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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist aus der
DE 196 20 039 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine dient ein erster Steller zur Beeinflussung der Menge an rückgeführtem Abgas, ein zweiter Steller dient zur Beeinflussung der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluftmenge. Ausgehend von dem Vergleich zwischen einem Ist- und einem Sollwert gibt ein Regler ein Reglerausgangssignal aus. Dabei wird wahlweise der erste oder zweite Steller ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Ist- und dem Sollwert angesteuert.
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Mit dieser Regelung wird gewährleistet, dass die Ist-Luftmasse einer SollLuftmasse angeglichen wird. Im Normalbetrieb wirkt der Regler auf den ersten Steller. Vorzugsweise hat der Regler nur dann auf den zweiten Steller Durchgriff, wenn die Luftmasse trotz vollständig geöffneter Abgasrückführung nicht genügend weit abgesenkt werden kann. In bestimmten Betriebsarten der Brennkraftmaschine wird die Luftmasse jedoch ausschließlich mit dem zweiten Steller eingeregelt. In diesen Betriebszuständen wirkt der Regler nicht auf den ersten Steller ein. Ein solcher Betriebszustand liegt beispielsweise im Regenerationsbetrieb für ein Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere einen Partikelfilter vor.
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Problematisch ist der Übergang zwischen den unterschiedlichen Betriebszuständen, in denen der Regler vom ersten auf den zweiten Steller bzw. vom zweiten Steller auf den ersten Steller übergeht. Bei einer solchen Umschaltung zwischen den Stellern können große Luftmassenunter- bzw. Luftmassenüberschwinger auftreten. Des Weiteren kann es der Fall sein, dass die Steller unterschiedliche Charakteristiken aufweisen. Des Weiteren ergibt sich ein großer Applikationsaufwand.
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Ferner ist aus der nachveröffentlichten
DE 102 35 531 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Steller und mit einem zweiten Steller bekannt. Ausgehend von dem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert gibt wenigstens ein Regler ein Reglerausgangssignal aus. In ersten Betriebszuständen wird der erste Steller ausgehend von dem Vergleich zwischen einem Ist- und dem Sollwert angesteuert. In zweiten Betriebszuständen wird der zweite Steller ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Istwert und einem Sollwert angesteuert. Beim Übergang zwischen den Betriebszuständen geht das Ansteuersignal des ersten Stellers gemäß einer vorgegebenen Funktion auf seinen neuen Wert über. Die Steller steuern den Ladedruck mittels eines Turboladers.
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Vorteile der Erfindung
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Dadurch, dass beim Übergang zwischen den Betriebszuständen das Ansteuersignal des ersten Stellers gemäß einer vorgegebenen Funktion auf seinen neuen Wert übergeht, können die oben genannten Nachteile vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn als vorgegebene Funktion eine Rampenfunktion gewählt wird, da diese einen sehr geringen Aufwand an Rechnerressourcen benötigt. Eine weitere Verbesserung des Regelverhaltens ergibt sich dadurch, dass der Beginn und/oder das Ende der vorgegebenen Funktion ereignisgesteuert vorgegeben wird. Insbesondere ist das Ende der Übergangsphase ereignisgesteuert.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein besonders günstiges Verhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere des zeitlichen Verlaufs der Luftmasse, ergibt sich, wenn beim Übergang zwischen zwei Betriebszuständen, die Initialisierung derart erfolgt, dass die Reglerausgangsgröße oder die Stellgröße vor und nach dem Übergang zwischen den zwei Betriebszuständen den selben Wert annimmt. Durch die Vorgabe des Reglerausgangs oder der Stellgroesse beim Übergang kann auf das Verhalten der Ist-Luftmasse besonders geschickt Einfluss genommen werden. Es besteht je nach Anforderung die Moeglichkeit einen stetigen Stellgroessen- bzw. Reglerausgangsverlauf zu erreichen, oder aber absichtlich einen Sprung zu produzieren.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.
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Es zeigen
- 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise,
- 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 3 verschiedene über Zeit aufgetragene Signale.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Elemente, die nicht zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind, sind dabei nicht dargestellt. Ein Regler ist mit 100 bezeichnet. Diesem wird das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 105 zugeleitet. An einem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 105 steht das Ausgangssignal MLI eines Sensors an. Dieser Sensor ist derart ausgebildet, dass er einen Wert für die Frischluftmasse bereitstellt. Beispielsweise kann dieser Sensor als Luftmassenmesser ausgebildet sein. Beim zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 105 steht das Ausgangssignal MLS einer Kraftstoffmengenvorgabe 152. Die Kraftstoffmengenvorgabe 152 gibt einen Sollwert MLS für die für die Verbrennung notwendige Luftmasse vor.
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An Stelle der Blöcke
135 und
152 können auch andere Elemente vorgesehen sein, die entsprechende Größen vorgeben. Der Regler
100 beaufschlagt ein Schaltmittel
110 mit einem Signal. Das Schaltmittel
110 gibt das Ausgangssignal des Reglers wahlweise an ein erstes Kennfeld
122 oder an ein zweites Kennfeld
132 weiter. Mit den Ausgangssignalen des ersten Kennfeldes AV wird ein erster Steller
120, und mit dem Ausgangssignal AD des zweiten Kennfeldes
132 ein zweiter Steller
130 beaufschlagt. Der erste Steller ist vorzugsweise als Abgasrückführventil ausgebildet. Dieses Ventil bestimmt die Menge an rückgeführtem Abgas. Der zweite Steller ist vorzugsweise als Drosselklappe ausgebildet, der den Zustrom von Frischluft steuert. Die Anordnung der Steller und die Funktionsweise der Steller ist beispielsweise aus der
DE 196 20 039 bekannt.
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Die Kennfelder sind insbesondere bei nicht linearen Stellern erforderlich. So ändert sich beispielsweise die Luftmenge bei der gleichen Änderung des Ansteuersignals recht unterschiedlich. In einem ersten Bereich, beispielsweise bei einem kleinen Tastverhältnis, ändert sich die Luftmenge bei einer kleinen Änderung des Ansteuersignals sehr stark. In einem zweiten Bereich, beispielsweise bei einem großen Tastverhältnis, ändert sich die Luftmenge bei einer kleinen Änderung des Ansteuersignals praktisch nicht. Wird nun die Stellgröße unmittelbar als Ansteuergröße verwendet ergibt sich ein unerwünschtes Verhalten des Regelkreises. Durch geeignete Wahl der Kennfelder wird das Verhalten des Regelkreises verbessert.
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Dem Schaltmittel 110 werden ferner die Ausgangssignale einer ersten Steuerung 150 und einer zweiten Steuerung 160 zugeleitet. Des Weiteren gelangt das Ausgangssignal AV des ersten Kennfeldes 122, das dem Ansteuersignal des ersten Stellers entspricht, zu einer ersten Initialisierung 124. Entsprechend gelangt das Ausgangssignal AD des zweiten Kennfeldes 132, das dem Ansteuersignal des zweiten Stellers 130 entspricht, zu einer zweiten Initialisierung 134. Die erste und die zweite Initialisierung tauschen mit dem Regler 100 Signale aus.
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Ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Istwert MLI und dem Sollwert MLS für die Luftmasse bestimmt der Regler 100 ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung des ersten oder des zweiten Stellers. Dieses Ansteuersignal des Reglers gelangt über das Schaltmittel 110 bei Vorliegen erster Betriebszustände zu einem ersten Kennfeld 122 und bei Vorliegen zweiter Betriebszustände zu einem zweiten Kennfeld 132. In dem ersten Kennfeld ist abhängig von dem Ausgangssignal des Reglers 100 das Ansteuersignal AV für den ersten Steller abgelegt. Der erste Steller beeinflusst die Menge an rückgeführtem Abgas, d. h. die Menge an Abgas, das aus dem Abgastrakt in den Frischlufttrakt gelangt. Hierzu ist vorzugsweise ein sogenanntes Abgasrückführventil vorgesehen, das in einer Abgasrückführleitung angeordnet ist. Als zweiter Steller ist eine Drosselklappe vorgesehen, die die Frischluftzufuhr drosselt. Entsprechend ist in dem zweiten Kennfeld 132 abhängig von dem Ausgangssignal des Reglers 100 das Ansteuersignal AD für den zweiten Steller abgelegt.
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Erfindungsgemäß ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass in einem ersten Betriebszustand I das Schaltmittel 110 in der dargestellten Weise geschaltet ist. D. h. das Ausgangssignal des Reglers gelangt über das erste Kennfeld 122 zu dem ersten Steller 120. Das zweite Kennfeld wird mit dem Ausgangssignal der zweiten Steuerung 160 beaufschlagt. Vorzugsweise gibt diese zweite Steuerung ein konstantes Signal vor, das den zweiten Steller in einer bevorzugten Position hält. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich die Drosselklappe in ihrer geöffneten Position.
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Ist im folgenden von einer geöffneten und/oder einer geschlossenen Position die Rede, so ist dies derart zu verstehen, dass der Steller eine Position einnimmt, in der dieser vollständig oder auch nur nahezu geöffnet bzw. geschlossen ist.
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In einem zweiten Betriebszustand II wird das Schaltmittel 110 in die gestrichelte Position gebracht. Dies hat zur Folge, dass bei dem Ausgangssignal des Reglers 100 das zweite Kennfeld 132 und mit dem Ausgangssignal der ersten Steuerung 150 das erste Kennfeld 122 beaufschlagt wird. Dies hat zur Folge, dass der zweite Steller abhängig von der Regelabweichung angesteuert wird und der erste Steller lediglich gesteuert wird. Dabei ist vorgesehen, dass der erste Steller vorzugsweise in einer bestimmten Position gehalten wird. Vorzugsweise wird das Abgasrückführventil in seiner geschlossenen Position gehalten.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beim Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand der Regler 100 Durchgriff auf den zweiten Steller 132 besitzt. D. h. während des zweiten Betriebszustandes und während des Überganges von dem ersten in den zweiten bzw. von dem zweiten in den ersten Betriebszustand erfolgt die Regelung der Frischluftmasse über den zweiten Steller. Lediglich während des ersten Betriebszustandes erfolgt die Regelung mittels des ersten Stellers 120. Dabei erfolgt der Übergang der Stellgröße zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand gemäß einer vorgegebenen Funktion. Vorzugsweise erfolgt dies gemäß einer Rampenfunktion, d. h. es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Stellgröße und der Zeit.
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Diese Vorgehensweise bietet gegenüber einer Vorgehensweise, bei der das Ausgangssignal des Reglers anteilig auf die beiden Steller verteilt wird, den Vorteil, dass sich Nichtlinearitäten bei den Stellern nicht auswirken, da die durch das den ersten Steller beigemischte Abgasmenge als Störgröße auf die Luftmassenregelung wirkt.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Regler beim Umschalten auf den jeweils anderen Steller geeignet initialisiert wird. Durch diese Initialisierung wird sichergestellt, dass nach dem Umschalten des Reglerausgangs auf den jeweils anderen Steller eine sinnvolle Stellgröße vorgegeben wird. Die Initialisierung erfolgt bei einer ersten Ausführungsform derart, dass beim Umschalten die Stellgröße konstant bleibt. Dabei ist von Vorteil, dass keine sprunghafte Stellgrößenänderungen beim Umschalten auftreten. Dadurch können Über- und Unterschwingungen in der Luftmasse vermieden werden. Bei einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Initialisierung derart, dass die Stellgröße einen Wert annimmt, der an den Betriebszustand nach der Umschaltung angepasst ist.
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Vorzugsweise erfolgt die Initialisierung beim Übergang zum Regenerationsbetrieb derart, dass ein stetiger Übergang der Stellgröße für die Drosselklappe erreicht wird. Zur schnellen Reduktion der Luftmasse kann aber auch die Drosselklappe schon näher an den stationär zu erwartenden Wert gebracht werden, dann gibt es einen großen Sprung in der Stellgröße, die entsprechende Luftmenge wird aber schneller eingestellt.
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Vorzugsweise erfolgt die Initialisierung beim Übergang vom Regenerationsbetrieb in den Normalbetrieb derart, das sich für die Stellgröße für das ARF-Ventil einen stetiger Übergang ergibt.
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Im Folgenden wird die Vorgehensweise detaillierter anhand des Flussdiagrammes der 2 beschrieben. In einem ersten Schritt 200 befindet sich die Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand I. Bei diesem ersten Betriebszustand wird der zweite Steller von der zweiten Steuerung 160 derart angesteuert, dass er den Luftmassenstrom nicht beeinflusst. Bei einer Ausgestaltung als Drosselklappe befindet sich diese in ihrer offenen Position. Über den ersten Steller 120 hat der Regler Durchgriff. Ist dieser erste Steller als Abgasrückführventil ausgestaltet, so wird mittel des Abgasrückführventils die Luftmasse geregelt. Vorzugsweise ist die Drosselklappe ist in den meisten Betriebspunkten komplett geöffnet. Sie wird aber in manchen Betriebspunkten gesteuert angestellt um das Druckgefälle über die AGR-Leitung zu erhöhen, und beeinflusst damit auch den Luftmassenstrom
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In 3 sind die Ansteuersignale für den ersten und für den zweiten Steller über Zeit t aufgetragen. Das Ansteuersignal AD für den zweiten Steller ist in 3a, und für den ersten Steller AV in 3b über der Zeit t aufgetragen. Der erste Betriebszustand liegt dabei bis zum Zeitpunkt t1 und ab dem Zeitpunkt t4 wieder vor. Mit einer einfach durchgezogenen Linie ist dargestellt, dass das Ansteuersignal AD des zweiten Stellers gesteuert und mit einer Doppellinie ist dargestellt, dass das Ansteuersignal AV des ersten Stellers geregelt wird. Dabei wird der zweite Steller derart angesteuert, dass er sich in seiner offenen Position O befindet.
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Die Abfrage 210 überprüft, ob ein Sonderbetriebszustand S vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 200, das heißt der erste Betriebszustand wird beibehalten. Wird der Sonderbetriebszustand erreicht, so folgt Schritt 220. In diesem Schritt 220 erfolgt eine Umschaltung des Schaltmittels 110 in die gestrichelte Position. Gleichzeitig wird der Regler 100 neu initialisiert. Im anschließenden Schritt 230 hat der Regler 100 Durchgriff auf den zweiten Steller. Gleichzeitig wird in Schritt 230 das Ansteuersignal AV für den ersten Steller gemäß einer Rampenfunktion vorgegeben. Die Abfrage 240 überprüft, ob das Ansteuersignal AV für den ersten Steller seinen Endwert VG erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 230. Ist dies der Fall, so erfolgt Schritt 250.
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Mittels der Schritte 230 und 240 wird die in 3 dargestellte steigende Rampe des Ansteuersignals AV für den ersten Steller realisiert. D. h. zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 steigt das Ansteuersignal AV für den ersten Steller gemäß einer vorgegebenen Funktion im dargestellten Beispiel gemäß einer Rampe von seinem Startwert, das dem alten Ausgangssignal des Reglers zum Zeitpunkt t1 entspricht, auf seinen Endwert VG an. Der Endwert VG wird zum Zeitpunkt t2 erreicht. Dieser Wert entspricht einem geschlossenen Abgasrückführventil. Der Zeitpunkt t1 wird durch die Abfrage 210, und der Zeitpunkt t2 durch die Abfrage 240 festgelegt.
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Ist der Zeitpunkt t2 erreicht, d. h. die Abfrage 240 hat erkannt, dass das Ansteuersignal AV den Wert VG erreicht hat, so wird für das Ansteuersignal AV ein konstanter Wert VG vorgegeben. Gleichzeitig wird das Signal AD für den zweiten Steller durch den Regler 100 festgelegt.
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Die anschließende Abfrage 260 überprüft, ob der Sonderbetriebszustand S noch vorliegt. Ist dies der Fall, so folgt erneut Schritt 250. Erkennt die Abfrage 260, dass der Sonderbetriebszustand zu Ende ist, so folgt Schritt 270. In Schritt 270 wird für das Ansteuersignal AV wieder eine Rampenfunktion vorgegeben. D. h. das Ansteuersignal fällt gemäß einer linearen Funktion von seinem Wert VG auf seinen Wert V0 ab. Der Wert V0 entspricht einem geöffneten Abgasrückführventil. Die Abfrage 280 überprüft, ob der Wert V0 erreicht ist. Das sich öffnende AGR-Ventil stellt für die Luftmassenregelung eine Störgröße dar, die der Luftmassenregler durch einen größer werdenden Reglerausgang beantwortet. Wenn der Reglerausgang größer als eine bestimmte Schwelle ist (280) wird auf Normalbetrieb zurückgeschaltet. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 270. Ist dies der Fall, so folgt Schritt 290. Das Ende des Sonderbetriebszustandes entspricht dem Zeitpunkt t3.
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Mittels der Schritte 270 und 280 wird die abfallende Rampe des Signals AV während zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 erreicht. Das bedeutet zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 fällt das Ansteuersignal AV für das erste Stellglied gemäß einer Rampenfunktion ab. Gleichzeitig wird das Ansteuersignal für das zweite Stellglied AD ausgehend von dem Ausgangssignal des Reglers vorgegeben.
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Ab dem Zeitpunkt t4 wird in Schritt 290 zum Einen das Schaltelement 110 derart angesteuert, dass der Regler wieder auf den ersten Steller wirkt und zum Anderen wird der Regler 100 neu initialisiert. Ferner wird im Schritt 290 das Ansteuersignal AD wieder auf seinen konstanten Wert, der vorzugsweise einer geöffneten Drosselklappe entspricht, gesetzt.
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Anschließend erfolgt dann wieder Schritt 200.
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In 3 ist mit einer Doppellinie dargestellt, dass das jeweilige Ansteuersignal durch den Regler 100 festgelegt ist. Durch eine einfache Linie ist dargelegt, dass das Ansteuersignal durch die erste und/oder durch die zweite Steuerung festgelegt ist.
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Während des zweiten Betriebszustandes, der als Sonderbetriebszustand bezeichnet wird, wird der erste Steller gesteuert betrieben. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass dieser mit einem konstanten Wert beaufschlagt wird. Der Übergang auf diesen konstanten Wert bzw. der Übergang von dem konstanten Wert auf den geregelten Betrieb erfolgt gemäß einer vorgegebenen Funktion, insbesondere gemäß einer Rampenfunktion. Während dieser Phasen, in denen der erste Steller gesteuert betrieben wird, wird der zweite Steller geregelt. In diesem Fall wird die Beimischung von Abgas während des Übergangs als Störung, die durch den Luftmassenregler 100 über den zweiten Steller ausgeglichen wird.
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Das Ende der Übergangsphasen wird jeweils durch ein bestimmtes Ereignis ausgelöst.
D. h. die Zeitpunkte t1 bis t4 in 3 sind nicht zeitgesteuert, sondern ereignisgesteuert. Vorzugsweise ist dies dadurch realisiert, dass bei Überschreiten und/oder Unterschreiten bestimmter Werte der Stellgrößen und/oder des Reglerausgangs die Zeitpunkte festgelegt werden. So wird beispielsweise der Zeitpunkt t2 dadurch festgelegt, dass die Rampenfunktion den Wert VG erreicht. Entsprechend wird der Zeitpunkt t4 dadurch festgelegt, dass die Rampenfunktion den Wert V0 erreicht. Die Zeitpunkte t1 und t3 werden dadurch definiert, dass der Sonderbetriebszustand beginnt bzw. endet.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Umschaltstruktur ist der Wechsel zwischen dem Normalbetrieb und einem Regenerationsbetrieb eines Abgasnachbehandlungssystems, vorzugsweise eines Partikelfilters. Bis zum Zeitpunkt t1 regelt der Luftmassenregler 100 die Sollluftmasse mit Hilfe des Abgasrückführventils, d. h. den ersten Steller 120. Im Normalbetrieb ist die Drosselklappe, d. h. der zweite Steller, in der Regel vollständig geöffnet. Sobald die Regenerationsanforderung zum Zeitpunkt t1 anliegt, wird der Regler initialisiert. Vorzugsweise wird die Sollluftmasse während der Regeneration stark abgesenkt. Vorzugsweise wird der Reglerausgang so vorgegeben, dass die Drosselklappe zu Beginn der Übergangsphase schon stark angestellt wird. Der Reglerausgang wirkt jetzt ausschließlich auf die Drosselklappe. Das Abgasrückführventil wird beginnend vom Stellgrößenwert vor der Regenerationsanforderung, also vor dem Zeitpunkt t1, über eine vorgebbare Funktion gesteuert und in den geschlossenen Zustand überführt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Abgasrückführventil nicht in den geschlossenen Zustand übergeht, sondern eine Position einnimmt, die dem aktuellen Betriebszustand entspricht.
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Ist ein bestimmter Wert VG für das Ansteuersignal erreicht, so ist die Übergangsphase beendet und der Regenerationsbetrieb erreicht. Liegt kein Regenerationswunsch mehr vor, so wird die Sollluftmasse wieder auf Normalniveau umgeschaltet und das Abgasrückführventil über eine vorgegebene Funktion, vorzugsweise eine Rampe gesteuert, geöffnet. Der Regler 100 hat weiterhin nur Durchgriff auf die Drosselklappe. Die Beimischung von immer mehr Abgas beantwortet der Luftmassenregler durch einen größeren Reglerausgang, d. h. die Drosselklappe wird geöffnet. Hat der Reglerausgang einen bestimmten Schwellwert überschritten, so erfolgt eine Rückkehr in den Normalbetrieb. Dabei wird die Stellgröße für das Abgasrückführventil wieder so initialisiert, dass sich ein stetiger Übergang ergibt. Anschließend wirkt der Reglerausgang wieder vollständig auf das Abgasrückführventil. Die Drosselklappe wird wieder gesteuert betrieben.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei jeder Umschaltung des Reglerausgangs auf den jeweils anderen Steller der Regler neu initialisiert wird. Besonders vorteilhaft ist die Kombination der Umschaltung mit der im folgenden beschriebenen Initialisierung. Diese Initialisierung ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt, sie kann auch bei anderen Reglern eingesetzt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beim Übergang in den Regenerationsbetrieb das Ausgangssignal des Reglers auf einen bestimmten Wert gesetzt wird. Beim Übergang in den Normalbetrieb wird die Stellgröße auf eine bestimmten Wert gesetzt. Vorzugsweise erfolgt dies derart, dass sich ein stetiger Übergang beim Umschalten ergibt.
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Eine solche Initialisierung ist in 4 detailliertet erläutert. Bereits beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Die im folgenden beschriebene Initialisierung eines Reglers ist besonders vorteilhaft bei der in 1 bis 3 beschriebenen Vorgehensweise einsetzbar. Die Initialisierung ist aber nicht auf diese Reglerstruktur beschränkt. Sie kann bei beliebigen Reglerstrukturen eingesetzt werden, bei denen ausgehend von dem Reglerausgangssignal mittels einer Übertragungsfunktion die Stellgröße vorgebbar ist.
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Der Regler 100 beinhaltet im Wesentlichen einen P-Anteil 401 einen D-Anteil 402 und einen I-Anteil 403. Diesen drei Anteilen wird jeweils das Ausgangssignal, das der Regelabweichung entspricht, des Verknüpfungspunktes 405 zugeführt. Das Ausgangssignal des P-Anteils 401 und des D-Anteils 402 gelangen zu einem Additionspunkt 405. Ferner gelangt das Ausgangsignal des I-Anteils 403 über ein Schaltmittel 404 zu dem Verknüpfungspunkt 405 und zu dem Eingang des I-Anteils 403. Mit dem Ausgangssignal R des Verknüpfungspunkt 405 wird das Schaltmittel 110 beaufschlagt.
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Die Initialisierung 134 bzw. die Initialisierung 124 beinhalten im wesentlichen ein inverses Kennfeld 410, eine Umschaltung 411, der das Ausgangssignal des Inversen Kennfeld und der ersten Vorgabe 408 zugeführt wird. Die Umschaltung 411 und das Schaltmittel 404 werden von einer Umschaltsteuerung 420 angesteuert. Mit dem Ausgangssignal einer zweiten Vorgabe 409 wird das inverse Kennfeld 410 beaufschlagt. Das Ausgangssignal der Umschaltung 411 gelangt über ein Verknüpfungspunkt 412 zu einem zweiten Eingang des Schaltmittels 404. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunkts 412 liegt das Ausgangssignal der Addition 413, der die Ausgänge des P-Anteils 401 und des D-Anteils 402 zugeführt werden.
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Das Reglerausgangssignal setzt sich im Wesentlichen additiv aus dem P-Anteil, dem D-Anteil und dem I-Anteil zusammen. Das Ausgangssignal des Reglers wird dabei über ein Kennfeld 122 bzw. 132 auf die jeweilige Stellgröße abgebildet. Diese Kennfelder werden im folgenden auch als Übertrager mit einer Übertragungsfunktion bezeichnet. Dabei gilt der Zusammenhang, dass die Stellgröße eine Funktion G des Reglerausgangs ist.
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Je nach Anforderung kann der Regler unterschiedliche initialisiert werden. Die Initialisierung kann so erfolgen, dass sich nach dem Umschalten eine bestimmte Ausgangsgröße R des Reglers oder eine bestimmte Stellgröße AV oder AD einstellt.
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Bei einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausgangsgröße R des Reglers nach der Initialisierung einen bestimmten Wert annimmt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ausgangsgröße R vor und nach dem Umschalten den gleichen Wert besitzt.
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Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Vorgabe 408 den gewünschten Wert für den Reglerausgang R vorgibt. Die Umschaltung 411 leitet das Signal der ersten Vorgabe 408 an den Verknüpfungspunkt 412 weiter. Dort wird von dem gewünschten Wert für den Reglerausgang der momentane Wert des P-Anteils und des D-Anteils subtrahiert. Mit diesem so berechneten Wert für den I-Anteil wird das Schaltmittel 404 beaufschlagt. Dieses Schaltmittel 404 gibt den neuen Wert für den I-Anteil an den Verknüpfungspunkt 405 und den I-Anteil 403 weiter. Dies bedeutet, der I-Anteil wird mit dem so vorgegebenen Wert initialisiert. Der Startwert für den I-Anteil hängt vom gewünschten Reglerausgang R und dem Momentanwert des P-Anteils und des D-Anteils ab.
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Bei einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stellgröße AV bzw. AD zur Beaufschlagung der Steller 120 bzw. 130 nach der Initialisierung einen bestimmten Wert annimmt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Stellgröße vor und nach dem Umschalten den gleichen Wert besitzt.
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Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Vorgabe 409 den gewünschten Wert für die Stellgröße vorgibt. Dieser Wert gelangt über einen zweiten Übertrager 410, der im folgenden auch als inverses Kennfeld 410 bezeichnet wird, zu der Umschaltung 411. Das Kennfeld 410 hat das inverse Übertragungsverhalten gegenüber dem Kennfeld 132 bzw. 122.
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Der erste und/oder der zweite Übertrager sind vorzugsweise als Kennfeld ausgebildet. Sie können aber auch als beliebiger Filter ausgebildet sein, die mittels einer definierten Übertragungsfunktion ausgehend von einer Eingangsgröße gemäß einer beliebigen Vorschrift eine Ausgangsgröße bestimmen.
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Mit diesem Kennfeld 410 wird ausgehend von der gewünschten Stellgröße die hierzu erforderliche Ausgangsgröße R des Reglers bestimmt. Die Umschaltung 411 leitet das Signal der zweiten Vorgabe 409 an den Verknüpfungspunkt 412 weiter. Dort wird von dem gewünschten Wert für den Reglerausgang der momentane Wert des P-Anteils und des D-Anteils subtrahiert. Mit diesem so berechneten Wert für den I-Anteil wird das Schaltmittel 404 beaufschlagt. Dieses Schaltmittel 404 gibt den neuen Wert für den I-Anteil an den Verknüpfungspunkt 405 und den I-Anteil 403 weiter.
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Dies bedeutet, der I-Anteil wird mit dem so vorgegebenen Wert initialisiert. Der Startwert für den I-Anteil hängt von der gewünschten Stellgröße und dem Momentanwert des P-Anteils und des D-Anteils ab.
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Abhängig davon, ob auf eine vorgegebene Stellgröße oder auf eine vorgegebene Ausgangsgröße R des Reglers initialisiert wird, steuert die Umschaltsteuerung 420 die Umschaltung 411 entsprechend um.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine geänderte Stellgröße vorgegeben wird, damit der Steller schneller auf geänderte Anforderungen reagieren kann. Dies bedeutet, dass die Initialisierung dazu verwendet wird, die gesteuerte Stellgröße näher an den stationär zu erwartenden Wert der nachfolgenden Regelung heranzubringen.
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Um eine bestimmte Stellgröße nach dem Umschalten erzielen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der I-Anteil auf einen bestimmten Startwert gesetzt wird. Zum Zeitpunkt vor der Umschaltung ist nur der Wert der Stellgröße bekannt, da der Reglerausgang auf den anderen Steller einwirkt. Erfindungsgemäß wird daher ausgehend von der Stellgröße mittels eines inversen Kennfeldes der Reglerausgang R berechnet. Ausgehend von dem so berechneten Reglerausgang wird der hierzu nötige I-Anteil bestimmt. Mit diesem I-Anteil wird dann der I-Anteil bei der Initialisierung gesetzt.
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Soll ein bestimmter Reglerausgang R eingestellt werden, so wird der nötige I-Anteil unmittelbar aus dem gewünschten Reglerausgang R ermittelt.
