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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Betriebsparameters in einer technischen Anlage sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Hintergrund der Erfindung
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Technische Anlagen, beispielsweise Kühlsysteme, insbesondere in Fahrzeugen, können anhand von Eingangsgrößen, beispielsweise einer Kühlmitteltemperatur gesteuert und/oder geregelt werden. Beispielsweise können dazu Nachschlagetabellen (sog. Look-Up-Tabellen) verwendet werden, in denen anhand von Kalibrationsmessungen ermittelte, von der bzw. den Eingangsgrößen abhängige Stellgrößen hinterlegt sind. Beispielsweise kann eine Kühlmitteltemperatur dazu verwendet werden, eine Pumpengeschwindigkeit einzustellen, um einen gewünschten bzw. erforderlichen Kühleffekt einzustellen. Derartige Vorgehensweisen, auch als Vorsteuerung bezeichnet, sind sehr einfach und schnell umzusetzen.
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Die erwähnten Kalibrationsmessungen werden in der Regel an neuen technischen Anlagen, wie z.B. Kühlsystemen, durchgeführt. Durch einen zeitlich ausgedehnten Betrieb eines Kühlsystems kann sich in Fluidleitungen beispielsweise Schlamm ansammeln oder eine Fließdynamik durch korrosionsbedingte Oberflächenveränderungen verändern. Derartige Alterungseinflüsse (reduzierte Förderleistung bei gleicher Pumpengeschwindigkeit) können in den beschriebenen herkömmlichen Ansätzen beispielsweise zu einer Erhöhung der Kühlmitteltemperatur führen, so dass eine Kompensation durch entsprechende (nachträgliche) Erhöhung der Pumpgeschwindigkeit erfolgen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Einstellen eines Betriebsparameters in einer technischen Anlage sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einstellen eines Betriebsparameters in einer technischen Anlage auf einen Sollwert umfasst ein Ausgeben einer Stellgröße zur Steuerung der technischen Anlage auf Basis des Sollwerts unter Verwendung eines physikalischen Modells der technischen Anlage mit zumindest einem Modellparameter (also eine sog. Vorsteuerung), ein Ermitteln eines Istwerts des Betriebsparameters und ein Ermitteln eines Korrekturwerts für die Stellgröße auf Basis einer Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert. Das Ermitteln des Korrekturwerts kann insbesondere im Rahmen einer Regelung erfolgen, bei der einem Regelglied, z.B. umfassend einen Proportional- und/oder Integral- und/oder Differentialregler, die Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert zugeführt wird, um als Ausgang den Korrekturwert zu erhalten. Wenn der Korrekturwert über einem vorbestimmbaren Schwellwert liegt, umfasst das Verfahren ferner ein Anpassen des zumindest einen Modellparameters so, dass der Korrekturwert nach dem Anpassen unter dem vorbestimmbaren Schwellwert liegt, und ein Durchführen einer Maßnahme, wenn der angepasste Modellparameter einen vorbestimmbaren Diagnoseschwellwert erreicht. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren ein Durchführen einer Maßnahme, wenn ein zeitlicher Gradient der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert oder des Korrekturwerts über einem vorbestimmbaren Gradientenschwellwert liegt.
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In der ersten Alternative kann eine Fehleinstellung der Stellgröße in Abhängigkeit von der Abweichung nachjustiert werden, was sich insbesondere bei gealterten technischen Anlagen positiv auswirkt, da hier durch die Alterung, wie eingangs bereits erwähnt, größere Abweichungen von ursprünglich ermittelten Stellgrößen auftreten können. Durch die Anpassung des zumindest einen Modellparameters wird die Nachführung über den Korrekturwert entlastet, wodurch das Verfahren insgesamt robuster reagiert. Durch das Durchführen einer Maßnahme, wenn der angepasste Modellparameter einen Schwellwert erreicht, kann eine Diagnosefunktionalität eingeführt werden, um sicherzustellen, dass die technische Anlage dauerhaft funktionstüchtig bleibt. Bei stark von einer ursprünglichen Auslegung abweichenden Modellparametern kann darauf geschlossen werden, dass Alterungseffekte die Funktionstauglichkeit der realen technischen Anlage so stark gefährden, dass eingegriffen werden sollte, um einen Totalausfall bzw. eine Beeinträchtigung oder Beschädigung der Anlage oder einer damit verbundenen Vorrichtung zu verhindern.
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Gemäß der zweiten Alternative kann auf Basis der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert ferner eine Diagnose durchgeführt werden, insbesondere ob die Abweichung auf einer alterungsbedingten Veränderung der technischen Anlage beruht oder ob die Ursache für die Abweichung ein Fehler bzw. Schaden an der Anlage ist. Diese beiden Szenarien unterscheiden sich typischerweise durch sich stark voneinander unterscheidende zeitliche Gradienten des Korrekturwerts bzw. der Abweichung, so dass bei schnellen Veränderungen von einem Fehler bzw. Schaden an der Anlage ausgegangen werden kann, während langsame bzw. schleichende Veränderungen auf eine alterungsbedingte Systemveränderung hinweisen. Im Falle einer solchen Diagnose zur Diskriminierung ist es vorteilhaft, nur in Fällen einer alterungsbedingten Systemveränderung eine Anpassung des Modellparameters vorzunehmen, während in Fällen mit überwiegend wahrscheinlicher Fehler- bzw. Schadensbasiertheit der Abweichung eine Maßnahme wie z.B. Ausgabe einer Warnmeldung, Abschaltung der technischen Anlage oder andere Notfallmaßnahmen besser geeignet sein können. Insbesondere kann zur Unterscheidung der beiden Szenarien ein Gradientenschwellwert herangezogen werden, bei dessen Überschreiten von einem Fehler bzw. Schaden ausgegangen wird, während bei Nichtüberschreiten des Gradientenschwellwerts von einer allmählichen Alterung ausgegangen wird und entsprechend mit Modellanpassung reagiert werden wird. Insbesondere kann dabei der Gradientenschwellwert in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebszustand der technischen Anlage gewählt werden, beispielsweise dergestalt, dass in dynamischen Betriebspunkten (im zeitlichen Umfeld einer Änderung des Sollwerts) ein höherer Gradientenschwellwert gewählt wird als in stationären Betriebspunkten (wenn keine Änderung des Sollwerts erfolgt ist). In dynamischen Betriebspunkten ist grundsätzlich aufgrund von Latenzzeiten und allgemeiner Systemträgheit mit einer höheren Abweichung zwischen Soll- und Istwert zu rechnen, was sich auch entsprechend auf die Änderungsrate bzw. den Gradienten der Abweichung auswirkt.
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Es versteht sich, dass auch eine zusätzliche Berücksichtigung des Korrekturwerts zweckmäßig sein kann, insoweit, als die Maßnahme nur durchgeführt wird, wenn neben dem zeitlichen Gradienten auch der Korrekturwert bzw. die Abweichung zwischen Soll- und Istwert selbst einen Schwellwert überschreitet. Auch eine Anpassung dieses Schwellwerts in Abhängigkeit von der Dynamik (d.h. größerer Schwellwert bei größerer Dynamik) ist aus analogen Gründen ggf. vorteilhaft.
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Zum Ermitteln des Betriebsparameters kann insbesondere ein Sensor oder aber auch ein sog. (regelungstechnischer) Beobachter zum Einsatz kommen. Mit anderen Worten kann der Betriebsparameter direkt gemessen oder indirekt bestimmt werden, z.B. indem die Auswirkung des Betriebsparameters auf ein nachgelagertes Verhalten (z.B. Temperatur, Pumpenleistung, ...) benutzt wird, um den Betriebsparameter aus einem Modell abzuschätzen.
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Wie bereits erwähnt, kann ein physikalisches Modell der technischen Anlage dazu verwendet werden, aus Eingangsgrößen Stellgrößen abzuleiten. Beispielsweise kann mittels theoretischer Berechnungen, die Auslegungsparameter der technischen Anlage berücksichtigen, für eine bestimmte Eingangsgröße ein resultierender Betriebsparameter berechnet werden. Um ein Beispiel zur Veranschaulichung heranzuziehen, sei von einem Kühlsystem als der technischen Anlage ausgegangen: Mit einem Kühlmittel (z.B. Wasser) mit bekannten Eigenschaften (z.B. Wärmekapazität, Viskosität) kann für eine vorbestimmte Temperaturdifferenz zwischen einem zu kühlenden Objekt mit bekannter Wärmeleistung (z.B. Brennkraftmaschine) und einer Wärmesenke (z.B. Umgebungsluft, T= konstant) eine erforderliche Kühlleistung berechnet werden. Diese kann dann durch entsprechende Berechnung und Ausgabe von Stellgrößen eingestellt werden. Dabei kommen beispielsweise eine Pumpgeschwindigkeit für das Kühlmittel eines Primär-Kühlkreislaufs (z.B. Wasserpumpe) und eine Lüftergeschwindigkeit zur Einstellung der effektiven Wärmekapazität der Wärmesenke (durch Einstellung der als Wärmesenke zur Verfügung stehenden Luftmasse) in Betracht. Der Berechnung würden in einem derartigen Fall beispielsweise Leitungsdurchmesser der Kühlwasserleitungen als Modellparameter zugrunde liegen. Diese sind zu Beginn einer Lebensdauer des Kühlkreislaufs bekannt (entsprechen der Auslegung der Anlage), können sich jedoch im Laufe der Lebensdauer, beispielsweise durch Ablagerungen und/oder Korrosion) verändern.
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Wird eine bestimmte Stellgröße eingestellt, sollte sich nach einer vorbekannten Reaktionszeit, die die Trägheit des Systems berücksichtigt, eine gewünschte Zieltemperatur einstellen. Durch Fehler im Modell (z.B. aufgrund von Fertigungstoleranzen, Störeinflüssen usw.) wird die Zieltemperatur meist nicht exakt erreicht werden. Mit anderen Worten kann mit einer typischen Abweichung zwischen Ist- und Soll-Temperatur gerechnet werden. Diese Abweichung kann mittels eines Reglers minimiert werden, der auf die jeweilige Stellgröße einen entsprechenden Korrekturwert (Regeleingriff) aufschlägt. Weicht die Ist-Temperatur, die beispielsweise durch einen Kontrollsensor erfasst werden kann, jedoch um mehr als die typische Abweichung von der Soll-Temperatur ab (bzw. überschreitet der Betrag des Korrekturwerts einen vorbestimmbaren Schwellwert), kann darauf geschlossen werden, dass ein oder mehrere Modellparameter nicht korrekt sind. Z.B. kann davon ausgegangen werden, dass der Leitungsquerschnitt der Kühlwasserleitungen kleiner ist als angenommen, wenn nach der Reaktionszeit die Ist-Temperatur deutlich höher ist als die Soll-Temperatur. Entsprechendes gilt auch für andere Modellparameter, z.B. Reibungswiderstand zwischen Kühlmittel und Leitungswandung, Wärmeübertragungseffizienz eines Wärmetauschers oder Ähnliche.
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In dem dargestellten Beispiel würde die Stellgröße „Pumpengeschwindigkeit“ entsprechend korrigiert, um die Ist-Temperatur in den Bereich der Soll-Temperatur zu bringen. Dies kann durch eine direkte Korrektur der Stellgröße in Form eines Regeleingriffs erfolgen. Dabei ist, wie erwähnt, die Trägheit des Systems zu beachten (z.B. wird die Temperatur nicht in der gleichen Geschwindigkeit sinken, wie die Pumpengeschwindigkeit steigt, sondern verzögert und langsamer; z.B. mit PT1-Verhalten). Ist eine derartige Korrektur über einen längeren Zeitraum erforderlich (zur Vermeidung einer ungerechtfertigten Berücksichtigung von allfälligen dynamischen Effekten o.Ä.), kann der jeweils verantwortliche Modellparameter so angepasst werden, dass die resultierende Abweichung wieder der typischen Abweichung entspricht. Mit anderen Worten wird die Vorsteuerung an die sich verändernde technische Anlage angepasst. Eine Anpassung des jeweiligen Modellparameters soll dabei insbesondere dann durchgeführt werden, wenn der zum Erreichen bzw. Einhalten der Soll-Temperatur erforderliche Korrekturwert zumindest über einen vorbestimmten Zeitraum einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. In vielen Fällen kann in Anbetracht unterschiedlich dynamischer Einflüsse verschiedener Modellparameter jeweils analysiert werden, welcher der Modellparameter die untypische Abweichung verursacht hat, so dass jeweils der richtige Modellparameter angepasst werden kann. Damit kann auch beurteilt werden, wann das reale System nicht mehr vorbestimmten Minimalanforderungen entspricht, beispielsweise indem ein minimal erforderlicher Leitungsdurchmesser oder ein maximal akzeptabler Reibungskoeffizient zwischen Leitungswandung und Kühlmittel vorgegeben wird. Erreicht der angepasste Modellparameter einen solchen Schwellwert kann beispielsweise eine Warnmeldung ausgegeben werden oder eine anderweitige Maßnahme durchgeführt werden. Dies stellt eine Erweiterung einer modellbasierten Steuerung um eine Diagnosefunktionalität dar.
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Der Korrekturwert ist also insbesondere eine Differenz zwischen der unter Verwendung des physikalischen Modells bestimmten Stellgröße und der zum Erreichen des Sollwerts eigentlich erforderlichen Stellgröße oder ein davon abgeleiteter Wert. Besonders vorteilhaft ist eine Filterung von Soll- und insbesondere Istwerten, um eine Korrektur nur bei einer über einen längeren Zeitraum vorliegenden Abweichung durchzuführen, da sonst eine Oszillation bzw. ein Aufschaukeln der Korrektur resultieren könnte.
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Insbesondere wird das Anpassen des zumindest einen Modellparameters dann (und nur dann) durchgeführt, wenn der Korrekturwert den Schwellwert zumindest über eine Mindestzeitspanne hinweg dauerhaft überschreitet. Dies verhindert einen zu hohen Anpassungsaufwand und oszillierendes Modellverhalten.
Die Mindestzeitspanne kann dabei auch in Abhängigkeit von dem Betrag des Korrekturwerts gewählt werden, so dass beispielsweise eine starke Änderung des Verhaltens der Regelstrecke schneller zu einer Anpassung des Modells führt, als dies bei einer kleinen Abweichung zwischen Modell und realer technischer Anlage der Fall ist. Damit wird einer entsprechenden statistischen Wahrscheinlichkeit für einen ursächlichen Zusammenhang zwischen Modellfehler und Korrektureingriff Rechnung getragen. Insbesondere kann dabei eine Unterscheidung zwischen Fehler/Schaden und normaler Alterung berücksichtigt werden, so dass für diese Flexibilisierung der Anpassungsgeschwindigkeit gewisse Maximalrahmen vorgegeben werden können, um nicht fälschlicherweise einen erkannten Schaden über eine Modellparameteranpassung in das System zu übernehmen.
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Wie erwähnt, kann zwischen (akuten) Fehlern bzw. Schäden an der technischen Anlage einerseits und normalen Alterungseffekten andererseits unterschieden werden, indem eine Dynamik und ggf. Höhe der Abweichung zwischen Soll- und Istwerten bzw. des Korrekturwerts berücksichtigt wird. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass Fehler bzw. Schäden meist schnell auftreten und einen großen Effekt ausüben, während normale Alterungseffekte typischerweise schleichend, aber dauerhaft wirken. Um falsch positive Fehlerdiagnosen zu vermeiden, kann ferner eine Dynamik des Betriebszustands der technischen Anlage berücksichtigt werden. Zu Betriebszeiten, in deren zeitlichem Umfeld sich der jeweilige Sollwert ändert, kann daher beispielsweise ein höherer Schwellwert und/oder ein höherer Gradientenschwellwert gewählt werden, als dies in stationären Betriebspunkten, in denen sich der Sollwert nicht ändert, der Fall ist. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die technische Anlage einer Veränderung des Sollwerts nicht instantan folgen kann, sondern immer eine gewisse Latenz bzw. Trägheit des Systems zu erwarten ist, was auch ohne einen Fehler in der Anlage zwangsläufig zu erhöhten Abweichungen führt.
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Der zumindest eine Betriebsparameter umfasst vorteilhafterweise eine Temperatur der technischen Anlage, insbesondere eine Kühlmitteltemperatur. Dies ist ein leicht messbarer Betriebsparameter und dieser ist in der Regel, je nach Einsatzgebiet, auch direkt mit Beschränkungen hinsichtlich zulässiger Maximal- und Minimalwerte verknüpft. Wie eingangs erwähnt, kann auch eine indirekte Ermittlung des Betriebsparameters erfolgen, so dass beispielsweise aus einer Pumpleistung ein entsprechender Massenfluss abgeleitet werden kann.
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Das Verfahren kann ferner umfassen ein Speichern des angepassten Modellparameters in einem, insbesondere nichtflüchtigen, Speicher, ein Abrufen des gespeicherten angepassten Modellparameters aus dem Speicher, und ein Ausgeben der Stellgröße unter Berücksichtigung des angepassten Modellparameters. Dadurch ist die Anpassung nicht nur für den jeweils aktiven Betriebszeitraum, sondern auch für spätere Betriebszeiträume wirksam, was sich insgesamt positiv auf den Regelungs- bzw. Steuerungsaufwand auswirkt und damit auch eine robustere Einstellung der Stellgröße auf einen tatsächlich erforderlichen Wert ermöglicht.
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Das Durchführen einer Maßnahme kann vorteilhafterweise ein Ausgeben einer Warnmeldung, einen Austausch alterungsbelasteter Bauteile, ein Veranlassen einer Wartung der technischen Anlage, ein Reinigen der technischen Anlage o.Ä. umfassen, insbesondere um einen Totalausfall zu verhindern. Der Korrekturwert bzw. die Anpassung des Modellparameters wird somit zusätzlich als Alterungsindikator verwendet werden und bei unzulässig starker Alterung kann eine Wartung bzw. Erneuerung ausgelöst werden.
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Insbesondere kann die technische Anlage einen Kühlkreislauf und die Stellgröße eine Pumpleistung umfassen oder beeinflussen. Dies ist eine besonders wirksame Methode zur Einstellung einer Kühlleistung und gut steuerbar.
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In einem solchen Fall umfasst der zumindest eine Modellparameter bevorzugt eine Information über einen Leitungsquerschnitt einer Kühlmittelleitung des Kühlkreislaufs und/oder einen Durchflusswiderstand des Kühlkreislaufs und/oder eine Wärmeleitfähigkeit zumindest einer Komponente des Kühlkreislaufs. Dies sind besonders relevante Parameter zur Beschreibung eines Kühlkreislaufs und zudem stark von verschiedenen Alterungseffekten wie Ablagerung von Fremdstoffen, Korrosion oder Ähnlichem mehr beeinflusst.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in stark vereinfachter schematischer Darstellung.
- 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Kühlsystems, wie es im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden kann.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
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In 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Kühlsystems, wie es in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden kann, schematisch dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet.
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Das Kühlsystem 200 umfasst eine zu kühlende Komponente 210, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, einen Wärmetauscher 220, einen Kühler 230, eine Primärkreislaufpumpe 250 und eine Sekundärkreislaufpumpe 240.
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Ferner umfasst das Kühlsystem in dem dargestellten Beispiel eine Recheneinheit 290 sowie mehrere Sensoren 260, 270, 280, beispielsweise Thermoelemente, die datenleitend mit der Recheneinheit verbunden sind. Die Recheneinheit 290 ist zudem mit der Primärkreislaufpumpe 250 und der Sekundärkreislaufpumpe 240 verbunden und dazu eingerichtet, diese zu steuern, beispielsweise durch Ausgabe entsprechender Steuersignale oder durch geeignete Bestromung der Pumpen 250, 240. Insbesondere kann die Recheneinheit 290 zur Durchführung des Verfahrens 100, wie es in 1 dargestellt ist, eingerichtet sein.
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Das Verfahren 100 umfasst eine Vorsteuerung 110 und eine Regelung 120. Im Rahmen der Vorsteuerung 110 werden ein Sollwert 1 sowie mehrere Eingangsgrößen 2, 3, 4, 5 empfangen. Bei dem Sollwert 1 kann es sich insbesondere um eine maximal zulässige Temperatur oder eine angestrebte Temperatur einer Komponente des Kühlsystems 200 handeln, während die Eingangsgrößen 2, 3, 4, 5 beispielsweise Volumenströme von Kühlmittel und/oder Betriebsparameter der zu kühlenden Komponente 210 (z.B. eine aktuell von einer Brennkraftmaschine bereitgestellte Leistung) umfassen können. Die Vorsteuerung ermittelt auf Basis eines Modells des Kühlsystems 200 und unter Verwendung des Sollwerts 1 und der Eingangsgrößen 2-5 eine Stellgröße 10, die als eine Eingangsgröße der Regelung 120 verwendet werden kann.
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Die Regelung ermittelt aus der Stellgröße unter Verwendung eines Korrekturwerts eine Ausgangsgröße 20 und verwendet diese zur Steuerung 130 des Kühlsystems 200, insbesondere der Pumpen 240, 250. Die Ausgangsgröße 20 kann dabei beispielsweise eine Pumpengeschwindigkeit umfassen.
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Aus der Steuerung 130 des Kühlsystems 200 ergibt sich zumindest ein Istwert 30, beispielsweise eine oder mehrere aktuelle Temperaturen (z.B. erfasst durch Sensoren 260, 270, 280), der für eine Überprüfung 140 des Erfolgs der Steuerung 130 genutzt werden kann. Die Überprüfung 140 kann dazu beispielsweise den Sollwert 1 mit dem Istwert 30 vergleichen. Eine Abweichung 40 zwischen beiden Größen 1, 30 kann einerseits an die Regelung 120 weitergeleitet werden, andererseits als Feedback an die Vorsteuerung 110 zurückgegeben werden.
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In der Regelung 120 kann aus der Abweichung der erwähnte Korrekturwert, beispielsweise als die Abweichung multipliziert mit einem Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor, berechnet und zu der Stellgröße 10 addiert werden. Diese Form der Korrekturwertberechnung stellt einen sehr einfachen Anwendungsfall dar, wobei auch komplexere Korrekturwertberechnungen möglich sind. Diese werden je nach Anwendungsfall geeignet ausgewählt und spiegeln vorteilhafterweise die physikalischen Zusammenhänge zwischen Ausgangsgröße 20 (im hier beschriebenen Beispiel die Pumpengeschwindigkeit) und dem erfassten Istwert 30 bzw. dem angestrebten Sollwert 1 (hier jeweils eine Temperatur) wider. Die Abweichung 40 kann in der Vorsteuerung 110 insbesondere nach geeigneter Filterung und/oder Mittelung dazu verwendet werden, die Stellgröße 10 genauer bereitzustellen, um den Regelungsaufwand zu verkleinern.
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Beispielsweise kann bei zeitlich andauernder Abweichung 40 eine Anpassung der Vorsteuerung 110 in Form einer Anpassung eines Modellparameters eines für die Vorsteuerung verwendeten Modells des Kühlsystems 200 erfolgen, während bei kurzer Dauer einer solchen Abweichung 40 nur ein Eingriff der Regelung 120 ausgelöst werden kann, um den Istwert 30 auf das Niveau des Sollwerts 1 zu bringen. Wie bereits eingangs erwähnt, kann also bei zeitlich länger andauernder Abweichung 40 ein in dem Modell des Kühlsystems 200 verwendeter Modellparameter, der z.B. einen Leitungsquerschnitt oder eine Wärmeübertragungseffizienz eines Wärmetauschers beschreibt, so angepasst werden, dass sich die Stellgröße 10 der Ausgangsgröße 20 annähert und somit ein Korrekturbedarf durch die Regelung 120 vermindert wird. Der angepasste Modellparameter wird vorteilhafterweise gespeichert, so dass er auch nach einem Neustart des Kühlsystems 200 sofort für die Vorsteuerung 110 verwendet werden kann, ohne nach jedem Neustart zunächst eine neuerliche Modellanpassung vornehmen zu müssen.
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Durch ein derartiges Feedback an die Vorsteuerung 110 kann die Steuerungseffektivität konstant bleiben, obwohl Alterungseffekte das Kühlsystem 200 von dem einer ursprünglichen Auslegung zugrunde gelegten System entfernen. Dadurch können Sicherheitszuschläge kleiner ausfallen, was mit einem geringeren Energieverbrauch bzw. einer höheren Gesamteffizienz einhergehen kann.
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Ferner kann, wie eingangs erwähnt, über die Höhe der Abweichung 40 (im Vergleich zu einer ursprünglichen Auslegung) bzw. die Höhe der Differenz zwischen ursprünglichem Modellparameter und angepasstem Modellparameter ein Alterungszustand ermittelt werden, so dass beispielsweise ein Schwellwert für den Betrag der Anpassung des Modellparameters definiert werden kann, bei dessen Überschreitung eine Maßnahme (z.B. Ausgeben einer Warnmeldung, Austausch von Komponenten des Kühlsystems 200, o.Ä.) durchgeführt werden kann. Dadurch kann das Verfahren 100 neben der Steuerung der Kühlung auch gleichzeitig zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Systems 200 verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann über die Dynamik bzw. den Gradienten der Abweichung 40 oder des daraus bestimmten Korrekturwerts ebenfalls eine Diagnose oder Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Systems 200 erfolgen, indem ein Fehler erkannt wird bzw. eine diesbezügliche Maßnahme durchgeführt wird, wenn ein zeitlicher Gradient der Abweichung bzw. des Korrekturwerts über einem vorbestimmbaren Gradientenschwellwert liegt.
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Es sei hier betont, dass das Kühlsystem 200 nicht zwangsläufig wie in dem dargestellten Beispiel zwei voneinander getrennte Kreisläufe aufweisen muss, sondern das Verfahren 100 auch auf Kühlsysteme mit nur einem Kühlkreislauf oder auf Systeme ohne geschlossenen Kühlkreislauf anwendbar ist. Ferner sei hier ausdrücklich betont, dass das Verfahren auch auf andere technische Anlagen angewandt werden kann und nicht ausschließlich zur Steuerung eines Kühlsystems. Die Beschreibung des Kühlsystems 200 dient somit in erster Linie als veranschaulichendes Beispiel und soll nicht als Einschränkung des Anwendungsbereichs der Erfindung verstanden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059698 A1 [0004]
- DE 102005012950 A1 [0004]
