtung implementiert sein. Dabei muss es sich bei dem Umschaltmodul nicht zwingend um eine separate, physikalisch oder gedanklich abtrennbare Einrichtung oder Struktur handeln. Insbesondere muss das Umschaltmodul nicht als Schalter oder dergleichen ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass durch das Umschaltmodul oder mittels des Umschaltmoduls eine Funktionalität bereitgestellt ist, mittels der zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand gewechselt werden kann, insbesondere unabhängig davon, ob diese Funktionalität softwaretechnisch oder durch geeignete Hardware bereitgestellt wird.
Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Frequenz des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Frequenz als die 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 einem Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorfrequenz aus dem PT₁-Filter oder Mittelwertfilter resultiert.
Unter einer Generatorfrequenz und entsprechend auch der Ist-Frequenz 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.
Die Regeleinrichtung ist alternativ oder zusätzlich bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Leistung des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Leistung als die erfasste Generatorleistung zu verwenden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders ruhige und damit robuste Regelung. Die momentane Ist-Leistung wird vorzugsweise unmittelbar - vorzugsweise elektrisch - am Generator gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die momentane Ist-Leistung mit einem PT₁-Filter oder einem Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorleistung aus dem PT₁-Filter oder Mittelwertfilter resultiert.
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 einem Regleranteil wird insbesondere ein Proportionalanteil, ein Differenzialanteil oder ein Integralanteil eines Reglers verstanden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Regleranteil ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Proportionalanteil und einem Differenzialanteil. Indem insbesondere der momentan nicht-regelnde Regler den entsprechenden Regleranteil berechnet, kann eine störungsfreie Übergabe zum Umschaltzeitpunkt zwischen den beiden Reglern gewährleistet werden. Vorzugsweise wird der Proportionalanteil zu jedem Zeitpunkt - unabhängig von dem Funktionszustand des Umschaltmoduls - berechnet. Vorzugsweise werden beide Regleranteile, das heißt der Proportionalanteil und der Differenzialanteil, zu jedem Zeitpunkt - unabhängig von dem Funktionszustand des Umschaltmoduls - berechnet.
In bevorzugter Ausgestaltung werden allgemein von dem Frequenzregler und dem Leistungsregler zu jedem Zeitpunkt alle Regleranteile berechnet, vorzugsweise bis auf einen Integralanteil für den momentan nicht-regelnden Regler. In bevorzugter Ausgestaltung berechnet also der momentan nicht-regelnde Regler alle Regleranteile mit Ausnahme seines Integralanteils. Dieser wird bevorzugt vielmehr in der unten beschriebenen Weise durch eine Initialisierungsgröße initialisiert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um dem - momentan - nicht-regelnden Regler vor einem Umschalten des Umschaltmoduls die von dem - momentan - regelnden Regler bestimmte, insbesondere berechnete Vorgabegröße zur Initialisierung zu übergeben. Insbesondere auf diese Weise kann eine definierte, vorzugsweise sprungfreie Übergabe zwischen den Reglern gewährleistet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um aus der übergebenen Vorgabegröße anhand des mindestens einen von dem nicht-regelnden Regler berechneten Regleranteils eine Initialisierungsgröße für die Initialisierung des nicht-regelnden Reglers zu berechnen. Insbesondere auf diese Weise kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass eine in einem unmittelbar auf das Umschalten folgenden Abtastschritt durch den dann regelnden Regler berechnete Vorgabegröße so berechnet wird, als wäre dieser Regler - und nicht etwa der andere Regler - auch in dem vorhergehenden Abtastschritt unmittelbar vor dem Umschalten der regelnde Regler gewesen.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die Initialisierungsgröße berechnet, in dem der mindestens eine Regleranteil von der übergebenen Vorgabegröße subtrahiert wird. In bevorzugter und besonders vorteilhafter Weise werden somit diejenigen Regleranteile des momentan nicht-regelnden Reglers von der übergebenen Vorgabegröße subtrahiert, die nicht dessen Integralanteil sind, insbesondere also der Proportionalanteil sowie gegebenenfalls der Differenzialanteil, sodass als Initialisierungsgröße eine Größe resultiert, die dem momentanen Integralanteil des momentan nicht-regelnden Reglers entsprechen würde, wenn dieser der momentan regelnde Regler wäre.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um einen Integralanteil des nicht-regelnden Reglers mit der Initialisierungsgröße zu initialisieren. Insbesondere auf diese Weise wird vorteilhaft gewährleistet, dass die unmittelbar nach dem Umschalten durch den dann regelnden Regler berechnete Vorgabegröße gleich einer hypothetischen Vorgabegröße ist, die der dann regelnde Regler berechnet hätte, wenn er auch unmittelbar vor dem Umschalten bereits der regelnde Regler gewesen wäre. Insbesondere werden nämlich dann in dem unmittelbar auf das Umschalten folgenden Abtastschritt zu dem mit der Initialisierungsgröße initialisierten Integralanteil die anderen Regleranteile des dann regelnden Reglers addiert, wobei der mit der Initialisierungsgröße initialisierte Integralanteil - wie zuvor erläutert - dem hypothetischen Integralanteil entspricht, den der dann regelnde Regler aufweisen würde, wenn er vor dem Umschalten bereits der regelnde Regler gewesen wäre. Zu beachten ist dabei, dass im Moment des Umschaltens die beiden Regler ihre Funktion einerseits als nicht-regelnder Regler und andererseits als regelnder Regler vertauschen. Dies bedeutet, dass durch das Umschalten der zuvor nicht-regelnde Regler zu dem regelnden Regler wird, wobei umgekehrt der zuvor regelnde Regler zu dem nicht-regelnden Regler wird.
Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um dieselbe Art Vorgabegröße, das heißt insbesondere dieselbe physikalische Größe, insbesondere ein Drehmoment oder eine Drehzahl, sowohl für die erste Vorgabegröße als auch für die zweite Vorgabegröße zu berechnen. Dies ermöglicht ein besonders effizientes und reibungsloses Umschalten zwischen dem Leistungsregler und dem Frequenzregler als momentan regelndem Regler mittels des Umschaltmoduls.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um als die erste Vorgabegröße und als die zweite Vorgabegröße jeweils ein Soll-Drehmoment zu bestimmen, insbesondere zu berechnen. Dies ermöglicht eine stabile und robuste Regelung.
Alternativ ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um als die erste Vorgabegröße und als die zweite Vorgabegröße jeweils eine Soll-Drehzahl zu bestimmen, insbesondere zu berechnen. Auch dies ermöglicht eine stabile und robuste Regelung.
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 der Ansteuer-Vorgabegröße, insbesondere des Soll-Drehmoments oder der Soll-Drehzahl, 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 einer Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der zur Einbringung von Brennstoff in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, insbesondere abhängig von dem als Ansteuer-Vorgabegröße berechneten Soll-Drehmoment oder abhängig von einem aus der als Ansteuer-Vorgabegröße berechneten Soll-Drehzahl berechneten Sollmoment, verwendet wird. Es ist aber auch möglich, dass die Bestromungsdauer aus dem Soll-Drehmoment oder der Soll-Drehzahl unter Umgehung eines Drehzahlreglers oder ohne Verwendung eines Drehzahlreglers berechnet wird.
Alternativ ist die Regeleinrichtung bevorzugt als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler, insbesondere mit Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Regeleinrichtung weist in diesem Fall 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 diesem verbunden wird. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um der Steuereinrichtung über die Schnittstelle die Ansteuer-Vorgabegröße, insbesondere das Soll-Drehmoment oder die Soll-Drehzahl, zu übermitteln. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um anhand der Ansteuer-Vorgabegröße 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, den Generator zu regeln, insbesondere die Ansteuer-Vorgabegröße 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 und mit einem Soll-Drehmoment als Ansteuer-Vorgabegröße 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 das Umschaltmodul eingerichtet ist, um zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand parameterabhängig umzuschalten. In bevorzugter Ausgestaltung dient als Parameter dabei insbesondere die Zeit, insbesondere eine seit dem letzten Umschalten vergangene Zeitdauer, oder eine Anzahl von Abtastschritten, insbesondere eine seit dem letzten Umschalten gezählte Anzahl von Abtastschritten. Das Umschaltmodul ist insbesondere eingerichtet, um zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand umzuschalten, wenn der gewählte Parameter einen vorbestimmten Parametergrenzwert überschreitet. Dabei kann für das Umschalten in beide Richtungen derselbe Parametergrenzwert gewählt werden, wobei dann die beiden Regler gleichrangig betrieben werden. Es ist aber auch eine Priorisierung zwischen den Reglern möglich, indem für das Umschalten von dem Leistungsregler zu dem Frequenzregler ein erster Parametergrenzwert verwendet wird, der sich von einem zweiten Parametergrenzwert unterscheidet, der für das Umschalten von dem Frequenzregler zu dem Leistungsregler verwendet wird. Somit unterscheiden sich dann effektiv die Zeitdauern oder Anzahlen von Abtastschritten, über die die verschiedenen Regler als momentan regelnde Regler arbeiten, sodass der höher priorisierte Regler insgesamt länger als momentan regelnder Regler aktiv ist.
Alternativ ist das Umschaltmodul bevorzugt eingerichtet, um wechselweise, insbesondere zyklisch, insbesondere nach einem bestimmten Zyklus oder einer bestimmten Periode, zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand umzuschalten. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Umschaltmodul nach einer fest vorgegebenen Zeitdauer oder nach einer fest vorgegebenen Anzahl von Abtastschritten umschaltet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die fest vorgegebene Zeitdauer oder die fest vorgegebene Anzahl von Abtastschritten für beide Schaltrichtungen gleich ist.
Alternativ ist das Umschaltmodul bevorzugt eingerichtet, um nach einer vorbestimmten Abfolge zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand umzuschalten. Die vorbestimmte Abfolge ist insbesondere ein vorbestimmtes Muster, insbesondere ein zeitliches Muster oder ein Muster von Abtastschritten, die zwischen zwei Umschaltereignissen vergangen sind. Ein solches Muster kann dabei insbesondere nicht-äquidistante Verteilungen für die verschiedenen Umschaltrichtungen von dem Leistungsregler zu dem Frequenzregler - und umgekehrt - vorsehen, insbesondere also verschiedene Zeitdauern oder verschiedene Anzahlen von Abtastschritten vor dem Umschalten von dem Leistungsregler zu dem Frequenzregler einerseits und von dem Frequenzregler zu dem Leistungsregler andererseits.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Umschaltmodul eingerichtet, um zugunsten des Leistungsreglers zu priorisieren, das heißt um die von dem Leistungsregler berechnete erste Vorgabegröße für eine insgesamt - das heißt insbesondere in Summe über die Betriebszeit der Regeleinrichtung - längere Zeitdauer als Ansteuer-Vorgabegröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine zu verwenden. Insbesondere ist das Umschaltmodul eingerichtet, um vor dem Umschalten von dem Leistungsregler zu dem Frequenzregler eine längere Zeitdauer oder eine größere Anzahl von Abtastschritten vergehen zu lassen, wie umgekehrt vor dem Umschalten von dem Frequenzregler zu dem Leistungsregler. Dies ist vorteilhaft, weil die Generatorfrequenz typischerweise eine stabilere, zeitlich konstantere Größe darstellt als die Generatorleistung, insbesondere im Inselparallelbetrieb oder im Netzparallelbetrieb einer mit der Regeleinrichtung ausgestatteten Leistungsanordnung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um aus der Soll-Generatorleistung mittels eines Rechenglieds, das ein differenzielles - oder differenzierendes - Übertragungsverhalten aufweist, einen Vorgabegrößen-Zusatzterm zu berechnen, und den Vorgabegrößen-Zusatzterm mit einer durch den Leistungsregler berechneten Vorläufer-Vorgabegröße zu verrechnen, um die erste Vorgabegröße zu erhalten. Insbesondere erhält dabei die erste Vorgabegröße einen dynamischen Anteil. Auf diese Weise kann vorteilhaft das Regelverhalten der Leistungsregelung besonders dynamisch ausgestaltet sein. Insbesondere wird ein Lastschaltverhalten einer die Regeleinrichtung aufweisenden Leistungsanordnung verbessert. Insbesondere wird vorteilhaft ein Frequenzeinbruch der Generatorfrequenz im Fall einer Lastaufschaltung reduziert.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Rechenglied ein D-Glied oder ein DT₁-Glied.
Bevorzugt ist der Leistungsregler eingerichtet, um aus der Soll-Generatorleistung mittels des Rechenglieds den Vorgabegrößen-Zusatzterm zu berechnen, und den Vorgabegrößen-Zusatzterm mit der Vorläufer-Vorgabegröße zu verrechnen, um die erste Vorgabegröße zu erhalten.
Insbesondere ist die Regeleinrichtung, vorzugsweise der Leistungsregler, bevorzugt eingerichtet, um den Vorgabegrößen-Zusatzterm zu der Vorläufer-Vorgabegröße zu addieren, um die erste Vorgabegröße zu erhalten. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltung der Berechnung der ersten Vorgabegröße unter Berücksichtigung des Vorgabegrößen-Zusatzterms dar.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Regelanordnung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete, erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete Regeleinrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist, wobei die Regelanordnung eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine aufweist, und wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die Ansteuer-Vorgabegröße an die Steuereinrichtung zu übergeben. In Zusammenhang mit der Regelanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung erläutert wurden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Die Leistungsanordnung weist außerdem eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf, oder die Leistungsanordnung weist eine erfindungsgemäße Regelanordnung oder eine Regelanordnung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. Die Regeleinrichtung oder die Regelanordnung ist mit der Brennkraftmaschine und dem Generator der Leistungsanordnung wirkverbunden. In Zusammenhang mit der Leistungsanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung und 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. Im Rahmen des Verfahrens wird eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße erfasst, es wird eine Leistungs-Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll-Generatorleistung ermittelt, und es wird eine erste Vorgabegröße als Stellgröße für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung bestimmt. Außerdem wird eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße erfasst, es wird eine Frequenz-Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll-Generatorfrequenz ermittelt, und es wird eine zweite Vorgabegröße als Stellgröße für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung bestimmt. In einem ersten Funktionszustand wird die erste Vorgabegröße als eine Ansteuer-Vorgabegröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet. In einem zweiten Funktionszustand wird die zweite Vorgabegröße als die Ansteuer-Vorgabegröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Dabei wird - insbesondere stets - unabhängig von dem momentanen Funktionszustand jeweils mindestens ein Regleranteil für die erste Vorgabegröße und für die zweite Vorgabegröße berechnet. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regelanordnung und der Leistungsanordnung erläutert wurden. Vorzugsweise umfasst das Verfahren wenigstens einen Verfahrensschritt, der explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regelanordnung, und/oder der Leistungsanordnung erläutert wurde.
Der mindestens eine Regleranteil ist dabei bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Proportionalanteil und einem Differenzialanteil.
Vorzugsweise wird einem momentan nicht-regelnden Regler, ausgewählt aus dem Leistungsregler und dem Frequenzregler, dessen zugeordnete Vorgabegröße in dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls nicht als Ansteuer-Vorgabegröße verwendet wird, vor dem Umschalten in einen nachfolgenden Funktionszustand die von dem momentan regelnden Regler, ausgewählt aus dem Frequenzregler und dem Leistungsregler, berechnete Vorgabegröße zur Initialisierung übergeben.
Vorzugsweise wird aus der übergebenen Vorgabegröße anhand des mindestens einen von dem nicht-regelnden Regler berechneten Regleranteils eine Initialisierungsgröße für die Initialisierung des nicht-regelnden Reglers berechnet.
Vorzugsweise wird ein Integralanteil des nicht-regelnden Reglers mit der Initialisierungsgröße initialisiert.
Vorzugsweise wird als die erste Vorgabegröße und als die zweite Vorgabegröße jeweils ein Soll-Drehmoment oder eine Soll-Drehzahl berechnet. Vorzugsweise wird allgemein für beide Vorgabegrößen jeweils dieselbe physikalische Größe berechnet; es wird also dieselbe Art von Vorgabegröße sowohl für die Leistungsregelung als auch für die Frequenzregelung verwendet.
Bevorzugt wird zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand parameterabhängig, oder wechselweise, insbesondere zyklisch, oder nach einer vorbestimmten Abfolge, insbesondere nach einem vorbestimmten Muster, umgeschaltet.
Vorzugsweise wird aus der Soll-Generatorleistung mittels eines ein differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden Rechenglieds, insbesondere eines D-Glieds oder eines DT₁-Glieds, ein Vorgabegrößen-Zusatzterm berechnet, und der Vorgabegrößen-Zusatzterm wird mit einer Vorläufer-Vorgabegröße verrechnet, vorzugsweise zu der Vorläufer-Vorgabegröße addiert, um die erste Vorgabegröße zu erhalten.
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 Regelanordnung und einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung und einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
4 eine erste schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung;
5 eine zweite schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung in einem ersten Funktionszustand;
6 eine dritte schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung in einem zweiten Funktionszustand, und
7 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung und einem vierten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung 13 und einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3. Die Leistungsanordnung 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel Teil eines übergeordneten Verbundes einer Mehrzahl von Leistungsanordnungen, von denen nur die eine, hier näher betrachtete Leistungsanordnung 1 dargestellt ist. Insbesondere ist die Leistungsanordnung 1 mit einem Stromnetz 4, hier konkret mit einer Sammelschiene 6 elektrisch verbunden. Die Leistungsanordnung 1 kann insbesondere im Inselparallelbetrieb oder im Netzparallelbetrieb betrieben sein; insbesondere kann es sich bei dem Stromnetz 4 um ein lokales Stromnetz, insbesondere um ein Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Schifffahrzeugs, oder um ein überregionales Stromnetz handeln. Dem Stromnetz 4 ist ein externes Steuergerät 8 zugeordnet, welches eine an der Sammelschiene 6 angeforderte Gesamtleistung P_Schiene, die auch als Gesamtlast bezeichnet wird, auf die einzelnen Leistungsanordnungen 1 aufteilt, insbesondere indem für jede Leistungsanordnung 1 eine separate Soll-Generatorleistung $P_{s o l l}^{1}, P_{s o l l}^{2}, P_{s o l l}^{3},$
usw., berechnet wird. Eine der hier konkret dargestellten Leistungsanordnung 1 zugeordnete erste Soll-Generatorleistung $P_{s o l l}^{1}$
wird im Folgenden der einfacheren Darstellung wegen kurz als Soll-Generatorleistung P_soll bezeichnet.
Die Leistungsanordnung 1 kann aber auch in Alleinstellung betrieben werden.
Auch ist es möglich, dass die Leistungsverteilung nicht in einem externen Steuergerät 8 durchgeführt wird, sondern in der Regeleinrichtung 3 selbst, insbesondere in einer Master-Regeleinrichtung einer der Leistungsanordnungen 1, wobei dann die anderen Regeleinrichtungen 3 der anderen Leistungsanordnungen 1 bevorzugt als Slave-Regeleinrichtungen betrieben werden, die ihre jeweilige Soll-Generatorleistung von der Master-Regeleinrichtung erhalten.
Die Leistungsanordnung 1 weist eine Brennkraftmaschine 5 und einen mit der Brennkraftmaschine 5 über eine schematisch dargestellte Welle 7 antriebswirkverbundenen Generator 9 auf. Die Regeleinrichtung 3 ist einerseits mit der Brennkraftmaschine 5 und andererseits mit dem Generator 9 wirkverbunden. Insbesondere ist der Generator 9 mit der Sammelschiene 6 in hier nicht explizit dargestellter Weise elektrisch verbunden.
Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet - vergleiche hierzu auch 4 - zur Regelung der Leistungsanordnung 1, wobei sie einen Leistungsregler 14 aufweist, der eingerichtet ist, um eine Generatorleistung P_G des Generators 9 als eine erste Regelgröße zu erfassen, um eine Leistungs-Regelabweichung ep als Differenz der erfassten Generatorleistung P_G zu der Soll-Generatorleistung P_soll zu ermitteln, und um eine erste Vorgabegröße 16 als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung ep zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 weist außerdem einen Frequenzregler 18 auf, der eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz f_G des Generators 9 als eine zweite Regelgröße zu erfassen, eine Frequenz-Regelabweichung e_ƒ als Differenz der erfassten Generatorfrequenz ƒ_G zu einer Soll-Generatorfrequenz ƒ_soll zu ermitteln, und um eine zweite Vorgabegröße 20 als Stellgröße für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung e_ƒ zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 weist außerdem ein Umschaltmodul 22 auf, die eingerichtet ist, um in einem ersten Funktionszustand des Umschaltmoduls 22 die erste Vorgabegröße 16 als eine Ansteuer-Vorgabegröße 24 zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 zu verwenden, und um in einem zweiten Funktionszustand des Umschaltmoduls 22 die zweite Vorgabegröße 20 als die Ansteuer-Vorgabegröße 24 zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 zu verwenden. Der Leistungsregler 14 und der Frequenzregler 18 sind eingerichtet, um während des Betriebs der Regeleinrichtung 3 stets unabhängig von dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls 22 jeweils mindestens einen Regleranteil für die jeweils zugeordnete Vorgabegröße 16, 20 zu berechnen.
Die Regeleinrichtung 3 ermöglicht eine definierte, klare und robuste Regelstrategie für die Regelung sowohl der Generatorfrequenz als auch der Generatorleistung. Dabei wird mittels des Umschaltmoduls 22 zu jedem Zeitpunkt entschieden, ob der Frequenzregler 18 oder der Leistungsregler 14 als momentan regelnder Regler die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 übernimmt. Das Umschaltmodul 22 erlaubt weiterhin eine klare Vorgabe der Hierarchie der Regler. Vorteilhaft kann wenigstens eine zwischen den Reglern unmittelbar vor dem Umschalten zu übergebende Größe bestimmt werden, durch die unerwünschte Sprünge in der Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 beim Umschalten vermieden werden können. Dies kann vorteilhaft so ausgestaltet werden, dass der unmittelbar nach dem Umschalten momentan regelnde Regler die ihm zugeordnete Vorgabegröße 16, 20 in dem unmittelbar auf das Umschalten folgenden Abtastschritt - bei zeitdiskreter Abtastung - so berechnet, als wäre er auch in dem unmittelbar vorhergehenden Abtastschritt, das heißt unmittelbar vor dem Umschalten, der momentan regelnde Regler gewesen.
Die Ansteuer-Vorgabegröße 24 - und entsprechend auch jede der Vorgabegrößen 16, 20 - ist bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel insbesondere eine Soll-Drehzahl n_soll.
Die Regeleinrichtung 3 ist gemäß dem hier dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel als Generatorregler 12 ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine 5 derart wirkverbunden, dass die Soll-Vorgabegröße 24 von der Regeleinrichtung 3 an die Steuereinrichtung 11 übermittelt werden kann. Dies ermöglicht zugleich eine besonders robuste Leistungsregelung und eine vielfältige Einsetzbarkeit der Regeleinrichtung 3, insbesondere mit einer Vielzahl von Leistungsanordnungen 1.
Die Regeleinrichtung 3 und die Steuereinrichtung 11 bilden gemeinsam die Regelanordnung 13 zur Regelung der Leistungsanordnung 1. Die Steuereinrichtung 11 ist bevorzugt als Motorregler, insbesondere als Engine Control Unit (ECU) ausgebildet.
Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem als Eingangsgrößen die Soll-Drehzahl n_soll und eine erfasste Drehzahl n_ist auf. Hieraus berechnet die Steuereinrichtung 11 eine Drehzahl-Regelabweichung. Aus dieser Drehzahl-Regelabweichung berechnet die Steuereinrichtung 11 schließlich eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung von Brennstoffeinbringventilen der Brennkraftmaschine 5. Vorzugsweise berechnet die Steuereinrichtung 11 aus der Drehzahl-Regelabweichung zunächst ein Soll-Drehmoment M_soll und aus diesem wiederum die Bestromungsdauer BD.
In der Steuereinrichtung 11 ist bevorzugt ein Drehzahlregler aktiviert, wenn als die Ansteuer-Vorgabegröße 24 die Soll-Drehzahl n_soll berechnet wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung 13 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.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 insbesondere dadurch, dass als die Ansteuer-Vorgabegröße 24 hier keine Soll-Drehzahl n_soll, sondern vielmehr ein Soll-Drehmoment M_soll berechnet und an die Steuereinrichtung 11 übergeben wird.
In diesem Fall ist bevorzugt ein Drehzahlregler der Steuereinrichtung 11 deaktiviert. Vorzugsweise ist ein Leerlauf-Enddrehzahlregler der Steuereinrichtung 11 aktiviert. Durch diesen wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 5 geregelt, wenn durch die erfasste Drehzahl n_ist eine untere Drehzahlgrenze n_Leer unter- bzw. eine obere Drehzahlgrenze n_End überschritten wird. Zwischen diesen Drehzahlgrenzen ist ein in der Steuereinrichtung 11 berechnetes Sollmoment gleich dem von der Regeleinrichtung 3 vorgegebenen Soll-Drehmoment M_soll. Insbesondere ist dabei in der Steuereinrichtung 11 eine Momentenvorgabe aktiviert.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 3 als Steuereinrichtung 11, hier konkret als Motorregler 15, zur direkten, insbesondere unmittelbaren Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 ausgebildet. Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet, um aus der Ansteuer-Vorgabegröße 24, insbesondere der Soll-Drehzahl n_soll oder dem Soll-Drehmoment M_soll, eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung der Injektoren der Brennkraftmaschine 5 zu berechnen.
4 zeigt eine erste schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 gemäß 1. Insofern wird die weitere Funktionsweise insbesondere der Regeleinrichtung 3 in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erläutert. Die im Folgenden erläuterte Funktionsweise ist aber genauso auch auf die anderen Ausführungsbeispiele gemäß den 2 und 3 anwendbar. Insofern wird im Folgenden auch insbesondere beispielhaft die Soll-Drehzahl n_soll als Ansteuer-Vorgabegröße 24 verwendet. Die erläuterte Logik und Funktionalität zur Berechnung der Ansteuer-Vorgabegröße 24 kann aber ebenso angewendet werden, wenn das Soll-Drehmoment M_soll als Ansteuer-Vorgabegröße 24 verwendet wird.
Das Umschaltmodul 22 ist hier als erster Schalter 17 dargestellt, wobei der erste Funktionszustand des Umschaltmoduls 22 der oberen Schalterstellung des ersten Schalters 17 entspricht, und wobei der zweite Funktionszustand der unteren Schalterstellung des ersten Schalters 17 entspricht.
Das Umschaltmodul 22 ist bevorzugt eingerichtet, um zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand parameterabhängig, oder wechselweise, insbesondere zyklisch, oder nach einer vorbestimmten Abfolge umzuschalten. Insbesondere kann das Umschalten zeitäquidistant, vorzugsweise nach jedem Abtastschritt, oder gemäß einer vorgegebenen Priorisierung eines der Regler, vorzugsweise des Leistungsreglers 14, erfolgen. Beispielsweise erfolgt ein Umschalten von dem Leistungsregler 14 zu dem Frequenzregler 18, das heißt von dem ersten Funktionszustand in den zweiten Funktionszustand, erst nach zwei Abtastschritten, wobei bereits nach einem Abtastschritt von dem zweiten Funktionszustand zurück in den ersten Funktionszustand, das heißt von dem Frequenzregler 18 zu dem Leistungsregler 14, umgeschaltet wird.
Die Regeleinrichtung 3 ist bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Leistung P_ist des Generators 9 in einem Leistungsfilter 19 zu filtern, und die gefilterte Ist-Leistung P_ist als die erfasste Generatorleistung P_G zu verwenden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Leistungsfilter 19 ein PT₁-Filter oder ein Mittelwertfilter.
Die Regeleinrichtung 3 ist außerdem bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Frequenz ƒ_ist des Generators 9 in einem Frequenzfilter 21 zu filtern, und die gefilterte Ist-Frequenz ƒ_ist als die erfasste Generatorfrequenz ƒ_G zu verwenden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Frequenzfilter 21 ein PT₁-Filter oder ein Mittelwertfilter.
5 zeigt eine zweite schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 in dem ersten Funktionszustand in zeitdiskreter Darstellung, wobei die Abtastschritte durch einen Laufindex bezeichnet sind. Der mit k angegebene Indexwert des Laufindex entspricht in beiden 5 und 6 einem Abtastschritt unmittelbar vor dem Umschalten von dem Leistungsregler 14, also aus dem ersten Funktionszustand, zu dem Frequenzregler 18, also in den zweiten Funktionszustand. Das heißt der Indexwert k entspricht dem letzten Abtastschritt in dem ersten Funktionszustand. Entsprechend bezeichnet der mit k+1 angegebene Indexwert denjenigen Abtastschritt, der unmittelbar auf das Umschalten folgt, das heißt den ersten Abtastschritt im zweiten Funktionszustand. Der mit k-1 angegebene Indexwert bezeichnet entsprechend den Abtastschritt unmittelbar vor dem mit k bezeichneten Abtastschritt. Insbesondere zeigt 5 die Regeleinrichtung 3 in ihrem Zustand zu dem mit k angegebenen Zeitpunkt.
Die Regelalgorithmen für den Leistungsregler 14 und den Frequenzregler 18 sind in beiden 5 und 6 als PI-Regler ausgeführt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass zumindest einer der Regler, ausgewählt aus dem Leistungsregler 14 und dem Frequenzregler 18, als PID-Regler oder als PI(DT₁)-Regler ausgeführt ist.
Der Leistungsregler 14 berechnet aus der Soll-Generatorleistung P_soll(k) und der erfassten Generatorleistung P_G(k) in dem aktuellen Abtastschritt k die Leistungs-Regelabweichung ep(k), und aus dieser einen Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k),$
indem die Leistungs-Regelabweichung e_P(k) mit einer ersten Leistungs-Konstante $r_{1}^{P}$
multipliziert wird. Die erste Leistungs-Konstante $r_{1}^{P}$
ist vorzugsweise gleich einem bevorzugt parametrierbaren, das heißt vorgebbaren Leistungs-Proportionalbeiwert $k_{p}^{P} .$
Der Leistungsregler 14 berechnet außerdem zumindest in dem ersten Funktionszustand einen Leistungs-Integralanteil $n_{s o l l}^{P, i} (k),$
unter Anwendung der Trapezregel für die Integration, indem die Leistungs-Regelabweichung e_P(k) des aktuellen Abtastschritts k mit der Leistungs-Regelabweichung e_P(k-1) des vorhergehenden Abtastschritts k-1 addiert wird, wobei die so gebildete Summe mit einer zweiten Leistungs-Konstante $r_{2}^{P}$
multipliziert wird, wobei das so gebildete Produkt zu dem um einen Abtastschritt τ_a verzögerten, vorhergehenden Leistungs-Integralanteil $n_{s o l l}^{P, i} (k - 1)$
addiert wird, und wobei die wiederum derart gebildete Summe nach oben auf einen ersten, vorzugsweise parametrierbaren Maximalwert $n_{s o l l}^{P, i, m a x}$
und nach unten auf einen ersten, vorzugsweise parametrierbaren Minimalwert $n_{s o l l}^{P, i, m i n}$
begrenzt wird. Der so berechnete Leistungs-Integralanteil $n_{s o l l}^{P, i} (k)$
wird zumindest in dem ersten Funktionszustand zu dem Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k)$
addiert, wobei die derart gebildete Summe wiederum nach oben auf einen zweiten Maximalwert, vorzugsweise auf den ersten Maximalwert $n_{s o l l}^{P, i, m a x},$
und nach unten auf einen zweiten Minimalwert, vorzugsweise auf den ersten Minimalwert $n_{s o l l}^{P, i, m i n},$
begrenzt wird. Auf diese Weise resultiert die erste Vorgabegröße 16, hier die Soll-Drehzahl $n_{s o l l}^{P} (k)$
des Leistungsreglers 14. In dem ersten Funktionszustand wird durch das Umschaltmodul 22 die erste Vorgabegröße 16 als Ansteuer-Vorgabegröße 24 ausgegeben.
Die zweite Leistungs-Konstante $r_{2}^{P}$
ist vorzugsweise gegeben durch: $r_{2}^{P} = \frac{k_{p}^{P} τ_{a}}{2 τ_{N}},$
mit dem parametrierbaren Leistungs-Proportionalbeiwert $k_{p}^{P},$
der zeitlichen Breite τ_a eines Abtastschritts, und der parametrierbaren Nachstellzeit τ_N. Der erste Maximalwert $n_{s o l l}^{P, i, m a x}$
ist vorzugsweise gegeben durch eine Nenndrehzahl für die Brennkraftmaschine 5 zuzüglich von 200 min^-1. Der erste Minimalwert $n_{s o l l}^{P, i, m i n}$
ist vorzugsweise gegeben durch die Nenndrehzahl abzüglich von 200 min^-1.
Der Frequenzregler 18 berechnet aus der Soll-Generatorfrequenz ƒ_soll(k) und der erfassten Generatorfrequenz ƒ_G(k) in dem aktuellen Abtastschritt k die Frequenz-Regelabweichung eƒ(k), und aus dieser einen Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k),$
indem die Frequenz-Regelabweichung e_ƒ(k) mit einer ersten Frequenz-Konstante $r_{1}^{ƒ}$
multipliziert wird. Die erste Frequenz-Konstante $r_{1}^{ƒ}$
ist vorzugsweise gleich einem bevorzugt parametrierbaren, das heißt vorgebbaren Frequenz -Proportionalbeiwert $k_{p}^{ƒ} .$
Der Frequenzregler 18 berechnet außerdem - nicht notwendig in dem ersten Funktionszustand, aber zumindest in dem zweiten Funktionszustand - einen Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k),$
unter Anwendung der Trapezregel für die Integration, indem die Frequenz-Regelabweichung $e_{ƒ} (k)$
des aktuellen Abtastschritts k mit der Frequenz-Regelabweichung e_ƒ(k-1) des vorhergehenden Abtastschritts k-1 addiert wird, wobei die so gebildete Summe mit einer zweiten Frequenz-Konstante $r_{2}^{ƒ}$
multipliziert wird, wobei das so gebildete Produkt zu dem um einen Abtastschritt τ_a verzögerten, vorhergehenden Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k - 1)$
addiert wird, und wobei die wiederum derart gebildete Summe nach oben auf einen dritten, vorzugsweise parametrierbaren Maximalwert $n_{s o l l}^{ƒ, i, m a x}$
und nach unten auf einen dritten, vorzugsweise parametrierbaren Minimalwert $n_{s o l l}^{ƒ, i, m i n}$
begrenzt wird.
Der Frequenzregler 18 ist eingerichtet, um zumindest in dem zweiten Funktionszustand den so berechneten Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k)$
zu dem Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k)$
zu addieren, und um die derart gebildete Summe wiederum nach oben auf einen vierten Maximalwert, vorzugsweise auf den dritten Maximalwert $n_{s o l l}^{ƒ, i, m a x},$
und nach unten auf einen vierten Minimalwert, vorzugsweise auf den dritten Minimalwert $n_{s o l l}^{ƒ, i, m i n},$
zu begrenzen. Hieraus resultiert dann die zweite Vorgabegröße 20, hier die Soll-Drehzahl $n_{s o l l}^{ƒ} (k)$
des Frequenzreglers 18.
Die zweite Frequenz-Konstante $r_{2}^{ƒ}$
ist vorzugsweise gegeben durch: $r_{2}^{ƒ} = \frac{k_{p}^{ƒ} τ_{a}}{2 τ_{N}},$
mit dem parametrierbaren Frequenz-Proportionalbeiwert $k_{p}^{ƒ},$
der zeitlichen Breite τ_a eines Abtastschritts, und der parametrierbaren Nachstellzeit τ_N. Der dritte Maximalwert $n_{s o l l}^{ƒ, i, m a x}$
ist vorzugsweise gegeben durch die Nenndrehzahl zuzüglich von 200 min^-1. Der dritte Minimalwert $n_{s o l l}^{ƒ, i, m i n}$
ist vorzugsweise gegeben durch die Nenndrehzahl abzüglich von 200 min^-1.
Der Leistungsregler 14 berechnet in dem ersten Funktionszustand zumindest den Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k)$
und den Leistungs-Integralanteil $n_{s o l l}^{P, i} (k),$
wenn er - wie hier dargestellt - als PI-Regler ausgebildet ist. Ist der Leistungsregler 14 als PID-Regler ausgebildet, berechnet er in dem ersten Funktionszustand zusätzlich einen Leistungs-Differenzialanteil. In dem zweiten Funktionszustand - vergleiche hierzu 6 - berechnet der Leistungsregler 14 zumindest den Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k),$
insbesondere wenn der Leistungsregler 14 als PI-Regler ausgebildet ist. Ist der Leistungsregler 14 als PID-Regler ausgebildet, berechnet er in dem zweiten Funktionszustand bevorzugt zumindest den Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k)$
und den Leistungs-Differenzialanteil. Es ist möglich, dass der Leistungsregler 14 in dem zweiten Funktionszustand den Leistungs-Integralanteil $n_{s o l l}^{P, i} (k)$
nicht berechnet. Es ist aber auch möglich, dass der Leistungsregler 14 auch in dem zweiten Funktionszustand den Leistungs-Integralanteil $n_{s o l l}^{P, i} (k)$
berechnet, wobei der Leistungs-Integralanteil $n_{s o l l}^{P, i} (k)$
jedoch in dem zweiten Funktionszustand nicht verwendet wird. Insbesondere ist es möglich, dass der Leistungsregler 14 in dem zweiten Funktionszustand die erste Vorgabegröße 16 nicht berechnet, oder dass diese zwar berechnet, jedoch - zumindest aufgrund der Funktionsstellung des Umschaltmoduls 22 - nicht verwendet, insbesondere nicht als Ansteuer-Vorgabegröße 24 weitergeleitet wird.
Der Frequenzregler 18 berechnet in dem zweiten Funktionszustand - vergleiche hierzu 6 - zumindest den Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k)$
und den Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k),$
wenn er - wie hier dargestellt - als PI-Regler ausgebildet ist. Ist der Frequenzregler 18 als PID-Regler ausgebildet, berechnet er in dem zweiten Funktionszustand zusätzlich einen Frequenz-Differenzialanteil. In dem ersten Funktionszustand - siehe hierzu 5 - berechnet der Frequenzregler 18 zumindest den Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k),$
insbesondere wenn der Frequenzregler 18 als PI-Regler ausgebildet ist. Ist der Frequenzregler 18 als PID-Regler ausgebildet, berechnet er in dem ersten Funktionszustand bevorzugt zumindest den Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k)$
und den Frequenz-Differenzialanteil. Es ist möglich, dass der Frequenzregler 18 in dem ersten Funktionszustand den Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k)$
nicht berechnet. Es ist aber auch möglich, dass der Frequenzregler 18 auch in dem ersten Funktionszustand den Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k)$
berechnet, wobei der Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k)$
jedoch in dem ersten Funktionszustand nicht verwendet wird. Insbesondere ist es möglich, dass der Frequenzregler 18 in dem ersten Funktionszustand die zweite Vorgabegröße 20 nicht berechnet, oder dass diese zwar berechnet, jedoch - zumindest aufgrund der Funktionsstellung des Umschaltmoduls 22 - nicht verwendet, insbesondere nicht als Ansteuer-Vorgabegröße 24 weitergeleitet wird.
Die Regeleinrichtung 3 ist eingerichtet, um einem nicht-regelnden Regler, ausgewählt aus dem Leistungsregler 14 und dem Frequenzregler 18, dessen zugeordnete Vorgabegröße 16, 20 in einem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls 22 nicht als Ansteuer-Vorgabegröße verwendet wird, vor einem Umschalten des Umschaltmoduls 22 in einen nachfolgenden Funktionszustand die von dem regelnden Regler, ausgewählt aus dem Frequenzregler 18 und dem Leistungsregler 14, berechnete Vorgabegröße 16, 20, zur Initialisierung zu übergeben. Konkret übergibt hier der in dem mit dem Indexwert k bezeichneten Abtastschritt in dem ersten Funktionszustand regelnde Leistungsregler 14 unmittelbar vor dem Umschalten dem nicht-regelnden Frequenzregler 18 die erste Vorgabegröße 16 zur Initialisierung.
Die Regeleinrichtung 3 ist weiter eingerichtet, um aus der übergebenen Vorgabegröße 16, 20 anhand des mindestens einen von dem nicht-regelnden Regler berechneten Regleranteils eine Initialisierungsgröße 32 für die Initialisierung des nicht-regelnden Reglers zu berechnen. Konkret wird hier der von dem nicht-regelnden Frequenzregler 18 berechnete Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k)$
von der ersten Vorgabegröße 16 abgezogen, und die derart gebildet Differenz wird als Initialisierungsgröße 32 für die Initialisierung des Frequenzreglers 18 verwendet.
Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet, um den Integralanteil des nicht-regelnden Reglers mit der Initialisierungsgröße 32 zu initialisieren. Die Differenz aus der ersten Vorgabegröße 16 und dem Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k)$
wird somit in dem ersten Funktionszustand verwendet, um den Frequenzregler 18 zu initialisieren, was hier symbolisch durch einen zweiten Schalter 25 dargestellt ist.
Ist der Frequenzregler 18 als PID-Regler ausgebildet, wird bevorzugt von der ersten Vorgabegröße 16 zusätzlich zu dem Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k)$
noch der Frequenz-Differenzialanteil abgezogen, um die Initialisierungsgröße 32 zu berechnen.
Bei dieser Vorgehensweise entspricht eine hypothetische, in dem mit dem Indexwert k bezeichneten Abtastschritt berechnete zweite Vorgabegröße 20, die sich als Summe aus der Initialisierungsgröße 32 und dem Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k)$
- und gegebenenfalls zusätzlich dem Frequenz-Differenzialanteil - ergibt, demjenigen Wert, der sich ergeben hätte, wenn die zweite Vorgabegröße 20 zu demselben Zeitpunkt regulär durch den Frequenzregler 18 berechnet worden wäre. Insbesondere hätte diese hypothetische zweite Vorgabegröße 20 bevorzugt denselben Wert wie die tatsächlich in dem mit dem Indexwert k bezeichneten Abtastschritt durch den Leistungsregler 14 berechnete erste Vorgabegröße 16. Ausgehend von der Initialisierungsgröße 32 wird dann in dem nächsten, mit dem Indexwert k+1 bezeichneten Abtastschritt - vergleiche 6 - die tatsächliche zweite Vorgabegröße 20 und damit zugleich die Ansteuer-Vorgabegröße 24 berechnet.
6 zeigt eine dritte schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 gemäß 5, allerdings nun in dem zweiten Funktionszustand, wiederum in der zeitdiskreten Darstellung. Der mit k+1 angegebene Indexwert des Laufindex bezeichnet nun den in 6 dargestellten Abtastschritt unmittelbar nach dem Umschalten von dem Leistungsregler 14, also aus dem ersten Funktionszustand, zu dem Frequenzregler 18, also in den zweiten Funktionszustand. Das heißt, der Indexwert k+1 entspricht dem ersten Abtastschritt in dem zweiten Funktionszustand.
Durch das Umschaltmodul 22 wird nun die zweite Vorgabegröße 20 als Ansteuer-Vorgabegröße 24 weitergeleitet, das heißt der Frequenzregler 18 ist nun der regelnde Regler. Der zur Berechnung des Frequenz-Integralanteils $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k + 1)$
verwendete, um einen Abtastschritt τ_a verzögerte, vorhergehende Frequenz-Integralanteil $n_{s o l l}^{ƒ, i} (k)$
ist nun die Initialisierungsgröße 32 aus dem vorhergehenden, mit dem Indexwert k bezeichneten Abtastschritt, also hier konkret die Differenz aus der Vorgabegröße 16 im Abtastschritt k und dem Frequenz-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{ƒ, p} (k) .$
Dies ermöglicht vorteilhaft einen störungsfreien Übergang von der Leistungsregelung zur Frequenzregelung.
Zugleich übergibt nun der in dem mit dem Indexwert k+1 bezeichneten Abtastschritt in dem zweiten Funktionszustand regelnde Frequenzregler 18 dem nicht-regelnden Leistungsregler 14 die zweite Vorgabegröße 20 zur Initialisierung. Der von dem nicht-regelnden Leistungsregler 14 berechnete Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k + 1)$
wird von der zweiten Vorgabegröße 20 abgezogen, und die derart gebildet Differenz wird nun als Initialisierungsgröße 32 für die Initialisierung des Leistungsreglers 14 verwendet. Insbesondere wird der Integralanteil des nicht-regelnden Leistungsreglers 14 mit der Initialisierungsgröße 32 initialisiert. Die Differenz aus der zweiten Vorgabegröße 20 und dem Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k + 1)$
wird somit in dem zweiten Funktionszustand verwendet, um den Leistungsregler 14 zu initialisieren, was hier symbolisch durch einen dritten Schalter 27 dargestellt ist.
Ist der Leistungsregler 14 als PID-Regler ausgebildet, wird bevorzugt von der zweiten Vorgabegröße 20 zusätzlich zu dem Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k + 1)$
noch der Leistungs-Differenzialanteil abgezogen, um die Initialisierungsgröße 32 zu berechnen.
Bei dieser Vorgehensweise entspricht eine hypothetische, in dem mit dem Indexwert k+1 bezeichneten Abtastschritt berechnete erste Vorgabegröße 16, die sich als Summe aus der Initialisierungsgröße 32 und dem Leistungs-Proportionalanteil $n_{s o l l}^{P, p} (k + 1)$
- und gegebenenfalls zusätzlich dem Leistungs-Differenzialanteil - ergibt, demjenigen Wert, der sich ergeben hätte, wenn die erste Vorgabegröße 16 zu demselben Zeitpunkt regulär durch den Leistungsregler 14 berechnet worden wäre. Insbesondere hätte diese hypothetische erste Vorgabegröße 16 bevorzugt denselben Wert wie die tatsächlich in dem mit dem Indexwert k+1 bezeichneten Abtastschritt durch den Frequenzregler 18 berechnete zweite Vorgabegröße 20. Ausgehend von der Initialisierungsgröße 32 wird dann gemäß einer Ausgestaltung wiederum in einem nächsten, mit dem Indexwert k+2 zu bezeichnenden Abtastschritt die tatsächliche erste Vorgabegröße 16 und damit zugleich die Ansteuer-Vorgabegröße 24 berechnet. Auf diese Weise wird auch ein störungsfreier Übergang von der Frequenzregelung zur Leistungsregelung ermöglicht.
Im Übrigen arbeiten der Leistungsregler 14 und der Frequenzregler 18 so, wie dies in Zusammenhang mit 5 erläutert wurde.
Insgesamt wird durch die hier vorgeschlagene Initialisierungsstrategie der jeweiligen Integralanteile des Frequenzreglers 18 einerseits und des Leistungsreglers 14 andererseits ein störungsfreier Übergang zwischen den beiden Regelungsarten ermöglicht.
Die in den 5 und 6 dargestellte Vorgehensweise wird bevorzugt iterativ fortgesetzt.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Regelanordnung 13 und einem vierten Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung 3. Die Regeleinrichtung 3 ist hier beispielhaft als übergeordneter Generatorregler 12 dargestellt; die in Zusammenhang mit 7 erläuterte Ausgestaltung kann aber bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ebenso in einer als Motorregler 15 ausgebildeten Regeleinrichtung 3 implementiert sein.
Der Leistungsregler 14 berechnet hier nicht unmittelbar die erste Vorgabegröße 16, sondern stattdessen eine Vorläufer-Vorgabegröße 28. Die Regeleinrichtung 3 ist eingerichtet, um aus der Soll-Generatorleistung P_soll mittels eines Rechenglieds 29, das ein differenzielles Übertragungsverhalten aufweist, einen Vorgabegröße-Zusatzterm 30 zu berechnen, und den Vorgabegrößen-Zusatzterm 30 mit der durch den Leistungsregler 14 berechneten Vorläufer-Vorgabegröße 28 zu verrechnen, um die erste Vorgabegröße 16 zu erhalten. Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet, um den Vorgabegrößen-Zusatzterm 30 zu der Vorläufer-Vorgabegröße 28 zu addieren, um die erste Vorgabegröße 16 zu erhalten. Das Rechenglied 29 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein DT₁-Glied. Es ist alternativ aber auch möglich, dass das Rechenglied 29 bei einem anderen Ausführungsbeispiel als D-Glied ausgebildet ist.
Die Soll-Leistung P_soll wird somit durch das Rechenglied 29 verstärkt und - bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel - dem Ausgang des Leistungsreglers 14, das heißt der Vorläufer-Vorgabegröße 28, additiv überlagert. Die Regeleinrichtung 3 weist auf diese Weise insbesondere ein verbessertes, insbesondere dynamischeres Lastschaltverhalten auf.
Die hier dargestellte Ausgestaltung hat insbesondere gegenüber einer Ausgestaltung, bei welcher der Leistungsregler 14 insgesamt eine PI(DT₁)-Charakteristik hätte, den Vorteil, dass lediglich die Soll-Leistung P_soll verstärkt wird und nicht die Leistungs-Regelabweichung ep. Würde stattdessen ein Leistungsregler 14 verwendet, der insgesamt eine PI(DT₁)-Charakteristik aufweist, hinge die Dynamik der Leistungsregelung von der Auslegung des Leistungsfilters 19 ab. Würde zum Beispiel ein PT₁-Leistungsfilter mit einer kleinen Zeitkonstante T₁ gewählt, führte dies in Kombination mit der PI(DT₁)-Charakteristik des Leistungsreglers 14 zu einer verzögerten Anpassung an eine sprunghafte Änderung der Soll-Generatorleistung P_soll. Von dieser wird nämlich die erfasste Generatorleistung P_G subtrahiert, die sich dann ebenfalls bei Laständerung rasch ändert, insbesondere gespeist aus der Reserve der kinetischen Energie, insbesondere Rotationsenergie, des Systems aus dem Generator 9, der Kupplung 7 und der Brennkraftmaschine 5. Insbesondere folgt die Ist-Generatorleistung P_ist einer elektrischen Laständerung quasi instantan. Somit ändern sich die Soll-Generatorleistung P_soll und die erfasste Generatorleistung P_G mit derselben Wirkrichtung, sodass die Leistungsänderung in der Leistungs-Regelabweichung e_P nur abgeschwächt abgebildet wird. Die sich hieraus ergebende Verzögerung wird vorteilhaft vermieden, wenn - wie in 7 dargestellt - die Soll-Generatorleistung P_soll unmittelbar auf das Rechenglied 29 geführt wird.
Das Rechenglied 29 hat vorzugsweise die folgende Übertragungsfunktion: $G_{D T_{1}} (s) = K_{1} \frac{T_{V} s}{1 + T_{1} s},$
mit einem Faktor K₁, der Vorhaltzeit T_V und der Verzögerungszeit T₁. Das Rechenglied 29 ist nur instationär wirksam, das heißt nur im Fall einer Laständerung. Der Vorgabegrößen-Zusatzterm 30 ändert sich bei sprunghafter Laständerung ebenfalls sprunghaft und klingt dann schließlich auf den Wert Null ab. Stationär ist der Vorgabegrößen-Zusatzterm 30 gleich Null. Wie schnell der Vorgabegrößen-Zusatzterm 30 abklingt, hängt von der Auslegung der Verzögerungszeit T₁ ab. Der Faktor K₁ wird insbesondere verwendet, um die physikalische Einheit der Eingangsgröße, das heißt der Soll-Generatorleistung P_soll, in die physikalische Einheit der Ausgangsgröße, das heißt des Vorgabegrößen-Zusatzterms 30, insbesondere einer Soll-Drehzahl oder eines Soll-Drehmoments, umzurechnen.

Claims

Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei - die Regeleinrichtung (3) einen Leistungsregler (14) aufweist, der eingerichtet ist, um - eine Generatorleistung (P_G) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen, - eine Leistungs-Regelabweichung (e_P) als Differenz der erfassten Generatorleistung (P_G) zu einer Soll-Generatorleistung (P_soll) zu ermitteln, und - eine erste Vorgabegröße (16) als Stellgröße für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung (e_P) zu bestimmen, wobei - die Regeleinrichtung (3) außerdem einen Frequenzregler (18) aufweist, der eingerichtet ist, um - eine Generatorfrequenz (ƒ_G) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen, - eine Frequenz-Regelabweichung (e_ƒ) als Differenz der erfassten Generatorfrequenz (ƒ_G) zu einer Soll-Generatorfrequenz (ƒ_soll) zu ermitteln, - eine zweite Vorgabegröße (20) als Stellgröße für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung (e_ƒ) zu bestimmen, wobei - die Regeleinrichtung (3) außerdem ein Umschaltmodul (22) aufweist, die eingerichtet ist, um - in einem ersten Funktionszustand des Umschaltmoduls (22) die erste Vorgabegröße (16) als eine Ansteuer-Vorgabegröße (24) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) zu verwenden, und um - in einem zweiten Funktionszustand des Umschaltmoduls (22) die zweite Vorgabegröße (20) als die Ansteuer-Vorgabegröße (24) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) zu verwenden, wobei - der Leistungsregler (14) und der Frequenzregler (18) eingerichtet sind, um während des Betriebs der Regeleinrichtung (3) unabhängig von dem momentanen Funktionszustand des Umschaltmoduls (22) jeweils mindestens einen Regleranteil für die jeweils zugeordnete Vorgabegröße (16,20) zu berechnen.
Regeleinrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Regleranteil ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Proportionalanteil und einem Differenzialanteil.
Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um einem nicht-regelnden Regler, ausgewählt aus dem Leistungsregler (14) und dem Frequenzregler (18), vor einem Umschalten des Umschaltmoduls (22) in einen nachfolgenden Funktionszustand die von einem regelnden Regler, ausgewählt aus dem Frequenzregler (18) und dem Leistungsregler (14), bestimmte Vorgabegröße (16,20) zur Initialisierung zu übergeben.
Regeleinrichtung (3) nach Anspruch 3, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um aus der übergebenen Vorgabegröße (16,20) anhand des mindestens einen von dem nicht-regelnden Regler berechneten Regleranteils eine Initialisierungsgröße (32) für die Initialisierung des nicht-regelnden Reglers zu berechnen.
Regeleinrichtung (3) nach Anspruch 4, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um einen Integralanteil des nicht-regelnden Reglers mit der Initialisierungsgröße (32) zu initialisieren.
Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um als die erste Vorgabegröße (16) und als die zweite Vorgabegröße (20) jeweils - ein Soll-Drehmoment (M_soll), oder - eine Soll-Drehzahl (n_soll) zu bestimmen.
Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) - als Steuereinrichtung (11) zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5), oder - als Generatorregler (12), insbesondere mit Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung (11) der Brennkraftmaschine (5), ausgebildet ist.
Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umschaltmodul (22) eingerichtet ist, um zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand - parameterabhängig, oder - wechselweise, insbesondere zyklisch, oder - nach einer vorbestimmten Abfolge umzuschalten.
Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um aus der Soll-Generatorleistung (P_soll) mittels eines ein differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden Rechenglieds (29) einen Vorgabegrößen-Zusatzterm (30) zu berechnen, und den Vorgabegrößen-Zusatzterm (30) mit einer durch den Leistungsregler (14) berechneten Vorläufer-Vorgabegröße (28) zu verrechnen, insbesondere zu der Vorläufer-Vorgabegröße (28) zu addieren, um die erste Vorgabegröße (16) zu erhalten.
Regelanordnung (13) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), mit einer als Generatorregler (12) ausgebildeten Regeleinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Regelanordnung (13) eine mit der Regeleinrichtung (3) wirkverbundene Steuereinrichtung (11) zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) aufweist, und wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um die Ansteuer-Vorgabegröße (24) an die Steuereinrichtung (11) zu übergeben.
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 9, oder mit einer Regelanordnung (13) gemäß Anspruch 10, wobei die Regeleinrichtung (3) oder die Regelanordnung (13) mit der Brennkraftmaschine (5) und dem Generator (9) der Leistungsanordnung (1) wirkverbunden ist.
Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei - eine Generatorleistung (P_G) des Generators (9) als Regelgröße erfasst wird, - eine Leistungs-Regelabweichung (e_P) als Differenz der erfassten Generatorleistung (P_G) zu einer Soll-Generatorleistung (P_soll) ermittelt wird, wobei - eine erste Vorgabegröße (16) als Stellgröße für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung (e_P) bestimmt wird, wobei - eine Generatorfrequenz (ƒ_G) des Generators (9) als Regelgröße erfasst wird, wobei - eine Frequenz-Regelabweichung (e_ƒ) als Differenz der erfassten Generatorfrequenz (ƒ_G) zu einer Soll-Generatorfrequenz (ƒ_soll) ermittelt wird, wobei - eine zweite Vorgabegröße (20) als Stellgröße für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung (e_ƒ) bestimmt wird, wobei - in einem ersten Funktionszustand die erste Vorgabegröße (16) als eine Ansteuer-Vorgabegröße (24) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) verwendet wird, wobei - in einem zweiten Funktionszustand die zweite Vorgabegröße (20) als die Ansteuer-Vorgabegröße (24) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) verwendet wird, und wobei - unabhängig von dem momentanen Funktionszustand jeweils mindestens ein Regleranteil für die erste Vorgabegröße (16) und für die zweite Vorgabegröße (20) berechnet wird.