DE4215959A1 - Verstaerkungsfaktor-einstelleinrichtung fuer pid-regler - Google Patents
Verstaerkungsfaktor-einstelleinrichtung fuer pid-reglerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkungsfaktor-Ein
stelleinrichtung für das Einstellen von Verstärkungsfak
toren an einem PID-Regler für das Regeln der Drehzahl einer
Brennkraftmaschine.
Bei PID-Reglern, die eine Art der Rückführungssteuereinhei
ten sind, ist ein PID-Regler bekannt, in welchem zur automa
tischen Verstärkungseinstellung eine Verstärkungsfaktor-Stell
größe unter Anwendung der als Fuzzy-Inferenz bekannten
"unscharfen Folgerung" eingestellt wird (siehe beispielswei
se JP-OS 2 41 006/1987 und 2 58 003/1989). In diesen PID-Reglern
bei denen die Fuzzy-Inferenz angewandt wird, ist im voraus
ein Einstellregel-Grundstock aus einer Vielzahl von Regeln
gespeichert, die das menschliche Wissen bzw. Verhalten
hinsichtlich der Faktoreneinstellung ausdrücken.
An einem durch den PID-Regler zu regelnden Objekt wird eine
Vielzahl von charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgrößen
für das Bewerten des Regelungszustands gewählt. Unter
Anwendung des von Menschen bei der Faktoreneinstellung
angewandten Wissens wird die Vielzahl von Regeln aufge
stellt. Im einzelnen werden die Regeln in der Form von
Verknüpfungslehrsätzen im Format "WENN....., DANN..." ausge
drückt, mit denen alle zu bewertenden Zustandsgrößen mitein
ander verknüpft sind. Falls beispielsweise eine Ausrege
lungszeit, ein Überschwingungsausmaß und die Schwingungs
dämpfung als charakteristische Variable bzw. Zustandsgrößen
eingesetzt sind, wird folgender Verknüpfungslehrsatz ange
wandt: "WENN Ausregelungszeit = lang, Schwingungsausmaß =
groß, und Schwingungsdämpfung = schlecht, DANN erhöhe den
Proportionalverstärkungswert P, erhöhe den Integralverstär
kungswert I und erhöhe den Differentialverstärkungswert D".
Außerdem speichert der PID-Regler in Form von Zugehörig
keitsfunktionen gemäß Fig. 14A bis 14D Prämissen bzw. Vorga
ben für das Bestimmen des Eignungsgrades bezüglich der
jeweiligen Regeln durch Bewerten der erfaßten Zustandsgrößen.
Weiterhin speichert der PID-Regler in Form von Zugehö
rigkeitsfunktionen gemäß Fig. 15A bis 15C Folgerungen für
die Gewichtung der durch die jeweiligen Regeln angegebenen
Faktorstellgrößen entsprechend dem Eignungsgrad der betref
fenden Regel.
Wenn unter Anwendung der Fuzzy-Inferenz die Faktorstellgrößen
tatsächlich eingestellt werden, wird die Vielzahl von
Zustandsgrößen erfaßt und es werden gemäß Fig. 16 unter
Anwendung der Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen die Grade
der Eignung der jeweiligen Regeln für die erfaßten Zustands
größen bestimmt. Dann werden für die jeweiligen Regeln als
Folgerungszustandsfunktionen grafische Formen bzw. Kurven
gebildet, bei welchen die Spitzenteile von Dreiecken abge
schnitten sind, die den durch die Regeln angegebenen Faktor
stellgrößen entsprechen. Zum Einstellen einer Faktorstell
größe werden die für die jeweiligen Regeln erhaltenen Kurven
einander überlagert und es wird die Schwerpunktmitte ermit
telt. Dieser Prozeß entspricht der Berechnung eines Mittel
werts durch Gewichtung der durch die Regeln angegebenen
Faktorstellgrößen gemäß dem Eignungsgrad der Regeln. Im
Vergleich zu einer PID-Faktoreneinstelleinrichtung, bei der
die Fuzzy-Inferenz nicht angewandt wird, wird durch das
gemäß dem vorstehend beschriebenen Prozeß bestimmte Ausmaß
der Faktoreinstellung das vom Menschen bei der Faktorein
stellung angewandte Wissen widergespiegelt, so daß es
möglich ist, eine dem menschlichen Denken entsprechende
geeignete Faktoreinstellung vorzunehmen.
Bei dem vorstehend beschriebenen PID-Regler erfolgt das
Ansetzen der Faktorstellgröße durch Anwendung des Einstell
regelgrundstocks, der die Regeln in Form von Verknüpfungs
lehrsätzen ausdrückt, in denen gemäß der vorstehenden Be
schreibung alle charakteristischen Variablen bzw. Zustands
größen für die Bewertung miteinander verknüpft sind. Daher
erreicht unter der Annahme, daß die Anzahl der Unterteilun
gen der Bewertung hinsichtlich der Vorgabe, nämlich die
Anzahl der Bewertungspunkte wie "etwas groß" oder "klein" in
bezug auf eine einzelne Zustandsgröße gleich m ist und die
Anzahl der zu bewertenden Zustandsgrößen gleich n ist, wegen
der m Unterteilungen für jede Zustandsgröße die Anzahl der
Kombinationen der Regeln die ungeheuer große Anzahl mn.
Falls beispielsweise die Anzahl der Unterteilungen vier ist
und die Anzahl der Zustandsgrößen fünf ist, wird die Anzahl
der Kombinationen der Regeln zu 1000 oder mehr.
Falls versucht wird, die Anzahl der Forderungen hinsichtlich
des Regelungszustands zu erhöhen, ist es erforderlich, den
Regelungszustand unter Erhöhen der Anzahl der Unterteilungen
und der Anzahl der Zustandsgrößen zu bewerten. Falls jedoch
auf diese Weise die Anzahl der Unterteilungen und Zustands
größen erhöht wird, erreicht bei dem vorstehend beschriebe
nen Verfahren zum Bestimmen der Faktorstellgröße die Anzahl
der Kombinationen der Regeln eine enorm große Anzahl, wo
durch das Aufstellen der Regeln von sich aus schwierig wird.
Aus diesem Grund war es unmöglich, zum Regeln der Drehzahl
einer Brennkraftmaschine, das das Ansetzen einer Vielzahl
von Bewertungspunkten erforderlich macht, die PID-Faktorein
stelleinrichtung zu verwenden, bei der ein herkömmliches
Fuzzy-Inferenz-Verfahren angewandt wird.
Außerdem wird bei den Brennkraftmaschinen die Drehung insbe
sondere im Bereich niedriger Drehzahlen instabil, bei denen
die Ausgangswelle mit einer verhältnismäßig niedrigen Dreh
zahl dreht, und es wird unmöglich, jede der charakteristi
schen Variablen bzw. Zustandsgrößen in einem zulässigen
Bereich zu regeln. Falls jedoch versucht wird, die Drehzahl
der Brennkraftmaschine nach dem herkömmlichen Verfahren zum
Ansetzen der Faktorstellgröße zu regeln, wird bei dem Ver
such, Drehzahlschwankungen im Bereich niedriger Drehzahlen
auszuregeln, die Verstärkung zu einer hohen Verstärkung hin
geändert, wodurch im Gegensatz dazu die Amplitude der
Schwingungen erhöht wird, und es wird darauffolgend ver
sucht, diese Schwingungen durch Verringern der Verstärkung
unter Kontrolle zu bringen. Dies führt nachteiligerweise
dazu, daß keine Konvergenz der Verstärkung erzielt werden
kann.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen PID-Regler zum
Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine eine Verstär
kungsfaktor-Einstelleinrichtung zu schaffen, die eine geeig
nete Faktoreinstellung in Übereinstimmung mit dem menschli
chen Denken und eine richtige Regelung der Brennkraftmaschi
ne ermöglicht, für die eine Vielzahl von Bewertungspunkten
anzusetzen ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Verstärkungsfak
tor-Einstelleinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentan
spruch 1 gelöst.
Demnach werden erfindungsgemäß die Gruppen der Regeln derart
gestaltet, daß dann, wenn die Vielzahl der Zustandsgrößen in
eine Vielzahl von Sätzen unterteilt ist, die Gruppen der
Regeln jeweils den Zusammenhang zwischen der einem jeweili
gen Satz entsprechenden Zustandsgröße und einer Faktorstell
größe angeben. Falls beispielsweise die Anzahl der Untertei
lungen vier ist und die Anzahl der Zustandsgrößen vier ist,
besteht nach dem Stand der Technik jede Regel aus einem
Verknüpfungslehrsatz, in welchem die vier Zustandsgrößen
miteinander verknüpft sind, und die Anzahl der Regeln wird
zu 44 = 256. Falls jedoch erfindungsgemäß die Gruppen der
Regeln durch Unterteilen der vier Zustandsgrößen in bei
spielsweise zwei Sätze gebildet sind, besteht jede Regel aus
einem Verknüpfungslehrsatz, in welchem zwei Zustandsgrößen
miteinander verknüpft sind, so daß die Anzahl der Regeln zu
42 + 42 = 32 wird. Falls ferner die Gruppen der Regeln durch
Unterteilen in vier Sätze gebildet werden, nämlich die
Anzahl der Sätze gleich der Anzahl der Zustandsgrößen ge
wählt wird, wird jede Regel zu einem einzigen Lehrsatz und
die Anzahl der Regeln wird zu 4·4=16. Da folglich die
Anzahl der Regeln verringert werden kann, sind das Aufstel
len und Ansetzen der Gruppen der Regeln erleichtert, so daß
insbesondere dann, wenn die Faktoreinstelleinrichtung für
ein Regelungsobjekt verwendet wird, für das eine Vielzahl
von Bewertungspunkten anzusetzen ist, im Vergleich zu dem
Verfahren nach dem Stand der Technik die Anzahl der Regeln
beträchtlich verringert werden kann, wodurch das Ansetzen
und Einstellen eines Regelgrundstocks bzw. einer Regelbasis
erleichtert ist. Daher kann die Erfindung auf einfache Weise
insbesondere bei einem PID-Regler zum Regeln der Drehzahl
einer Brennkraftmaschine verwendet werden, für die eine
Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist.
Da ferner Gruppen der Regeln in dem Grundstock unter Anwen
dung des von Menschen bei der Faktoreinstellung angewandten
Wissens zusammengestellt werden konnten, ist die durch die
Faktoreinstelleinrichtung für einen PID-Regler zum Regeln
der Drehzahl einer Brennkraftmaschine eingestellte Faktor
stellgröße das menschliche Wissen wiedergegeben. Es ist
daher möglich, eine geeignete Faktoreinstellung in Überein
stimmung mit dem menschlichen Denken herbeizuführen.
Außerdem ist die Einrichtung derart gestaltet, daß der
Zusammenhang zwischen der Amplitude der charakteristischen
Variablen bzw. Zustandsgröße für einen jeden Satz und dem
Anwendungsgrad der Faktorstellgröße gespeichert ist. Der
Anwendungsgrad der Faktorstellgröße wird für jeden der Sätze
entsprechend der Stellgröße der jeweiligen Zustandsgröße
bestimmt. Gemäß dem Ergebnis der Inferenz bzw. Folgerung aus
der Faktorstellgröße und dem Anwendungsgrad wird die Größe
der einzustellenden Verstärkung durch Berechnen eines ge
wichteten Mittelwerts, des Ergebnisses der Inferenz der
Faktorstellgröße mit dem Anwendungsgrad als Gewichtungswert
bestimmt. Infolgedessen ist es möglich, mittels des Anwen
dungsgrades den Grad der Wichtigkeit des Ergebnisses einer
jeden Inferenz zu verändern. Dies entspricht dem Umstand,
daß bei der Einstellung durch einen Menschen denjenigen
Bewertungspunkten besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird,
die nicht den betreffenden Anforderungen genügen, während
denjenigen Bewertungspunkten weniger Aufmerksamkeit ge
schenkt wird, die ihren Anforderungen genügen. Es kann daher
die zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in Überein
stimmung mit dem menschlichen Denken ausgeführt werden, weil
die Zustandsgrößen in Übereinstimmung mit den Bewertungs
punkten in Sätze unterteilt werden und der Anwendungsgrad
entsprechend einer Änderung der Zustandsgröße derart verän
dert wird, daß der Grad der Wichtigkeit, nämlich der Anwen
dungsgrad der Ergebnisse der Inferenz des einem bestimmten
Bewertungspunkt entsprechenden Satzes hoch wird, wenn dieser
Bewertungspunkt nicht den Anforderungen genügt.
Weiterhin wird durch die Korrektureinrichtung der Zusammen
hang zwischen der jeweiligen Zustandsgröße der Gruppen von
Regeln und der Faktorstellgröße derart korrigiert, daß ein
zulässiger Bereich erweitert wird, wenn ermittelt wird, daß
die charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgrößen nicht
innerhalb des zulässigen Bereichs gesteuert werden können.
Da diese Korrektur vorgenommen wird, werden beispielsweise
dann, wenn im Bereich niedriger Drehzahlen Schwankungen der
Maschinendrehzahl erfaßt werden, welche nicht unterdrückt
werden können, zur Erweiterung des zulässigen Bereichs die
Gruppen von Regeln derart korrigiert, daß die Schwankungen
zugelassen werden. Infolgedessen wird die Verstärkung bzw.
der Verstärkungsfaktor zur Steuerung der Schwankungen der
Maschinendrehzahl verändert und auf geeignete Weise einge
stellt. Es ist daher möglich, eine zweckdienliche Steuerung
der Brennkraftmaschine herbeizuführen, bei welcher eine
Zustandsgröße vorliegt, die nicht innerhalb eines zulässigen
Bereichs gesteuert bzw. gehalten werden kann.
Es ist anzumerken, daß mehrere derartige Sätze ausreichend
sind. Nimmt man jedoch an, daß die Anzahl der Unterteilungen
der Bewertung m ist und die Anzahl der den jeweiligen Sätzen
entsprechenden Zustandsgrößen p ist, so wird die Anzahl der
Regeln für einen jeden Satz zu mp. Aus diesem Grund ist es
zum Erleichtern des Gestaltens und Einstellens der Gruppe
von Regeln durch Verringern der Anzahl der Regeln vorteil
haft, die Vielzahl der Zustandsgrößen in eine möglichst große
Anzahl von Sätzen zu unterteilen. Falls im einzelnen die
Anzahl der Zustandsgrößen und die Anzahl der Sätze gleich
gewählt werden, werden gemäß der vorangehenden Beschreibung
die Regeln in den Gruppen von Regeln zu einzelnen Lehrsät
zen, so daß die Inferenz mittels der Folgerungseinrichtung
erleichtert wird.
Die erfindungsgemäße Folgerungseinrichtung kann in den
PID-Regler die gewählte Faktorstellgröße direkt einsetzen.
Alternativ kann die Folgerungseinrichtung in den PID-Regler
einen Nachstellfaktor eingeben, der aus der eingestellten
Faktorstellgröße und einer gegenwärtigen Verstärkung be
stimmt wird. Falls die Faktorstellgröße in den PID-Regler
eingegeben wird, wird in diesem die gegenwärtige Verstärkung
gemäß der Faktorstellgröße eingestellt und die, Drehzahl wird
gemäß einer Abweichung des eingestellten Wertes von der
Drehzahl geregelt. Andererseits regelt im Falle des Einge
bens des Nachstellfaktors in den PID-Regler der PID-Regler
die Drehzahl gemäß der Abweichung der nachgestellten Ver
stärkung von der Drehzahl.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird erfindungsgemäß der
Zusammenhang zwischen einerseits der zu steuernden Faktor
stellgröße und andererseits der Zustandsgröße ausgedrückt,
die einem jeweiligen Satz entspricht, wenn die Vielzahl der
Zustandsgrößen durch die Gruppe von Regeln in die Vielzahl
von Sätzen unterteilt ist. Außerdem wird der Zusammenhang
zwischen einer jeden der Zustandsgrößen und der Faktorstell
größe derart korrigiert, daß ein-zulässiger Bereich erwei
tert wird, wenn ermittelt wird, daß die betreffende Zu
standsgröße nicht innerhalb des zulässigen Bereichs gesteu
ert werden kann. Daher können außerordentliche Vorteile
insofern erzielt werden, als eine zweckdienliche Verstär
kungsfaktoreinstellung in Übereinstimmung mit dem menschli
chen Denken ermöglicht ist und eine geeignete Regelung eines
Regelungsobjekts wie einer Brennkraftmaschine vorgenommen
werden kann, für welche eine Vielzahl von Bewertungspunkten
anzusetzen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung
eines PID-Reglers mit einer einen Selbstabstimmteil enthal
tenden Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 2A bis 2D sind Konzeptdarstellungen, die
Zugehörigkeitsfunktionen zeigen, welche einer Gruppe 1 von
Regeln entsprechen.
Fig. 3 ist eine Konzeptdarstellung, die die
Korrektur durch einen Vorgabekorrektor für Zugehörigkeits
funktionen für Vorgaben veranschaulichen, welche dem Ausmaß
der Änderung einer Regelgröße während einer Störung, dem
Ausmaß des Überschwingens, der Überschwingungskonvergenzzeit
und der Erholzeit einer Änderung der Regelgröße während
einer Störung entsprechen.
Fig. 4 ist eine Konzeptdarstellung, die die
Korrektur durch den Vorgabekorrektor für die Zugehörigkeits
funktionen einer Vorgabe veranschaulicht, die der Schwin
gungsdämpfung entspricht.
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm der Funktion
des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 6 ist eine Konzeptdarstellung, die die
Aufbereitung nach der Inferenz-Bestimmung von Faktorstell
größen für jeweilige Gruppen von Regeln veranschaulicht.
Fig. 7A und 7B sind Kurvenformdarstellungen,
die den Prozeß einer Selbstabstimmung in einem Fall veran
schaulichen, bei dem ein Sollwert geändert wird, wenn eine
Brennkraftmaschine unbelastet ist.
Fig. 8A und 8B sind Kurvenformdarstellungen,
die den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall veran
schaulichen, bei dem durch eine Hydraulikpumpe eine Bela
stung der Brennkraftmaschine geändert wird.
Fig. 9A und 9B sind Kurvenformdarstellungen,
die das Verhalten der Brennkraftmaschine nach beendeter
Abstimmung veranschaulichen.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung
eines PID-Reglers mit einer einen Selbstabstimmteil enthal
tenden Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
Fig. 11A und 11B sind Kurvenformdarstellun
gen, die den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall
veranschaulichen, bei dem das Grundprinzip der Erfindung zur
Faktoreinstellung eines Verzögerungssystems zweiter Ordnung
in einem Analogrechner angewandt wird.
Fig. 12A und 12B sind Kurvenformdarstellun
gen, die den Prozeß zur Faktornachstellung in einem Fall
veranschaulichen, bei dem das Grundprinzip der Erfindung zur
Faktoreinstellung des Verzögerungssystems zweiter Ordnung in
dem Analogrechner angewandt wird und die Ansprechcharakteri
stik eines Regelungsobjekts von derjenigen eines schnellen
Systems auf diejenige eines langsamen Systems geändert ist.
Fig. 13A und 13B sind Kurvenformdarstellun
gen, die den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall
veranschaulichen, bei dem das Grundprinzip der Erfindung zur
Faktoreinstellung eines Verzögerungssystems vierter Ordnung
in dem Analogrechner angewandt wird.
Fig. 14A bis 14D sind Konzeptdiagramme, die
die Zugehörigkeitsfunktionen von Vorgaben in einem herkömm
lichen PID-Regler zeigen, in welchem die Fuzzy-Inferenz
angewandt wird.
Fig. 15A bis 15C sind Konzeptdiagramme, die
die Zugehörigkeitsfunktionen von Folgerungen in dem herkömm
lichen PID-Regler zeigen, in welchem die Fuzzy-Inferenz
angewandt wird.
Fig. 16 veranschaulicht durch Erläuterung der
Funktion des herkömmlichen PID-Reglers, in dem die Fuzzy-In
ferenz angewandt wird, den Prozeß für das Berechnen einer
Proportionalfaktorstellgröße.
Fig. 17 ist eine der Fig. 6 gleichartige
Konzeptdarstellung, bei der eine Gruppe von Regeln weiter in
zwei Sätze unterteilt ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun ein erstes
Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 1 zeigt einen
PID-Regler 10 mit einer Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der PID-Regler 10 mit der Faktoreinstelleinrichtung regelt
die Drehzahl einer Brennkraftmaschine 14 als Regelungsob
jekt. Der PID-Regler 10 enthält eine PID-Recheneinheit 12.
Die PID-Recheneinheit 12 ist mit der Brennkraftmaschine 14
über einen Ansaugluftmengenregler 13 verbunden. Die PID-Re
cheneinheit 12 gibt an den Ansaugluftmengenregler 13 eine
vorbestimmte Stellgröße mit einem Proportionalanteil P,
einem Integralanteil I und einem Differentialanteil D ab.
Der Ansaugluftmengenregler 13 hat eine nicht dargestellte,
in einem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine 14 angeordnete
Drosselklappe und steuert die in die Brennkraftmaschine 14
eingeleitete Luftmenge durch Verstellen der Drosselklappe
gemäß der eingegebenen Stellgröße. Das Ergebnis der Ansaug
luftmengenregelung tritt in Form einer Drehzahl als Regel
größe in Erscheinung. Eine Abweichung der Drehzahl von einem
Sollwert für die Drehzahl wird in die PID-Recheneinheit 12
eingegeben, welche die bekannte PID-Regelung zum Ändern der
Stellgröße gemäß der eingegebenen Abweichung ausführt.
Ferner ist an die PID-Recheneinheit 12 ein Selbstabstimmteil
16 angeschlossen, der der erfindungsgemäßen Verstärkungsfak
tor-Einstelleinrichtung entspricht. Aus dem Selbstabstimm
teil werden in die PID-Recheneinheit 12 für die Anteile P, I
und D Faktorstellgrößen eingegeben, gemäß denen die Verstär
kungen der Anteile P, I und D eingestellt werden.
Der Selbstabstimmteil 16 besteht aus einem Mikrocomputer
oder dergleichen. Wenn man den Selbstabstimmteil 16 durch
Funktionsblöcke darstellt, enthält er eine Zustandsgrößen-Auf
nahmeeinheit 18, eine Fuzzy-Inferenz-Einheit 20, einen
Einstellregel-Grundstock 22 in einem Speicher und einen
Vorgabekorrektor 24. In die Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit
18 werden als charakteristische Variable die über den An
saugluftmengenregler 13 an der Brennkraftmaschine 14 wirken
de Stellgröße, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14, die
Solldrehzahl und die vorangehendgenannte Abweichung einge
geben. Die Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 erfaßt entspre
chend den eingegebenen Informationen zwölf Zustandsgrößen.
Die zu erfassenden Zustandsgrößen sind: "Abweichung einer
Ausregelzeit von einem Sollwert", "Überschwingungsausmaß",
"Schwingungsdämpfung", "Überschwingungskonvergenzzeit", "Än
derung der Stellgröße während eines stationären Zustands",
"Änderung der Regelgröße vor Erreichen eines Sollwerts", "Tp
(95%-Ansprechzeit - 60% Ansprechzeit)", "Änderung der Regel
größe während einer Störung", "Erholzeit einer Änderung der
Regelgröße während einer Störung", "Eigenerregungsschwingun
gen", "Schwingungen der Regelgröße" und "Schwingungen der
Stellgröße". Die Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 ist an die Zu
standsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 angeschlossen, welche an die
Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 die erfaßten Zustandsgrößen ab
gibt. Der Einstellregel-Grundstock, nämlich die Speicherein
richtung 22 ist mit der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 verbunden.
Die Speichereinrichtung 22 ist beispielsweise durch einen
nichtflüchtigen Speicher oder dergleichen gebildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zum Bewerten des
Regelungszustands der Brennkraftmaschine 14 elf nachstehend
beschriebene Bewertungspunkte angesetzt. Die zwölf Zustands
größen werden in elf Sätze eingeordnet, die diesen Bewer
tungspunkten entsprechen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden in Übereinstimmung mit den elf Bewertungspunkten
Gruppen von Regeln aufgestellt, die den Zusammenhang zwi
schen den einem bestimmten Bewertungspunkt entsprechenden
jeweiligen Zustandsgrößen und den Faktorstellgrößen angeben
und die den vorstehend genannten Einstellregel-Grundstock
bilden. Diese Gruppen von Regeln widerspiegeln das Fachwis
sen, das die Menschen bei der Verstärkungsfaktoreinstellung
anwenden. Die Bewertungspunkte und die dementsprechenden
Gruppen von Regeln bei diesem Ausführungsbeispiel sind
nachstehend aufgeführt.
Bewertungspunkt 1 zur Bewertung, ob die Abweichung der
Ausregelzeit von einem Sollwert klein ist.
Regelgruppe 1: Die Faktoreinstellung erfolgt derart, daß die
Ausregelzeit auf dem Sollwert gehalten wird.
WENN die Ausregelzeit ausreichend kurz ist,
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
WENN die Ausrelgelzeit etwas lang ist,
DANN werden die Proportionalverstärkung um 1%, die Integralverstärkung um 2% und die Differen tialverstärkung um 1% erhöht.
DANN werden die Proportionalverstärkung um 1%, die Integralverstärkung um 2% und die Differen tialverstärkung um 1% erhöht.
WENN die Ausregelzeit lang ist,
DANN werden die Proportionalverstärkung um 35%, die Integralverstärkung um 35% und die Differen tialverstärkung um 35% erhöht.
DANN werden die Proportionalverstärkung um 35%, die Integralverstärkung um 35% und die Differen tialverstärkung um 35% erhöht.
WENN die Ausregelzeit sehr lang ist,
DANN werden die Proportionalverstärkung um 50%, die Integralverstärkung um 50% und die Differentialverstärkung um 50% erhöht.
DANN werden die Proportionalverstärkung um 50%, die Integralverstärkung um 50% und die Differentialverstärkung um 50% erhöht.
Bewertungspunkt 2 zur Bewertung, ob das Überschwingungsaus
maß klein ist und die Schwingungsdämpfung gut ist.
Regelgruppe 2: Die Verstärkungseinstellung erfolgt in der
Weise, daß das Überschwingungsausmaß klein wird und die
Schwingungsdämpfung gut wird. Dieser Bewertungspunkt 2 ist
auf das Stabilisieren der Regelung gerichtet und die betref
fenden Zustandsgrößen sind die beiden Größen "Überschwin
gungsausmaß" und "Schwingungsdämpfung". Die Regeln in der
Regelgruppe 2 sind nachstehend in Tabellen 1 bis 3 aufge
führt.
Bewertungspunkt 3 zur Bewertung, ob eine Überschwingungskon
vergenzzeit To kurz ist.
Regelgruppe 3: Auch wenn das Ausmaß des Überschwingens
gering ist, ist es unerwünscht, daß die auszuregelnde Abwei
chung weiterhin verbleibt, so daß die Faktoreinstellung
derart erfolgt, daß die Überschwingungskonvergenzzeit To
kurz wird.
WENN To ausreichend kurz ist,
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
WENN To etwas lang ist,
DANN wird die Differentialverstärkung um 5% verringert.
DANN wird die Differentialverstärkung um 5% verringert.
WENN To lang ist,
DANN wird die Differentialverstärkung um 10% verringert.
DANN wird die Differentialverstärkung um 10% verringert.
WENN To sehr lang ist,
DANN wird die Differentialverstärkung um 20% verringert.
DANN wird die Differentialverstärkung um 20% verringert.
Bewertungspunkt 4 für die Bewertung, ob Änderungen der
Stellgröße während eines stationären Zustands klein sind.
Regelgruppe 4: Selbst wenn die Regelgröße (während des
stationären Zustands) stabil ist, liegen Fälle vor, bei
denen sich durch Störsignale oder dergleichen die Stellgröße
verändert, so daß die Faktoreinstellung derart vorgenommen
wird, daß die Änderungen der Stellgröße während des statio
nären Zustands klein werden.
WENN Änderungen der Stellgröße während des stationären
Zustands ausreichend klein sind,
DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
WENN die Änderungen der Stellgröße während des
stationären Zustands etwas groß sind,
DANN werden die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung nicht geändert, während die Differentialverstärkung um 7% verringert wird.
DANN werden die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung nicht geändert, während die Differentialverstärkung um 7% verringert wird.
WENN die Änderungen der Stellgröße während des
stationären Zustands groß sind,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 2% vermindert, die Integralverstärkung um 2% vermindert und die Differentialverstärkung um 15% vermindert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 2% vermindert, die Integralverstärkung um 2% vermindert und die Differentialverstärkung um 15% vermindert.
WENN die Änderungen der Stellgröße während des
stationären Zustands sehr groß sind,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 4% verringert, die Integralverstärkung um 4% verringert und die Differentialverstärkung um 30% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 4% verringert, die Integralverstärkung um 4% verringert und die Differentialverstärkung um 30% verringert.
Bewertungspunkt 5 zur Bewertung, ob vor dem Erreichen eines
Sollwerts eine Änderung der Regelgröße auftritt.
Regelgruppe 5: Falls der Wert der Proportionalverstärkung
groß ist, treten Fälle auf, bei denen die Regelgröße vor dem
Erreichen des Sollwerts in Gegenrichtung zurückgeht, so daß
die Faktoreinstellung derart vorgenommen wird, daß die
Regelgröße nicht in Gegenrichtung zurückkehrt, wenn diese
Erscheinung auftritt.
WENN vor dem Erreichen des Sollwerts keine Änderung
der Regelgröße auftritt,
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
WENN vor dem Erreichen des Sollwerts die Änderung
der Regelgröße etwas groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 15% verringert, die Integralverstärkung um 1% erhöht und die Differentialverstärkung um 3% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 15% verringert, die Integralverstärkung um 1% erhöht und die Differentialverstärkung um 3% verringert.
WENN vor dem Erreichen des Sollwerts die Änderung
der Regelgröße groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% vermindert, die Integralverstärkung um 2% erhöht und die Differentialverstärkung um 5% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% vermindert, die Integralverstärkung um 2% erhöht und die Differentialverstärkung um 5% verringert.
WENN vor dem Erreichen des Sollwerts die Änderung
der Regelgröße sehr groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 40% vermindert, die Integralverstärkung um 5% erhöht und die Differentialverstärkung um 10% vermindert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 40% vermindert, die Integralverstärkung um 5% erhöht und die Differentialverstärkung um 10% vermindert.
Bewertungspunkt 6 für die Bewertung, ob Tp (95%-Ansprechzeit
- 60%-Ansprechzeit) klein ist.
Regelgruppe 6: Selbst wenn der Anstieg der Regelgröße
schnell ist, bestehen Fälle, bei denen unmittelbar vor dem
Sollwert die Änderung schwächer wird und die auszuregelnde
Abweichung noch langzeitig bestehen bleibt, so daß die
Faktoreinstellung derart erfolgt, daß dieses Problem ausge
schaltet wird.
WENN Tp ausreichend klein ist,
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
WENN Tp etwas groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% verringert, die Integralverstärkung um 5% verringert und die Differentialverstärkung um 30% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% verringert, die Integralverstärkung um 5% verringert und die Differentialverstärkung um 30% verringert.
WENN Tp groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 50% verringert, die Integralverstärkung um 10% verringert und die Differentialverstärkung um 50% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 50% verringert, die Integralverstärkung um 10% verringert und die Differentialverstärkung um 50% verringert.
WENN Tp sehr groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 70% verringert, die Integralverstärkung um 20% verringert und die Differentialverstärkung um 70% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 70% verringert, die Integralverstärkung um 20% verringert und die Differentialverstärkung um 70% verringert.
Bewertungspunkt 7 für die Bewertung, ob während einer Stö
rung eine Änderung der Regelgröße klein ist.
Regelgruppe 7: Die Faktoreinstellung erfolgt in der Weise,
daß bei dem Auftreten einer durch eine Laständerung verur
sachten Störung eine Änderung der Regelgröße ausgeregelt
wird.
WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße
ausreichend gering ist,
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße
etwas groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 6% erhöht, die Integralverstärkung um 4% erhöht und die Differentialverstärkung nicht geändert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 6% erhöht, die Integralverstärkung um 4% erhöht und die Differentialverstärkung nicht geändert.
WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße
groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 12% erhöht, die Integralverstärkung um 8% erhöht und die Differentialverstärkung um 2% erhöht.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 12% erhöht, die Integralverstärkung um 8% erhöht und die Differentialverstärkung um 2% erhöht.
WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße
sehr groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 24% erhöht, die Integralverstärkung um 16% erhöht und die Differentialverstärkung um 4% erhöht.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 24% erhöht, die Integralverstärkung um 16% erhöht und die Differentialverstärkung um 4% erhöht.
Bewertungspunkt 8 für die Bewertung, ob eine Erholzeit Tr
für das Zurückführen einer Änderung der Regelgröße während
des Auftretens einer Störung kurz ist.
Regelgruppe 8: Die Faktoreinstellung erfolgt in der Weise,
daß die Erholzeit Tr einer Änderung der Regelgröße bei einer
Störung wie einer Laständerung kurz wird.
WENN Tr ausreichend klein ist,
DANN erfolgt keine Faktoränderung.
DANN erfolgt keine Faktoränderung.
WENN Tr etwas groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 2% erhöht, die Integralverstärkung um 5% erhöht und die Differentialverstärkung um 8% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 2% erhöht, die Integralverstärkung um 5% erhöht und die Differentialverstärkung um 8% verringert.
WENN Tr groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 4% erhöht, die Integralverstärkung um 15% erhöht und keine Änderung Differentialverstärkung vorgenommen.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 4% erhöht, die Integralverstärkung um 15% erhöht und keine Änderung Differentialverstärkung vorgenommen.
WENN Tr sehr groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 8% erhöht, die Integralverstärkung um 30% erhöht und die Differentialverstärkung um 5% erhöht.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 8% erhöht, die Integralverstärkung um 30% erhöht und die Differentialverstärkung um 5% erhöht.
Bewertungspunkt 9 für die Bewertung, ob Selbsterregungs
schwingungen gedämpft werden.
Regelgruppe 9: Da infolge einer Änderung der Eigenschaften
des Regelungsobjekts Selbsterregungsschwingungen auftreten
können, wird die Faktoreinstellung derart bewerkstelligt,
daß bei einem Anfangszustand der Selbsterregungsschwingungen
die Schwingungen gedämpft werden.
WENN die Schwingungen gedämpft werden,
DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
WENN die Schwingungen etwas verstärkt werden,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 10% vermindert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 10% vermindert.
WENN die Schwingungen verstärkt werden,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 20% vermindert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 20% vermindert.
WENN die Schwingungen beträchtlich verstärkt
werden,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 50% vermindert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 50% vermindert.
Bewertungspunkt 10 für die Bewertung, ob Schwingungen der
Regelgröße gedämpft worden sind.
Regelgruppe 10: Wenn langzeitige starke Schwingungen der
Regelgröße verbleiben, erfolgt die Einstellung in der Weise,
daß zur Vermeidung von Gefahren die Regelungsverstärkungen
vermindert werden.
WENN die Schwingungen der Regelgröße ausreichend
gedämpft wurden,
DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
WENN Regelgrößen-Schwingungen kleiner Amplitude
verbleiben,
DANN werden alle Verstärkungen um 10% vermindert.
DANN werden alle Verstärkungen um 10% vermindert.
WENN Regelgrößen-Schwingungen großer Amplitude
verbleiben,
DANN werden alle Verstärkungen um 20% vermindert.
DANN werden alle Verstärkungen um 20% vermindert.
WENN Regelgrößen-Schwingungen sehr großer Amplitude
verbleiben,
DANN werden alle Verstärkungen um 50% vermindert.
DANN werden alle Verstärkungen um 50% vermindert.
Bewertungspunkt 11 für die Bewertung, ob Schwingungen der
Stellgröße gedämpft worden sind.
Regelgruppe 11: Wenn langzeitig große Schwingungen der
Stellgröße verbleiben, wird das Einstellen derart vorgenom
men, daß zur Vermeidung von Gefahren die Regelungsverstär
kungen verringert werden.
WENN die Schwingungen der Stellgröße ausreichend
gedämpft wurden,
DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
WENN Stellgrößen-Schwingungen kleiner Amplitude
verbleiben,
DANN werden alle Verstärkungen um 10% ver mindert.
DANN werden alle Verstärkungen um 10% ver mindert.
WENN Stellgrößen-Schwingungen großer Amplitude
verbleiben,
DANN werden alle Verstärkungen um 20% vermindert.
DANN werden alle Verstärkungen um 20% vermindert.
WENN Stellgrößen-Schwingungen sehr großer Amplitude
verbleiben,
DANN werden alle Verstärkungen um 50% vermindert.
DANN werden alle Verstärkungen um 50% vermindert.
Da gemäß der vorstehenden Beschreibung bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel die Anzahl der Unterteilungen der Bewertung
"4" ist und die Anzahl der zu erfassenden charakteristischen
Variablen bzw. Zustandsgrößen "12" ist, würde entsprechend
dem herkömmlichen Einstellregel-Grundstock die Anzahl der
Kombinationen von Regeln die ungeheuer große Anzahl von 4¹²
= 16777216 erreichen, so daß das Zusammenstellen und Einset
zen des Einstellregel-Grundstocks praktisch unmöglich wäre.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die zwölf Zu
standsgrößen in den elf Bewertungspunkten entsprechende
Sätze unterteilt, für die jeweiligen Sätze Gruppen von
Regeln eingesetzt und die Regeln außer denjenigen der Regel
gruppe 2 jeweils durch einzelne Lehrsätze gebildet. Da
infolgedessen die Anzahl der Regeln zu 4·10+42 = 56 wird,
kann das Zusammenstellen und Einsetzen der Regeln auf einfa
che Weise bewerkstelligt werden.
Die vorstehend genannten elf Regelgruppen enthalten Zugehö
rigkeitsfunktionen, aus denen für die jeweilige Regelgruppe
durch Bestimmen des Eignungsgrades bezüglich einer jeden
Regel der Regelgruppe die Verstärkungsfaktor-Stellgrößen
gefolgert werden, und die Speichereinrichtung 22 speichert
diese Zugehörigkeitsfunktionen. Die Fig. 2A bis 2D zeigen
Zugehörigkeitsfunktionen für die Gruppe 1 der Regeln. Dabei
zeigt die Fig. 2A die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen,
während die Fig. 2B bis 2D die Folgerungs-Zugehörigkeits
funktionen zeigen, welche jeweils die Proportionalverstär
kung, die Integralverstärkung bzw. die Differentialverstär
kung betreffen. Außerdem speichert die Speichereinrichtung
22 für jede Regelgruppe den Zusammenhang zwischen der Größe
einer jeden Zustandsvariablen und dem Anwendungsgrad für die
Anwendung der Folgerungsergebnisse für die einzustellenden
Größen. Gemäß Fig. 6 kann der Anwendungsgrad bei diesem
Ausführungsbeispiel mit Ausnahme des der Regelgruppe 2
entsprechenden Anwendungsgrads entsprechend einer Änderung
der Zustandsgröße geändert werden und der vorangehend ge
nannte Zusammenhang ist in Form von Zugehörigkeitsfunktionen
gespeichert.
Das Überschwingungsausmaß und die Schwingungsdämpfung, die
in der Regelgruppe 2 die Zustandsgrößen sind, sind Zustands
größen bezüglich der Regelungsstabilisierung. Da der Wich
tigkeitsgrad dieser Zustandsgrößen hoch ist, werden diese
beiden Zustandsgrößen kombiniert und es werden ausführliche
Regeln wie die in den Tabellen 1, 2 und 3 gezeigten aufge
stellt. Außerdem wird auch hinsichtlich des Anwendungsgrads
derjenige für die Regeln der Gruppe 2 maximal gewählt und
damit die Einstellung unter Betonung der Stabilität der
Regelung vorgenommen.
Mit der Speichereinrichtung 22 ist der Vorgabekorrektor 24
verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im voraus ein
Drehzahlbereich bemessen, in welchem die jeweiligen Zu
standsgrößen der Brennkraftmaschine 14 nicht innerhalb eines
zulässigen Bereichs gesteuert werden können. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist dieser Drehzahlbereich auf 1000
Umdrehungen/Minute oder weniger gewählt. Der Vorgabekorrek
tor 24 nimmt als Eingangssignal die Regelgröße "Drehzahl" auf
und bestimmt gemäß der eingegebenen Drehzahl, ob die Brenn
kraftmaschine 14 in diesem Drehzahlbereich läuft. Falls
ermittelt wird, daß die Brennkraftmaschine 14 in diesem
Drehzahlbereich läuft, wird der Zusammenhang zwischen den
Zustandsgrößen für die Gruppe von Regeln und den Faktor
stellgrößen derart korrigiert, daß eine Änderung dieser
Drehzahl zugelassen ist.
Im einzelnen wird gemäß Fig. 3 eine Korrektur in der Weise
vorgenommen, daß die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen für
das Bewerten der Änderung der Drehzahl (Regelgröße) während
einer Störung in der Gruppe 7 der Regeln in einer Richtung
verschoben werden, bei der die Dreiecke größer werden (nach
rechts zu). Als Ergebnis wird die Gewichtung bezüglich der
Bewertung von "gut" für die gleiche Änderung der Drehzahl
höher, so daß der Bereich der Bewertung bezüglich der Ände
rung der Drehzahl während einer Störung erweitert wird.
Gleichartige Korrekturen werden hinsichtlich der Vorgaben
Zugehörigkeitsfunktionen für die Bewertung des Überschwin
gungsausmaßes, der Überschwingungskonvergenzzeit und der
Erholzeit einer Änderung der Regelgröße während einer Stö
rung in den Gruppen 2, 3 und 8 der Regeln vorgenommen.
Außerdem wird hinsichtlich der Vorgaben-Zugehörigkeitsfunk
tionen für die Bewertung der Schwingungsdämpfung in der
Gruppe 2 der Regeln eine Korrektur gemäß der Darstellung in
Fig. 4 vorgenommen. D.h., an einem Dreieck, das der Bewer
tung der Zugehörigkeitsfunktion als "schlecht" entspricht,
erfolgt die Korrektur in der Weise, daß die untere rechte
Ecke des Dreiecks festgelegt wird und die anderen, beiden
Ecken nach rechts versetzt werden, wobei ihr Zusammenhang
mit dem der Bewertung "sehr schlecht" entsprechenden Dreieck
berücksichtigt wird. Hinsichtlich der jeweils den Bewertun
gen "etwas schlecht" und "ausreichend gut" entsprechenden
Dreiecke erfolgen die Korrekturen derart, daß alle Dreiecke
nach rechts verschoben werden.
Von der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 wird eine unscharfe Folge
rung bzw. Fuzzy-Inferenz aus den von der Zustandsgrößen-Auf
nahmeeinheit 18 eingegebenen Zustandsgrößen sowie den in
der Speichereinrichtung 22 gespeicherten Regeln und Anwen
dungsgraden vorgenommen, wonach die Faktorstellgrößen für
die Anteile P, I und D bestimmt und an die PID-Recheneinheit
12 abgegeben werden.
Unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 gezeigte Ablaufdiagramm
wird nun die Funktion des ersten Ausführungsbeispiels be
schrieben. Es ist anzumerken, daß der in Fig. 5 dargestellte
Ablauf ausgeführt wird, wenn die Abweichung einen vorbe
stimmten Wert oder mehr erreicht.
In einem Schritt 100 wird ermittelt, ob die Drehzahl der
Brennkraftmaschine 14 1000 Umdrehungen/Minute oder weniger
beträgt oder nicht. Falls der Schritt 100 die Antwort "JA"
ergibt, werden in einem Schritt 102 durch den Vorgabekorrek
tor 24 die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen für die Gruppen
2, 3, 7 und 8 der Regeln gemäß der Darstellung in Fig. 3 und
4 korrigiert, wonach der Ablauf zu einem Schritt 104 fort
schreitet. Als Ergebnis werden die Bewertungsbereiche bezüg
lich der Schwingungsdämpfung, des Überschwingungsausmaßes,
der Überschwingungskonvergenzzeit, der Änderung der Regel
größe während einer Störung und der Erholzeit für eine
Änderung der Regelgröße während einer Störung breit. Damit
wird eine Verschlechterung der Zustandsgrößen während des
Auftretens einer Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschi
ne 14 zugelassen. Falls der Schritt 100 die Antwort "NEIN"
ergibt; schreitet der Ablauf ohne Ausführung der Verarbei
tung im Schritt 102 zu dem Schritt 104 weiter.
Bei dem Schritt 104 werden aus den verschiedenartigen, in
die Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 eingegebenen Informa
tionen die genannten zwölf Zustandsgrößen erfaßt. In einem
nachfolgenden Schritt 106 wird aus dem in der Speicherein
richtung 22 gespeicherten Einstellregel-Grundstock eine
Gruppe von Regeln ausgelesen, die einem bestimmten Bewer
tungspunkt entsprechen (beispielsweise die Gruppe 1 der
Regeln im Falle des Bewertungspunktes 1). Dabei werden
hinsichtlich der Gruppen 2, 3, 7 und 8 von Regeln dann, wenn
die Verarbeitung bei dem Schritt 102 ausgeführt worden ist,
die Gruppen von Regeln ausgelesen, für die die Vorgaben-Zu
gehörigkeitsfunktionen korrigiert worden sind. In einem
Schritt 108 wird der eine jede der Regeln betreffende Eig
nungsgrad in bezug auf die Zustandsgrößen unter Ansetzen der
den Bewertungspunkt betreffenden Zustandsgröße (beispiels
weise im Falle des Bewertungspunktes 1 der Abweichung einer
Ausregelungszeit von einem Sollwert) sowie der Vorgaben-Zu
gehörigkeitsfunktionen berechnet, die der ausgelesenen
Gruppe von Regeln entsprechen.
Falls beispielsweise der Wert der Zustandsgröße "Abweichung
einer Ausregelungszeit von einem Sollwert" ein in Fig. 2A
durch einen Pfeil A dargestellter Wert ist, werden Berech
nungen in der Weise vorgenommen, daß der Eignungsgrad für
"Ausregelungszeit ist ausreichend kurz" in der ersten Regel
0,25 und der Eignungsgrad für "Ausregelungszeit etwas lang"
in der zweiten Regel 0,75 ist.
In einem nachfolgenden Schritt 110 werden für eine jede
Regel hinsichtlich der Folgerungs-Zugehörigkeitsfunktionen
grafische Formen bzw. Kurven erhalten, in denen die Gipfel
teile der den durch die Regeln angegebenen Faktorstellgrößen
entsprechenden Dreiecke gemäß dem Eignungsgrad der betref
fenden Regeln abgeschnitten sind. Die Vielzahl der auf diese
Weise erhaltenen Kurven wird einander überlagert und es wird
die Schwerpunktsmitte ermittelt. Als Beispiel wird unter
Bezugnahme auf die Fig. 2B ein einzustellendes Ausmaß der
Proportionalverstärkung in einem Fall beschrieben, bei dem
der Eignungsgrad bezüglich der ersten Regel 0,25 ist und der
Eignungsgrad bezüglich der zweiten Regel 0,75 ist. Da für
die erste Regel als Faktorstellgröße "keine Verstärkungsein
stellung" angegeben ist, wird eine grafische Form B erhal
ten, in welcher der Spitzenteil der grafischen Form für
"keine Änderung" entsprechend dem Eignungsgrad 0,25 der
ersten Regel abgeschnitten ist. Da durch die zweite Regel
als Faktorstellgröße "Proportionalverstärkungserhöhung um
1%" angegeben ist, wird für die zweite Regel eine grafische
Form C erhalten, in welcher der Gipfelteil der "1% Erhöhung"
entsprechenden grafischen Form entsprechend dem Eignungsgrad
0,75 abgeschnitten ist. Dann wird die Schwerpunktsmitte der
einander überlagerten grafischen Formen B und C ermittelt.
Diese Schwerpunktsmitte entspricht einem Mittelwert, bei
welchem die durch die entsprechenden Regeln angegebenen
Faktorstellgrößen durch den Eignungsgrad der Regeln gewich
tet sind. D.h., diese Schwerpunktsmitte ist das Ergebnis der
Inferenz des Ausmaßes der Proportionalverstärkungseinstel
lung bei der Gruppe 1 der Regeln. Falls die vorstehend
beschriebene Verarbeitung auf gleichartige Weise in bezug
auf das Ausmaß der Integralverstärkungseinstellung und das
Ausmaß der Differentialverstärkungseinstellung ausgeführt
wird, wird damit die Schlußfolgerung für die Faktoreinstell
größe bezüglich eines einzelnen Bewertungspunktes (Satzes)
getroffen.
In einem Schritt 112 wird ermittelt, ob die Inferenz-Verar
beitung hinsichtlich aller Bewertungspunkte abgeschlossen
wurde oder nicht. Wenn bei dem Schritt 112 die Antwort
"NEIN" ist, kehrt der Ablauf zu dem Schritt 102 zurück und
die Schritte 102 bis 112 werden wiederholt, bis der Schritt
112 die Antwort "JA" ergibt. Auf diese Weise werden die
Gruppen von Regeln gelesen, die den Bewertungspunkten ent
sprechen, für die die Inferenz-Verarbeitung nicht abge
schlossen wurde, und die Verarbeitung erfolgt auf die vor
stehend beschriebene Weise. Damit werden die Schlußfolgerun
gen hinsichtlich der Faktorstellgrößen bezüglich aller
Bewertungspunkte getroffen. Es ist anzumerken, daß in einem
Fall, bei dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 in
einem Drehzahlbereich liegt, in welchem es unmöglich ist,
die jeweiligen Zustandsgrößen innerhalb eines zulässigen
Bereichs zu steuern wegen der auf die vorstehend beschrie
benen Weise korrigierten Zugehörigkeitsfunktionen für die
Gruppen von Regeln ein Teil der Einstellung für das Ausre
geln von Drehzahländerungen, die nicht unterdrückt werden
können, in diesen gefolgerten Faktorstellgrößen nicht ent
halten ist. Daher werden bezüglich der jeweiligen Bewer
tungspunkte die geeigneten Faktorstellgrößen gefolgert.
In einem Schritt 114 wird der Anwendungsgrad der Inferenz-Er
gebnisse für die Gruppen von Regeln unter Anwendung der in
der Speichereinrichtung 22 gespeicherten Zugehörigkeitsfunk
tionen für den Anwendungsgrad und der Zustandsgrößen berech
net. Die Zugehörigkeitsfunktionen für den Anwendungsgrad der
Gruppen von Regeln mit Ausnahme der Gruppe 2 sind derart
angesetzt, daß der Anwendungsgrad hoch wird, wenn der Rege
lungszustand des Regelungsobjekts 14 nicht den Erfordernis
sen der Bewertungspunkte genügt. Da infolgedessen den Infe
renz-Ergebnissen für die Gruppen von Regeln, die den Bewer
tungspunkten entsprechen, welche nicht den Erfordernissen
genügen, ein großes Gewicht zugeordnet wird, ist es unmög
lich, die geeignete Faktoreinstellung in besserer Überein
stimmung mit dem menschlichen Denken auszuführen. Es ist
anzumerken, daß hinsichtlich der Gruppe 2 von Regeln wegen
der engen Beziehung dieser Gruppe zu der Stabilität der
Regelung in Anbetracht der Regelungsstabilität der Anwen
dungsgrad unabhängig von den Zustandsgrößen (dem Überschwin
gungsausmaß und dem Dämpfungsverhältnis) auf den maximalen
Wert 1,0 eingestellt wird (siehe Fig. 6).
In einem Schritt 116 wird eine Gewichtungszuordnung zu den
Inferenz-Ergebnissen für die jeweiligen Gruppen von Regeln
unter Anwendung des auf die vorstehend beschriebene Weise
berechneten Anwendungsgrads vorgenommen und es werden die
Mittelwerte berechnet. Dadurch werden die jeweiligen Infe
renz-Ergebnisse parallel behandelt und bezüglich der Propor
tionalverstärkung, der Integralverstärkung und der Differen
tialverstärkung die Faktorstellgrößen bestimmt, die eine
Vielzahl von Zustandsgrößen wiedergeben. In einem Schritt
118 werden die auf die vorstehend beschriebene Weise be
stimmten Größen für die PID-Verstärkungseinstellung in die
PID-Recheneinheit 12 eingegeben und eingestellt. Es ist
anzumerken, daß wegen des Aufstellens der Gruppen von Regeln
des Regelgrundstocks unter Anwendung des menschlichen Fach
wissens die vorstehend genannten Faktorstellgrößen das
menschliche Fachwissen widerspiegeln. Infolgedessen werden
die jeweiligen Verstärkungen derart eingestellt, daß die
zweckdienliche Regelung in Übereinstimmung mit dem menschli
chen Denken ausgeführt wird.
In einem nachfolgenden Schritt 120 werden dann, wenn die
Verarbeitung bei dem Schritt 102 ausgeführt worden ist und
die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen korrigiert worden
sind, die Zugehörigkeitsfunktionen wieder in ihren ursprüng
lichen Zustand zurückgestellt. Daher werden dann, wenn diese
Routine das nächste mal ausgeführt wird, in dem Fall, daß
die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 höher als 1000 Umdre
hungen/Minute ist, die Faktorstellgrößen gemäß den normalen
Gruppen von Regeln gefolgert. Falls Schwankungen der Dreh
zahl aufgetreten sind, werden die Faktorstellgrößen derart
bestimmt, daß die Schwankungen verringert werden.
Als nächstes werden die Ergebnisse der tatsächlichen Ver
stärkungseinstellung bei der Regelung der Brennkraftmaschine
14 mittels der PID-Steuereinheit 10 mit der Faktoreinstell
einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrie
ben. Die Fig. 7A und 7B veranschaulichen den Prozeß der
Selbstabstimmung in einem Fall, bei dem bei Leerlauf der Brenn
kraftmaschine 14 der Sollwert geändert wird. Diese Figuren
zeigen, wie Schwankungen der Maschinendrehzahl, die durch
verhältnismäßig große Schwingungen charakterisiert sind,
durch die Selbstabstimmung gedämpft bzw. verringert werden.
Die Fig. 8A und 8B veranschaulichen den Prozeß der Selbstab
stimmung in einem Fall, bei dem durch eine Hydraulikpumpe
die Belastung der Brennkraftmaschine 14 geändert wird. Gemäß
Fig. 8A werden die Spitzenwerte der Schwankungen der Maschi
nendrehzahl zu jedem Belastungszeitpunkt und zu jedem Entla
stungszeitpunkt allmählich kleiner. Auf diese Weise erfolgt
durch abwechselndes Abstimmen wegen einer Sollwertänderung
und Abstimmen wegen einer Laständerung die Verstärkungsfak
toreinstellung derart, daß das Nachführen mit dem Sollwert
und das Ausregeln einer Störung miteinander vereinbar wer
den. Das Verhalten nach beendeter Abstimmung ist in den Fig.
9A und 9B gezeigt.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind bei dem ersten
Ausführungsbeispiel die zwölf Zustandsgrößen in elf Sätze
entsprechend den Bewertungspunkten unterteilt, zum Bilden
eines Einstellregel-Grundstocks für einen jeden Satz Gruppen
von Regeln aufgestellt, die unter Anwendung von Zugehörig
keitsfunktionen den Zusammenhang zwischen den entsprechenden
Zustandsgrößen und den Faktorstellgrößen ausdrücken, und die
Regeln in den Gruppen von Regeln mit Ausnahme der Gruppe 2
jeweils durch einzelne Lehrsätze gebildet. Infolgedessen ist
es möglich, die Anzahl der Regeln zu verringern, und die
Faktoreinstelleinrichtung kann bei einem Regelungsobjekt wie
der Brennkraftmaschine 14 angewandt werden, für das bzw. die
eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist.
Außerdem sind gemäß der vorstehenden Beschreibung die Zuge
hörigkeitsfunktionen für den Anwendungsgrad der Gruppen von
Regeln mit Ausnahme der Gruppe 2 derart angesetzt, daß der
Anwendungsgrad hoch wird, wenn der Regelungszustand des
Regelungsobjekts 14 nicht den Erfordernissen der den Gruppen
von Regeln entsprechenden Bewertungspunkte entspricht. Daher
wird durch die Inferenz-Ergebnisse für die Gruppen von
Regeln, die den Bewertungspunkten entsprechen, welche nicht
den Erfordernissen genügen, eine hohe Bewertung bzw. ein
großes Gewicht zugeordnet und es ist dadurch möglich, die
zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in besserer
Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken vorzunehmen.
Ferner werden bei dem ersten Ausführungsbeispiel in dem
Fall, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 1000 Umdre
hungen/Minute oder weniger beträgt, die Vorgaben-Zugehörig
keitsfunktionen in den Gruppen von Regeln derart korrigiert,
daß der zulässige Bereich für eine jede der Zustandsgrößen
erweitert wird. Infolgedessen wird die Verstärkung zu einer
Ausregelung der Maschinendrehzahländerungen geändert und auf
geeignete Weise eingestellt. Daher ist es möglich, die
zweckdienliche Regelung an einem Regelungsobjekt wie der
Brennkraftmaschine 14 auszuführen, für das bzw. die eine
Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist gemäß der Darstellung
in den Tabellen 1, 2 und 3 die Gruppe 2 der Regeln durch
detaillierte Regeln gebildet, in denen zwei Zustandsgrößen
berücksichtigt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf
eingeschränkt, so daß die Gruppe 2 der Regeln in zwei Sätze
unterteilt werden kann und die Anzahl der Sätze gleich der
Anzahl der Zustandsgrößen gemacht werden kann. Eine der Fig.
6 entsprechende Darstellung des Konzepts für diesen Fall ist
in Fig. 17 gezeigt und die Gruppen von Regeln sind nachste
hend dargestellt. Dabei liegen Fälle vor, bei denen in
Abhängigkeit von den Laufzuständen die Konvergenzzeit um
ungefähr 30% verlängert ist, jedoch entsteht im praktischen
Einsatz kein Problem.
Bewertungspunkt 2 für die Bewertung, ob das Überschwingungs
ausmaß klein ist.
Regelgruppe 2: Die Faktoreinstellung erfolgt in der Weise,
daß das Überschwingungsausmaß klein wird. Außerdem wird der
Anwendungsgrad dieser Gruppe von Regeln immer auf 1,0 einge
stellt.
WENN das Überschwingungsausmaß ausreichend klein
ist,
DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
WENN das Überschwingungsausmaß etwas groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 3% erhöht und die Integralverstärkung um 3% verringert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 3% erhöht und die Integralverstärkung um 3% verringert.
WENN das Überschwingungsausmaß groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 16% erhöht und die Integralverstärkung um 6% vermindert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 16% erhöht und die Integralverstärkung um 6% vermindert.
WENN das Überschwingungsausmaß sehr groß ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% erhöht und die Integralverstärkung um 12% vermindert.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% erhöht und die Integralverstärkung um 12% vermindert.
Bewertungspunkt 2′ für die Bewertung, ob die Schwingungsdämp
fung gut ist.
Regelgruppe 2′: Die Faktoreinstellung erfolgt in der, Weise,
daß die Schwingungsdämpfung gut wird. Außerdem wird der
Anwendungsgrad dieser Gruppe von Regeln immer auf 1,0 ange
setzt.
WENN die Schwingungsdämpfung ausreichend gut ist,
DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
WENN die Schwingungsdämpfung etwas schlecht ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 3% verringert, die Integralverstärkung um 3% verringert und die Differentialverstärkung um 4% erhöht.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 3% verringert, die Integralverstärkung um 3% verringert und die Differentialverstärkung um 4% erhöht.
WENN die Schwingungsdämpfung schlecht ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 6% verringert, die Integralverstärkung um 6% verringert und die Differentialverstärkung um 10% erhöht.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 6% verringert, die Integralverstärkung um 6% verringert und die Differentialverstärkung um 10% erhöht.
WENN die Schwingungsdämpfung sehr schlecht ist,
DANN wird die Proportionalverstärkung um 12% verringert, die Integralverstärkung um 12% verringert und die Differentialverstärkung um 20% erhöht.
DANN wird die Proportionalverstärkung um 12% verringert, die Integralverstärkung um 12% verringert und die Differentialverstärkung um 20% erhöht.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin
dung beschrieben. Dieses zweite Ausführungsbeispiel hat im
wesentlichen die gleiche Gestaltung wie das erste Ausfüh
rungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch in folgendem: Nach
dem Bestimmen der Faktorstellgrößen wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel werden von der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20
gemäß diesen Faktorstellgrößen und den gegenwärtigen Ver
stärkungen Verstärkungsnachstellungen berechnet und diese in
die PID-Recheneinheit 12 eingesetzt. Aus den eingestellten
Verstärkungen und den eingegebenen Abweichungen bestimmt die
PID-Recheneinheit 12 die an der Brennkraftmaschine 14 anzu
wendende Stellgröße.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung können auch im Falle
einer Gestaltung, bei der die Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 die
Verstärkungen berechnet und diese in der PID-Recheneinheit
12 einstellt, die Vorteile erzielt werden, daß eine zweck
dienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in besserer Überein
stimmung mit dem menschlichen Denken ermöglicht ist und daß
die Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung für ein Rege
lungsobjekt wie die Brennkraftmaschine 14 verwendet werden
kann, für welche eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzu
setzen ist. Daher besteht für die erfindungsgemäße Faktor
einstelleinrichtung keine Einschränkung auf eine solche für
das Einstellen von Faktoreinstellgrößen in dem PID-Regler,
sondern kann auch eine Einrichtung sein, in der die Verstär
kungen bzw. Verstärkungsfaktoren berechnet und auf die
vorstehend beschriebene Weise eingesetzt werden.
Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung beschrieben. Die Komponenten oder Teile, die mit denje
nigen bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen identisch
sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und
ihre Beschreibung wird weggelassen.
Gemäß Fig. 10 ist der PID-Regler mit der Verstärkungsfaktor-Ein
stelleinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in
einen PID-Reglerteil 11 mit der PID-Recheneinheit 12 und in
die Selbstabstimmeinheit 16 mit der Zustandsgrößen-Aufnahme
einheit 18, der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 und der Speicher
einrichtung 22 aufgeteilt. Der PID-Reglerteil 11 enthält
eine Datenübertragungseinheit 32. In die Datenübertragungs
einheit 32 werden die an der Brennkraftmaschine 14 anzuwen
dende Stellgröße, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14,
der Sollwert für die Drehzahl und die Abweichung der Soll-Dreh
zahl von der Drehzahl eingegeben. Die Datenübertragungs
einheit 32 überträgt die eingegebenen Informationen zu einer
Datenübertragungseinheit 31 des Selbstabstimmteils 16.
Die Datenübertragungseinheit 31 ist mit der Zustandsgrößen-Auf
nahmeeinheit 18 verbunden und führt dieser die empfange
nen Informationen zu. Gemäß den zugeführten Informationen
werden von der Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 auf gleiche
Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Zustands
größen erfaßt. Ferner ist die Datenübertragungseinheit 31
mit der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 verbunden, durch die in
die Datenübertragungseinheit 31 die ermittelten Faktorstell
größen für die Anteile P, I und D eingegeben werden. Die
Datenübertragungseinheit 31 überträgt die empfangenen Fak
torstellgrößen P, I und D zu der Übertragungseinheit 32.
Von der Datenübertragungseinheit 32 werden wiederum die
empfangenen Faktorstellgrößen P, I und D in die PID-Rechen
einheit 12 eingegeben. Die PID-Recheneinheit 12 stellt die
PID-Verstärkungen gemäß den eingegebenen Faktorstellgrößen
ein und gibt eine dadurch bestimmte Stellgröße für die
Brennkraftmaschine 14 ab.
Auch dann, wenn der Selbstabstimmteil 16 die Faktorstellgrö
ßen in dem PID-Reglerteil 11 über die Datenübertragungsein
richtung oder dergleichen gemäß der vorstehenden Beschrei
bung einstellt, werden die Vorteile erzielt, daß wie bei dem
ersten Ausführungsbeispiel eine zweckdienliche Verstärkungs
einstellung in besserer Übereinstimmung mit dem menschlichen
Denken ermöglicht ist und daß die Verstärkungsfaktor-Ein
stelleinrichtung bei einem Regelungsobjekt wie der Brenn
kraftmaschine 14 angewandt werden kann, für das bzw. die
eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist. Daher
besteht erfindungsgemäß nicht die Erfordernis, daß die
Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung und der PID-Regler
miteinander direkt verbunden sind, sondern sie können mit
einander über eine Übertragungseinrichtung wie Datenübertra
gungseinheiten verbunden sein.
Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung beschrieben. Dieses vierte Ausführungsbeispiel hat im
wesentlichen die gleiche Gestaltung wie das dritte Ausfüh
rungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch in folgendem: Nach
dem Bestimmen der Faktorstellgrößen auf die gleiche Weise
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden von der Fuzzy-In
ferenz-Einheit 20 gemäß diesen Faktorstellgrößen und den
gegenwärtigen Verstärkungen Faktornachstellgrößen berechnet
und diese an die Datenübertragungseinheit 31 abgegeben. Über
die Datenübertragungseinheiten 31 und 32 werden die abgege
benen Nachstellgrößen in der PID-Recheneinheit 12 einge
stellt. Gemäß den eingestellten Verstärkungen und den einge
gebenen Abweichungen hiervon bestimmt die PID-Recheneinheit
12 die Stellgröße.
Auch bei der Gestaltung in der Weise, daß in der Fuzzy-In
ferenz-Einheit 20 die Verstärkungen berechnet werden und
diese über die Übertragungseinrichtung wie die Datenübertra
gungseinheiten gemäß der vorstehenden Beschreibung in der
PID-Recheneinheit 12 eingestellt werden, werden die Vorteile
erzielt, daß wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine
zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in besserer
Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken ermöglicht ist
und daß die Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung für ein
Regelungsobjekt wie die Brennkraftmaschine 14 mit einer
Vielzahl anzusetzender Bewertungspunkte angewandt werden
kann.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird
im voraus ein Drehzahlbereich ermittelt, in welchem die
Zustandsgrößen nicht innerhalb eines zulässigen Bereichs
gesteuert werden können, und es werden dann, wenn die Dreh
zahl der Brennkraftmaschine 14 in diesen Drehzahlbereich
fällt, durch den Vorgabekorrektor 24 die Zugehörigkeitsfunk
tionen der Vorgaben korrigiert. Alternativ kann jedoch eine
Gestaltung in der Weise vorgesehen werden, daß ein Vergleich
zwischen einer Stellgröße bezüglich der Brennstoffzufuhr und
der Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 vorgenommen wird und
dann, wenn sich die Drehzahl um mehr als ein zulässiges
Ausmaß ändert, obgleich die Stellgröße für die Brennstoffzu
fuhr nicht geändert wurde, die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunk
tionen auf die vorstehend beschriebene Weise korrigiert
werden, um dadurch Drehzahländerungen zuzulassen.
Ob zwar ferner bei den vorstehend beschriebenen Ausführungs
beispielen die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen bei dem
Drehzahlbereich korrigiert werden, in welchem die jeweiligen
Zustandsgrößen nicht in einem zulässigen Bereich gesteuert
werden können, kann die Einstelleinrichtung alternativ
derart ausgelegt werden, daß ohne eine Korrektur der Vorga
ben-Zugehörigkeitsfunktionen die Folgerungs-Zugehörigkeits
funktionen in der Weise korrigiert werden, daß hinsichtlich
der Ergebnisse der Bewertung der Vorgaben-Zugehörigkeits
funktionen die Faktorstellgrößen klein werden.
Weiterhin ist zwar bei den vorstehend beschriebenen Ausfüh
rungsbeispielen als Regelungsobjekt die Brennkraftmaschine
14 als Beispiel angegeben, jedoch ist eine zweckdienliche
Regelung auch in einem Fall ausführbar, bei dem die Grund
prinzipien der Erfindung an einem Regelungsobjekt angewandt
werden, für das eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzuset
zen ist. Als Beispiel werden die Ergebnisse in einem Fall
beschrieben, bei dem das Grundprinzip der Erfindung zur
Verstärkungsfaktoreinstellung eines Analogrechners angewandt
wird. Die Fig. 11A und 11B veranschaulichen den Prozeß der
Selbstabstimmung bei der Verstärkungsfaktoreinstellung in
dem Fall, daß das Regelungsobjekt 14 ein Verzögerungssystem
zweiter Ordnung des Analogrechners ist, in welchem bei jeder
Änderung des Sollwerts die Kurvenformerkennung vorgenommen
wird, um die Verstärkungsfaktoreinstellung herbeizuführen.
Diese Figuren zeigen, wie die Schwankungen der Regelgröße,
die durch verhältnismäßig große Schwingungen charakterisiert
sind, durch die Selbstabstimmung gedämpft bzw. abgeschwächt
werden. Die Fig. 12A und 12B veranschaulichen den Prozeß der
Verstärkungsfaktornachstellung in einem Fall, bei dem das
Regelungsobjekt 14 das Verzögerungssystem zweiter Ordnung
des Analogrechners ist und die Ansprechcharakteristik des
Regelungssystems von derjenigen eines schnellen Systems auf
diejenige eines langsamen Systems geändert wurde. Diese
Figuren zeigen zwar, daß bei dem Ansprechen der Regelgröße
auf eine Änderung der Charakteristik Schwingungen auftreten,
jedoch durch die Selbstabstimmung die Ansprechkurvenform auf
eine zufriedenstellende Kurvenform geregelt wird, ohne daß
eine Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit hervorgerufen
wird. Die Fig. 13A und 13B veranschaulichen den Prozeß der
Selbstabstimmung in einem Fall, bei dem das Regelungsobjekt
ein Verzögerungssystem vierter Ordnung des Analogrechners
ist. Aus den Figuren ist ersichtlich, daß selbst bei einer
Änderung der Ordnung des Regelungsobjekts die Selbstabstim
mung durch Verstärkungsfaktoreinstellung ermöglicht ist.
Daher ist die Erfindung außerordentlich vielseitig und zur
Regelung von verschiedenartigen Regelungsobjekten anwendbar.
Weiterhin werden zwar bei den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen Dreieck-Zugehörigkeitsfunktionen ange
wandt, jedoch können als Zugehörigkeltsfunktionen auch
Glockenfunktionen angewandt werden.
Für eine als Inferenz bekannte Schlußfolgerung wird bezüg
lich einer Drehzahl eine Vielzahl von Zustandsgrößen erfaßt,
welche auf eine Vielzahl von Sätzen aufgeteilt werden. Es
werden Gruppen von Regeln, die jeweils den Zusammenhang
zwischen der dem jeweiligen Satz entsprechenden Zustandsgrö
ße und einer Verstärkungsfaktor-Stellgröße angeben, sowie
der Zusammenhang zwischen dem Wert der dem jeweiligen Satz
entsprechenden Zustandsgröße und dem Anwendungsgrad der
Verstärkungsfaktor-Stellgröße gespeichert. Wenn ermittelt
wird; daß jeweilige Zustandsgrößen nicht innerhalb eines
zulässigen Bereichs gesteuert werden können, wird der Zusam
menhang zwischen den jeweiligen Zustandsgrößen der Gruppen
von Regeln und der Verstärkungsfaktor-Stellgröße auf die
Weise korrigiert, daß der zulässige Bereich erweitert wird.
Für einen jeden Satz wird die Verstärkungsfaktor-Stellgröße
aus der erfaßten Zustandsgröße und der jeweiligen Gruppe von
Regeln gefolgert und es wird in Übereinstimmung mit der
Stellgröße für die jeweiligen Zustandsgrößen der Anwendungs
grad der Verstärkungsfaktor-Stellgröße für jeden der Sätze
bestimmt. Aus dem Inferenz-Ergebnis für die Verstärkungsfak
tor-Stellgröße und dem Anwendungsgrad wird durch Berechnen
eines gewichteten Mittelwerts des Inferenz-Ergebnisses für
die Verstärkungsfaktor-Stellgröße mit dem Anwendungsgrad als
Gewicht eine Stellgröße für die Verstärkung bestimmt, die in
einen PID-Regler eingestellt wird. Da die Zustandsgrößen in
eine Vielzahl von Sätzen unterteilt werden und die Regeln
für jeden Satz aufgestellt werden, kann die Anzahl von
Kombinationen der Regeln verringert werden.
Claims (12)
1. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung für einen
PID-Regler zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine, der
unter Einstellen einer Verstärkung die Drehzahl gemäß einer
Abweichung der Drehzahl von einem Sollwert und gemäß der
Verstärkung auf den Sollwert einregelt, gekennzeichnet durch
eine Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung (18), die für das Anwenden für eine Inferenz eine Vielzahl von Zustands größen bezüglich der Drehzahl erfaßt,
eine erste Speichereinrichtung (22), die Gruppen von Regeln speichert, die jeweils den Zusammenhang zwischen der Zustandsgröße, die jeweils einem von einer Vielzahl von Sätzen entspricht, in die die Zustandsgrößen aufgeteilt sind, und einer Verstärkungsfaktor-Stellgröße angeben,
eine zweite Speichereinrichtung (22), die den Zusammen hang zwischen dem Ausmaß der dem jeweiligen Satz entspre chenden Zustandsgröße und einem Anwendungsgrad der Verstär kungsfaktor-Stellgröße speichert,
eine Korrektureinrichtung (24), die bei der Ermittlung, daß jeweilige Zustandsgrößen nicht innerhalb eines zulässi gen Bereichs gesteuert werden können, den Zusammenhang zwischen den jeweiligen Zustandsgrößen der Gruppen von Regeln und der Verstärkungsfaktor-Stellgröße derart korri giert, daß der zulässige Bereich erweitert ist, und
eine Schlußfolgerungseinrichtung (20), die von den erfaßten Zustandsgrößen und den Gruppen von Regeln ausgehend für jeden der Sätze die Verstärkungsfaktor-Stellgröße fol gert, entsprechend der Stellgröße für die jeweiligen Zu standsgrößen den Anwendungsgrad der Verstärkungsfaktor-Stell größe für jeden der Sätze bestimmt und von dem Ergebnis der Folgerung der Verstärkungsfaktor-Stellgröße und dem Anwendungsgrad ausgehend durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts des Ergebnisses der Folgerung der Verstärkungs faktor-Stellgröße mit dem Anwendungsgrad als Gewicht eine Größe der einzustellenden Verstärkung bestimmt.
eine Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung (18), die für das Anwenden für eine Inferenz eine Vielzahl von Zustands größen bezüglich der Drehzahl erfaßt,
eine erste Speichereinrichtung (22), die Gruppen von Regeln speichert, die jeweils den Zusammenhang zwischen der Zustandsgröße, die jeweils einem von einer Vielzahl von Sätzen entspricht, in die die Zustandsgrößen aufgeteilt sind, und einer Verstärkungsfaktor-Stellgröße angeben,
eine zweite Speichereinrichtung (22), die den Zusammen hang zwischen dem Ausmaß der dem jeweiligen Satz entspre chenden Zustandsgröße und einem Anwendungsgrad der Verstär kungsfaktor-Stellgröße speichert,
eine Korrektureinrichtung (24), die bei der Ermittlung, daß jeweilige Zustandsgrößen nicht innerhalb eines zulässi gen Bereichs gesteuert werden können, den Zusammenhang zwischen den jeweiligen Zustandsgrößen der Gruppen von Regeln und der Verstärkungsfaktor-Stellgröße derart korri giert, daß der zulässige Bereich erweitert ist, und
eine Schlußfolgerungseinrichtung (20), die von den erfaßten Zustandsgrößen und den Gruppen von Regeln ausgehend für jeden der Sätze die Verstärkungsfaktor-Stellgröße fol gert, entsprechend der Stellgröße für die jeweiligen Zu standsgrößen den Anwendungsgrad der Verstärkungsfaktor-Stell größe für jeden der Sätze bestimmt und von dem Ergebnis der Folgerung der Verstärkungsfaktor-Stellgröße und dem Anwendungsgrad ausgehend durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts des Ergebnisses der Folgerung der Verstärkungs faktor-Stellgröße mit dem Anwendungsgrad als Gewicht eine Größe der einzustellenden Verstärkung bestimmt.
2. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Folgerungseinrichtung (20)
die Größe der einzustellenden Verstärkung in dem PID-Regler
12) einstellt.
3. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dar) die Folgerungseinrichtung (20)
in dem PID-Regler (12) die Größe der einzustellenden Ver
stärkung durch Übertragen über eine Datenübertragungsein
richtung (31, 32) einstellt.
4. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Folgerungseinrichtung (20)
aus der Größe der einzustellenden Verstärkung und einer
gegenwärtigen Verstärkung eine Verstärkungsnachstellgröße
bestimmt und diese in dem PID-Regler (12) einstellt.
5. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Folgerungseinrichtung (20)
die Verstärkungsnachstellgröße in dem PID-Regler (12) durch
Übertragen über eine Datenübertragungseinrichtung (31, 32)
einstellt.
6. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl
der Zustandsgrößen derart unterteilt ist, daß diese jeweils
einer Vielzahl von vorbestimmten Bewertungspunkten entspre
chen.
7. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn den Erfordernissen
eines bestimmten Bewertungspunktes nicht genügt ist, der
Zusammenhang zwischen der Größe einer jeweiligen Zustands
größe und dem Anwendungsgrad derart bestimmt ist, daß der
Anwendungsgrad für den diesem Bewertungspunkt entsprechenden
Satz hoch wird.
8. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sätze
derart unterteilt sind, daß ihre Anzahl gleich der Anzahl
der Zustandsgrößen ist.
9. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fall, bei
dem eine jeweilige Zustandsgröße nicht innerhalb des zuläs
sigen Bereichs gesteuert werden kann, der Fall ist, bei dem
die Drehzahl der Brennkraftmaschine (14) in einem Bereich
niedriger Drehzahlen liegt.
10. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fall, bei
dem eine jeweilige Zustandsgröße nicht innerhalb des zuläs
sigen Bereichs gesteuert werden kann, ein Fall ist, bei dem
sich die Drehzahl um mehr als einen zulässigen Wert ändert,
obwohl eine die Brennstoffzufuhr betreffende Steuergröße
nicht geändert wurde.
11. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der
Vielzahl von Zustandsgrößen die die Stabilität der Drehzahl
betreffenden Zustandsgrößen zu einem Satz zusammengefaßt
sind.
12. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anwen
dungsgrad der die Stabilität betreffenden Zustandsgrößen auf
einen Maximalwert eingestellt ist.
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