EP4330532A1 - Regeleinrichtung zur regelung einer eine brennkraftmaschine und einen mit der brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen generator umfassenden leistungsanordnung, regelanordnung mit einer solchen regeleinrichtung, leistungsanordnung und verfahren zur regelung einer leistungsanordnung - Google Patents

Regeleinrichtung zur regelung einer eine brennkraftmaschine und einen mit der brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen generator umfassenden leistungsanordnung, regelanordnung mit einer solchen regeleinrichtung, leistungsanordnung und verfahren zur regelung einer leistungsanordnung

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Publication number
EP4330532A1
EP4330532A1 EP22734591.5A EP22734591A EP4330532A1 EP 4330532 A1 EP4330532 A1 EP 4330532A1 EP 22734591 A EP22734591 A EP 22734591A EP 4330532 A1 EP4330532 A1 EP 4330532A1
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EP
European Patent Office
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control device
generator
power
variable
frequency
Prior art date
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Application number
EP22734591.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Armin DÖLKER
Johannes Baldauf
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
Rolls Royce Solutions GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/07—Speed loop, i.e. comparison of the motor speed with a speed reference

Definitions

  • Control device for controlling an internal combustion engine and one with the
  • the invention relates to a control device for controlling a generator comprising an internal combustion engine and a generator which is drivingly connected to the internal combustion engine
  • Power arrangement a control arrangement with such a control device, a power arrangement comprising an internal combustion engine and a generator drivingly connected to the internal combustion engine, with such a control device or with such a control arrangement, and a method for controlling such a power arrangement.
  • Such a control device can be set up to control a generator power or a generator frequency of the generator of a power arrangement. Difficulties arise in particular when both the generator power and the generator frequency are to be regulated. It proves to be particularly difficult to achieve good load shift behavior on the one hand and robust, stable control on the other. While these goals are already contradictory in themselves, the problem in the case outlined here is compounded by the fact that two different variables are to be adjusted.
  • the invention is based on the object of providing a control device for controlling a one
  • the object is achieved in particular by creating a control device for controlling a power arrangement, the power arrangement having an internal combustion engine and a generator which is drivingly connected to the internal combustion engine.
  • the control device has a power controller that is set up to detect a generator power of the generator as a control variable, to determine a power control deviation as the difference between the detected generator power and a target generator power, and to determine a first default variable as a function of the power control deviation determine.
  • the control device also has a frequency controller which is set up to detect a generator frequency of the generator as a control variable, to determine a frequency control deviation as the difference between the detected generator frequency and a setpoint generator frequency, and to set a second default variable as a function of the frequency to determine the deviation.
  • the control device also has a pre-control module that is set up to determine a third default variable—in particular as a pre-control variable for controlling the internal combustion engine.
  • the control device is set up to combine the first default variable, the second default variable and the third default variable with one another to form an overall default variable, in particular to calculate them, and to use the overall default variable - in particular as a manipulated variable - for controlling the internal combustion engine.
  • changes in the operation of the power arrangement in particular changes in at least one setpoint variable, in particular changes in the setpoint generator power, are advantageously converted directly by the pre-control module into changes in the pre-control variable, i.e. the third default variable, with them being offset at the same time the third default variable with the other default variables to the total default variable cause a change in the manipulated variable.
  • the control device proposed here therefore has very good load switching behavior.
  • the control device proposed here also has a robust, stable control of both the generator power and the generator frequency, since dynamic requirements are met by the pre-control, so that a stable and robust parameterization can be selected for the power controller and for the frequency controller, even if this may result in a slower control characteristic.
  • Overall default variable i.e. in particular the resulting manipulated variable for controlling the internal combustion engine, is calculated for each sampling step, taking into account the manipulated variables of the power controller and the frequency controller, i.e. from the first specified variable and the second specified variable of the respective sampling step, so that no sampling-related dead times develop. It is thus possible to react immediately to changes in the generator frequency and the generator power with high control speed.
  • a generator frequency is understood to mean in particular the frequency of the electrical voltage induced in the generator, in particular the frequency of the electrical output voltage of the generator.
  • control device is set up to control the generator power and the generator frequency simultaneously, that is to say at the same time. This is possible in particular by offsetting the first default variable, the second default variable and the third default variable with one another to form the overall default variable, which can take place in particular in each individual scanning step for each individual default variable.
  • control device is set up to output the overall default variable—in particular as a manipulated variable—for controlling the internal combustion engine.
  • the control device is set up to use the overall default variable—in particular as a manipulated variable—for controlling the internal combustion engine by outputting the overall default variable.
  • the control device preferably has an interface that is set up to output the total default value.
  • control device is set up to convert the overall default variable into a control variable, the control variable being suitable for directly controlling the internal combustion engine.
  • the overall default variable is used indirectly for controlling the internal combustion engine.
  • the control device is preferably set up to output the control variable.
  • the control device preferably has an interface that is set up to output the control variable.
  • the control device is preferably set up to calculate the same type of specified variable, that is to say in particular the same physical variable, for the first specified variable, the second specified variable and the third specified variable.
  • the first constraint, the second constraint, and the third constraint are each an identical physical quantity. In this way, they can be combined with one another in a particularly simple manner, in particular offset, in particular added or summed up with one another.
  • pre-control module refers in particular to a functional context that is set up to determine the third default variable—in particular as a pre-control variable.
  • the pilot control module does not necessarily have to be a unit that can be technically or conceptually distinguished from other parts of the control device; rather, this term summarizes all those technical and/or functional structures of the control device that interact with one another to determine the third default variable.
  • the pilot control module can form a functional unit, but this is not necessarily the case.
  • the pilot control module can be present as a hardware module in the control device, but it is also possible for the pilot control module to be implemented in software in the control device.
  • the control device is preferably set up to work in a time-discrete manner, in particular to carry out its calculations in a time-discrete manner, that is to say in particular clocked.
  • the discrete points in time that result in this respect are also referred to as sampling steps in the context of the present technical teaching. Clocking is also referred to as sampling.
  • a power arrangement is understood here in particular as an arrangement of an internal combustion engine and an electric machine that can be operated as a generator, ie a generator, with the internal combustion engine being operatively connected to the generator drive in order to drive the generator.
  • the power arrangement is thus set up in particular to convert chemical energy converted into mechanical energy in the internal combustion engine into electrical energy in the generator.
  • the power arrangement can be operated alone—in a so-called island operation—or with a plurality of—in particular few—other power arrangements together in a network, ie in an island parallel operation. But it is also possible that the power arrangement at a in particular larger power grid or energy supply grid, in particular a national power grid, is operated in parallel with the grid.
  • the control device is preferably set up to filter an instantaneous actual frequency of the generator and to use the filtered actual frequency as the detected generator frequency. This advantageously enables a particularly smooth and therefore robust regulation.
  • the instantaneous actual frequency is preferably measured directly at the generator.
  • the instantaneous actual frequency is filtered using a PT 1 filter or an averaging filter, with the detected generator frequency resulting from the PT 1 filter or averaging filter.
  • the control device is preferably set up to limit the instantaneous actual frequency or the filtered actual frequency to a predetermined minimum frequency, as a result of which a limited generator frequency is obtained.
  • the controller is also set up to use the limited generator frequency as the detected generator frequency.
  • control device is preferably set up to filter an instantaneous actual power of the generator and to use the filtered actual power as the detected generator power.
  • the instantaneous actual power is preferably directly - measured at the generator - preferably electrically.
  • the instantaneous actual power is filtered using a PT 1 filter or a mean value filter, with the detected generator power resulting from the PT 1 filter or mean value filter.
  • a control device is understood to mean, in particular, a control device.
  • a control arrangement is understood to mean, in particular, a control arrangement.
  • a control device is understood to mean, in particular, a control device.
  • the control device is set up to add the first default variable, the second default variable and the third default variable together to form the overall default variable.
  • the addition of the default values to the total default value enables dynamic pilot control with robust control of the generator power and the generator frequency at the same time.
  • the first and second output variables calculated by the power controller and the frequency controller are advantageously superimposed in a corrective manner on the third output variable calculated by the pilot control module.
  • the pilot control module is set up to determine the third default variable using a target generator output variable.
  • changes in the setpoint generator power are transferred to the overall default variable without delay, that is to say with high dynamics. This in turn requires a very good load switching behavior of the control device proposed here.
  • the use of the setpoint generator power variable to determine the third default variable is particularly advantageous since the setpoint generator power typically varies more than the setpoint generator frequency during operation of the control device.
  • the pilot control module is preferably set up to determine the third default variable based on the target generator power variable and the detected generator frequency.
  • the setpoint generator power variable is the setpoint generator power itself, or in another preferred embodiment it is a variable that is derived, in particular calculated or determined in some other way, from the setpoint generator power.
  • the dynamics of the control device can still advantageously be increased by a suitable choice of the target generator power variable.
  • the control device is set up to determine a setpoint torque as the first default variable, as the second default variable and as the third default variable.
  • a target torque is sometimes also referred to as a target torque, in particular because of the brevity of the expression.
  • setpoint torque and “setpoint torque” are to be understood in particular as synonymous.
  • the power controller is set up to determine a power setpoint torque as the first default variable as a function of the power control deviation.
  • the frequency controller is set up to determine a frequency setpoint torque as the second default variable as a function of the frequency control deviation.
  • the pilot control module is set up to determine a pilot control setpoint torque as the third default variable.
  • the control device is set up to combine, in particular to add, the power setpoint torque, the frequency setpoint torque and the pilot control setpoint torque with one another to form an overall setpoint torque as the overall default variable.
  • all default values are setpoint torques, and the total default value is also a setpoint torque.
  • the pilot control module is set up to calculate the third default variable by dividing the setpoint generator power variable by the detected generator frequency, with the quotient thus obtained being multiplied by a predetermined, constant prefactor.
  • the predetermined, constant prefactor preferably takes into account constants that are necessary or advantageous for the calculation, in particular natural constants.
  • the prefactor is selected in such a way that a dimensionless representation of the calculation is possible when the input variables are specified in predetermined units.
  • the pilot control module is preferably set up to use the third default variable to be calculated according to the following equation:
  • Equation (1) can in particular based on the following relationship between the Target generator power P target and the target torque as the third default variable be derived: with the angular frequency ⁇ .
  • Equation (2) can be reformulated to Equation (1), where the pre-factor F in dimensionless notation and specification of the third default variable in Nm, the speed in min -1 , the generator frequency and the circular frequency in Hz, and the target generator power in kW assumes the following value:
  • the regulating device is designed as a control device for direct activation of the internal combustion engine.
  • the functionality of the control device is implemented in the form of a computer program product, that is to say in particular in terms of software, in the control device of the internal combustion engine.
  • An existing control device can thus be retrofitted with the functionality according to the technical teaching presented here in a particularly simple manner.
  • the control device is preferably an engine controller of the internal combustion engine.
  • the control device is particularly preferably what is known as an engine control unit (ECU).
  • the engine controller or the ECU is preferably set up to use the setpoint torque to calculate at least one energization duration for at least one fuel injection valve, in particular an injector, of the internal combustion engine.
  • control device is designed as a control device, in particular an engine controller, and set up for direct activation of the internal combustion engine
  • a speed control of the control device it is possible for a speed control of the control device to be active and in particular to calculate an energization duration for at least one fuel feed valve, in particular an injector, which is used to feed fuel into at least one combustion chamber of the internal combustion engine is provided, in particular depending on the total target torque calculated as the total default variable.
  • the energization duration it is also possible for the energization duration to be calculated from the total setpoint torque, bypassing a speed controller or without using a speed controller.
  • the control device is set up in particular to convert the total preset variable into a control variable, namely the energization duration.
  • the energization duration is the control variable that is then output by the control device for controlling the internal combustion engine.
  • control device is preferably designed as a—in particular superordinate—generator controller, in particular with an interface to a control device of the internal combustion engine.
  • control device preferably has an interface to a control device of the internal combustion engine.
  • the control device can easily be used with a large number of different existing power arrangements, in particular by being connected upstream of a control device provided there and connected to it via the interface.
  • the control device is preferably set up to output the total default variable, in particular to the control device, ie to transmit the total default variable to the control device via the interface.
  • the control device is preferably set up to calculate at least one energization duration for at least one fuel feed valve based on the overall default variable.
  • a generator controller is understood to mean, in particular, a control device separate from the control device of the internal combustion engine, i.e. in particular an external control device, which is set up to regulate the generator, in particular to transmit the total default variable as a manipulated variable to the control device of the internal combustion engine.
  • a generator controller itself is not a control device for the internal combustion engine, in particular not a so-called engine control unit (ECU).
  • the generator regulator is provided in addition to the control device for the internal combustion engine, that is to say in addition to the control unit.
  • the fact that the generator regulator is preferably superordinate means that it is preferably connected upstream of the control device.
  • control device designed as—in particular a superordinate—generator controller is used in combination with a control device of the internal combustion engine, the control device is preferably operated with deactivated speed control or without speed control. In a preferred embodiment, however, an idle final speed controller is activated in the control device.
  • the idling final speed controller is active, the speed of the internal combustion engine is controlled when the speed falls below a lower limit or exceeds an upper limit. Between the lower limit speed and the upper one
  • the limit speed corresponds to the setpoint torque used in the control device and the overall setpoint torque specified by the generator controller and transmitted via the interface.
  • a torque specification of the control device is activated.
  • a suitable idling final speed controller is disclosed in particular in DE 102 48 633 B4.
  • control device designed as—in particular higher-level—generator controller is set up to receive a maximum setpoint torque from the control device.
  • the interface between the regulating device and the control device is set up to receive the maximum setpoint torque from the control device.
  • the control device is - regardless of its configuration as a control device or as a particular higher-level generator controller - preferably set up to at least one default value, selected from a group consisting of the first default value, the second default variable, the third default variable, and the overall default variable, to a maximum target torque, in particular the maximum target torque received from the control device or a maximum target torque determined by the control device itself.
  • the control device is preferably set up to limit at least one default variable, selected from a group consisting of the first default variable, the second default variable, and the third default variable, to the maximum setpoint torque.
  • the control device is preferably set up to limit at least one default variable, selected from a group consisting of the first default variable and the second default variable, to the maximum setpoint torque.
  • the control device is preferably set up to limit the first default variable, the second default variable and the overall default variable to the maximum setpoint torque, in particular to the same maximum setpoint torque.
  • the control device is preferably set up to limit the first default variable and the second default variable to the maximum setpoint torque, in particular to the same maximum setpoint torque.
  • the power controller is preferably set up to limit the first default variable to the maximum setpoint torque.
  • the frequency controller is set up to limit the second default variable to the maximum setpoint torque.
  • the power controller is set up to limit its integral component to the maximum setpoint torque.
  • the power controller is set up to limit its integral component and the first default value to the maximum setpoint torque, in particular to the same maximum setpoint torque.
  • the integral component on the one hand and the first default value on the other hand are limited separately to the maximum setpoint torque.
  • the power controller is preferably set up to limit its integral component and the first default variable to the same maximum setpoint torque to which the overall default variable is also limited at the same time.
  • the controller output of the power controller and its integral component are therefore limited to the same value.
  • the frequency controller is set up to limit its integral component to the maximum setpoint torque.
  • the frequency controller is set up to limit its integral component and the second default variable to the maximum setpoint torque, in particular to the same maximum setpoint torque.
  • the integral component on the one hand and the second default value on the other hand are limited separately to the maximum setpoint torque.
  • the frequency controller is preferably set up to reduce its integral component and to limit the second default variable to the same maximum setpoint torque to which the overall default variable is also limited at the same time.
  • the controller output of the frequency controller and its integral component are therefore limited to the same value.
  • the power controller is set up to calculate a first additional specified value term from the target generator power by means of a first arithmetic element having a differential - or differentiating - transfer behavior, and to multiply the first additional specified value term with a value defined by the Power controller - to offset calculated first precursor specification - in particular depending on the power control deviation - in order to obtain the first specification.
  • the control behavior can advantageously be designed to be particularly dynamic.
  • the load switching behavior of a power arrangement having the control device is improved.
  • a frequency dip in the generator frequency is advantageously reduced in the event of a load connection.
  • the first computing element is a D element or a DT 1 element.
  • the power controller is set up to add the first default variable additional term to the first previous default variable in order to obtain the first default variable.
  • the pilot control module is set up to calculate a second precursor specification variable, in particular as a static third specification variable, from the setpoint generator power variable and the detected generator frequency, and to calculate the third specification variable from the second precursor specification variable , i.e. in particular from the static third default variable, by means of a second arithmetic element having a proportional and a differential transfer behavior, the third default variable being calculated in particular as a dynamic third default variable.
  • the second preceding default variable is preferably calculated according to equation (1) and results therefrom in particular as a static target torque, with the third default variable then being calculated therefrom by the second arithmetic element as a dynamic target torque.
  • the second computing element is a PD element or a (PD)T 1 element.
  • the pilot control module is set up to calculate the target generator power variable from the target generator power, as a static target generator power, by means of a third arithmetic element having a proportional and differential transfer behavior.
  • the setpoint generator power variable is then in particular a dynamic setpoint generator power.
  • the regulation is designed to be very dynamic and the load shifting behavior is improved.
  • the dynamic amplification of the—static—setpoint generator power is independent of the behavior of the detected generator frequency.
  • the third computing element is a PD element or a (PD)T 1 element.
  • the object is also achieved by a rule arrangement for controlling a one
  • control device designed as a - in particular higher-level - generator controller or a control device designed as - in particular higher-level - generator controller according to one or more of the above-described embodiments
  • the control arrangement having a has a control device that is operatively connected to the control device for direct activation of the internal combustion engine, and wherein the control device is set up to transfer the overall default variable to the control device.
  • the control device can preferably be operated with deactivated speed control or without speed control, or it has no speed control.
  • the control device preferably has an idle final speed controller.
  • the control device can preferably be operated with a torque specification.
  • the control device is preferably set up to determine, in particular to calculate, a maximum target torque and to output the maximum target torque, in particular to transmit the maximum target torque to the control device.
  • the control device is preferably set up to calculate the maximum setpoint torque as a function of at least one engine variable of the internal combustion engine, in particular a current speed or a current boost pressure.
  • the object is also achieved by providing a power arrangement that is a
  • the power arrangement Comprising an internal combustion engine and a generator drivingly connected to the internal combustion engine.
  • the power arrangement also has a control device according to the invention or a control device according to one or more of the embodiments described above, or the power arrangement has a control arrangement according to the invention or a control arrangement according to one or more of the embodiments described above.
  • the control device or the control arrangement is operatively connected to the internal combustion engine and the generator of the power arrangement.
  • the object is also achieved by creating a method for controlling a power arrangement that has an internal combustion engine and a generator that is drivingly connected to the internal combustion engine, with a generator power of the generator being recorded as a control variable, with a power control deviation as the difference between the recorded generator power and a setpoint generator power is determined, and a first default variable is determined as a function of the power control deviation.
  • a generator frequency of the generator is also recorded as a control variable, with a frequency control deviation being determined as the difference between the recorded generator frequency and a target generator frequency, and with a second default variable being determined as a function of the frequency control deviation.
  • a third default variable in particular as a precontrol variable for controlling the internal combustion engine—is determined.
  • the first constraint, the second constraint, and the third constraint become each other combined to form an overall default variable, in particular offset, and the overall default variable is used—in particular as a manipulated variable—to control the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is controlled with the overall default variable.
  • the method preferably includes at least one method step which was explained explicitly or implicitly in connection with the control device, the control arrangement and/or the power arrangement.
  • the first default variable, the second default variable and the third default variable are preferably added together to form the overall default variable.
  • the third default variable is preferably determined on the basis of the target generator output variable.
  • the third default variable is preferably determined on the basis of the target generator power variable and the detected generator frequency.
  • a setpoint torque is preferably determined in each case as the first default variable, as the second default variable and as the third default variable.
  • a desired output torque as a function of the output control deviation is preferably determined as the first default variable;
  • a frequency setpoint torque as a function of the frequency control deviation is determined as the second default variable, and a pilot control setpoint torque is determined as the third default variable.
  • the power setpoint torque, the frequency setpoint torque and the pilot control setpoint torque are combined with one another, in particular added, to form an overall setpoint torque as the overall default variable.
  • the third default variable is preferably calculated by dividing the target generator power variable by the detected generator frequency, with the quotient thus obtained being multiplied by a predetermined, constant prefactor.
  • the third default variable is calculated according to equation (1).
  • the setpoint generator power is converted into a differential by means of a
  • Transfer behavior having first arithmetic element a first default size additional term calculated, and the first default variable additional term is calculated using the power control deviation calculated first precursor default variable, in particular added to the first precursor default variable, whereby the first default variable is obtained.
  • a second preset variable is preferably calculated from the target generator power variable and the detected generator frequency
  • the third preset variable is calculated from the second preset precursor variable by means of a second arithmetic element having a proportional and differential transfer behavior.
  • the setpoint generator power variable is calculated from the setpoint generator power by means of a third arithmetic element having a proportional and differential transfer behavior.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a power arrangement with an exemplary embodiment of a regulating arrangement and a first exemplary embodiment of a regulating device;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a power arrangement with a second exemplary embodiment of a control device
  • FIG. 3 shows a schematic detailed illustration of the first exemplary embodiment of the power arrangement
  • FIG. 4 shows a schematic detailed illustration of the second exemplary embodiment of the power arrangement
  • FIG. 5 shows a schematic detailed illustration of the control device
  • FIG. 6 shows a schematic detailed representation of a third exemplary embodiment of the power arrangement with a third exemplary embodiment of a control device
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a power arrangement with a fourth exemplary embodiment of a control device
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of a power arrangement with a fifth exemplary embodiment of a control device
  • FIG. 9 shows a schematic, diagrammatic representation of the functioning of a method for controlling a power arrangement.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a power arrangement 1 with a first exemplary embodiment of a control arrangement 13 and a first exemplary embodiment of a control device 3.
  • the power arrangement 1 is part of a higher-level network of a plurality of power arrangements, of which only one , Power arrangement 1, which is considered in more detail here, is shown.
  • the power arrangement 1 is electrically connected to a power supply system 4, here specifically to a busbar 6.
  • the power arrangement 1 can be operated, in particular, in island parallel operation or in grid parallel operation;
  • the power grid 4 can be a local power grid, in particular an onboard power supply of a vehicle, for example a ship, or a nationwide power grid.
  • the power grid 4 is assigned an external control device 8, which divides a total power P rail requested at the busbar 6, which is also referred to as the total load, to the individual power arrangements 1, in particular by providing a separate target generator power for each power arrangement 1 - etc., is calculated.
  • One of the here specifically illustrated power arrangement 1 associated first target generator power is im In the following, for the sake of simplicity , it is briefly referred to as the target generator power P target .
  • the power arrangement 1 can also be operated on its own.
  • the power distribution is not carried out in an external control device 8, but in the control device 3 itself, in particular in a master control device of one of the power arrangements 1, in which case the other control devices 3 of the other power arrangements 1 are preferably used as slave control devices are operated, which receive their respective target generator power from the master control device.
  • the power arrangement 1 has an internal combustion engine 5 and a generator 9 drivingly connected to the internal combustion engine 5 via a shaft 7 shown schematically.
  • the control device 3 is operatively connected to the internal combustion engine 5 on the one hand and to the generator 9 on the other hand.
  • the generator 9 with the
  • Busbar 6 electrically connected in a manner not explicitly shown here.
  • the control device 3 - see also Figures 3 and 4 - set up to control the power arrangement 1, wherein it has a power controller 14, which is set up to detect a generator power P G of the generator 9 as a first controlled variable to a power -Control deviation e P as the difference between the detected generator power P G and the target generator power P desired to be determined, and to determine a first default variable 16 as a manipulated variable for controlling the internal combustion engine 5 as a function of the power control deviation e P .
  • the control device 3 also has a frequency controller 18, which is set up to detect a generator frequency f G of the generator 9 as a second controlled variable, a frequency control deviation e f as the difference between the detected generator frequency f G and a target generator frequency f set to determine, and to determine a second default variable 20 as a manipulated variable for the control of the internal combustion engine 5 depending on the frequency deviation e f .
  • the control device 3 also has a pre-control module 22 that is set up to determine a third default variable 24 in particular as a pre-control variable for controlling the internal combustion engine 5 .
  • Control device 3 is set up to combine, in particular to calculate, first specified variable 16, second specified variable 20 and third specified variable 24 with one another to form an overall specified variable 26, and to use overall specified variable 26 as a manipulated variable for controlling internal combustion engine 5 to use, especially to spend.
  • first default variable 16, the second default variable 20 and the third default variable 24 are added to one another, as a result of which the total default variable 26 is obtained.
  • the control device 3 enables a dynamic load switching behavior and at the same time a robust control of both the generator frequency and the generator power.
  • the dynamics are provided by the pilot control module 22, while the first specification variable 16 and the second specification variable 20 are added to correct them in order to ensure stable regulation.
  • the total preset variable 26 is in particular a target torque M so// , which is also referred to as the total target torque.
  • each of the first, second and third default values 16, 20, 24 is preferably also a torque.
  • control device 3 is embodied as a generator controller 12 and is operatively connected to a control device 11 of internal combustion engine 5 in such a way that total default variable 26 can be transmitted from control device 3 to control device 11. At the same time, this enables particularly robust control and a wide range of uses for the control device 3, in particular with a large number of power arrangements 1.
  • the control device 3 and the control device 11 together form the control arrangement 13 for controlling the power arrangement 1.
  • the control device 11 is preferably designed as an engine controller 15, in particular as an engine control unit (ECU).
  • ECU engine control unit
  • the control device 11 calculates - preferably as a function of other engine variables, in particular a detected speed n actual - an energization duration BD for activating fuel injection valves of the internal combustion engine 5.
  • a speed controller of the control device 11 is preferably deactivated.
  • An idle final speed controller of the control device 11 is preferably activated. This regulates the speed of the internal combustion engine 5 when the detected speed nact falls below a lower speed limit n empty or exceeds an upper speed limit nend . Between these speed limits, a setpoint torque calculated in the control device 11 is equal to the setpoint torque M so// specified by the control device 3 . In particular, a torque specification is activated in the control device 11 .
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a
  • Power arrangement 1 with a second exemplary embodiment of a control device 3.
  • control device 3 itself is designed as a control device 11, in particular a motor controller 15, for the direct, in particular immediate, control of the internal combustion engine 5.
  • control device 3 is set up to to calculate an energization duration BD for controlling the injectors of the internal combustion engine 5 by means of a calculation element 28 from the total default variable 26 calculated internally by the control device 3, in particular the setpoint torque M so// .
  • the control device 3 is preferably set up to filter a current actual power P actual of the generator 9 in a power filter 19, and the filtered actual power P actual as the detected one generator power P G to use.
  • the power filter 19 is a PT 1 filter or an average filter.
  • the control device 3 is also preferably set up to filter an instantaneous actual frequency f actual of the generator 9 in a frequency filter 21, and the filtered actual frequency f is to be used as the detected generator frequency f G .
  • the frequency filter 21 is a PT 1 filter or an average filter.
  • the frequency filter 21 is also set up to limit the instantaneous actual frequency f actual or the filtered actual frequency f actual downwards , in particular to a predetermined minimum frequency.
  • the generator frequency can also be limited elsewhere in the control device 3 . In particular, it is possible for a corresponding limitation to be carried out only for the pilot control module 22 or in the pilot control module 22 .
  • the pilot control module 22 is set up in particular to calculate the third default variable 24 using equation (1) (here with ).
  • the control device 3 is set up in particular to add the first default variable 16, the second default variable 20 and the third default variable 24 to the overall default variable 26.
  • the control device 3 is designed as a higher-level generator controller 12 .
  • the control device 11 designed as a motor controller 15 is set up to determine, in particular to calculate, a maximum setpoint torque in particular as a function of at least one motor variable of the internal combustion engine 5, in particular of its current speed and the current charge air pressure, and in order to transmit the maximum setpoint torque to the control device 3.
  • the Control device 3 is set up in particular to the maximum target torque of the Control device 11 to receive.
  • Power controller 14 is set up to reduce first default variable 16 and preferably its integral component to maximum setpoint torque to limit.
  • the frequency controller 18 is preferably set up to limit the second default variable 20, preferably its integral component, to the maximum setpoint torque.
  • the control device 3 is set up in particular to determine a setpoint torque as the first default variable 16 , the second default variable 20 and the third default variable 24 .
  • power controller 14 is set up to assign a power setpoint torque as first default variable 16 as a function of power control deviation e P determine.
  • the frequency controller 18 is set up to supply a frequency setpoint torque as the second default value 20 as a function of the frequency control deviation ef determine.
  • the pre-control module 22 is set up to the pre-control target torque as the third default size 24 to determine.
  • the control device 3 is set up to
  • Fig. 4 shows a schematic detailed representation of the second exemplary embodiment of the power arrangement 1.
  • the mode of operation of the control device 3, which is designed as a motor controller 15 in this exemplary embodiment, is the same as the mode of operation of the control device 3 explained in connection with Figure 3, although the duration of the current supply BD is set directly in the control device 3 is calculated from the setpoint torque M so // , that is to say from the overall preset variable 26 , by means of a calculation element 28 .
  • the maximum setpoint torque is available or becomes available directly in the control device 3 calculated by them themselves.
  • FIG. 5 shows a schematic detailed illustration of the control device 3.
  • the mode of operation of the power controller 14, the frequency controller 18 and the pilot control module 22 is shown.
  • the mode of operation is shown in a time-discrete representation, with the sampling steps being designated by a running index.
  • the index value of the running index indicated by k corresponds to an instantaneous sampling step.
  • the index value indicated by kl correspondingly indicates the sampling step immediately before the sampling step indicated by k.
  • control algorithms for the power controller 14 and the frequency controller 18 are designed as PI controllers. Alternatively, however, it is also possible for at least one of the controllers, selected from the power controller 14 and the frequency controller 18, to be designed as a PID controller or as a PI(DT 1 ) controller.
  • the power controller 14 calculates the power control deviation e P (k) from the target generator power P set (k) and the detected generator power P G (k) in the current sampling step k, and from this a power proportional component by the power
  • Deviation e P (k) is multiplied by a first performance constant.
  • the first Performance constant f is preferably equal to a preferred parameterizable, ie Predeterminable power proportional coefficient.
  • the power controller 14 also calculates a power integral term using the trapezoidal rule for integration, by adding the power control deviation e P (k) of the current sampling step k to the power control deviation e P (kl) of the previous sampling step k-1, the sum formed in this way being multiplied by a second power constant, the so formed product is added to the one sampling step ⁇ a delayed, preceding power integral component M, and the turn so formed sum after is limited above to the maximum target torque.
  • the power calculated in this way integral part M is added to the power proportional component, where the sum formed in this way is in turn limited upwards to the maximum target torque will. This results in the first default variable 16, here the setpoint torque of the power regulator 14.
  • the second power constant is preferably given by: with the configurable power proportional coefficient, the time width ⁇ a one sampling step, and the configurable reset time ⁇ N .
  • the frequency controller 18 calculates the frequency control deviation e f (k) from the setpoint generator frequency f set (k) and the detected generator frequency f G (k) in the current sampling step k, and from this a frequency proportional component in which the frequency
  • Control deviation e f (k) is multiplied by a first frequency constant.
  • the first Frequency constant is preferably equal to a preferred parameterizable, ie Predeterminable frequency proportional coefficient.
  • the frequency controller 18 also calculates a frequency integral part using the trapezoidal rule for integration by adding the frequency error e f (k) of the current sampling step k to the frequency error e f (kl) of the previous sampling step k-1, the sum thus formed having a second frequency -Constant is multiplied, the so formed product is added to the one sampling step ⁇ a delayed, preceding frequency integral component, and the turn so formed sum after is limited above to the maximum target torque.
  • the frequency controller 18 adds the so calculated frequency integral part to the frequency proportional component and in turn limits the sum formed in this way upwards to the maximum setpoint torque This then results in the second default variable 20, here the target torque of the frequency controller 18.
  • the second frequency constant is preferably given by: with the configurable frequency proportional coefficient , the time width ⁇ a one sampling step, and the configurable reset time ⁇ N .
  • the pilot control module 22 is preferably set up to limit the detected generator frequency f G (k) to a predetermined minimum frequency f min by means of a limiting element 30, with the limiting element 30 using, in particular, the maximum from the detected generator frequency f G,b (k) as the limited detected generator frequency f G,b (k).
  • Generator frequency f G (k) and the predetermined minimum frequency f min selects and forwards.
  • the reciprocal of the limited detected generator frequency f G,b (k) is then calculated in a reciprocal value element 32, and this reciprocal value is used in a first multiplication element 34 with a target generator power variable, in which here illustrated embodiment with the target generator power P set (k) , multiplied.
  • the product calculated in this way is then multiplied by the predetermined, constant pre-factor F in a second multiplication element 36, from which the third preset variable 24 results as pre-control setpoint torque.
  • the calculation of the third default value 24 takes place in
  • the limited detected generator frequency f G,b (k) being used as the detected generator frequency f G (k) in a preferred embodiment.
  • the detected generator frequency f G (k) it is also possible for the detected generator frequency f G (k) to be used directly. It is also possible for the generator frequency not to be limited in the pre-control module 22, in which case the pre-control module 22 then receives the limited detected generator frequency f G,b (k) as an input variable.
  • the pilot control module 22 is therefore set up in particular to set the third default variable 24 based on the target generator power variable and the detected generator frequency f G (k). determine.
  • the pilot control module 22 is set up, in particular, to calculate the third default variable 24 by using the target generator power variable is divided by the detected generator frequency f G (k), the quotient thus obtained being multiplied by the predetermined, constant pre-factor F.
  • Control device 3 is also set up to combine, in particular to add, first specified variable 16, second specified variable 20 and third specified variable 24 to form overall specified variable 26, i.e. to Frequency setpoint torque and the pre-control setpoint torque for the total
  • Target torque M is (k) to combine, in particular to add.
  • Fig. 6 shows a schematic detailed representation of a third exemplary embodiment of the power arrangement 1 with a third exemplary embodiment of a control device 3.
  • control device 3 is designed as a control device 11, in particular as a motor controller 15.
  • the configurations of the control device 3 illustrated in these figures can also be implemented in an exemplary embodiment of the control device 3 which is designed as a superordinate generator controller 12 .
  • the technical teaching of FIGS. 6, 7 and 8 is therefore not limited to the specific configuration of the control device 3 as a control device 11 or motor controller 15.
  • power controller 14 is set up to use a first computing element 38 with a differential transmission behavior to calculate a first default variable additional term 40, in particular a dynamic power setpoint torque, from setpoint generator power P setpoint Calculate and calculate the first default value additional term 40 with a first default value 42 calculated by the power controller 14, in particular a static power setpoint torque, in order to calculate the first default value 16, in particular the power to obtain the target torque.
  • a first default variable additional term 40 in particular a dynamic power setpoint torque
  • setpoint generator power P setpoint calculates the first default value additional term 40 with a first default value 42 calculated by the power controller 14, in particular a static power setpoint torque, in order to calculate the first default value 16, in particular the power to obtain the target torque.
  • the arithmetic unit 3 is set up to add the first default variable additional term 40 to the previous default variable 42 in order to obtain the first default variable 16 .
  • the first arithmetic element 38 is a DT 1 element.
  • the first computing element 38 it is also possible for the first computing element 38 to be designed as a D element in another exemplary embodiment.
  • the setpoint power P setpoint is thus amplified by the first arithmetic element 38 and--in the exemplary embodiment shown here--additively superimposed on the previous preset variable 42.
  • the control device 3 has in particular an improved, in particular more dynamic, load shifting behavior.
  • the embodiment shown here has the advantage, in particular compared to an embodiment in which the power controller 14 has an overall PI(DT 1 ) characteristic, that only the target power P setpoint is amplified and not the power control deviation e P . If a power regulator 14 were used instead, which has a PI(DT 1 ) characteristic overall, the dynamics of the power regulation would depend on the design of the power filter 19 .
  • the first computing element 38 preferably has the following transfer function: with a factor K 1 , the lead time T V and the delay time T 1 .
  • the first computing element 38 is only transiently or dynamically effective, ie only in the event of a load change.
  • the default variable additional term 40 also changes suddenly in the event of a sudden change in load and then finally decays to the value zero.
  • the additional term 40 of the specified variable is equal to zero.
  • the speed with which additional term 40 of specified variable decays depends on the design of delay time T 1 .
  • the factor K 1 is used in particular to convert the physical unit of the input variable, ie the setpoint generator power P setpoint , into the physical unit of the output variable, ie the additional term 40 of the preset variable, in particular a torque.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a power arrangement 1 with a fourth exemplary embodiment of a control device 3.
  • the pilot control module 22 is set up to derive from the setpoint generator power variable, here the setpoint generator power P setpoint , and the detected generator frequency f G to calculate a second precursor default variable 44, in particular a static pilot control setpoint torque, and to calculate the third default variable
  • pre-control setpoint torque as a dynamic pre-control setpoint torque to be calculated from the second precursor specification variable 44 by means of a second arithmetic element 46 having a proportional and differential transfer behavior.
  • the second arithmetic element 46 is in the form of a (PD)T 1 element, with the following transfer function: with the lead time T V and the delay time T 1 .
  • the dynamic pre-control setpoint torque is thus n identical to the static pre-control setpoint torque l.
  • the static pre-control setpoint torque amplified using a (PD)T 1 characteristic that is stationary with delay time T 1 decays to gain 1.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of a power arrangement 1 with a fifth exemplary embodiment of a control device 3.
  • the pilot control module 22 is set up to calculate the target generator output variable, in particular as a dynamic target generator output, from the Set generator power P set to be calculated by means of a third arithmetic unit 48 having a proportional and differential transfer behavior.
  • the third arithmetic element 48 is in the form of a (PD)T 1 element, with the transfer function according to equation (9).
  • the setpoint generator variable is therefore identical to the setpoint generator power P setpoint .
  • the target generator power P set is amplified using a (PD)T 1 characteristic, which decays to amplification 1 in a stationary manner with the delay time T 1 .
  • changes in the setpoint generator power P setpoint are amplified with the aid of the third arithmetic element 48 and not—as in the exemplary embodiment according to FIG. 7 – changes in the quotient of the setpoint generator power P setpoint divided by the detected generator frequency f G .
  • the amplifying effect of the (PD)T 1 element is either weakened or amplified, depending on the direction in which the detected generator frequency f G is moving at the moment of load switching.
  • the amplifying effect of the (PD)T 1 element is advantageously independent of the detected generator frequency f G .
  • FIG. 9 shows a schematic, diagrammatic representation of the functioning of a method for controlling a power arrangement 1. In particular, six time diagrams are shown here.
  • a first time diagram at a) shows the course over time of the setpoint generator power P set as a solid curve , and the course over time of the detected generator power P G as a dashed curve.
  • the setpoint generator power P setpoint jumps to a first power value P 1 and is then identical to this value.
  • The—filtered—detected generator power P G increases from the first point in time t 1 and finally reaches the setpoint generator power P setpoint at a third point in time t 3 .
  • a third time diagram at c) shows the time course of the first default variable 16, namely the power setpoint torque, i.e. the output variable of the power controller 14. Assuming a PI characteristic for the power controller 14, the power target torque increases suddenly at the first point in time t 1 to a first power Torque value M 1 , which corresponds to the proportional component of the power controller 14 at this point in time.
  • the target power torque sounds up to the third Time t 3 from a simplified perspective to the value 0 Nm, since at this time the power control deviation e p is also identical to 0 kW and the total default variable 26 as a manipulated variable largely results from the pre-control, so that the integral component of the power controller 14 after the third point in time t 3 is approximately identical to 0 kW.
  • a fourth time diagram at d) shows the course of the frequency setpoint torque over time in the form of a dashed first curve K1 for the case of static pilot control, and in the form of a solid second curve K2 for the case of dynamic pilot control.
  • a fifth time diagram at e) shows the progression over time of the static pilot control target torque as a solid curve, and the progression over time of the dynamic
  • Pre-control setpoint torque as a dashed curve.
  • the static pre-control target torque jumps to a second pilot torque value M 2 at the first point in time t 1 , which is calculated according to equation (1); in particular:
  • the - filtered - detected generator frequency f G is assumed to be constant for the sake of simplicity, so that the static pre-control target torque in the sequence on the constant second pilot torque value M 2 remains.
  • the dynamic pre-control target torque jumps to a third pre-control Torque value M3 and then subsides until it settles at a second point in time t 2 to the value of the static pilot setpoint torque.
  • Torque value M 3 and the decay time depend on the lead time T V and the delay time T 1 .
  • a sixth time diagram at f) shows the progression over time of the overall default value 26, i.e. the target torque M set , namely once in the form of a solid fourth curve K4 without dynamic pre-control, i.e. with static pre-control, and once in the form a dashed third curve K3 with dynamic pilot control.
  • the overall default 26 jumps to the first
  • the frequency setpoint torque is still identical to 0 Nm, since the recorded Generator frequency f G still with the target generator frequency f is identical.
  • the overall preset variable 26 decays and at a sixth point in time t 6 is at the second pre-control torque value M 2 of the static pre-control setpoint torque settled.
  • the transient process is only complete when the generator frequency has also settled. For this reason, the overall preset variable 26 has stabilized at a later point in time than the power setpoint torque.
  • the total preset variable 26 jumps to a fifth pre-control torque value M 5 at the first point in time t 1 :
  • the overall preset variable 26 decays and at a seventh point in time t 7 is at the second pre-control torque value M 2 of the static pre-control setpoint torque settled.
  • a second time diagram at b) shows the progression over time of the instantaneous actual generator frequency f act as a dashed curve for the case of static pilot control and as a solid curve for the case of dynamic pilot control.
  • the desired generator frequency f desired which is assumed to be constant for the purpose of simplification , is also drawn in as a dot-dash horizontal line.
  • the actual generator frequency f actual drops only up to a first frequency f 1 , ie only by a first differential value ⁇ f 1 .
  • the actual generator frequency f actual has already settled at the sixth point in time t 6 to the setpoint generator frequency f setpoint .
  • the actual generator frequency f act drops down to a second, lower frequency value f 2 , i.e. by a second, larger differential value ⁇ f 2 , and only reaches the setpoint generator frequency f at the seventh point in time t 7 should settle down.
  • the second timing diagram thus shows that the use of dynamic pre-control leads to a reduction in the frequency drop in the generator frequency and to a reduction in the settling time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei ˗ die Regeleinrichtung (3) einen Leistungsregler (14) aufweist, der eingerichtet ist, um ˗ eine Generatorleistung (PG) als Regelgröße zu erfassen, ˗ eine Leistungs-Regelabweichung (eP) zu ermitteln, und ˗ eine erste Vorgabegröße (16) in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung (eP) zu bestimmen, wobei ˗ die Regeleinrichtung (3) außerdem einen Frequenzregler (18) aufweist, der eingerichtet ist, um ˗ eine Generatorfrequenz (fG) als Regelgröße zu erfassen, ˗ eine Frequenz-Regelabweichung (ef) zu ermitteln, und ˗ eine zweite Vorgabegröße (20) in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung (ef) zu bestimmen, wobei ˗ die Regeleinrichtung (3) außerdem ein Vorsteuermodul (22) aufweist, das eingerichtet ist, um eine dritte Vorgabegröße (24) zu bestimmen, wobei ˗ die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um die erste Vorgabegröße (16), die zweite Vorgabegröße (20) und die dritte Vorgabegröße (24) miteinander zu einer Gesamt-Vorgabegröße (26) zu kombinieren, und um ˗ die Gesamt-Vorgabegröße (26) für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) zu verwenden.

Description

BESCHREIBUNG
Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der
Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden
Leistungsanordnung, Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung,
Leistungsanordnung und Verfahren zur Regelung einer Leistungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden
Leistungsanordnung, eine Regel anordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung.
Eine solche Regeleinrichtung kann eingerichtet sein, um eine Generatorleistung oder eine Generatorfrequenz des Generators einer Leistungsanordnung zu regeln. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere, wenn sowohl die Generatorleistung als auch die Generatorfrequenz geregelt werden sollen. Dabei erweist es sich insbesondere als schwierig, einerseits ein gutes Lastschaltverhalten und andererseits eine robuste, stabile Regelung zu verwirklichen. Während diese Ziele schon in sich gegenläufig sind, verstärkt sich die Problematik in dem hier skizzierten Fall noch dadurch, dass zwei verschiedene Größen eingeregelt werden sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine
Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regel anordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regel anordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei die Leistungsanordnung eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Die
Regeleinrichtung weist einen Leistungsregler auf, der eingerichtet ist, um eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße zu erfassen, eine Leistungs-Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll-Generatorleistung zu ermitteln, und um eine erste Vorgabegröße in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung weist außerdem einen Frequenzregler auf, der eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße zu erfassen, eine Frequenz -Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll-Generatorfrequenz zu ermitteln, und um eine zweite Vorgabegröße in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung weist außerdem ein Vorsteuermodul auf, das eingerichtet ist, um eine dritte Vorgabegröße - insbesondere als Vorsteuergröße für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine - zu bestimmen. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um die erste Vorgabegröße, die zweite Vorgabegröße und die dritte Vorgabegröße miteinander zu einer Gesamt-Vorgabegröße zu kombinieren, insbesondere zu verrechnen, und um die Gesamt- Vorgabegröße - insbesondere als Stellgröße - für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine zu verwenden. Vorteilhaft werden bei der hier vorgeschlagenen Regeleinrichtung Änderungen im Betrieb der Leistungsanordnung, insbesondere Änderungen von wenigstens einer Sollgröße, insbesondere Änderungen der Soll-Generatorleistung, unmittelbar durch das Vorsteuermodul in Änderungen der Vor Steuergröße, das heißt der dritten Vorgabegröße, umgesetzt, wobei sie zugleich durch Verrechnung der dritten Vorgabegröße mit den anderen Vorgabegrößen zu der Gesamt-Vorgabegröße eine Änderung der Stellgröße bewirken. Daher weist die hier vorgeschlagene Regeleinrichtung ein sehr gutes Lastschaltverhalten auf. Gleichzeitig weist die hier vorgeschlagene Regeleinrichtung aber auch eine robuste, stabile Regelung sowohl der Generatorleistung als auch der Generatorfrequenz auf, da Dynamikanforderungen von der Vorsteuerung erfüllt werden, sodass für den Leistungsregler und für den Frequenzregler jeweils eine stabile und robuste Parametrierung gewählt werden kann, auch wenn diese gegebenenfalls eine langsamere Regelungscharakteristik mit sich bringt. Insbesondere ist es möglich, dass die Gesamt-Vorgabegröße, das heißt insbesondere die resultierende Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine, für jeden Abtastschritt jeweils unter Berücksichtigung der Stellgrößen des Leistungsreglers und des Frequenzreglers, das heißt aus der ersten Vorgabegröße und der zweiten Vorgabegröße des jeweiligen Abtastschritts, berechnet wird, sodass keine abtastbedingten Totzeiten entstehen. Somit kann unmittelbar, mit hoher Regelungsgeschwindigkeit, auf Änderungen der Generatorfrequenz und der Generatorleistung reagiert werden.
Unter einer Generatorfrequenz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere die Frequenz der in dem Generator induzierten elektrischen Spannung, insbesondere die Frequenz der elektrischen Ausgangsspannung des Generators, verstanden.
Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die Generatorleistung und die Generatorfrequenz simultan, das heißt gleichzeitig, zu regeln. Dies ist insbesondere möglich durch die Verrechnung der ersten Vorgabegröße, der zweiten Vorgabegröße und der dritten Vorgabegröße miteinander zu der Gesamt-Vorgabegröße, was insbesondere in jedem einzelnen Abtastschritt für jede einzelne Vorgabegröße erfolgen kann.
In einer Ausführungsform ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die Gesamt-Vorgabegröße - insbesondere als Stellgröße - für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine auszugeben. Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die Gesamt- Vorgabegröße - insbesondere als Stellgröße - für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine zu verwenden, indem sie die Gesamt-Vorgabegröße ausgibt. Bevorzugt weist die Regeleinrichtung eine Schnittstelle auf, die eingerichtet ist zur Ausgabe der Gesamt-Vorgabegröße.
In einer anderen Ausführungsform ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die Gesamt- Vorgabegröße umzurechnen in eine Ansteuergröße, wobei die Ansteuergröße geeignet ist, um die Brennkraftmaschine unmittelbar anzusteuem. In diesem Fall wird die Gesamt-Vorgabegröße mittelbar für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um die Ansteuergröße auszugeben. Insbesondere weist die Regeleinrichtung bevorzugt eine Schnittstelle auf, die eingerichtet ist zur Ausgabe der Ansteuergröße. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um dieselbe Art Vorgabegröße, das heißt insbesondere dieselbe physikalische Größe, für die erste Vorgabegröße, die zweite Vorgabegröße und die dritte Vorgabegröße zu berechnen. Insbesondere sind die erste Vorgabegröße, die zweite Vorgabegröße und die dritte Vorgabegröße jeweils eine identische physikalische Größe. Sie können auf diese Weise besonders einfach miteinander kombiniert, insbesondere verrechnet, insbesondere miteinander addiert beziehungsweise aufsummiert werden. Insbesondere ist es möglich, dass alle drei Vorgabegrößen ein Drehmoment sind.
Der Begriff „Vorsteuermodul“ bezeichnet im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere einen Funktionszusammenhang, der eingerichtet ist, um die dritte Vorgabegröße - insbesondere als Vorsteuergröße - zu bestimmen. Es muss sich bei dem Vorsteuermodul nicht zwingend um eine technisch oder gedanklich von anderen Teilen der Regeleinrichtung abgrenzbare Einheit handeln, vielmehr fasst dieser Begriff alle diejenigen technischen und/oder funktionalen Strukturen der Regeleinrichtung zusammen, die miteinander Zusammenwirken, um die dritte Vorgabegröße zu bestimmen. Dabei kann das Vorsteuermodul eine funktionale Einheit bilden, dies ist aber nicht zwingend der Fall. Das Vorsteuermodul kann als Hardwaremodul in der Regeleinrichtung vorliegen, es ist aber auch möglich, dass das Vorsteuermodul softwaretechnisch in der Regeleinrichtung implementiert ist.
Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um zeitdiskret zu arbeiten, insbesondere ihre Berechnungen zeitdiskret, das heißt insbesondere getaktet, durchzuführen. Die sich insoweit ergebenden diskreten Zeitpunkte werden im Kontext der vorliegenden technischen Lehre auch als Abtastschritte bezeichnet. Die Taktung wird auch als Abtastung bezeichnet.
Unter einer Leistungsanordnung wird hier insbesondere eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine, das heißt einem Generator, verstanden, wobei die Brennkraftmaschine mit dem Generator antrieb swirkverbunden ist, um den Generator anzutreiben. Somit ist die Leistungsanordnung insbesondere eingerichtet, um in der Brennkraftmaschine in mechanische Energie umgesetzte chemische Energie in dem Generator in elektrische Energie zu wandeln. Die Leistungsanordnung kann alleine - in einem sogenannten Inselbetrieb - betrieben werden, oder auch mit einer Mehrzahl von - insbesondere wenigen - anderen Leistungsanordnungen gemeinsam in einem Verbund, das heißt in einem Inselparallelbetrieb. Es ist aber auch möglich, dass die Leistungsanordnung an einem insbesondere größeren Stromnetz oder Energieversorgungsnetz, insbesondere einem überregionalen Stromnetz, im Netzparallelbetrieb betrieben wird.
Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Frequenz des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Frequenz als die erfasste Generatorfrequenz zu verwenden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders ruhige und damit robuste Regelung. Die momentane Ist-Frequenz wird vorzugsweise unmittelbar am Generator gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die momentane Ist-Frequenz mit einem PT1-Filter oder einem Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorfrequenz aus dem PT1-Filter oder Mittelwertfilter resultiert.
Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die momentane Ist-Frequenz oder die gefilterte Ist-Frequenz nach unten auf eine vorbestimmte Minimalfrequenz zu begrenzen, wodurch eine begrenzte Generatorfrequenz erhalten wird. Die Regeleinrichtung ist außerdem eingerichtet, um die begrenzte Generatorfrequenz als die erfasste Generatorfrequenz zu verwenden.
Die Regeleinrichtung ist alternativ oder zusätzlich bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Leistung des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Leistung als die erfasste Generatorleistung zu verwenden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders ruhige und damit robuste Regelung. Die momentane Ist-Leistung wird vorzugsweise unmittelbar - vorzugsweise elektrisch - am Generator gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die momentane Ist-Leistung mit einem PT1-Filter oder einem Mittelwertfi her gefiltert, wobei die erfasste Generatorleistung aus dem PT1-Filter oder Mittelwertfilter resultiert.
Unter einer Regeleinrichtung wird insbesondere eine Regelungseinrichtung verstanden. In entsprechender Weise wird unter einer Regel anordnung insbesondere eine Regelungsanordnung verstanden. Unter einer Steuereinrichtung wird entsprechend insbesondere eine Steuerungseinrichtung verstanden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die erste Vorgabegröße, die zweite Vorgabegröße und die dritte Vorgabegröße miteinander zu der Gesamt-Vorgabegröße zu addieren. Dies stellt eine ebenso einfache wie vorteilhafte Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar. Insbesondere ermöglicht die Addition der Vorgabegrößen zu der Gesamt-Vorgabegröße eine dynamische Vorsteuerung bei zugleich robuster Regelung der Generatorleistung und der Generatorfrequenz. Insbesondere werden die von dem Leistungsregler und dem Frequenzregler berechnete erste und zweite Ausgangsgröße der von dem Vorsteuermodul berechneten dritten Ausgangsgröße vorteilhaft korrigierend überlagert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Vorsteuermodul eingerichtet ist, um die dritte Vorgabegröße anhand einer Soll-Generatorleistungsgröße zu bestimmen. Auf diese Weise werden Änderungen der Soll-Generatorleistung ohne Verzögerung, das heißt mit hoher Dynamik, an die Gesamt-Vorgabegröße übertragen. Dies wiederum bedingt ein sehr gutes Lastschaltverhalten der hier vorgeschlagenen Regeleinrichtung. Die Verwendung der Soll- Generatorleistungsgröße zur Bestimmung der dritten Vorgabegröße ist insbesondere vorteilhaft, da die Soll-Generatorleistung im Betrieb der Regeleinrichtung typischerweise stärker variiert als die Soll-Generatorfrequenz. Vorzugsweise ist das Vorsteuermodul eingerichtet, um die dritte Vorgabegröße anhand der Soll-Generatorleistungsgröße und der erfassten Generatorfrequenz zu bestimmen.
Die Soll-Generatorleistungsgröße ist in bevorzugter Ausgestaltung die Soll-Generatorleistung selbst, oder in anderer bevorzugter Ausgestaltung eine aus der Soll-Generatorleistung abgeleitete, insbesondere berechnete oder anderweitig ermittelte Größe. Durch geeignete Wahl der Soll-Generatorleistungsgröße kann die Dynamik der Regeleinrichtung noch vorteilhaft gesteigert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um als die erste Vorgabegröße, als die zweite Vorgabegröße und als die dritte Vorgabegröße jeweils ein Soll-Drehmoment zu bestimmen. Dies stellt eine besonders vorteilhafte wie einfach zu betreibende Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar. Ein Soll-Drehmoment wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre teilweise auch - insbesondere des kürzeren Ausdrucks wegen - als Sollmoment bezeichnet. Die Begriffe „Soll-Drehmoment“ und „Sollmoment“ sind insbesondere synonym zu verstehen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Leistungsregler eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung ein Leistungs-Sollmoment als die erste Vorgabegröße zu bestimmen. Der Frequenzregler ist eingerichtet, um in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung ein Frequenz-Sollmoment als die zweite Vorgabegröße zu bestimmen. Das Vorsteuermodul ist eingerichtet, um ein Vorsteuer-Sollmoment als die dritte Vorgabegröße zu bestimmen. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um das Leistungs- Sollmoment, das Frequenz-Sollmoment und das Vorsteuer-Sollmoment miteinander zu einem Gesamt- Sollmoment als der Gesamt-Vorgabegröße zu kombinieren, insbesondere zu addieren. Somit sind vorteilhaft alle Vorgabegrößen Soll-Drehmomente, und auch die Gesamt- Vorgabegröße ist ein Soll-Drehmoment.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Vorsteuermodul eingerichtet ist, um die dritte Vorgabegröße zu berechnen, indem die Soll-Generatorleistungsgröße durch die erfasste Generatorfrequenz dividiert wird, wobei der so erhaltene Quotient mit einem vorbestimmten, konstanten Vorfaktor multipliziert wird. Dies stellt eine ebenso einfache wie vorteilhafte Art der Berechnung der dritten Vorgabegröße dar. Der vorbestimmte, konstante Vorfaktor berücksichtigt vorzugsweise für die Berechnung notwendige oder vorteilhafte Konstanten, insbesondere Naturkonstanten. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Vorfaktor so gewählt, dass eine dimensionslose Darstellung der Berechnung bei Angabe der Eingangsgrößen in vorbestimmten Einheiten möglich ist.
Insbesondere ist das Vorsteuermodul bevorzugt eingerichtet, um die dritte Vorgabegröße gemäß folgender Gleichung zu berechnen:
Mit der Soll-Generatorleistungsgröße , der erfassten Generatorfrequenz fG, und dem vorbestimmten, konstanten Vorfaktor F.
Für den Fall, dass die Soll-Generatorleistungsgröße gleich der Soll-Generatorleistung Psoll ist, kann Gleichung (1) insbesondere ausgehend von folgendem Zusammenhang zwischen der Soll-Generatorleistung Psoll und dem Soll-Drehmoment als der dritten Vorgabegröße hergeleitet werden: mit der Kreisfrequenz ω .
Gleichung (2) lässt sich wegen ω = 2πn, (3) mit der Drehzahl n, und n = 30fG (4) umformulieren zu Gleichung (1), wobei der Vorfaktor F bei dimensionsloser Schreibweise und Angabe der dritten Vorgabegröße in Nm, der Drehzahl in min-1, der Generatorfrequenz und der Kreisfrequenz in Hz, und der Soll-Generatorleistung in kW folgenden Wert annimmt:
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung als Steuereinrichtung zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar, wobei es insbesondere keiner zusätzlichen Steuereinrichtung über die ohnehin vorhandene Steuereinrichtung hinaus bedarf. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Funktionalität der Regeleinrichtung in Form eines Computerprogrammprodukts, das heißt insbesondere softwaretechnisch, in die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine implementiert. Somit kann in besonders einfacher Weise eine vorhandene Steuereinrichtung mit der Funktionalität gemäß der hier vorliegenden technischen Lehre nachgerüstet werden. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt ein Motorregler der Brennkraftmaschine. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Der Motorregler oder die ECU ist bevorzugt eingerichtet, um anhand des Soll-Drehmoments wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der Brennkraftmaschine zu berechnen.
Ist die Regeleinrichtung als Steuereinrichtung, insbesondere Motorregler, ausgebildet und zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine eingerichtet, ist es möglich, dass eine Drehzahlregelung der Steuereinrichtung aktiv ist und insbesondere zur Berechnung einer Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der zur Einbringung von Brennstoff in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, insbesondere abhängig von dem als Gesamt-Vorgabegröße berechneten Gesamt- Sollmoment, verwendet wird. Es ist aber auch möglich, dass die Bestromungsdauer aus dem Gesamt- Sollmoment unter Umgehung eines Drehzahlreglers oder ohne Verwendung eines Drehzahlreglers berechnet wird. Die Regeleinrichtung ist bei dieser Ausgestaltung insbesondere eingerichtet, um die Gesamt-Vorgabegröße in eine Ansteuergröße, nämlich die Bestromungsdauer, umzurechnen. Die Bestromungsdauer ist die Ansteuergröße, die dann von der Regeleinrichtung zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine ausgegeben wird.
Alternativ ist die Regeleinrichtung bevorzugt als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler, insbesondere mit Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Regeleinrichtung weist in diesem Fall bevorzugt eine Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine auf. Dies stellt eine besonders flexible Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar. Insbesondere kann die Regeleinrichtung ohne weiteres mit einer Vielzahl verschiedener existierender Leistungsanordnungen verwendet werden, insbesondere indem sie jeweils einer dort vorgesehenen Steuereinrichtung vorgeschaltet und über die Schnittstelle mit dieser verbunden wird. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um die Gesamt-Vorgabegröße auszugeben, insbesondere an die Steuereinrichtung auszugeben, das heißt um der Steuereinrichtung die Gesamt- Vorgabegröße über die Schnittstelle zu übermitteln. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um anhand der Gesamt- Vorgabegröße wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil zu berechnen. Unter einem Generatorregler wird insbesondere ein von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine separates, das heißt insbesondere externes Steuergerät verstanden, welches eingerichtet ist, den Generator zu regeln, insbesondere die Gesamt-Vorgabegröße als Stellgröße an die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine zu übermitteln. Insbesondere ist ein Generatorregler selbst kein Steuergerät für die Brennkraftmaschine, insbesondere keine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Insbesondere ist der Generatorregler zusätzlich zu der Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine, das heißt zusätzlich zu dem Steuergerät, vorgesehen. Dass der Generatorregler bevorzugt übergeordnet ist, bedeutet, dass er bevorzugt der Steuereinrichtung vorgeschaltet ist.
Wird die als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete Regeleinrichtung in Kombination mit einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine verwendet, wird die Steuereinrichtung bevorzugt mit deaktivierter Drehzahlregelung oder ohne Drehzahlregelung betrieben. In bevorzugter Ausgestaltung ist in der Steuereinrichtung allerdings ein Leerlauf- Enddrehzahlregler aktiviert. Bei aktivem Leerlauf-Enddrehzahlregler wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine geregelt, wenn eine untere Grenzdrehzahl unterschritten oder eine obere Grenzdrehzahl überschritten wird. Zwischen der unteren Grenzdrehzahl und der oberen
Grenzdrehzahl entspricht das in der Steuereinrichtung verwendete Sollmoment dem von dem Generatorregler vorgegebenen und über die Schnittstelle übermittelten Gesamt-Sollmoment. Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung eine Momentenvorgabe der Steuereinrichtung aktiviert.
Ein geeigneter Leerlauf-Enddrehzahlregler ist insbesondere in DE 102 48 633 B4 offenbart.
In einer Ausführungsform ist die als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete Regeleinrichtung eingerichtet, um ein maximales Sollmoment von der Steuereinrichtung zu empfangen. Insbesondere ist die Schnittstelle der Regeleinrichtung zu der Steuereinrichtung eingerichtet, um das maximale Sollmoment von der Steuereinrichtung zu empfangen.
Die Regeleinrichtung ist - unabhängig von ihrer Ausgestaltung als Steuereinrichtung oder als insbesondere übergeordneter Generatorregler - bevorzugt eingerichtet, um zumindest eine Vorgabegröße, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Vorgabegröße, der zweiten Vorgabegröße, der dritten Vorgabegröße, und der Gesamt- Vorgabegröße, auf ein maximales Sollmoment, insbesondere das von der Steuereinrichtung empfangene maximale Sollmoment oder ein von der Regeleinrichtung selbst ermitteltes maximales Sollmoment zu begrenzen. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um zumindest eine Vorgabegröße, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Vorgabegröße, der zweiten Vorgabegröße, und der dritten Vorgabegröße, auf das maximale Sollmoment zu begrenzen. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um zumindest eine Vorgabegröße, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Vorgabegröße und der zweiten Vorgabegröße, auf das maximale Sollmoment zu begrenzen. Bevorzugt ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die erste Vorgabegröße, die zweite Vorgabegröße und die Gesamt-Vorgabegröße auf das maximale Sollmoment, insbesondere auf dasselbe maximale Sollmoment, zu begrenzen. Bevorzugt ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die erste Vorgabegröße und die zweite Vorgabegröße auf das maximale Sollmoment, insbesondere auf dasselbe maximale Sollmoment, zu begrenzen. Bevorzugt ist der Leistungsregler eingerichtet, um die erste Vorgabegröße auf das maximale Sollmoment zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich ist der Frequenzregler eingerichtet, um die zweite Vorgabegröße auf das maximale Sollmoment zu begrenzen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Leistungsregler eingerichtet, um seinen Integralanteil auf das maximale Sollmoment zu begrenzen. Insbesondere ist der Leistungsregler eingerichtet, um seinen Integralanteil und die erste Vorgabegröße auf das maximale Sollmoment, insbesondere auf dasselbe maximale Sollmoment, zu begrenzen. Insbesondere werden dabei der Integralanteil einerseits sowie die erste Vorgabegröße andererseits separat auf das maximale Sollmoment begrenzt. Insbesondere ist der Leistungsregler bevorzugt eingerichtet, um seinen Integralanteil und die erste Vorgabegröße auf dasselbe maximale Sollmoment zu begrenzen, auf welches zugleich auch die Gesamt- Vorgabegröße begrenzt wird. Insbesondere werden also der Reglerausgang des Leistungsreglers und dessen Integralanteil auf denselben Wert begrenzt.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Frequenzregler eingerichtet, um seinen Integralanteil auf das maximale Sollmoment zu begrenzen. Insbesondere ist der Frequenzregler eingerichtet, um seinen Integralanteil und die zweite Vorgabegröße auf das maximale Sollmoment, insbesondere auf dasselbe maximale Sollmoment, zu begrenzen. Insbesondere werden dabei der Integralanteil einerseits sowie die zweite Vorgabegröße andererseits separat auf das maximale Sollmoment begrenzt. Insbesondere ist der Frequenzregler bevorzugt eingerichtet, um seinen Integralanteil und die zweite Vorgabegröße auf dasselbe maximale Sollmoment zu begrenzen, auf welches zugleich auch die Gesamt- Vorgabegröße begrenzt wird. Insbesondere werden also der Reglerausgang des Frequenzreglers und dessen Integralanteil auf denselben Wert begrenzt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Leistungsregler eingerichtet ist, um aus der Soll-Generatorleistung mittels eines ein differenzielles - oder differenzierendes - Übertragungsverhalten aufweisenden ersten Rechenglieds einen ersten Vorgabegrößen- Zusatzterm zu berechnen, und den ersten Vorgabegrößen-Zusatzterm mit einer durch den Leistungsregler - insbesondere abhängig von der Leistungs-Regelabweichung - berechneten ersten Vorläufer- Vorgabegröße zu verrechnen, um die erste Vorgabegröße zu erhalten. Auf diese Weise kann vorteilhaft das Regelverhalten besonders dynamisch ausgestaltet sein. Insbesondere wird das Lastschaltverhalten einer die Regeleinrichtung aufweisenden Leistungsanordnung verbessert. Insbesondere wird vorteilhaft ein Frequenzeinbruch der Generatorfrequenz im Fall einer Lastaufschaltung reduziert.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das erste Rechenglied ein D-Glied oder ein DT1-Glied.
Gemäß einer Ausführungsform der Regeleinrichtung ist der Leistungsregler eingerichtet, um den ersten Vorgabegrößen-Zusatzterm zu der ersten Vorläufer- Vorgabegröße zu addieren, um die erste Vorgabegröße zu erhalten. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltung der Berechnung der ersten Vorgabegröße unter Berücksichtigung des Vorgabegrößen-Zusatzterms dar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Vorsteuermodul eingerichtet ist, um aus der Soll-Generatorleistungsgröße und der erfassten Generatorfrequenz eine zweite Vorläufer- Vorgabegröße, insbesondere als statische dritte Vorgabegröße, zu berechnen, und um die dritte Vorgabegröße aus der zweiten Vorläufer-Vorgabegröße, das heißt insbesondere aus der statischen dritten Vorgabegröße, mittels eines ein proportionales und ein differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden zweiten Rechenglieds zu berechnen, wobei die dritte Vorgabegröße insbesondere als dynamische dritte Vorgabegröße berechnet wird. Auch auf diese Weise ist die Regelung sehr dynamisch ausgestaltet und das Lastschaltverhalten verbessert. Die zweite Vorläufer-Vorgabegröße wird vorzugsweise nach Gleichung (1) berechnet und resultiert hieraus insbesondere als statisches Soll-Drehmoment, wobei die dritte Vorgabegröße daraus dann durch das zweite Rechenglied als dynamisches Soll-Drehmoment berechnet wird.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das zweite Rechenglied ein PD-Glied oder ein (PD)T1-Glied.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Vorsteuermodul eingerichtet ist, um die Soll-Generatorleistungsgröße aus der Soll-Generatorleistung, als einer statischen Soll- Generatorleistung, mittels eines ein proportionales und differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden dritten Rechenglieds zu berechnen. Die Soll-Generatorleistungsgröße ist dann in bevorzugter Ausgestaltung insbesondere eine dynamische Soll-Generatorleistung. Auch auf diese Weise ist die Regelung sehr dynamisch ausgestaltet und das Lastschaltverhalten verbessert. Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass die dynamische Verstärkung der - statischen - Soll-Generatorleistung unabhängig vom Verhalten der erfassten Generatorfrequenz ist. Somit kann sich eine zur Änderung der Soll-Generatorleistung im Moment des Lastschaltens gegenläufige Änderung der erfassten Generatorfrequenz nicht negativ auf das Lastschaltverhalten auswirken.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das dritte Rechenglied ein PD-Glied oder ein (PD)T1-Glied.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Regel anordnung zur Regelung einer eine
Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete, erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete Regeleinrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist, wobei die Regel anordnung eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine aufweist, und wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die Gesamt- Vorgabegröße an die Steuereinrichtung zu übergeben. In Zusammenhang mit der Regel anordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung erläutert wurden. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt mit deaktivierter Drehzahlregelung oder ohne Drehzahlregelung betreibbar, oder er weist keine Drehzahlregelung auf. Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung einen Leerlauf-Enddrehzahlregler auf. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung mit Momentenvorgabe betreibbar. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um ein maximales Sollmoment zu ermitteln, insbesondere zu berechnen, und um das maximale Sollmoment auszugeben, insbesondere um das maximale Sollmoment an die Regeleinrichtung zu übermitteln. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um das maximale Sollmoment in Abhängigkeit von wenigstens einer motorischen Größe der Brennkraftmaschine, insbesondere einer momentanen Drehzahl oder einem momentanen Ladedruck, zu berechnen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine
Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Die Leistungsanordnung weist außerdem eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf, oder die Leistungsanordnung weist eine erfindungsgemäße Regelanordnung oder eine Regel anordnung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. Die Regeleinrichtung oder die Regel anordnung ist mit der Brennkraftmaschine und dem Generator der Leistungsanordnung wirkverbunden. In Zusammenhang mit der Leistungsanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung und der Regel anordnung erläutert wurden.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zur Regelung einer Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist, wobei eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße erfasst wird, wobei eine Leistungs-Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll-Generatorleistung ermittelt wird, und wobei eine erste Vorgabegröße in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung bestimmt wird. Es wird außerdem eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße erfasst, wobei eine Frequenz-Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll- Generatorfrequenz ermittelt wird, und wobei eine zweite Vorgabegröße in Abhängigkeit von der Frequenz -Regelabweichung bestimmt wird. Außerdem wird eine dritte Vorgabegröße - insbesondere als Vor Steuergröße für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine - bestimmt. Die erste Vorgabegröße, die zweite Vorgabegröße und die dritte Vorgabegröße werden miteinander zu einer Gesamt-Vorgabegröße kombiniert, insbesondere verrechnet, und die Gesamt- Vorgabegröße wird - insbesondere als Stellgröße - für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine mit der Gesamt-Vorgabegröße angesteuert. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regel anordnung und der Leistungsanordnung erläutert wurden. Vorzugsweise umfasst das Verfahren zumindest einen Verfahrensschritt, der explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regelanordnung, und/oder der Leistungsanordnung erläutert wurde.
Vorzugsweise werden die erste Vorgabegröße, die zweite Vorgabegröße und die dritte Vorgabegröße miteinander zu der Gesamt-Vorgabegröße addiert.
Vorzugsweise wird die dritte Vorgabegröße anhand der Soll-Generatorleistungsgröße bestimmt.
Vorzugsweise wird die dritte Vorgabegröße anhand der Soll-Generatorleistungsgröße und der erfassten Generatorfrequenz bestimmt.
Vorzugsweise wird als die erste Vorgabegröße, als die zweite Vorgabegröße und als die dritte Vorgabegröße jeweils ein Soll-Drehmoment bestimmt.
Vorzugsweise wird als die erste Vorgabegröße ein Leistungs-Sollmoment in Abhängigkeit von der Leistung-Regelabweichung bestimmt; als die zweite Vorgabegröße wird ein Frequenz- Sollmoment in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung bestimmt, und als die dritte Vorgabegröße wird ein Vorsteuer-Sollmoment bestimmt. Das Leistungs-Sollmoment, das Frequenz- Sollmoment und das Vorsteuer-Sollmoment werden miteinander zu einem Gesamt- Sollmoment als der Gesamt-Vorgabegröße kombiniert, insbesondere addiert.
Vorzugsweise wird die dritte Vorgabegröße berechnet, indem die Soll-Generatorleistungsgröße durch die erfasste Generatorfrequenz dividiert wird, wobei der so erhaltene Quotient mit einem vorbestimmten, konstanten Vorfaktor multipliziert wird. Insbesondere wird die dritte Vorgabegröße nach Gleichung (1) berechnet.
Vorzugsweise wird aus der Soll-Generatorleistung mittels eines ein differenzielles
Übertragungsverhalten aufweisenden ersten Rechenglieds ein erster Vorgabegrößen-Zusatzterm berechnet, und der erste Vorgabegrößen-Zusatzterm wird mit einer anhand der Leistungs- Regelabweichung berechneten ersten Vorläufer- Vorgabegröße verrechnet, insbesondere zu der ersten Vorläufer- Vorgabegröße addiert, wodurch die erste Vorgabegröße erhalten wird.
Vorzugsweise wird aus der Soll-Generatorleistungsgröße und der erfassten Generatorfrequenz eine zweite Vorläufer-Vorgabegröße berechnet, und die dritte Vorgabegröße wird aus der zweiten Vorläufer- Vorgabegröße mittels eines ein proportionales und differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden zweiten Rechenglieds berechnet.
Vorzugsweise wird die Soll -Generatorleistungsgröße aus der Soll-Generatorleistung mittels eines ein proportionales und differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden dritten Rechenglieds berechnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem Ausführungsbeispiel einer Regel anordnung und einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
Figur 3 eine schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung;
Figur 4 eine schematische Detaildarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung;
Figur 5 eine schematische Detaildarstellung der Regeleinrichtung;
Figur 6 eine schematische Detaildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
Figur 8 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem fünften Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung, und Figur 9 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise eines Verfahrens zur Regelung einer Leistungsanordnung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regel anordnung 13 und einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3. Die Leistungsanordnung 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel Teil eines übergeordneten Verbundes einer Mehrzahl von Leistungsanordnungen, von denen nur die eine, hier näher betrachtete Leistungsanordnung 1 dargestellt ist. Insbesondere ist die Leistungsanordnung 1 mit einem Stromnetz 4, hier konkret mit einer Sammelschiene 6, elektrisch verbunden. Die Leistungsanordnung 1 kann insbesondere im Inselparallelbetrieb oder im Netzparallelbetrieb betrieben sein; insbesondere kann es sich bei dem Stromnetz 4 um ein lokales Stromnetz, insbesondere um ein Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Schifffahrzeugs, oder um ein überregionales Stromnetz handeln. Dem Stromnetz 4 ist ein externes Steuergerät 8 zugeordnet, welches eine an der Sammelschiene 6 angeforderte Gesamtleistung PSchiene, die auch als Gesamtlast bezeichnet wird, auf die einzelnen Leistungsanordnungen 1 aufteilt, insbesondere indem für jede Leistungsanordnung 1 eine separate Soll-Generatorleistung - usw., berechnet wird. Eine der hier konkret dargestellten Leistungsanordnung 1 zugeordnete erste Soll-Generatorleistung wird im Folgenden der einfacheren Darstellung wegen kurz als Soll -Generatorlei stung Psoll bezeichnet.
Die Leistungsanordnung 1 kann aber auch in Alleinstellung betrieben werden.
Auch ist es möglich, dass die Leistungsverteilung nicht in einem externen Steuergerät 8 durchgeführt wird, sondern in der Regeleinrichtung 3 selbst, insbesondere in einer Master- Regeleinrichtung einer der Leistungsanordnungen 1, wobei dann die anderen Regeleinrichtungen 3 der anderen Leistungsanordnungen 1 bevorzugt als Slave-Regeleinrichtungen betrieben werden, die ihre jeweilige Soll-Generatorleistung von der Master-Regeleinrichtung erhalten.
Die Leistungsanordnung 1 weist eine Brennkraftmaschine 5 und einen mit der Brennkraftmaschine 5 über eine schematisch dargestellte Welle 7 antriebswirkverbundenen Generator 9 auf. Die Regeleinrichtung 3 ist einerseits mit der Brennkraftmaschine 5 und andererseits mit dem Generator 9 wirkverbunden. Insbesondere ist der Generator 9 mit der
Sammelschiene 6 in hier nicht explizit dargestellter Weise elektrisch verbunden. Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 - vergleiche auch die Figuren 3 und 4 - eingerichtet zur Regelung der Leistungsanordnung 1, wobei sie einen Leistungsregler 14 aufweist, der eingerichtet ist, um eine Generatorleistung PG des Generators 9 als eine erste Regelgröße zu erfassen, um eine Leistungs-Regelabweichung eP als Differenz der erfassten Generatorleistung PG zu der Soll-Generatorleistung Psoll zu ermitteln, und um eine erste Vorgabegröße 16 als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Leistungs- Regelabweichung eP zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 weist außerdem einen Frequenzregler 18 auf, der eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz fG des Generators 9 als eine zweite Regelgröße zu erfassen, eine Frequenz-Regelabweichung ef als Differenz der erfassten Generatorfrequenz fG zu einer Soll -Generatorfrequenz fsoll zu ermitteln, und um eine zweite Vorgabegröße 20 als Stellgröße für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung ef zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 weist außerdem ein Vor Steuermodul 22 auf, das eingerichtet ist, um eine dritte Vorgabegröße 24 insbesondere als Vorsteuergröße für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 ist eingerichtet, um die erste Vorgabegröße 16, die zweite Vorgabegröße 20 und die dritte Vorgabegröße 24 miteinander zu einer Gesamt-Vorgabegröße 26 zu kombinieren, insbesondere zu verrechnen, und um die Gesamt-Vorgabegröße 26 als Stellgröße für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 zu verwenden, insbesondere auszugeben. Insbesondere werden die erste Vorgabegröße 16, die zweite Vorgabegröße 20 und die dritte Vorgabegröße 24 miteinander addiert, wodurch die Gesamt-Vorgabegröße 26 erhalten wird.
Die Regeleinrichtung 3 ermöglicht ein dynamisches Lastschaltverhalten sowie zugleich eine robuste Regelung sowohl der Generatorfrequenz als auch der Generatorleistung. Dabei wird die Dynamik durch das Vorsteuermodul 22 bereitgestellt, während die erste Vorgabegröße 16 und die zweite Vorgabegröße 20 korrigierend hinzukommen, um eine stabile Regelung zu gewährleisten.
Die Gesamt-Vorgabegröße 26 ist bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel insbesondere ein Soll-Drehmoment Mso//, das auch als Gesamt- Sollmoment bezeichnet wird. Entsprechend ist bevorzugt auch jede der ersten, zweiten und dritten Vorgabegrößen 16, 20, 24 ein Drehmoment. Die Regeleinrichtung 3 ist gemäß dem hier dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel als Generatorregler 12 ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine 5 derart wirkverbunden, dass die Gesamt-Vorgabegröße 26 von der Regeleinrichtung 3 an die Steuereinrichtung 11 übermittelt werden kann. Dies ermöglicht zugleich eine besonders robuste Regelung und eine vielfältige Einsetzbarkeit der Regeleinrichtung 3, insbesondere mit einer Vielzahl von Leistungsanordnungen 1.
Die Regeleinrichtung 3 und die Steuereinrichtung 11 bilden gemeinsam die Regel anordnung 13 zur Regelung der Leistungsanordnung 1. Die Steuereinrichtung 11 ist bevorzugt als Motorregler 15, insbesondere als Engine Control Unit (ECU) ausgebildet.
Aus dem Soll-Drehmoment Mso// berechnet die Steuereinrichtung 11 - vorzugsweise in Abhängigkeit von weiteren motorischen Größen, insbesondere einer erfassten Drehzahl nist - eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung von Brennstoffeinbringventilen der Brennkraftmaschine 5.
Bevorzugt ist ein Drehzahlregler der Steuereinrichtung 11 deaktiviert. Vorzugsweise ist ein Leerlauf-Enddrehzahlregler der Steuereinrichtung 11 aktiviert. Durch diesen wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 5 geregelt, wenn durch die erfasste Drehzahl nist eine untere Drehzahlgrenze nLeer unter- bzw. eine obere Drehzahlgrenze nEnd überschritten wird. Zwischen diesen Drehzahlgrenzen ist ein in der Steuereinrichtung 11 berechnetes Sollmoment gleich dem von der Regeleinrichtung 3 vorgegebenen Soll -Drehmoment Mso//. Insbesondere ist dabei in der Steuereinrichtung 11 eine Momentenvorgabe aktiviert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer
Leistungsanordnung 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 3 selbst als Steuereinrichtung 11, insbesondere Motorregler 15, zur direkten, insbesondere unmittelbaren Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 ausgebildet. Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet, um mittels eines Berechnungsglieds 28 aus der intern durch die Regeleinrichtung 3 berechneten Gesamt-Vorgabegröße 26, insbesondere dem Soll -Drehmom ent Mso//, eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung der Injektoren der Brennkraftmaschine 5 zu berechnen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1. Die Regeleinrichtung 3 ist bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Leistung Plst des Generators 9 in einem Leistungsfilter 19 zu filtern, und die gefilterte Ist- Leistung Plst als die erfasste Generatorleistung PG zu verwenden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Leistungsfilter 19 ein PT1-Filter oder ein Mittelwertfilter.
Die Regeleinrichtung 3 ist außerdem bevorzugt eingerichtet, um eine momentane Ist-Frequenz fist des Generators 9 in einem Frequenzfilter 21 zu filtern, und die gefilterte Ist-Frequenz fist als die erfasste Generatorfrequenz fG zu verwenden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Frequenzfilter 21 ein PT1-Filter oder ein Mittelwertfilter. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Frequenzfilter 21 zugleich eingerichtet, um die momentane Ist-Frequenz fist oder die gefilterte Ist-Frequenz fist nach unten insbesondere auf eine vorbestimmte Minimalfrequenz zu begrenzen. Die Begrenzung der Generatorfrequenz kann aber auch an anderer Stelle in der Regeleinrichtung 3 erfolgen. Insbesondere ist es möglich, dass nur für das Vorsteuermodul 22 oder in dem Vorsteuermodul 22 eine entsprechende Begrenzung durchgeführt wird.
Das Vorsteuermodul 22 ist insbesondere eingerichtet, um die dritte Vorgabegröße 24 anhand von Gleichung (1) zu berechnen (hier mit ).
Die Regeleinrichtung 3 ist insbesondere eingerichtet, um die erste Vorgabegröße 16, die zweite Vorgabegröße 20 und die dritte Vorgabegröße 24 zu der Gesamt-Vorgabegröße 26 zu addieren.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 3 als übergeordneter Generatorregler 12 ausgebildet. Die als Motorregler 15 ausgebildete Steuereinrichtung 11 ist eingerichtet, um ein maximales Sollmoment zu ermitteln, insbesondere zu berechnen, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einer motorischen Größe der Brennkraftmaschine 5, insbesondere von deren momentaner Drehzahl sowie dem momentanen Ladeluftdruck, und um das maximale Sollmoment an die Regeleinrichtung 3 zu übertragen. Die Regeleinrichtung 3 ist insbesondere eingerichtet, um das maximale Sollmoment von der Steuereinrichtung 11 zu empfangen. Der Leistungsregler 14 ist eingerichtet, um die erste Vorgabegröße 16 sowie vorzugsweise seinen Integralanteil auf das maximale Sollmoment zu begrenzen. Der Frequenzregler 18 ist bevorzugt eingerichtet, um die zweite Vorgabegröße 20 vorzugsweise seinen Integralanteil auf das maximale Sollmoment zu begrenzen.
Die Regeleinrichtung 3 ist insbesondere eingerichtet, um als die erste Vorgabegröße 16, die zweite Vorgabegröße 20 und die dritte Vorgabegröße 24 jeweils ein Soll-Drehmoment zu bestimmen.
Insbesondere ist der Leistungsregler 14 eingerichtet, um in Abhängigkeit von der Leistungs- Regelabweichung eP ein Leistungs- Sollmoment als die erste Vorgabegröße 16 zu bestimmen. Der Frequenzregler 18 ist eingerichtet, um in Abhängigkeit von der Frequenz- Regelabweichung ef ein Frequenz- Sollmoment als die zweite Vorgabegröße 20 zu bestimmen. Das Vorsteuermodul 22 ist eingerichtet, um das Vorsteuer-Sollmoment als die dritte Vorgabegröße 24 zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 ist eingerichtet, um das
Lei stungs- Sollmoment , das Frequenz- Sollmoment und das Vorsteuer-Sollmoment miteinander zu dem Gesamt- Sollmoment Mso// als der Gesamt- Vorgabegröße 26 zu kombinieren, insbesondere zu addieren.
Fig. 4 zeigt eine schematische Detaildarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1. Die Funktionsweise der bei diesem Ausführungsbeispiel als Motorregler 15 ausgebildeten Regeleinrichtung 3 ist gleich der in Zusammenhang mit Figur 3 erläuterten Funktionsweise der Regeleinrichtung 3, wobei allerdings die Bestromungsdauer BD direkt in der Regeleinrichtung 3 aus dem Soll-Drehmoment Mso//, das heißt aus der Gesamt-Vorgabegröße 26, mittels eines Berechnungsglieds 28 berechnet wird. Außerdem steht hier das maximale Sollmoment unmittelbar in der Regeleinrichtung 3 zur Verfügung beziehungsweise wird durch diese selbst berechnet.
Fig. 5 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Regeleinrichtung 3. Dabei ist insbesondere die Funktionsweise des Leistungsreglers 14, des Frequenzreglers 18 und des Vorsteuermoduls 22 dargestellt. Die Funktionsweise ist in zeitdiskreter Darstellung dargestellt, wobei die Abtastschritte durch einen Laufindex bezeichnet sind. Der mit k angegebene Indexwert des Laufindex entspricht einem momentanen Abtastschritt. Der mit k-l angegebene Indexwert bezeichnet entsprechend den Abtastschritt unmittelbar vor dem mit k bezeichneten Abtastschritt.
Die Regelalgorithmen für den Leistungsregler 14 und den Frequenzregler 18 sind als PI-Regler ausgeführt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass zumindest einer der Regler, ausgewählt aus dem Leistungsregler 14 und dem Frequenzregler 18, als PID-Regler oder als PI(DT1)-Regler ausgeführt ist.
Der Leistungsregler 14 berechnet aus der Soll-Generatorleistung Psoll(k) und der erfassten Generatorleistung PG(k) in dem aktuellen Abtastschritt k die Leistungs-Regelabweichung eP(k), und aus dieser einen Leistungs-Proportionalanteil indem die Leistungs-
Regelabweichung eP(k) mit einer ersten Leistungs-Konstante multipliziert wird. Die erste Leistungs-Konstante f ist vorzugsweise gleich einem bevorzugt parametrierbaren, das heißt vorgebbaren Leistungs-Proportionalbeiwert . Der Leistungsregler 14 berechnet außerdem einen Leistungs-Integralanteil unter Anwendung der Trapezregel für die Integration, indem die Leistungs-Regelabweichung eP(k) des aktuellen Abtastschritts k mit der Leistungs- Regelabweichung eP(k-l) des vorhergehenden Abtastschritts k-1 addiert wird, wobei die so gebildete Summe mit einer zweiten Leistungs-Konstante multipliziert wird, wobei das so gebildete Produkt zu dem um einen Abtastschritt τa verzögerten, vorhergehenden Leistungs- Integralanteil M addiert wird, und wobei die wiederum derart gebildete Summe nach oben auf das maximale Sollmoment begrenzt wird. Der so berechnete Leistungs- Integralanteil M wird zu dem Leistungs-Proportionalanteil addiert, wobei die derart gebildete Summe wiederum nach oben auf das maximale Sollmoment begrenzt wird. Auf diese Weise resultiert die erste Vorgabegröße 16, hier das Soll-Drehmoment des Leistungsreglers 14.
Die zweite Leistungs-Konstante ist vorzugsweise gegeben durch: mit dem parametrierbaren Leistungs-Proportionalbeiwert , der zeitlichen Breite τa eines Abtastschritts, und der parametrierbaren Nachstellzeit τN.
Der Frequenzregler 18 berechnet aus der Soll-Generatorfrequenz fsoll(k) und der erfassten Generatorfrequenz fG(k) in dem aktuellen Abtastschritt k die Frequenz-Regelabweichung ef(k), und aus dieser einen Frequenz-Proportionalanteil indem die Frequenz-
Regelabweichung ef(k) mit einer ersten Frequenz-Konstante multipliziert wird. Die erste Frequenz-Konstante ist vorzugsweise gleich einem bevorzugt parametrierbaren, das heißt vorgebbaren Frequenz -Proportionalbeiwert . Der Frequenzregler 18 berechnet außerdem einen Frequenz-Integralanteil unter Anwendung der Trapezregel für die Integration, indem die Frequenz-Regelabweichung ef(k) des aktuellen Abtastschritts k mit der Frequenz- Regelabweichung ef(k-l) des vorhergehenden Abtastschritts k-1 addiert wird, wobei die so gebildete Summe mit einer zweiten Frequenz-Konstante multipliziert wird, wobei das so gebildete Produkt zu dem um einen Abtastschritt τa verzögerten, vorhergehenden Frequenz- Integralanteil addiert wird, und wobei die wiederum derart gebildete Summe nach oben auf das maximale Sollmoment begrenzt wird. Der Frequenzregler 18 addiert den so berechneten Frequenz-Integralanteil zu dem Frequenz-Proportionalanteil und begrenzt die derart gebildete Summe wiederum nach oben auf das maximale Sollmoment Hieraus resultiert dann die zweite Vorgabegröße 20, hier das Soll-Drehmoment des Frequenzreglers 18.
Die zweite Frequenz-Konstante ist vorzugsweise gegeben durch: mit dem parametrierbaren Frequenz-Proportionalbeiwert , der zeitlichen Breite τa eines Abtastschritts, und der parametrierbaren Nachstellzeit τN. Das Vorsteuermodul 22 ist vorzugsweise eingerichtet, um mittels eines Begrenzungsglieds 30 die erfasste Generatorfrequenz fG(k) auf eine vorbestimmte Minimalfrequenz fmin zu begrenzen, wobei das Begrenzungsglied 30 als begrenzte erfasste Generatorfrequenz fG,b(k) insbesondere das Maximum aus der erfassten Generatorfrequenz fG(k) und der vorbestimmten Minimalfrequenz fmin auswählt und weiterleitet. In einem Kehrwertglied 32 wird dann der Kehrwert der begrenzten erfassten Generatorfrequenz fG,b(k) berechnet, und dieser Kehrwert wird in einem ersten Multiplikationsglied 34 mit einer Soll-Generatorleistungsgröße , bei dem hier dargestellten Ausfuhrungsbeispiel mit der Soll-Generatorleistung Psoll(k), multipliziert. Das so berechnete Produkt wird dann in einem zweiten Multiplikationsglied 36 mit dem vorbestimmten, konstanten Vorfaktor F multipliziert, woraus die dritte Vorgabegröße 24 als Vorsteuer- Sollmoment resultiert. Somit erfolgt die Berechnung der dritten Vorgabegröße 24 im
Wesentlichen nach Gleichung (1), wobei in bevorzugter Ausgestaltung als die erfasste Generatorfrequenz fG(k) die begrenzte erfasste Generatorfrequenz fG,b(k) verwendet wird. Es ist aber auch möglich, dass direkt die erfasste Generatorfrequenz fG(k) verwendet wird. Auch ist es möglich, dass die Begrenzung der Generatorfrequenz nicht in dem Vorsteuermodul 22 erfolgt, wobei dann das Vorsteuermodul 22 die begrenzte erfasste Generatorfrequenz fG,b(k) als Eingangsgröße erhält.
Das Vorsteuermodul 22 ist also insbesondere eingerichtet, um die dritte Vorgabegröße 24 anhand der Soll-Generatorleistungsgröße und der erfassten Generatorfrequenz fG(k) zu bestimmen.
Das Vorsteuermodul 22 ist insbesondere eingerichtet, um die dritte Vorgabegröße 24 zu berechnen, indem die Soll-Generatorleistungsgröße durch die erfasste Generatorfrequenz fG(k) dividiert wird, wobei der so erhaltene Quotient mit dem vorbestimmten, konstanten Vorfaktor F multipliziert wird.
Die Regeleinrichtung 3 ist weiterhin eingerichtet, um die erste Vorgabegröße 16, die zweite Vorgabegröße 20 und die dritte Vorgabegröße 24 zu der Gesamt-Vorgabegröße 26 zu kombinieren, insbesondere zu addieren, das heißt um das Leistungs-Sollmoment , das Frequenz- Sollmoment und das Vorsteuer- Sollmoment zu dem Gesamt-
Sollmoment Msoll(k) zu kombinieren, insbesondere zu addieren. Fig. 6 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 6, 7 und 8 ist die Regeleinrichtung 3 jeweils als Steuereinrichtung 11, insbesondere als Motorregler 15, ausgebildet. Die in diesen Figuren dargestellten Ausgestaltungen der Regeleinrichtung 3 können aber genauso auch bei einem Ausfuhrungsbeispiel der Regeleinrichtung 3 umgesetzt sein, welches als übergeordneter Generatorregler 12 ausgebildet ist. Die technische Lehre der Figuren 6, 7 und 8 ist somit nicht auf die spezifische Ausgestaltung der Regeleinrichtung 3 als Steuereinrichtung 11 oder Motorregler 15 beschränkt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung 3 gemäß Figur 6 ist der Leistungsregler 14 eingerichtet, um aus der Soll-Generatorleistung Psoll mittels eines ein differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden ersten Rechenglieds 38 einen ersten Vorgabegrößen-Zusatzterm 40, insbesondere ein dynamisches Leistungs-Sollmoment zu berechnen, und den ersten Vorgabegrößen-Zusatzterm 40 mit einer durch den Leistungsregler 14 berechneten ersten Vorläufer-Vorgabegröße 42, insbesondere einem statischen Leistungs- Sollmoment zu verrechnen, um die erste Vorgabegröße 16, insbesondere das Leistungs- Sollmoment zu erhalten.
Insbesondere ist die Recheneinrichtung 3 eingerichtet, um den ersten Vorgabegrößen-Zusatzterm 40 zu der Vorläufer-Vorgabegröße 42 zu addieren, um die erste Vorgabegröße 16 zu erhalten. Das erste Rechenglied 38 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein DT1-Glied. Es ist alternativ aber auch möglich, dass das erste Rechenglied 38 bei einem anderen Ausfuhrungsbeispiel als D-Glied ausgebildet ist.
Die Soll-Leistung Psoll wird somit durch das erste Rechenglied 38 verstärkt und - bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel - der Vorläufer-Vorgabegröße 42 additiv überlagert. Die Regeleinrichtung 3 weist auf diese Weise insbesondere ein verbessertes, insbesondere dynamischeres Lastschaltverhalten auf. Die hier dargestellte Ausgestaltung hat insbesondere gegenüber einer Ausgestaltung, bei welcher der Leistungsregler 14 insgesamt eine PI( DT1)-Charakteristik hätte, den Vorteil, dass lediglich die Soll-Leistung Psoll verstärkt wird und nicht die Leistungs-Regelabweichung eP. Würde stattdessen ein Leistungsregler 14 verwendet, der insgesamt eine PI(DT1)-Charakteristik aufweist, hinge die Dynamik der Leistungsregelung von der Auslegung des Leistungsfilters 19 ab. Würde zum Beispiel ein P T1 -Leistungsfilter mit einer kleinen Zeitkonstante T1 gewählt, führte dies in Kombination mit der PI(DT1)-Charakteristik des Leistungsreglers 14 zu einer verzögerten Anpassung an eine sprunghafte Änderung der Soll-Generatorleistung Psoll. Von dieser wird nämlich die erfasste Generatorleistung PG subtrahiert, die sich dann ebenfalls bei Laständerung rasch ändert, insbesondere gespeist aus der Reserve der kinetischen Energie, insbesondere Rotationsenergie, des Systems aus dem Generator 9, der Kupplung 7 und der Brennkraftmaschine 5. Insbesondere folgt die Ist-Generatorleistung Pist einer elektrischen Laständerung quasi instantan. Somit ändern sich die Soll-Generatorleistung Psoll und die erfasste Generatorleistung PG mit derselben Wirkrichtung, sodass die Leistungsänderung in der Leistungs-Regelabweichung eP nur abgeschwächt abgebildet wird. Die sich hieraus ergebende Verzögerung wird vorteilhaft vermieden, wenn - wie in Figur 6 dargestellt - die Soll- Generatorleistung Psoll unmittelbar auf das erste Rechenglied 38 geführt wird.
Das erste Rechenglied 38 hat vorzugsweise die folgende Übertragungsfunktion: mit einem Faktor K1, der Vorhaltzeit TV und der Verzögerungszeit T1. Das erste Rechenglied 38 ist nur instationär oder dynamisch wirksam, das heißt nur im Fall einer Laständerung. Der Vorgabegrößen-Zusatzterm 40 ändert sich bei sprunghafter Laständerung ebenfalls sprunghaft und klingt dann schließlich auf den Wert Null ab. Stationär ist der Vorgabegrößen-Zusatzterm 40 gleich Null. Wie schnell der Vorgabegrößen-Zusatzterm 40 abklingt, hängt von der Auslegung der Verzögerungszeit T1 ab. Der Faktor K1 wird insbesondere verwendet, um die physikalische Einheit der Eingangsgröße, das heißt der Soll-Generatorleistung Psoll, in die physikalische Einheit der Ausgangsgröße, das heißt des Vorgabegrößen-Zusatzterms 40, insbesondere eines Drehmoments, umzurechnen. Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3.
Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung 3 ist das Vorsteuermodul 22 eingerichtet, um aus der Soll-Generatorleistungsgröße , hier der Soll-Generatorleistung Psoll, und der erfassten Generatorfrequenz fG eine zweite Vorläufer-Vorgabegröße 44, insbesondere ein statisches Vorsteuer- Sollmoment zu berechnen, und um die dritte Vorgabegröße
24, nämlich das Vorsteuer- Sollmoment als dynamisches Vorsteuer-Sollmoment aus der zweiten Vorläufer-Vorgabegröße 44 mittels eines ein proportionales und differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden zweiten Rechenglieds 46 zu berechnen.
Das zweite Rechenglied 46 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als (PD)T1-Glied ausgebildet, mit folgender Übertragungsfunktion: mit der Vorhaltzeit TV und der Verzögerungszeit T1. Im stationären Fall für 5 = 0 ist somit das dynamische Vorsteuer-Sollmoment n mit dem statischen Vorsteuer- Sollmoment l identisch. Im dynamischen Fall für s ≠ 0 wird das statische Vorsteuer-Sollmoment mithilfe einer (PD)T1 -Charakteristik verstärkt, die stationär mit der Verzögerungszeit T1 auf die Verstärkung 1 abklingt.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem fünften Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Vorsteuermodul 22 eingerichtet, um die Soll- Generatorleistungsgröße , insbesondere als dynamische Soll-Generatorleistung , aus der Soll-Generatorleistung Psoll mittels eines ein proportionales und differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden dritten Rechenglieds 48 zu berechnen. Das dritte Rechenglied 48 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als (PD)T1-Glied ausgebildet, mit der Übertragungsfunktion gemäß Gleichung (9). Im stationären Fall für 5 = 0 ist somit die Soll-Generatorgröße mit der Soll-Generatorleistung Psoll identisch. Im dynamischen Fall für s ≠ 0 wird die Soll-Generatorleistung Psoll mithilfe einer (PD)T1- Charakteristik verstärkt, die stationär mit der Verzögerungszeit T1 auf die Verstärkung 1 abklingt.
Vorteilhaft werden dabei Änderungen der Soll-Generatorleistung Psoll mithilfe des dritten Rechenglieds 48 verstärkt, und nicht - wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 - Änderungen des Quotienten aus der Soll-Generatorleistung Psoll dividiert durch die erfasste Generatorfrequenz fG. Bei dieser Ausgestaltung gemäß Figur 7 wird die verstärkende Wirkung des (PD)T1-Glieds entweder abgeschwächt oder verstärkt, je nachdem, in welche Richtung sich die erfasste Generatorfrequenz fG im Moment des Lastschaltens bewegt. Die verstärkende Wirkung des (PD)T1-Glieds ist demgegenüber bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 vorteilhaft unabhängig von der erfassten Generatorfrequenz fG.
Fig. 9 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise eines Verfahrens zur Regelung einer Leistungsanordnung 1. Insbesondere sind hier sechs Zeitdiagramme dargestellt.
Ein erstes Zeitdiagramm bei a) zeigt den zeitlichen Verlauf der Soll-Generatorleistung Psoll als durchgezogene Kurve, und den zeitlichen Verlauf der erfassten Generatorleistung PG als gestrichelte Kurve. Zu einem ersten Zeitpunkt t1 steigt die Soll-Generatorleistung Psoll sprunghaft auf einen ersten Leistungswert P1 an und ist anschließend mit diesem Wert identisch. Die - gefilterte - erfasste Generatorleistung PG steigt ab dem ersten Zeitpunkt t1 an und erreicht zu einem dritten Zeitpunkt t3 schließlich die Soll-Generatorleistung Psoll.
Ein drittes Zeitdiagramm bei c) zeigt den zeitlichen Verlauf der ersten Vorgabegröße 16, nämlich des Leistungs-Sollmoments das heißt der Ausgangsgröße des Leistungsreglers 14. Unter der Annahme einer PI-Charakteristik für den Leistungsregler 14 steigt das Leistungs- Sollmoment zu dem ersten Zeitpunkt t1 sprunghaft bis zu einem ersten Leistungs- Drehmomentwert M1 an, der dem Proportionalanteil des Leistungsreglers 14 zu diesem Zeitpunkt entspricht. In der Folge klingt das Leistungs-Sollmoment bis zu dem dritten Zeitpunkt t3 bei vereinfachter Betrachtungsweise auf den Wert 0 Nm ab, da zu diesem Zeitpunkt auch die Leistungs-Regelabweichung ep identisch 0 kW ist und die Gesamt-Vorgabegröße 26 als Stellgröße zum Großteil aus der Vorsteuerung resultiert, sodass auch der Integralanteil des Leistungsreglers 14 nach dem dritten Zeitpunkt t3 näherungsweise identisch 0 kW ist.
Eine viertes Zeitdiagramm bei d) zeigt den zeitlichen Verlauf des Frequenz-Sollmoments in Form einer gestrichelten ersten Kurve Kl für den Fall einer statischen Vorsteuerung, und in Form einer durchgezogenen zweiten Kurve K2 für den Fall einer dynamischen Vorsteuerung.
Ein fünftes Zeitdiagramm bei e) zeigt den zeitlichen Verlauf des statischen Vorsteuer- Sollmoments als durchgezogene Kurve, und den zeitlichen Verlauf des dynamischen
Vorsteuer-Sollmoments als gestrichelte Kurve. Das statische Vorsteuer-Sollmoment springt zu dem ersten Zeitpunkt t1 auf einen zweiten Vorsteuer-Drehmomentwert M2, welcher sich nach Gleichung (1) berechnet; insbesondere gilt:
Die - gefilterte - erfasste Generatorfrequenz fG wird vereinfachungshalber als konstant angenommen, sodass das statische Vorsteuer-Sollmoment in der Folge auf dem konstanten zweiten Vorsteuer-Drehmomentwert M2 verharrt. Das dynamische Vorsteuer- Sollmoment springt zu dem ersten Zeitpunkt t1 auf einen dritten Vorsteuer- Drehmomentwert M3 und klingt dann ab, bis es sich zu einem zweiten Zeitpunkt t2 auf den Wert des statischen Vorsteuer- Sollmoments einschwingt. Der dritte Vorsteuer-
Drehmomentwert M3 sowie die Abklingzeit hängen dabei von der Vorhaltzeit TV sowie der Verzögerungszeit T1 ab.
Ein sechstes Zeitdiagramm bei f) stellt den zeitlichen Verlauf der Gesamt- Vorgabegröße 26, das heißt des Soll-Drehmoments Msoll, dar, nämlich einmal in Form einer durchgezogenen vierten Kurve K4 ohne dynamische Vorsteuerung, das heißt mit statischer Vorsteuerung, und einmal in Form einer gestrichelten dritten Kurve K3 mit dynamischer Vorsteuerung. Im Fall der statischen Vorsteuerung springt die Gesamt-Vorgabegröße 26 zu dem ersten
Zeitpunkt t1 auf einen vierten Vorsteuer-Drehmomentwert M4, für den gilt:
Das Frequenz- Sollmoment ist zu diesem Zeitpunkt noch identisch 0 Nm, da die erfasste Generatorfrequenz fG noch mit der Soll-Generatorfrequenz fsoll identisch ist. In der Folge klingt die Gesamt-Vorgabegröße 26 ab und ist zu einem sechsten Zeitpunkt t6 auf den zweiten Vorsteuer-Drehmomentwert M2 des statischen Vorsteuer-Sollmoments eingeschwungen. Der Einschwingvorgang ist erst dann beendet, wenn auch die Generatorfrequenz eingeschwungen ist. Aus diesem Grund ist die Gesamt-Vorgabegröße 26 zu einem späteren Zeitpunkt als das Lei stungs- Sollmoment eingeschwungen.
Wird eine dynamische Vorsteuerung eingesetzt, so springt die Gesamt-Vorgabegröße 26 zu dem ersten Zeitpunkt t1 auf einen fünften Vorsteuer-Drehmomentwert M5:
In der Folge klingt die Gesamt-Vorgabegröße 26 ab und ist zu einem siebten Zeitpunkt t7 auf den zweiten Vorsteuer-Drehmomentwert M2 des statischen Vorsteuer-Sollmoments eingeschwungen.
Ein zweites Zeitdiagramm bei b) zeigt den zeitlichen Verlauf der momentanen Ist- Generatorfrequenz fist als gestrichelte Kurve für den Fall der statischen Vorsteuerung sowie als durchgezogene Kurve für den Fall der dynamischen Vorsteuerung. Außerdem ist als strichpunktierte, horizontale Linie auch die zum Zweck der Vereinfachung als konstant angenommene Soll-Generatorfrequenz fsoll eingezeichnet.
Im Fall der dynamischen Vorsteuerung bricht die Ist-Generatorfrequenz fist lediglich bis zu einer ersten Frequenz f1, das heißt nur um einen ersten Differenzwert Δf1 ein. Die Ist- Generatorfrequenz fist ist in diesem Fall bereits zu dem sechsten Zeitpunkt t6 auf die Soll- Generatorfrequenz fsoll eingeschwungen. Im Fall der statischen Vorsteuerung bricht die Ist-Generatorfrequenz fist demgegenüber bis auf einen zweiten, tieferen Frequenzwert f2, das heißt um einen zweiten, größeren Differenzwert Δf2 , ein und ist erst zu dem siebten Zeitpunkt t7 auf die Soll-Generatorfrequenz fsoll eingeschwungen.
Das zweite Zeitdiagramm zeigt damit, dass der Einsatz einer dynamischen Vorsteuerung zu einer Verringerung des Frequenzeinbruchs der Generatorfrequenz sowie zu einer Verkürzung der Ausregelzeit führt.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antrieb swirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei
- die Regeleinrichtung (3) einen Leistungsregler (14) aufweist, der eingerichtet ist, um
- eine Generatorleistung (PG) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen,
- eine Leistungs-Regelabweichung ( eP) als Differenz der erfassten Generatorleistung (PG) zu einer Soll-Generatorleistung ( Psoll) zu ermitteln, und
- eine erste Vorgabegröße (16) in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung (eP) zu bestimmen, wobei
- die Regeleinrichtung (3) außerdem einen Frequenzregler (18) aufweist, der eingerichtet ist, um
- eine Generatorfrequenz (fG) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen,
- eine Frequenz-Regelabweichung ( ef) als Differenz der erfassten Generatorfrequenz ( fG) zu einer Soll-Generatorfrequenz (fsoll) zu ermitteln, und
- eine zweite Vorgabegröße (20) in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung (ef) zu bestimmen, wobei
- die Regeleinrichtung (3) außerdem ein Vorsteuermodul (22) aufweist, das eingerichtet ist, um eine dritte Vorgabegröße (24) zu bestimmen, wobei
- die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um die erste Vorgabegröße (16), die zweite Vorgabegröße (20) und die dritte Vorgabegröße (24) miteinander zu einer Gesamt- Vorgabegröße (26) zu kombinieren, und um
- die Gesamt-Vorgabegröße (26) für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) zu verwenden.
2. Regeleinrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um die erste Vorgabegröße (16), die zweite Vorgabegröße (20) und die dritte Vorgabegröße (24) miteinander zu der Gesamt- Vorgabegröße (26) zu addieren.
3. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Vorsteuermodul (22) eingerichtet ist, um die dritte Vorgabegröße (24) anhand einer Soll- Generatorleistungsgröße und vorzugsweise der erfassten Generatorfrequenz ( fG), zu bestimmen.
4. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um als erste Vorgabegröße (16), zweite Vorgabegröße (20) und als dritte Vorgabegröße (24) jeweils ein Soll-Drehmoment zu bestimmen.
5. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungsregler (14) eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung (eP) ein Leistungs- Sollmoment als die erste Vorgabegröße (16) zu bestimmen, wobei der Frequenzregler (18) eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung (ef ) ein Frequenz- Sollmoment als die zweite Vorgabegröße (20) zu bestimmen, und wobei das Vorsteuermodul (22) eingerichtet ist, um ein Vorsteuer-Sollmoment als die dritte Vorgabegröße (24) zu bestimmen, und wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um das Lei stungs- Sollmoment , das Frequenz-Sollmoment und das Vorsteuer- Sollmoment miteinander zu einem Gesamt-Sollmoment ( Msoll) als der Gesamt- Vorgabegröße (26) zu kombinieren.
6. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorsteuermodul (22) eingerichtet ist, um die dritte Vorgabegröße (24) zu berechnen, indem die Soll-Generatorleistungsgröße durch die erfasste Generatorfrequenz (fG) dividiert wird, wobei der so erhaltene Quotient mit einem vorbestimmten, konstanten Vorfaktor (F) multipliziert wird.
7. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Regeleinrichtung (3)
- als Steuereinrichtung (11) zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5), oder
- als Generatorregler (12), insbesondere mit Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung (11) der Brennkraftmaschine (5), ausgebildet ist.
8. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungsregler (14) eingerichtet ist, um aus der Soll-Generatorleistung (Psoll) mittels eines ein differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden ersten Rechenglieds (38) einen ersten Vorgabegrößen- Zusatzterm (40) zu berechnen, und den ersten Vorgabegrößen-Zusatzterm (40) mit einer durch den Leistungsregler (14) berechneten ersten Vorläufer-Vorgabegröße (42) zu verrechnen, insbesondere zu der ersten Vorläufer-Vorgabegröße (42) zu addieren, um die erste Vorgabegröße (16) zu erhalten.
9. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorsteuermodul (22) eingerichtet ist, um aus der Soll-Generatorleistungsgröße und der erfassten Generatorfrequenz (fG) eine zweite Vorläufer-Vorgabegröße (44) zu berechnen, und um die dritte Vorgabegröße (24) aus der zweiten Vorläufer-Vorgabegröße (44) mittels eines ein proportionales und differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden zweiten Rechenglieds (46) zu berechnen.
10. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorsteuermodul (22) eingerichtet ist, um die Soll-Generatorleistungsgröße aus der Soll- Generatorleistung ( Psoll) mittels eines ein proportionales und differenzielles Übertragungsverhalten aufweisenden dritten Rechenglieds (48) zu berechnen.
11. Regelanordnung (13) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antrieb swirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), mit einer als Generatorregler (12) ausgebildeten Regeleinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Regelanordnung (13) eine mit der Regeleinrichtung (3) wirkverbundene Steuereinrichtung (11) zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) aufweist, und wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um die Gesamt- Vorgabegröße (26) an die Steuereinrichtung (11) zu übergeben.
12. Leistungsanordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (5) und einem mit der Brennkraftmaschine (5) antrieb swirkverbundenen Generator (9), sowie mit einer Regeleinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, oder mit einer Regelanordnung (13) gemäß Anspruch 11, wobei die Regeleinrichtung (3) oder die Regelanordnung (13) mit der Brennkraftmaschine (5) und dem Generator (9) der Leistungsanordnung (1) wirkverbunden ist.
13. Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antrieb swirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei
- eine Generatorleistung (PG) des Generators (9) als Regelgröße erfasst wird,
- eine Leistungs-Regelabweichung (eP) als Differenz der erfassten Generatorleistung (PG) zu einer Soll-Generatorleistung (Psoll) ermittelt wird, wobei
- eine erste Vorgabegröße (16) in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelabweichung (eP) bestimmt wird, wobei
- eine Generatorfrequenz (fG) des Generators (9) als Regelgröße erfasst wird, wobei
- eine Frequenz-Regelabweichung (ef) als Differenz der erfassten Generatorfrequenz (fG) zu einer Soll-Generatorfrequenz ( fsoll) ermittelt wird, wobei
- eine zweite Vorgabegröße (20) in Abhängigkeit von der Frequenz-Regelabweichung (ef) bestimmt wird, wobei
- eine dritte Vorgabegröße (24) bestimmt wird, wobei
- die erste Vorgabegröße (16), die zweite Vorgabegröße (20) und die dritte Vorgabegröße (24) miteinander zu einer Gesamt-Vorgabegröße (26) verrechnet werden, und wobei
- die Gesamt-Vorgabegröße (26) für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) verwendet wird.
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