DE60214965T2

DE60214965T2 - Verfahren zur Synchronisation von Daten bei geregelten redundanten Systemen

Info

Publication number: DE60214965T2
Application number: DE60214965T
Authority: DE
Inventors: Scott A. Saginaw Millsap; Sanket Suresh Ann Arbor Amberkar; Joseph G. Clarkston D'Ambrosio
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2022-12-31
Also published as: US7181644B2; US20030133526A1; DE60214965D1; EP1327920A1; EP1327920B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Fahrwerkregelsysteme und insbesondere eine Verfahren zum Synchronisieren von Daten, die von redundanten, geschlossenen Rückkopplungsregelsystemen verwendet werden, die in verteilten Fahrwerksystemen implementiert sind.
Fahrwerkregelsysteme wie beispielsweise elektronisch geregelte Bremsen und Lenkungen verlassen sich typischerweise auf Rückkopplungsregelsysteme, um die gewünschte Systemleistung und -stabilität zu liefern. Solche Systeme verwenden Eingangssensoren und Rückkopplungssensoren, um die Rückkopplungsregelung zu erreichen, und sind allgemein lokal innerhalb einer einzelnen elektronischen Regeleinheit (ECU) implementiert. Bei dieser Konfiguration sind die Sensoren und die zugehörigen Computersignale lokal an der Regeleinheit verfügbar, um die Regelung durchzuführen. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der allgemeinen Struktur eines geschlossenen Regelsystems veranschaulicht, das ferner einen Vorwärtskopplungseingang umfaßt, welcher mit der Basisrückkopplungsstruktur gekoppelt ist. Das Diagramm in 1 stellt die allgemeinste Beschreibung eines Rückkopplungs-/Vorwärtskopplungssystems auf hoher Ebene dar, das üblicherweise in Kraftfahrzeugregelsystemen implementiert ist.
Diese Regelsysteme sind herkömmlicherweise in Fahrzeugarchitekturdesigns aufgenommen worden, die ihrer Beschaffenheit nach zentralisiert sind (d.h. Designs, die als modular oder autonom charakterisiert werden können. In der Industrie liegt jedoch eine wachsende Motivation vor, eine verteilte Regelarchitektur vorzusehen, in welcher verschiedene Regelfunktionen über mehrere ECUs verteilt sind. Dabei wird das Niveau der Fahrzeugsubsystemintegration mit dem Versuch erhöht, die Kosten für das gesamte elektrische System zu reduzieren, die Packung zu verbessern, die Masse zu reduzieren, die Verfügbarkeit zu erhöhen usw.
Bei bestimmten Fahrzeugsystemen wie Steer-by-Wire und Brake-by-Wire können redundante Regelsysteme verwendet werden, um ein gewünschtes Niveau für die Systemfehlertoleranz zu erreichen. Beispielsweise können mehrere Stellglieder, Sensoren und ECUs in das System aufgenommen sein, um beim Ausfall einiger Systemkomponenten immer noch den Betrieb der Bremsen und/oder der Lenkung zu ermöglichen. Allerdings bestehen bestimmte Schwierigkeiten beim Versuch, ein redundantes, geschlossenes Rückkopplungsregelsystem im Rahmen einer verteilten Regelarchitektur sowohl auf parallele als auch auf synchrone Weise zu betrieben.
Die US-Patentschriften 4,774,709 und 4,771,427 (beide Tulpule et al.) sind mit der Symmetrisierung von redundanten Kanälen in Regelsystemen und deren Ausgleich befaßt und zielen darauf ab, die Systemverfügbarkeit zu verbessern. Tulpules Ansatz basiert auf Konfigurationsdatenbanken, die auf allen Auswahlebenen im gesamten Regelsystem erhalten wurden und allen anderen Kanälen in dem System mitgeteilt werden. Während der Laufzeit werden dann alle Datenbanken für ein Majoritätsvotum verwendet, um eine weitere Datenbank zu erzeugen, welche die Einheiten oder Signale in dem System reflektiert, die für gültig gehalten werden. Der Ausgleich wird auf der Grundlage einer hierarchischen, chronologischen Aktualisierung der Konfigurationsdatenbanken durchgeführt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die oben erläuterten und weitere Nachteile und Mängel des Stands der Technik sind durch ein Verfahren nach Anspruch 1 überwunden oder abgemildert. In weiterem Einklang mit der Erfindung umfaßt das Verfahren die Konfiguration mehrerer Regelknoten innerhalb des Regelsystems, wobei jeder der mehreren Regelknoten Daten über einen gemeinsamen Kommunikationsbus sendet und empfängt. An jedem der mehreren Regelknoten wird während einer gegebenen Regelkreiszeit T = N der Empfang von extern generierten Daten bezüglich jedes Regelknotens verifiziert, wobei die extern generierten Daten während einer vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 generiert worden sind. An jedem der Regelknoten werden während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Ausgangsregeldaten unter Verwendung der extern generierten Daten berechnet. Während der gegebenen Regelkreiszeit T = N werden die berechneten Ausgangsregeldaten von jedem einzelnen Regelknoten ferner über den Kommunikationsbus zur späteren Verwendung durch andere Regelknoten während einer nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 übertragen.
In weiterem Einklang mit der Erfindung werden an jedem der mehreren Regelknoten während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Bezugseingangsdaten unter Verwendung der extern generierten Daten berechnet, die während der vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 empfangen wurden. Zusätzlich werden an jedem der mehreren Regelknoten während der gegebenen Regelkreiszeit T = N lokale Sensoreingänge erfaßt und über den Kommunikationsbus zur Verwendung durch andere Regelknoten während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 übertragen. Die an jedem der mehreren Regelknoten während der gegebenen Regelkreiszeit T = N erfaßten lokalen Sensoreingänge werden ferner beim Berechnen von Ausgangsregeldaten während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 verwendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird auf die beispielhaften Zeichnungen verwiesen, in welchen die gleichen Elemente in den mehreren Figuren gleich numeriert sind:
1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel der allgemeinen Struktur eines geschlossenen Regelsystems veranschaulicht, das ferner einen Vorwärtskopplungseingang umfaßt, der mit der Basisrückkopplungsstruktur gekoppelt ist;
2 ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel eines redundanten elektomechanischen Rückkopplungsregelsystems veranschaulicht, das innerhalb einer verteilten elektrischen Architektur konfiguriert ist;
3 ist ein Blockdiagramm des redundanten Rückkopplungsregelsystems von 2, das in Betrieb mit einem Primärsatz von Eingangs- und Vorwärtskopplungssensoren gezeigt ist;
4 ist ein Blockdiagramm des redundanten Rückkopplungsregelsystems von 2, das in Betrieb mit einem Sekundär(Backup)-Satz von Eingangs und Vorwärtskopplungssensoren gezeigt ist;
5 ist ein Blockdiagramm des redundanten Rückkopplungsregelsystems von 2, das in Betrieb mit einer Hybridkombination (sowohl primär als auch back-up) von Eingangs und Vorwärtskopplungssensoren gezeigt ist; und
6 ist ein Algorithmusflußdiagramm, das ein Verfahren zum Synchronisieren von Systemdaten zur Verwendung über ein Netzwerk von elektronischen Regeleinheiten nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezug auf 2 ist dort zunächst ein schematisches Diagramm gezeigt, das ein Beispiel eines redundanten elektromechanischen Rückkopplungssystems 10 veranschaulicht, das innerhalb einer verteilten elektrischen Architektur konfiguriert ist. Bei einem solchen parallel betriebenen redundanten System 10 sollen beide Regelstellglieder 12 (d.h. der Motor 1 und der Motor 2) gleichzeitig aktiviert werden. Die Kombination beider Stellgliedausgänge liefert deshalb eine Netzregelaktion. Die beispielhafte Systemarchitektur umfaßt bestimmte erwünschte Knotencharakteristika, wobei die „Knoten" als elektronische Regeleinheiten (ECUs) 14 verkörpert sind, die eine bestimmte Funktion oder Funktionen erfüllen und über einen Datenkommunikationsbus 16 miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist eine redundante Sensorverteilung gezeigt, die über alle Knoten 1-4 verkörpert ist, sowie eine redundante Stellgliedbefehlsverteilung, die innerhalb des Motors 1 und des Motors 2 verkörpert ist. Speziell sollen die Regelknoten 3 und 4 eine gleichzeitige Stellgliedregelung d.h. (Motorregelung) liefern (sowohl Größe als auch Zeit synchronisiert), während alle andere Knoten (Erfassungsknoten 1 und 2 und die Regelknoten 3 und 4) ferner ein Fail-silent-Verhalten vorsehen sollen. Jeder Knoten (ECU 14) sollte sowohl seine gedachte Funktion erfüllen als auch Daten zu dem Kommunikationsbus 16 zu liefern. Wenn bestimmt wird, daß eine ECU 14 ihre gedachte(n) Funktion(en) nicht erfüllen kann, sollte deren Ausgang deaktiviert werden, und/oder die an den Kommunikationsbus 16 gelieferten konditionierten Sensorsignale sollten eingestellt werden.
Wann immer doppelte Rückkopplungssysteme parallel betrieben werden, sollte jede Leistungsveränderlichkeit zwischen den beiden Subsystemen bevorzugt minimiert werden, da die Leistungsveränderlichkeit von einem Subsystem von seinem Gegenstück-Subsystem als eine Störung interpretiert werden könnte. Ansonsten kann sich eine unerwünschte Gesamtsystemleistung ergeben. Eine Quelle unerwünschter Veränderlichkeit zwischen den einzelnen Subsystemen kann Systemlatenz und Rauschen sein, ergänzt durch die Verwendung von Regelsignalen und Sensoren, die von der Rückkopplungsregelung verwendet werden.
Ein Fahrwerkregelsystem, dessen Architektur derart aufgebaut ist, daß es als ein verteiltes System arbeitet, wird einen Datenkommunikationsbus verwenden, um den Austausch von Systemdaten, Befehlen und Status oder Gesundheit zwischen den verschiedenen ECU-Knoten zu erleichtern. Um die gewünschte Minimierung von Leistungsschwankungen vorzusehen, während auch die Systemverfügbarkeit bei Vorliegen von Fehlern aufrechterhalten wird, sollte das System die Verwendung eines Satzes von gemeinsamen berechneten Befehlen, Sensoren und Statusdaten synchronosieren. Die berechneten Daten sollten dann sowohl in der Größe als auch in der Zeit synchronisiert werden. Ein verteiltes System für ein Kraftfahrzeug, das Redundanzprinzipien implementiert, um der Gesamtsystemfehlertoleranz zu genügen, ist also mit der Herausforderung konfrontiert, die Sensoren und Stellglieder derart zusammenzusetzen, daß der Systemleistungseffizienz, Immunität gegenüber elektrischem Rauschen und physischem Packen genügt wird. Verschiedene Beispiele für mögliche redundante Regelsystembetriebskonfigurationen sind in 3-5 dargestellt. 3 ist ein Blockdiagramm des dualen redundanten Regelsystems 10 von 2, bei welchem die tatsächliche Regelung unter Verwendung eines Primärsatzes von Eingangs- und Vorwärtskopplungssensoren (d.h. Bezugseingang 1, Vorwärtskopplungseingang 1) sowie eines Primärrückkopplungssensors (Rückkopplungssensor 1) implementiert ist. Die Signale an Bezugseingang 1 und Rückkopplungssensor 1 sind für den Regelkno ten 3 intern, werden aber auch über den Kommunikationsbus 16 an den Regelknoten 4 geliefert. Das Signal am Vorwärtskopplungseingang 1 wird jedoch von dem Erfassungsknoten 1 über den Kommunikationsbus 16 zu beiden Regelknoten 3 und 4 geliefert.
In 4 ist gezeigt, daß das redundante Regelsystem 10 mit einem Sekundärsatz von Eingangs- und Vorwärtskopplungssensoren (d.h. Bezugseingang 2, Vorwärtskopplungssensor 2) sowie einem Sekundärrückkopplungssensor (Rückkopplungssensor 1) arbeitet. Bei dieser Konfiguration sind die Signale an Bezugseingang 2 und Rückkopplungssensor 2 für den Regelknoten 4 intern und werden ferner über den Kommunikationsbus 16 an den Regelknoten 3 geliefert. Das Signal am Vorwärtskopplungseingang 2 wird von dem Erfassungsknoten 2 über den Kommunikationsbus 16 zu beiden Regelknoten 3 und 4 geliefert.
Schließlich veranschaulicht 5, daß das redundante Regelsystem 10 in einer Hybridkonfiguration arbeitet, wobei eine Kombination aus Primär- und Sekundärsensoreingängen verwendet wird, (beispielsweise) aufgrund eines Zustands wie der Detektion eines ausgefallenen Primärrückkopplungssensors (Rückkopplungssensor 1). Derart konfiguriert verwendet das System 10 die Primärbezugs- und Vorwärtskopplungseingänge, während es auch den Sekundär- oder Back-up-Rückkopplungseingang verwendet.
Wie früher beschrieben und in 2 veranschaulicht, kann ein gegebenes Regelsystem diktieren, daß bestimmte Knoten für die Sensorerfassung dediziert sind, während andere für die Stellglied- oder Motorregelung dediziert sind. Demnach ist ein solches Verfahren vonnöten, daß die Sensordaten und der Systemstatus von den Erfassungsknoten für die Stellgliedknoten verfügbar gemacht werden, während auch für minimale Systemlatenz gesorgt ist. Zusätzlich sollte ein solches Verfahren auch für die Be dingung sorgen, daß jeder parallele redundante Stellgliedknoten, der ein Rückkopplungsregelung durchführt, gemeinsame Daten verwendet.
Deshalb ist nach einer Ausführungsform der Erfindung ein solches Verfahren zum Synchronisieren von Systemdaten über ein Netzwerk von ECU-Knoten offenbart, daß jedes Rückkopplungssubsystem Zugriff auf die gleichen Bezugsregeleingänge und Rückkopplungssensoren hat und sie verwendet, selbst bei Vorliegen eines detektierten Systemfehlers (von Systemfehlern). Das Verfahren 100 zum Synchronisieren von Systemdaten über das Netzwerk von ECU-Knoten ist bei einer Ausführungsform durch das in 6 gezeigte Algorithmusflussdiagramm veranschaulicht. Man wird bemerken, daß die hier umrissenen Schritte bevorzugt an jedem ECU-Knoten in dem System implementiert sind. Ferner ist das Verfahren 100 im Rahmen eines Regelkreises implementiert, der zu einer Zeit T = N beginnt und über die Abtastzeiten N + 1, N + 2, ... usw. weitergeht, wie dies in Block 101 gezeigt ist.
Weiter, am Block 102, verifiziert das Verfahren 100 den Empfang externer Berechnungsdaten an jedem Regelknoten, die von anderen teilnehmenden Systemknoten generiert wurden (über den Kommunikationsbus 16). Alle für einen speziellen Regelknoten direkt zugänglichen externen Daten werden zu einer Zeit T = N – 1 (d.h. der vorherigen Regelabtastzeit) in einem Speichermedium 104 (z.B. einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff) erfaßt und gespeichert worden sein. Um beispielsweise endgültig den Ausgang 1 zu berechnen, wird der Regelknoten 3 je nach der speziellen Systemkonfiguration die Daten von einem der zwei externen Vorwärtskopplungssensoren (Vorwärtskopplungssensor 1 oder Vorwärtskopplungssensor 2) verwenden. Da diese Vorwärtskopplungsdaten über den Kommunikationsbus 16 während des vorherigen Regelkreises bzw. der Regelschleife übertragen und empfangen werden (wie durch den Block 106 angedeutet), sind die Daten bereits in dem Speichermedium 104 gespeichert und bereit, während des nächsten Regelkreises verifiziert zu werden. Deshalb verifiziert am Block 102 jeder Knoten den Empfang aller gespeicherten Daten, die bezüglich dieses speziellen Knoten extern entstanden sind.
Weiter, am Block 108, leitet das Verfahren 100 dann die Regelknoten an, aktualisierte Eingangsbezugsbefehle zu berechnen (Bezugseingang 1 und Bezugseingang 2), die beim Berechnen der Rückkopplungsregelausgangsbefehle während der nächsten Regelabtastung T = N + 1 zu verwenden sind. Wie zu sehen ist, werden der aktualisierte Bezugseingang 1 und Bezugseingang 2 unter Verwendung von Daten berechnet, die während T = N – 1 gespeichert wurden. Sind sie einmal berechnet, dann werden die aktualisierten Eingangsbezugsbefehle beide im Speicher 104 gespeichert und über den Datenkommunikationsbus 16 zu anderen Knoten übertragen, wie dies am Block 110 gezeigt ist.
Als nächstes wird am Block 112 der Ausgangsstellgliedbefehl für die Zeit T = N an jedem Regelknoten berechnet, wobei extern empfangene Daten, gespeicherte Sensordaten und Eingangsbezugsbefehle aus der Zeit T = N – 1 verwendet werden. Man wird bemerken, daß beim Berechnen der Ausgangsstellgliedbefehle einer der Eingangsbezugsbefehle verwendet wird. Wie vorher festgestellt, ist jedoch der so verwendete Eingangsbezugsbefehl nicht derjenige, der eben im Block 108 für T = N berechnet wurde, sondern der vorher im Block 108 für T = N – 1 berechnete. Wie im Falle des neu berechneten Bezugseingangs werden die neuen Sollstellgliedausgänge ebenfalls im Speicher gespeichert und über den Kommunikationsbus 16 übertragen. Das Verfahren 100 geht dann zum Block 114 weiter, wo Daten von Sensoren, die lokal mit jedem Knoten verbunden sind, erfaßt und für die Zeit T = N konditioniert werden. Diese lokal erfaßten Sensordaten werden dann zur Verwendung durch andere Knoten in dem nächsten Regelkreis T = N + 1 gespeichert.
Man wird ferner bemerken, da das Verfahren 100 auch für die Ausführung von Fehlerdetektionsalgorithmen gleichzeitig mit den oben beschriebenen Schritten für einen gegebenen Regelkreis sorgt, wie dies schematisch vom Block 116 und den abgeschatteten Blocks hinter den Blocks 102, 108, 112 und 114 dargestellt ist. Die Fehlerdetektionsalgorithmen 116 sind bevorzugt derart ausgelegt, daß sie alle Fehler isolieren, die spezifisch für eine auszuführende Aufgabe sind. Genauer verwenden die Algorithmen 116 extern empfangene Daten von anderen ECU-Knoten (wobei die Daten auch den Systemgesundheitsstatus umfassen) sowie lokale Sensor- und Eingangsbefehlberechnungen, um die Konfiguration von Regeleingängen, Rückkopplungssensoren und Ausgangsstellgliedbefehlen zu bestimmen, die von jedem Knoten in zukünftigen Regelkreisen zu verwenden sind. Die lokal erfaßten Erfassungseingänge, berechneten Befehle, die Diagnose der lokalen Variablen und der aktuellen ECU-„Gesundheit" werden alle zur Übertragung an die anderen ECUs in dem System 10 zu dem Kommunikationsbus 16 geliefert.
Die Auswahl von Sensorkonfigurationen für die Regelung unter der Anwesenheit von Systemfehlern wird auf der Basis einer „a priori"-Auslegung des Entscheidungsbaums (oder der Logik) bestimmt, die an jedem Knoten vorprogrammiert ist. Das Schalten von einer Signalkonfiguration zu einer alternativen gewünschten Konfiguration wird durchgeführt, wenn die globale Bestätigung von den Systemknoten empfangen ist. Der richtige Betrieb der Fehlerdetektionsalgorithmen an jedem Knoten wird dem redundanten System 10 erlauben, seine Regelung dynamisch zu konfigurieren, um viele verschiedene Eingangs- und Ausgangskonfigurationen zu ermöglichen, was die Beispiele von 3-5 veranschaulichen.
Darüber hinaus sehen die Fehlererfassungsalgorithmen 116 vor, daß alle Systemknoten an jedem aufeinanderfolgenden Regelkreis derart koordiniert sind, daß sie die gewünschte Konfiguration von Eingängen, Rückkopplungssensoren und Ausgangsbefehlen haben. Beispielsweise umfassen einige spezifische Tasks, die von den Fehlererfassungsalgorithmen 116 ausgeführt werden können, folgendes (sind aber nicht darauf beschränkt): Durchführen lokaler Sensordiagnose (z.B. Bestimmen eines gültigen Bereichs, einer Änderungsrate usw.); Durchführen von Sensorvergleichsprüfungen mit anderen lokalen und extern (über den Kommunikationsbus 16) empfangenen Signalen; Bestimmen von zukünftigen Sensor- und Befehlssignalregelkreiskonfigurationen unter Verwendung einer Auswahllogik oder anderer diagnostischer Verfahren; Aktualisierung einer lokalen Systemgesundheitsstatusinformation eines gewünschten Stellgliedausgangsbedingung (z.B. fail-silent: ja/nein).
Schließlich ermöglicht das Verfahren 100 am Block 118 auch die Ausführung verschiedener Hintergrund-ECU-Tasks wie Paritätsprüfung oder andere verwandte Mikroprozessor-Funktionen vor dem nächsten Regelprozessinterrupt. Danach kehrt das Verfahren 100 zum Block 101 zurück, um nach dem Auftreten eines Prozessinterrupts die oben beschriebenen Schritte zu wiederholen.
Es versteht sich daß das hier verkörperte und beschriebene Verfahren 100 ferner in der Lage ist, Synchronisierungsfunktionen für ECUs durchzuführen, die in Systemen mit mehr als doppelter Redundanz verwendet werden. D.h., die Prinzipien des Verfahrens 100 können weiter ausgedehnt und auf Systeme mit einer noch größeren Anzahl von Sensor- und Stellgliedknoten skaliert werden. Durch die Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens sind mehrere Vorteile realisiert. Erstens beträgt die maximale Systemlatenz zum Übertragen von aktualisierten Ausgangsbefehlen zu dem Stellglied (den Stellgliedern) zwei Regelkreisabtastungen, wobei die Latenz ferner unabhängig von der Anzahl der verwendeten Systemregel-ECUs oder Eingangs-/Rückkopplungs-Sensoren ist. Zweitens ist das Ausmaß jeglicher Leistungsschwankung zwischen Stellgliedsubsystemen lediglich auf die Schwankungen reduziert, die mit der tatsächlichen Anlagendynamik der Stellgliedeinrichtungen unter geschlossener Regelung reduziert. Drittens wird ein erzeugter Regelbefehl auf der Basis der gleichen Eingangs- und Rückkopplungssensoren berechnet. Die Servoregelkreise profitieren also von verbesserter koordinierter Leistung. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Sensoren für externes Rauschen empfänglich sind, was bei vielen analog konditionierten Sensoren üblich ist.
Zusätzlich kann die offenbarte Erfindung in Form von computerimplementierten Prozessen und Vorrichtungen zum Durchführen dieser Prozesse verkörpert sein. Die vorliegende Erfindung kann auch in Form eines Computerprogrammcodes verkörpert sein, der Anweisungen enthält, die in greifbaren Medien wie Floppy-Disks, CD-ROMs, Festplatten oder jedem anderen computerlesbaren Speichermedium verkörpert sind, wobei der Computer eine Vorrichtung zum Durchführen der Erfindung wird, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen und von ihm ausgeführt wird. Die vorliegende Erfindung kann auch in Form eines Computerprogrammcodes verkörpert sein, z.B. ob in einem Speichermedium gespeichert, in einen Computer geladen und/oder von ihm ausgeführt, oder als ein Datensignal, ob modulierte Trägerwelle oder nicht, das über ein Übertragungsmedium übertragen wird, wie über elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, über Glasfaser oder über elektromagnetische Strahlung, wobei der Computer eine Vorrichtung zum Durchführen der Erfindung wird, wenn das Computerprogramm in einen Computer geladen und von ihm ausgeführt wird. Sind sie auf einem Allzweck-Mikroprozessor implementiert, dann konfigurieren die Computerprogrammsegmente den Mikroprozessor, um spezifische Logikschaltungen zu schaffen.
Die Erfindung ist zwar unter Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, der Fachmann wird aber verstehen, daß verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente durch Äquivalente ersetzte werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Deshalb ist beabsichtigt, daß die Erfindung nicht auf die speziell offenbarte Ausführungsform als beste Art begrenzt ist, die in Erwägung zu ziehen ist, um diese Erfindung durchzuführen, sondern die Erfindung umfaßt alle Ausführungsformen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren (100) zum Synchronisieren von Daten, die in einem redundanten, geschlossenen Rückkopplungsregelsystem (10) verwendet werden, wobei das Verfahren (100) folgende Schritte umfaßt: Konfigurieren eines ersten und eines zweiten Regelknotens (14), um ein erstes bzw. ein zweites Stellglied (12) zu regeln, wobei das erste und das zweite Stellglied (12) einen ersten bzw. zweiten Stellgliedausgang erzeugen; wobei der erste und der zweite Stellgliedausgang ferner kombiniert werden, um eine Anlage zu regeln; Konfigurieren eines Kommunikationsbusses (16) zum Übertragen von Datensignalen zu und von dem ersten und dem zweiten Regelknoten (14); an beiden ersten und zweiten Regelknoten (14) während einer gegebenen Regelkreiszeit T = N Verifizieren des Empfangs von extern generierten Daten (102) bezüglich jedes der ersten und zweiten Regelknoten (14), wobei die extern generierten Daten (102) während einer vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 generiert worden sind; und an beiden ersten und zweiten Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen von Ausgangsregeldaten (112) unter Verwendung der extern generierten Daten (102); wobei während der gegebenen Regelkreiszeit T = N die berechneten Ausgangsregeldaten (112) von dem ersten und dem zweiten Regelknoten (14) ferner über den Kommunikationsbus (16) übertragen werden (110), um während einer nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 verwendet zu werden, wobei man während der gegebenen Regelkreiszeit T = N einen Fehlerdetektionsalgorithmus (116) für den ersten und den zweiten Regelknoten (14) laufen läßt, wobei der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) einen diagnostischen Betriebsstatus für jeden der ersten und zweiten Regelknoten (14) bestimmt; wobei auf der Basis des bestimmten diagnostischen Betriebsstatus für jeden der ersten und zweiten Regelknoten (14) der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) ferner eine Betriebskonfiguration von Vorwärtskopplungs-, Rückkopplungs- und Bezugseingangssignalen für den ersten und den zweiten Regelknoten (14) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 bestimmt.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, bei welchem: an dem ersten Regelknoten (14) die Ausgangsregeldaten ferner einen ersten Stellgliedausgangsbefehl umfassen; und an dem zweiten Regelknoten (14) die Ausgangsregeldaten ferner einen zweiten Stellgliedausgangsbefehl umfassen.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, das ferner folgende Schritte umfaßt: Konfigurieren eines ersten Erfassungsknotens (14), um einen ersten Vorwärskopplungssensoreingang zu empfangen, wobei der erste Erfassungsknoten (14) mit dem Kommunikationsbus (16) gekoppelt ist; und Konfigurieren eines zweiten Erfassungsknotens (14), um einen zweiten Vorwärskopplungssensoreingang zu empfangen, wobei der zweite Erfassungsknoten (14) mit dem Kommunikationsbus (16) gekoppelt ist, wobei die ersten und die zweiten Vorwärtskopplungssensoreingänge in den extern generierten Daten bezüglich der ersten und zweiten Regelknoten (14) enthalten sind.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner folgende Schritte umfaßt: an dem ersten Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen eines ersten Bezugseingangs (108) aus Daten, die extern bezüglich des ersten Regelknotens (14) während der vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 generiert wurden; an dem zweiten Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen eines zweiten Bezugseingangs (108) aus Daten, die extern bezüglich des zweiten Regelknotens (14) während der vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 generiert wurden; wobei die berechneten ersten und zweiten Bezugseingänge während T = N über den Kommunikationsbus (16) übertragen werden, so daß sie während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 zugänglich sind.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, das ferner folgende Schritte umfaßt: an dem ersten Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Erfassen und Speichern (106) eines ersten Rückkopplungssensoreingangs; und an dem zweiten Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Erfassen und Speichern (106) eines zweiten Rückkopplungssensoreingangs; wobei die erfaßten und gespeicherten ersten und zweiten Bezugsrückkopplungssensoreingänge während T = N über den Kommuni kationsbus (16) übertragen werden, so daß sie während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 zugänglich sind.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei welchem während der gegebenen Regelkreiszeit T = N: die ersten und zweiten Regelknoten (14) beim Erzeugen des ersten Stellgliedausgangs bzw. des zweiten Stellgliedausgangs ein gemeinsames Bezugseingangssignal verwenden, wobei das gemeinsame Bezugseingangssignal von dem Fehlerdetektionsalgorithmus (116) aus dem ersten Eingangsbezugssignal oder dem zweiten Eingangsbezugssignal gewählt sind; wobei der erste und der zweite Regelknoten (14) beim Erzeugen des ersten Stellgliedausgangs bzw. des zweiten Stellgliedausgangs ferner ein gemeinsames Vorwärtskopplungssignal verwenden, wobei das gemeinsame Vorwärtskopplungssignal von dem Fehlerdetektionsalgorithmus (116) aus dem ersten Vorwärtskopplungssignal oder dem zweiten Vorwärtskopplungssignal gewählt sind; und wobei die ersten und zweiten Regelknoten (14) beim Erzeugen des ersten Stellgliedausgangs bzw. des zweiten Stellgliedausgangs ferner ein gemeinsames Rückkopplungssignal verwenden, wobei das gemeinsame Rückkopplungssignal von dem Fehlerdetektionsalgorithmus (116) aus dem ersten Rückkopplungssignal oder dem zweiten Rückkopplungssignal gewählt sind.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei welchem: der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) das gemeinsame Bezugseingangssignal unabhängig von dem gemeinsamen Vorwärtskopplungssignal und dem gemeinsamen Rückkopplungssignal auswählen kann.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 bis 7, bei welchem: der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) das gemeinsame Vorwärtskopplungssignal unabhängig von dem gemeinsamen Bezugseingangssignal und dem gemeinsamen Rückkopplungssignal auswählen kann.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 bis 8, bei welchem: der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) das gemeinsame Rückkopplungssignal unabhängig von dem gemeinsamen Vorwärtskopplungssignal und dem gemeinsamen Bezugseingangssignal auswählen kann.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, das ferner folgendes umfaßt: an beiden der ersten und zweiten Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen von Bezugseingangsdaten (108) unter Verwendung der während der vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 empfangenen, extern generierten Daten.
Verfahren (100) nach Anspruch 10, das ferner folgendes umfaßt: an beiden der ersten und zweiten Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Erfassen lokaler Sensoreingänge (114), wobei die lokalen Sensoreingänge ferner über den Kommunikationsbus (16) zur Verwendung durch andere Regelknoten (14) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 übertragen werden.
Verfahren (100) nach Anspruch 11, bei welchem: die an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N erfaßten lokalen Sensoreingänge ferner beim Berechnen der Ausgangsregeldaten (112) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 übertragen werden.
Verfahren (100) nach Anspruch 12, das ferner folgende Schritte umfaßt: Konfigurieren mehrere Erfassungsknoten innerhalb des Regelsystems (10), wobei jeder der mehreren Erfassungsknoten Daten über den gemeinsamen Kommunikationsbus (16) überträgt und empfängt; wobei die extern generierten Daten bezüglich jedes Regelknotens Ausgänge von den mehreren Erfassungsknoten umfassen.
Verfahren (100) nach Anspruch 13, bei welchem: die Ausgänge von den mehreren Erfassungsknoten Vorwärtskopplungssignale umfassen.
Verfahren (100) nach Anspruch 14, bei welchem: die an jedem der mehreren Regelknoten (14) erfaßten lokalen Sensoreingänge Rückkopplungssignale umfassen.
Verfahren (100) nach Anspruch 15, bei welchem: die an jedem der mehreren Regelknoten (14) erfaßten lokalen Sensoreingänge ferner Bezugseingangssignale umfassen.
Verfahren (100) nach Anspruch 16, bei welchem: die Vorwärtskopplungssignale ein Primärvorwärtskopplungssignal und ein Sekundärvorwärtskopplungssignal umfassen; die Rückkopplungssignale ein Primärrückkopplungssignal und ein Sekundärrückkopplungssignal umfassen; die Bezugseingangssignale ein Primärbezugseingangssignal und ein Sekundärbezugseingangssignal umfassen; und während der gegebenen Regelkreiszeit T = N die mehreren Regelknoten (14) ein Primärvorwärtskopplungssignal oder ein Sekundärvorwärtskopplungssignal, ein Primärrückkopplungssignal oder ein Sekundärrückkopplungssignal und ein Primärbezugseingangssignal oder ein Sekundärbezugseingangssignal verwenden.
Redundantes, geschlossenes Rückkopplungsregelsystem (10), das folgendes aufweist: einen ersten und einen zweiten Regelknoten (14) zum Regeln eines ersten bzw. zweiten Stellglieds (12); wobei das erste und das zweite Stellglied (12) einen ersten bzw. zweiten Stellgliedausgang erzeugen; wobei die ersten und zweiten Stellgliedausgänge ferner kombiniert werden, um eine Anlage zu regeln; einen Kommunikationsbus (16) zum Übertragen von Datensignalen zu und von dem ersten und dem zweiten Regelknoten (14); wobei der erste Regelknoten (14) ein Primärbezugseingangssignal und ein Primärrückkopplungssignal empfängt, wobei das Primärbezugseingangssignal und das Primärrückkopplungssignal bezüglich des ersten Regelknotens lokal generiert werden, wobei der zweite Regelknoten auch über den Kommunikationsbus (16) sowohl das Primärbezugseingangssignal als auch das Primärrückkopplungssignal empfängt; wobei der zweite Regelknoten (14) ein Sekundärbezugseingangssignal und ein Sekundärrückkopplungssignalempfängt, wobei das Sekundärbezugseingangssignal und das Sekundärrückkopplungssignal bezüglich des ersten Regelknotens lokal generiert werden, wobei der erste Regelknoten auch über den Kommunikationsbus (16) sowohl das Sekundäreingangssignal als auch das Sekundärrückkopplungssignal empfängt; und Mittel zum Synchronisieren, innerhalb einer gegebenen Regelkreiszeit T = N, eines ausgewählten Satzes von Bezugseingangssignalen und Rückkopplungssignalen zur Verwendung beim Erzeugen der ersten und zweiten Stellgliedausgänge; wobei der ausgewählte Satz von Bezugseingangssignalen und Rückkopplungssignalen, die beim Erzeugen der ersten und zweiten Stellgliedausgänge verwendet werden, während eines vorhergehenden Regelkreises T = N – 1 erzeugt werden; wobei das System (10) ferner folgendes aufweist: einen Fehlerdetektionsalgorithmus (116), der während des gegebenen Regelkreises T = N implementiert wird, wobei der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) zum Bestimmen eines diagnostischen Betriebsstatus für jeden der ersten und zweiten Regelknoten (14) dient; wobei auf der Basis des bestimmten diagnostischen Betriebsstatus für jeden der ersten und zweiten Regelknoten (14) der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) ferner eine Betriebskonfiguration von Vorwärtskopplungs-, Rückkopplungs- und Bezugseingangssignalen für die ersten und zweiten Regelknoten (14) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 bestimmt.
System (10) nach Anspruch 18, das ferner folgendes aufweist: einen ersten Erfassungsknoten (14) zum Empfangen eines Primärvorwärtskopplungseingangs, wobei der erste Erfassungsknoten (14) mit dem Kommunikationsbus (16) gekoppelt ist; und einen zweiten Erfassungsknoten (14) zum Empfangen eines Sekundärvorwärtskopplungseingangs, wobei der zweite Erfassungsknoten (14) mit dem Kommunikationsbus (16) gekoppelt ist; wobei die ersten und zweiten Regelknoten (14) in der Lage sind, die Primär- und Sekundärvorwärtskopplungseingänge durch den Kommunikationsbus (16) zu empfangen.
System (10) nach Anspruch 18 oder 19, bei welchem während der gegebenen Regelkreiszeit T = N: die ersten und zweiten Regelknoten (14) ein gemeinsames Bezugseingangssignal beim Erzeugen des ersten Stellgliedausgangs bzw. des zweiten Stellgliedausgangs benutzen, wobei das gemeinsame Bezugseingangssignal von dem Fehlerdetektionsalgorithmus (116) aus dem ersten Eingangsbezugssignal oder dem zweiten Eingangsbezugssignal gewählt ist; die ersten und zweiten Regelknoten (14) ferner ein gemeinsames Vorwärtskopplungssignal beim Erzeugen des ersten Stellgliedausgangs bzw. des zweiten Stellgliedausgangs benutzen, wobei das gemeinsame Vorwärtskopplungssignal von dem Fehlerdetektionsalgorithmus (116) aus dem ersten Vorwärtskopplungssignal oder dem zweiten Vorwärtskopplungssignal gewählt ist; die ersten und zweiten Regelknoten (14) ein gemeinsames Rückkopplungssignal beim Erzeugen des ersten Stellgliedausgangs bzw. des zweiten Stellgliedausgangs benutzen, wobei das gemeinsame Rückkopplungssignal von dem Fehlerdetektionsalgorithmus (116) aus dem ersten Rückkopplungssignal oder dem zweiten Rückkopplungssignal gewählt ist.
System (10) nach Anspruch 20, bei welchem der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) das gemeinsame Bezugseingangssignal unabhängig von dem gemeinsamen Vorwärtskopplungssignal und dem gemeinsamen Rückkopplungssignal auswählen kann.
System (10) nach Anspruch 20, bei welchem: der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) das gemeinsame Vorwärtskopplungssignal unabhängig von dem gemeinsamen Bezugsein gangssignal und dem gemeinsamen Rückkopplungssignal auswählen kann.
System (10) nach Anspruch 20, bei welchem: der Fehlerdetektionsalgorithmus (116) das gemeinsame Rückkopplungssignal unabhängig von dem gemeinsamen Vorwärtskopplungssignal und dem gemeinsamen Bezugseingangssignal auswählen kann.
Computerprogramm mit einem Programmcode zum Implementieren des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wenn man das Programm auf einem Computer laufen läßt.
Computerprogramm nach Anspruch 24, das folgendes aufweist: einen Code, der konfiguriert ist, um einen Prozessor dazu zu bringen, ein Verfahren (100) zum Synchronisieren von Daten zu implementieren, die in einem redundanten, geschlossenen Rückkopplungsregelsystem (10) verwendet werden, wobei das Verfahren (100) ferner folgendes umfaßt: Konfigurieren mehrerer Regelknoten (14) innerhalb des Regelsystems (10), wobei jeder der mehreren Regelknoten (14) Daten über einen gemeinsamen Kommunikationsbus (16) überträgt (110) und empfängt (106); an jedem der mehreren Regelknoten (14) während einer gegebenen Regelkreiszeit T = N Verifizieren des Empfangs von extern generierten Daten (102) bezüglich jedes Regelknotens (14), wobei die extern generierten Daten während einer vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 erzeugt worden sind; und an jedem der mehreren Regelknoten (14) während einer gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen von Ausgangsregeldaten (112) unter Verwendung der extern generierten Daten; wobei während der gegebenen Regelkreiszeit T = N die berechneten Ausgangsregeldaten von jedem einzelnen Regelknoten (14) ferner über den Kommunikationsbus (16) übertragen werden, um später von anderen, mit dem Kommunikationsbus (16) gekoppelten Regelknoten (14) während einer nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 verwendet zu werden.
Computerprogramm nach Anspruch 25, das ferner umfaßt: an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen von Bezugseingangsdaten (108) unter Verwendung der extern generierten Daten, die während der vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 empfangen wurden.
Computerprogramm nach Anspruch 26, das ferner umfaßt: an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Erfassen lokaler Sensoreingänge (114), wobei die lokalen Sensoreingänge ferner über den Kommunikationsbus (16) zur Verwendung durch andere Regelknoten (14) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 übertragen werden.
Computerprogramm nach Anspruch 27, bei welchem: die an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N erfaßten lokalen Sensoreingänge ferner beim Berechnen der Ausgangsregeldaten (112) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 benutzt werden.
Computerprogramm nach Anspruch 28, das ferner folgende Schritte umfaßt: Konfigurieren mehrerer Erfassungsknoten (14) innerhalb des Regelsystems (10), wobei jeder der mehreren Erfassungsknoten (14) Daten über den gemeinsamen Kommunikationsbus (16) überträgt (110) und empfängt (106); wobei die extern generierten Daten bezüglich jedes Regelknotens (14) Ausgänge von den mehreren Erfassungsknoten (14) umfassen.
Computerprogrammprodukt wie ein Speichermedium mit einem Programmcode, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zum Implementieren des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wenn man das Programmprodukt auf einem Computer laufen läßt.
Speichermedium nach Anspruch 30, das folgendes umfaßt: einen maschinenlesbaren Computerprogrammcode zum Synchronisieren von Daten, die in einem redundanten, geschlossenen Rückkopplungsregelsystem (10) verwendet werden; und Anweisungen, um einen Computer dazu zu bringen, ein Verfahren (100) zu implementieren, wobei das Verfahren (100) ferner aufweist: während einer gegebenen Regelkreiszeit T = N Verifizieren des Empfangs von extern generierten Daten (102) bezüglich jedes von mehreren Regelknoten (14), die innerhalb des Regelsystems (10) konfiguriert sind, wobei die extern generierten Daten während einer vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 generiert worden sind; und an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen von Ausgangsregeldaten (112) unter Verwendung der extern generierten Daten (102); wobei während der gegebenen Regelkreiszeit T = N die berechneten Ausgangsregeldaten von jedem einzelnen Regelknoten ferner über einen gemeinsamen Kommunikationsbus (16) übertragen werden, um später während einer nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 von anderen, mit dem Kommunikationsbus (16) gekoppelten Regelknoten (14) verwendet zu werden.
Speichermedium nach Anspruch 31, das ferner folgendes aufweist: an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Berechnen von Bezugseingangsdaten (108) unter Verwendung der während der vorhergehenden Regelkreiszeit T = N – 1 empfangenen, extern generierten Daten.
Speichermedium nach Anspruch 32, das ferner folgendes aufweist: an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N Erfassen lokaler Sensoreingänge (114), wobei die lokalen Sensoreingänge ferner über den Kommunikationsbus (16) zur Verwendung durch andere Regelknoten (14) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 übertragen werden.
Speichermedium nach Anspruch 33, bei welchem: die an jedem der mehreren Regelknoten (14) während der gegebenen Regelkreiszeit T = N erfaßten lokalen Sensoreingänge ferner beim Berechnen der Ausgangsregeldaten (112) während der nachfolgenden Regelkreiszeit T = N + 1 verwendet werden.
Speichermedium nach Anspruch 34, das ferner folgendes aufweist: Konfigurieren mehrere Erfassungsknoten (14) innerhalb des Regelsystems (10), wobei jeder der mehreren Erfassungsknoten (14) Da ten über den gemeinsamen Kommunikationsbus (16) überträgt und empfängt; wobei die extern generierten Daten bezüglich jedes Regelknotens Ausgänge von den mehreren Erfassungsknoten umfassen.