EP4689822A1 - Verfahren zum betreiben eines systems mit einem digitalen zwilling - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines systems mit einem digitalen zwilling

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Publication number
EP4689822A1
EP4689822A1 EP24708709.1A EP24708709A EP4689822A1 EP 4689822 A1 EP4689822 A1 EP 4689822A1 EP 24708709 A EP24708709 A EP 24708709A EP 4689822 A1 EP4689822 A1 EP 4689822A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
variables
values
control
operating
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24708709.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David Claus
Joao Pedro DUARTE DA SILVA
Markus KUBACKI
Alexandre ORTH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4689822A1 publication Critical patent/EP4689822A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • G05B23/0254—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model based on a quantitative model, e.g. mathematical relationships between inputs and outputs; functions: observer, Kalman filter, residual calculation, Neural Networks
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0297—Reconfiguration of monitoring system, e.g. use of virtual sensors; change monitoring method as a response to monitoring results

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a system, in particular an electrohydrostatic actuator, a computing unit and a computer program for carrying out the method, as well as such a system.
  • Systems such as electrohydrostatic actuators can be used in many areas.
  • One application is, for example, the use of an electrohydrostatic actuator under water, e.g. to operate valves on pipelines or the like. In this and other applications, the highest possible availability of the system is desirable.
  • the invention deals with systems in which operating variables or their values are recorded, e.g. by means of sensors, in order to then determine control variables or values for them based on these, by means of which the system is then controlled. This can be done, for example, within the framework of a control or regulation system. In this sense, the recorded values of the operating variables can be actual values, the values of the control variables can then be control values of control variables.
  • a preferred application example is a system that has a electrohydrostatic actuator or is designed as such.
  • other control systems can also be considered as systems, e.g. electric actuators or generally electrohydraulic actuators; a control system is understood to be a system or device by means of which certain functions can be controlled, e.g. valves can be opened and closed.
  • an electrohydrostatic actuator for example, the actuator can operate the valve.
  • other devices can also be operated by means of the system.
  • the electrohydrostatic actuator mentioned can, for example, comprise a computing unit for control or regulation (control or regulation unit), an electric drive (e.g. electric motor), a hydraulic circuit with control valves, the actual actuator and, if necessary, safety springs or the like.
  • the actuator can then be coupled to the actual valve to be actuated, e.g. via a suitable interface.
  • several sensors are then typically present to measure various operating variables, i.e. to record values of the operating variables.
  • Such operating variables can be, for example, a position of the actuator and one or more pressures in the system, i.e. a position sensor (or angle sensor, depending on the type of actuator) and pressure sensors can be provided.
  • Control variables can then include, for example, the speed of the electric drive and the position of one or more control valves (or adjusting valves). In this respect, it can be a conventional control or regulation of the actuator.
  • This digital twin is a realistic model or simulation model that is designed in such a way that it runs in the computing unit or control or regulating unit (also known as drive control), i.e. is integrated or implemented there. It is also conceivable that the model is integrated or provided in another computing unit, i.e. different from the control or regulating unit, but that this other computing unit is then provided locally in the control or regulating unit, e.g. in a common housing or the like. This can be useful if the computing capacity of a conventional control or regulating unit is not sufficient.
  • a corresponding method for operating a system such as the electrohydrostatic actuator explained above can therefore be carried out in particular in a computing unit or control or regulating unit or a computing unit different from the control or regulating unit and comprises the following steps.
  • Values of one or more operating variables of the system are provided or received by the system, in particular by one or more sensors of the system, e.g. in the executing processing unit. These values can be measured values from the sensors. As part of a control or regulation, based on the values of the one or at least one of the several operating variables, values of one or more control variables for the system are determined, which are also provided. The values of the one or more control variables can be output to the system, in particular a drive of the system. In this respect, it can be a conventional control or regulation.
  • values of one or more monitoring variables of the system are determined, in particular estimated, using a model of the system (e.g. the so-called digital twin).
  • the one or more monitoring variables of the system correspond to the one or each of the several operating variables of the system.
  • comparison values for the measured values of the sensors can be determined digitally using the model of the system.
  • the values of one or at least one of the several monitoring variables can be used in the control or regulation instead of the values of the corresponding respective operating variable. Possible and preferred criteria as to whether and when the values of the monitoring variables are used instead of the values of the operating variables will be explained in more detail later. A simple example would be a detected defect in a sensor.
  • the system can not only be monitored, but digital redundancy is also created for the sensors present in the system, for example, so that at least one of several sensors can be replaced by the model or the values digitally determined using the model if necessary. This increases the reliability and availability of the system without adding new components.
  • the steps explained describe the general operation of the system, i.e. these steps are carried out repeatedly over a longer period of time.
  • the values of the monitoring variables are not initially used in the control or regulation, but are continuously determined based on the control variables or their values obtained in the process. Later, values of one or possibly several monitoring variables can be used instead of corresponding operating variables in the control or regulation. The operating variables then replaced can, but do not have to, be taken into account in the further determination of the monitoring variables.
  • the values of the operating variable in question are no longer used; instead, the values of the monitoring variables in question can be used together with the values of other operating variables in order to use the model to determine the values of all monitoring variables.
  • the values of the monitoring variables are not only used in the control or regulation, but also in determining the values of the monitoring variables, instead of the values of the corresponding respective operating variables.
  • the model or simulation model of the system can be designed or implemented in various ways.
  • a purely physically motivated model can be used in which the relationships of the system are mapped using differential equations, for example. This is then also referred to as a so-called "first principles model”.
  • the system can also be mapped using a purely data-based or data-driven model.
  • so-called artificial intelligence such as a neural network that simulates the function of the system can be considered here.
  • Such a data-based model must then usually be trained in advance, for example using known values of operating and control variables (so-called training data).
  • Such a model can also be referred to as a machine learning model.
  • a combination of both types of models i.e.
  • the model is updated based on the values of the one or at least one of the several operating variables and/or based on the values of the one or at least one of the several control variables.
  • This can also be referred to as learning or adapting the model.
  • state variables (or state parameters) of the system such as the efficiency of the system, as well as one or more friction factors of the system, can be estimated (or determined) again and again in order to update the model of the system if necessary.
  • a value of a control variable that increases over time while the value of the operating variable remains the same can indicate that friction has increased. This does not in itself represent a malfunction of the system, but merely aging.
  • the state variables do not necessarily have to be describe the system itself, but can also describe the device to be operated by the system, e.g. the valve mentioned. Changes to the device to be operated by the system also have an effect on the system itself.
  • information on such variables of the device to be operated by means of the system can also be determined and output. This allows the device to be operated to be further developed or maintained, for example.
  • a malfunction of the system is present or is to be expected, it can be determined that the values of the one or at least one of the several monitoring variables are to be used in the control or regulation, and then in particular also used, i.e. instead of the values of the actual operating variable. This is particularly the case if the malfunction lies in a sensor.
  • test criterion it is determined that the values of the one or at least one of the several monitoring variables are to be used in the control or regulation, and then in particular also used to maintain the services of the system until repairs can be carried out through planned maintenance.
  • the test criterion can be used, for example, to check or decide whether the malfunction is in a sensor, or possibly in an actuator or elsewhere in the system.
  • the use of a highly reliable digital twin (or model) of a system allows a combination of all available sensors to create virtual redundancy that does not require additional space or physical complexity for the system.
  • the digital twin can be set up to automatically learn system behavior during use. It can monitor component behavior, detect or predict malfunctions, and also take over system functions when a component malfunctions. This makes it possible to provide systems that are both affordable, i.e. cost-effective, and reliable at the same time.
  • Physical redundancy can be avoided and replaced by virtual redundancy via a digital twin, which can be activated e.g. in case of a relevant event during deployment, and the accumulated knowledge about the system before failure can enable a user to continue operating the system even after a component fails. This leads to an optimization of operating costs, as the system can automatically react to malfunctions and e.g. also provide information about the urgency of maintenance and repair.
  • a computing unit according to the invention e.g. a control or regulating unit of an electrohydrostatic actuator, or also a separate computing unit which is intended for local use with such a control or regulating unit, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
  • the invention also relates to a system with one or more sensors for detecting values of one or more operating variables of the system, with a drive, and with a computing unit according to the invention.
  • the system can comprise an electrohydrostatic actuator or be designed as such.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical storage devices, such as hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs, SD cards, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • Figure 1 shows schematically a system according to the invention in a preferred embodiment.
  • Figure 2 shows schematically a flow chart to illustrate a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • the system 100 is an electrohydrostatic actuator, which is shown schematically here with some components.
  • the electrohydrostatic actuator has a computing unit 110 designed as a control or regulating unit, an electric drive 120, a hydraulic circuit 122, comprising control or control valves (e.g. electromagnetically controllable valves), safety spring 124, possibly including the control for this, the actual actuator 126 and a mechanical interface 128.
  • control or control valves e.g. electromagnetically controllable valves
  • safety spring 124 possibly including the control for this, the actual actuator 126 and a mechanical interface 128.
  • the electrohydrostatic actuator 100 has sensors 130, by means of which, for example, a position of the actuator 126 and one or more pressures in the hydraulic circuit 122 can be detected or measured. The measured values can be transmitted to the computing unit 110.
  • a valve 140 is schematically indicated, which is to be actuated by means of the electrohydrostatic actuator 100.
  • the electrohydrostatic actuator 100 can be coupled to the valve 140 via the mechanical interface 128.
  • the valve 140 can be, for example, a valve in a pipeline, a pipe or the like, which is arranged, for example, under water and must be able to be actuated when required.
  • the valve 140 is a rotary valve, and accordingly the actuator 126 can also be designed as a rotary actuator, or as a linear actuator.
  • the valve 140 to be controlled must be distinguished from any control valves integrated in the system 100 as part of the hydraulics. Instead of the valve 140, other parts or components could also be controlled or otherwise actuated by means of the system 100.
  • communication or data lines may be provided to send external control commands to the electrohydrostatic actuator.
  • FIG. 2 shows a schematic flow chart to illustrate a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • the computing unit 110 and the system 100 from Figure 1 are shown schematically, wherein the system 100 can then have, for example, the components shown in the figure with the exception of the computing unit 110.
  • a control or regulation module 200 and a redundancy module 240 are shown as examples. These two modules carry out different tasks, whereby the representation as separate modules here is only an example and could also be different; rather, it only matters that certain tasks can generally be carried out, e.g. by the computing unit 110, regardless of the specific implementation. In general, however, this can be referred to as "embedded controller application software".
  • the redundancy module 240 could also be implemented in another or separate computing unit, in which case suitable data communication would then be provided.
  • values (measured values) of, for example, several operating variables 220 can be continuously recorded by the system 100, here the electrohydrostatic actuator; the sensors shown in Figure 1 can be used for this purpose.
  • the values of the operating variables 220 are received in the computing unit 110; if necessary, it can also be provided that the computing unit controls the sensors in a suitable manner to record the values.
  • the recorded values of the operating variables 220 can then, if necessary after processing and/or integration in a transmission module 210, be transferred to the control or regulation model 200.
  • values of, for example, several control variables 230 are determined for the system 100. These values are output to the system 100, if necessary after processing and/or integration in the transmission module 210, i.e. the system 100 is controlled according to the values of the control variables 230.
  • This can also be referred to as control signals that are output to the system 100.
  • the electric drive shown in Figure 1 and the control valves can be controlled in a suitable manner.
  • This sequence of control or regulation of the system 100 can correspond to a conventional control or regulation in which, for example, the valve 140 shown in Figure 1 is opened or closed as required, for which purpose the actuator 126 must be moved in a suitable manner.
  • the aforementioned redundancy module 240 is provided, which comprises or represents a digital twin.
  • the redundancy module 240 comprises, for example, the model 242 of the system 100, an estimation module 244 (to update the parameters or state variables from the model 242, e.g. friction, efficiencies, resistances), a malfunction module 246 and a decision module 248.
  • these different modules do not necessarily have to be implemented separately in the software; rather, it depends on their tasks or functions.
  • the model 242 can be, for example, a physically motivated model, a data-based model, or a combination of both, as already explained above.
  • the model 242 is used to map or represent the system 100, i.e. here the electrohydrostatic actuator.
  • the model receives in particular the operating variables 220 and the control variables 230 or their (current) values as input values. Based on this, values of monitoring variables 250 can then be determined using the model.
  • the monitoring variables 250 corresponding in particular to the operating variables 220, are not measured using sensors, but are determined digitally using the model.
  • the real operating variables 220 are set or result from specifying values of the control variables 230, the monitoring variables 250 or their values can be determined using the model 242 based on the values of the control variables 230. In this respect, the values of the operating variables 220 are not necessary for determining the values of the monitoring variables, but can still be used to obtain more accurate values.
  • the system 100 is depicted in the model 242. This includes, in particular, the depiction of state variables (or state parameters) such as efficiencies or friction factors in the system.
  • state variables are, in particular, variables that can change over time, e.g. as the system ages. For example, efficiency can decrease over time or friction can increase, e.g. due to wear.
  • the estimation module 244 can also receive the operating variables 220 and the control variables 230 or their (current) values as input values.
  • the state variables 250 or their current values can be known.
  • the state variables 252 can, for example, be continually re-determined or estimated; if necessary, i.e. if the state variables 252 have changed by a certain value, for example, the model 242 can be updated accordingly. In this way, the model 242 always represents the current state of the system as accurately as possible, in particular including any aging of the system. For example, a control variable value that increases over time while the operating variable value remains the same can indicate that friction has increased.
  • the malfunction module 246 receives as input values, for example, the values of the updated model variables or state variables and/or the operating variables 220 and/or the control variables 230, as well as, for example, the state variables 252. Based on this, it can then be determined whether a malfunction is present or at least to be expected, e.g. within a certain time in the future. This is the case, for example, if a monitoring variable determined using the model deviates significantly from the corresponding operating variables or if such a deviation becomes increasingly larger over time. If this is the case, it is determined that a malfunction is present or to be expected.
  • the decision module 248 receives as input the determination of whether a malfunction is present or expected. Based on this information, it can then be determined whether the values of the operating variables are to continue to be used in the control or regulating module 200 or whether, if necessary, for an operating variable, the values to be used should be replaced by the values of the corresponding monitoring variables - which are determined digitally using the model 242. If a replacement is to be made, the values of the monitoring variable in question can subsequently be transferred from the redundancy module 240 to the control or regulating module 200, and the control or regulating module 200 can be instructed to use the values of the monitoring variable instead of the operating variable from now on. In this way, the operation of the system 100 is still possible with acceptable accuracy, at least for a certain time.
  • the aim is in particular to continue the main services of the system at a minimum acceptable quality until maintenance is possible or until the end of the service life of the system, if a customer decides to do so, for example.
  • This information can be communicated via a communication interface (eg CAN or Ethernet), and a decision can then be made as to whether operation should be continued or whether the devices should be replaced.
  • a communication interface eg CAN or Ethernet

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Systems (100), z.B. eines Unterwasser-Systems, umfassend: Bereitstellen von Werten einer oder mehrerer Betriebsgrößen (220) des Systems von dem System, insbesondere von einem oder mehreren Sensoren (130) des Systems, Bereitstellen von Werten einer oder mehrerer Ansteuergrößen (230) für das System, die im Rahmen einer Steuerung oder Regelung, basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen (220), bestimmt worden sind, Bestimmen, basierend auf den Werten der einen oder zumindest einer der mehreren Betriebsgrößen (220), und den Werten des einem oder zumindest einer der mehreren Ansteuergrößen (230), mittels eines Modells (242) des Systems, insbesondere eines integrierten Modells, von Werten einer oder mehrerer Überwachungsgrößen (250) des Systems, wobei die eine oder die mehreren Überwachungsgrößen (250) des Systems der einen oder jeweils einer der mehreren Betriebsgrößen (220) des Systems entsprechen, bei Bedarf, Bereitstellen der Werte der einen oder zumindest einer der mehreren Überwachungsgrößen (250), zur Verwendung bei der Steuerung oder Regelung, anstelle der Werte der entsprechenden jeweiligen Betriebsgröße (220), um die Werte der einen oder der mehreren Ansteuergrößen (230) an das System (100), insbesondere einen Antrieb des Systems, auszugeben.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einem digitalen Zwilling
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems, insbesondere eines elektrohydrostatischen Aktuators, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie ein solches System.
Hintergrund der Erfindung
In vielen Bereichen können Systeme wie elektrohydrostatische Aktuator eingesetzt werden. Ein Anwendungsfall ist z.B. die Verwendung eines elektrohydrostatische Aktuators unter Wasser, z.B. um Ventile an Pipelines oder dergleichen zu betätigen. In diesem, aber auch anderen Anwendungsfällen ist eine möglichst hohe Verfügbarkeit des Systems wünschenswert.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Systems, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie ein solches System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit Systemen, bei denen Betriebsgrößen bzw. deren Werte erfasst werden, z.B. mittels Sensoren, um dann basierend darauf Ansteuergrößen bzw. Werte hierfür zu bestimmen, mittels welchen das System dann angesteuert wird. Dies kann z.B. im Rahmen einer Steuerung- oder Regelung erfolgen. In diesem Sinne können die erfassten Werte der Betriebsgrößen Istwerte sein, die Werte der Ansteuergrößen dann Stellwerte von Stellgrößen. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel ist ein System, das einen elektrohydrostatischen Aktuator aufweist oder als solcher ausgebildet ist. Ebenso kommen aber andere Steuerungssysteme als Systeme in Betracht, z.B. elektrische Aktuatoren oder allgemein elektrohydraulische Aktuatoren; unter einem Steuerungssystem ist dabei ein System oder eine Vorrichtung zu verstehen, mittels welcher bestimmte Funktionen gesteuert werden können, z.B. Ventile geöffnet und geschlossen werden können. Im Falle eines elektrohydrostatischen Aktuators z.B. kann der Aktuator das Ventil betätigen. Anstelle eines Ventils können mittels des Systems auch andere Vorrichtungen betätigt werden.
Der erwähnte elektrohydrostatische Aktuator kann z.B. eine Recheneinheit zur Steuerungoder Regelung (Steuer- oder Regeleinheit) umfassen, einen elektrischen Antrieb (z.B. Elektromotor), einen Hydraulikkreis mit Stellventilen, den eigentlichen Aktuator sowie ggf. Sicherheitsfedern oder dergleichen. Der Aktuator kann dann an das eigentliche zu betätigende Ventil gekoppelt werden, z.B. durch eine geeignete Schnittstelle. Zudem sind dann typischerweise mehrere Sensoren vorhanden, um verschiedene Betriebsgrößen zu messen, also Werte der Betriebsgrößen zu erfassen. Als solche Betriebsgrößen kommen z.B. eine Position des Aktuators sowie einer oder mehrere Drücke in dem System in Betracht, d.h. es können z.B. ein Positionssensor (oder Winkelsensor, je nach Art des Aktuators) sowie Drucksensoren vorgesehen sein.
Basierend auf den Werten der Betriebsgrößen können dann Werte für die Ansteuergrößen bestimmt werden. Als Ansteuergrößen kommen dann z.B. eine Geschwindigkeit des elektrischen Antriebs, sowie eine Stellung eines oder mehrerer Steuerventile (oder Stellventile) in Betracht. Insoweit kann es sich um eine übliche Steuerung oder Regelung des Aktuators handeln.
Insbesondere komplexe und kompakte Systeme oder Steuerungssysteme erfordern häufig ein hohes Maß an Integration, Zuverlässigkeit und Sicherheit. Dies gilt insbesondere dann, wenn sie an abgelegenen und unzugänglichen Orten eingesetzt werden, wie z.B. im Meer oder allgemein unter Wasser. Um all diese Faktoren zu erreichen, kann vorgesehen sein, Redundanz in Steuerungen, Sensorsystemen und Aktoren des Systems zu implementieren.
Eine physikalische Redundanz führt zu einer höheren Komplexität des Systems, zu größerem Platzbedarf und zu höheren Kosten, insbesondere wenn teure Materialien wie Edelstahl verwendet werden müssen, um empfindliche Hardware vor Umwelteinflüssen zu schützen. In der Unterwasserverarbeitungs- und Unterwasserproduktionsindustrie ist es beispielsweise üblich, Steuereinheiten oder Steuerplatinen, Sensoren und Antriebe redundant auszuführen, um einen zuverlässigen Betrieb über eine geplante Lebensdauer von z.B. mindestens 25 Jahren in extrem tiefen Gewässern zu gewährleisten.
Die oftmals geforderte Größenbeschränkung grenzt bei solch komplexen Systemen jedoch die Möglichkeiten der Redundanz von Komponenten ein und erfordert daher alternative Strategien zur Erhöhung der Systemzuverlässigkeit, wenn dies erforderlich ist.
Vor diesem Hintergrund wird die Verwendung eines sog. digitalen Zwillings zu Zwecken der Redundanz vorgeschlagen. Bei diesem digitalen Zwilling handelt es sich um ein realitätsgetreues Modell oder Simulationsmodell, das insbesondere so konzipiert ist, dass es in der Recheneinheit bzw. Steuer- oder Regeleinheit (auch als Antriebssteuerung bezeichnet) läuft, also dort integriert bzw. implementiert ist. Denkbar ist auch, dass Modell zwar in einer anderen, d.h. von der Steuer- oder Regeleinheit verschiedenen, Recheneinheit integriert oder vorgesehen ist, wobei diese andere Recheneinheit dann aber lokal bei der Steuer- oder Regeleinheit vorgesehen ist, also z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse oder dergleichen. Dies kann dann zweckmäßig sein, wenn die Rechenkapazität einer üblichen Steuer- oder Regeleinheit nicht ausreicht.
Ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Systems wie z.B. des vorstehend erläuterten elektrohydrostatischen Aktuators kann also insbesondere in einer Recheneinheit bzw. Steuer- oder Regeleinheit oder einer von der Steuer- oder Regeleinheit verschiedenen Recheneinheit ausgeführt werden und umfasst folgende Schritte.
Es werden Werte einer oder mehrerer Betriebsgrößen des Systems von dem System, insbesondere von einem oder mehreren Sensoren des System, bereitgestellt oder erhalten, z.B. in der ausführenden Recheneinheit. Bei diesen Werten kann es sich um Messwerte der Sensoren handeln. Im Rahmen einer Steuerung oder Regelung werden, basierend auf den Werten der einen oder zumindest eine der mehreren Betriebsgrößen, Werte einer oder mehrerer Ansteuergrößen für das System bestimmt, die ebenfalls bereitgestellt werden. Die Werte der einen oder der mehreren Ansteuergrößen können an das System, insbesondere einen Antrieb des Systems, ausgegeben werden. Insoweit kann es sich um eine übliche Steuerung oder Regelung handeln. Zudem werden, basierend auf den Werten der einen oder zumindest einer der mehreren Betriebsgrößen, und der Werte des einem oder zumindest einer der mehreren Ansteuergrößen, mittels eines Modells des Systems (also z.B. dem sog. digitalen Zwilling), Werte einer oder mehrerer Überwachungsgrößen des Systems bestimmt, und zwar insbesondere geschätzt. Die eine oder die mehreren Überwachungsgrößen des Systems entsprechen dabei der einen oder jeweils einer der mehreren Betriebsgrößen des Systems. Mit anderen Worten können also mittels des Modells des Systems auf digitale Weise Vergleichswerte zu den Messwerten der Sensoren bestimmt werden.
Bei Bedarf können dann die Werte der einen oder zumindest einer der mehreren Überwachungsgrößen, bei der Steuerung oder Regelung, anstelle der Werte der entsprechenden jeweiligen Betriebsgröße verwendet werden. Mögliche und bevorzugte Kriterien, ob und wann die Werte der Überwachungsgrößen anstelle der Werte der Betriebsgrößen verwendet werden, sollen später näher erläutert werden. Ein einfaches Beispiel wäre ein erkannter Defekt eines Sensors.
Auf diese Weise kann das System nicht nur überwacht werden, sondern es wird zudem auch eine digitale Redundanz für z.B. die im System vorhandenen Sensoren geschaffen, sodass zumindest einer von mehreren Sensoren durch das Modell bzw. die digital mittels des Modells ermittelten Werte bei Bedarf ersetzt werden kann. Damit kann die Zuverlässigkeit bzw. die Verfügbarkeit des Systems ohne Hinzufügen neuer Komponenten erhöht werden.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die erläuterten Schritte den generellen Betrieb des Systems beschreiben, d.h. diese Schritte werden wiederholt über einen längeren Zeitraum durchgeführt. Es versteht sich, dass damit z.B. zunächst die Werte der Überwachungsgrößen nicht bei der Steuerung oder Regelung verwendet werden, jedoch basierend auf dabei erhaltenen Ansteuergrößen bzw. deren Werten laufend bestimmt werden. Später können dann Werte einer oder ggf. mehrerer Überwachungsgrößen anstelle entsprechender Betriebsgrößen bei der Steuerung bzw. Regelung verwendet werden. Die dann ersetzten Betriebsgrößen können, müssen aber nicht, bei der weiteren Bestimmung der Überwachungsgrößen berücksichtigt werden. Wenn z.B. ein Defekt eines Sensors erkannt wurde, kann vorgesehen sein, dass die Werte der betreffenden Betriebsgröße nicht weiter verwendet werden, vielmehr können z.B. die Werte der betreffenden Überwachungsgrößen zusammen mit den Werten weiterer Betriebsgrößen verwendet werden, um mittels des Modells die Werte aller Überwachungsgrößen zu bestimmen. In diesem Sinne werden die Werte Überwa- chungsgröße nicht nur bei der Steuerung oder Regelung, sondern auch beim Bestimmen der Werte der Überwachungsgrößen, anstelle der Werte der entsprechenden jeweiligen Betriebsgröße verwendet.
Das Modell oder Simulationsmodell des Systems kann auf verschiedene Arten gestaltet oder realisiert werden. So kann z.B. ein rein physikalisch motiviertes Modell verwendet werden, bei dem die Zusammenhänge des Systems z.B. durch Differentialgleichungen abgebildet werden. Hier wird dann auch von einem sog. „First Principles Model“ gesprochen. Ebenso kann das System über ein rein datenbasiertes oder datengetriebenes Modell abgebildet werden. Hier kann z.B. eine sog. künstliche Intelligenz wie ein neuronales Netz in Betracht kommen, das die Funktion des Systems nachbildet. Ein solches datenbasiertes Modell ist dann in der Regel vorab zu trainieren, also z.B. anhand bekannter Werte von Betriebs- und Ansteuergrößen (sog. Trainingsdaten). Ein solches Modell kann auch als Maschinenlern-Modell bezeichnet werden. Ebenso kann aber eine Kombination aus beiden Arten von Modellen, d.h. physikalisch motivierten und datenbasierten Modellen, verwendet werden. So könne z.B. manche Aspekte über Differentialgleichungen abgebildet werden, zusätzliche Aspekte, die z.B. schwierig über Gleichungen abzubilden sind, hingegen über einen datenbasierten Modellanteil. Hier kommen z.B. Reibungskräfte oder dergleichen in Betracht.
In einer Ausführungsform wird, basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen und/oder basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Ansteuergrößen, das Modell aktualisiert (bzw. upgedatet). Hierbei kann auch von einem Lernen oder Anpassen des Modells gesprochen werden. Hierzu können z.B. Zustandsgrößen (oder Zustandsparameter) des Systems, wie z.B. eine Effizienz des Systems, sowie eine oder mehrere Reibungsfaktoren des Systems, immer wieder geschätzt (bzw. bestimmt) werden, um damit bei Bedarf das Modell des Systems zu aktualisieren. So kann z.B. ein über die Zeit immer größer werdender Wert einer Ansteuergröße bei gleichbleibendem Wert der Betriebsgröße darauf hindeuten, dass eine Reibung zugenommen hat. Dies stellt an sich keine Fehlfunktion des Systems dar, sondern lediglich eine Alterung. Diese sollte jedoch im Modell auch nachgebildet werden, um möglichst genaue Werte der Überwachungsgrößen währenden der gesamten Einsatzdauer zu erhalten. Es kommen aber auch eine oder mehrere Indikatoren von Verschleiß oder Alterungsprozessen oder andere Informationen in Betracht. Dabei müssen die Zustandsgrößen nicht notwendigerweise das System selbst beschreiben, sondern können z.B. auch die mittels des Systems zu betätigende Vorrichtung, also z.B. das erwähnte Ventil, beschreiben. Auch Änderungen der mittels des Systems zu betätigende Vorrichtung haben Auswirkung auf das System selbst.
In einer Ausführungsform können auch Informationen zu solchen Größen der mittels des Systems zu betätigende Vorrichtung bestimmt und ausgegeben werden. Damit kann die zu betätigende Vorrichtung z.B. weiterentwickelt oder gewartet werden.
In einer Ausführungsform wird zudem bestimmt, ob eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, und zwar basierend auf den Werten z.B. zumindest einer der folgenden Größen: der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen, der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen, und der einen oder der zumindest einen der mehreren Ansteuergrößen. So kann z.B. laufend ein Vergleich zwischen den Werten einer Betriebsgröße und der entsprechenden Überwachungsgröße vorgenommen werden. Wenn eine Abweichung zwischen diesen Werten größer als ein vorgegebener Schwellwert ist oder zu erwarten ist, kann von einer Fehlfunktion ausgegangen werden. Ein defekter Sensor würde z.B. dauerhaft einen Wert von Null liefern, was zu einer Abweichung führen wird. Aber auch ein dauerhafter Offset könnte auf eine Fehlfunktion hindeuten. Wenn ein Sensor plötzlich ausfällt, wird die Fehlfunktion direkt erkannt werden können, wenn hingegen eine Abweichung mit der Zeit immer größer wird, kann z.B. davon ausgegangen werden, dass ein Ausfall des Sensors zu erwarten ist.
Wenn eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, kann bestimmt werden, dass die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen bei der Steuerung oder Regelung zu verwenden sind, und dann insbesondere auch verwendet werden, also anstelle der Werte der eigentlichen Betriebsgröße. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Fehlfunktion in einem Sensor liegt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass, wenn eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, geprüft wird, ob die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen gemäß einem Prüfkriterium an das Steuer- oder Regelmodul bzw. der Steuerung oder Regelung zu übergeben sind. Wenn das Prüfkriterium erfüllt ist, wird bestimmt, die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen bei der Steuerung oder Regelung zu verwenden sind, und dann insbesondere auch verwendet werden, um die Dienstleistungen des Systems aufrecht zu halten, bis durch eine geplante Wartung repariert werden kann. Mit dem Prüfkriterium kann z.B. abgeprüft oder entschieden werden, ob die Fehlfunktion in einem Sensor liegt, oder ggf. in einem Aktuator oder anderswo im System.
Die Verwendung eines äußerst zuverlässigen digitalen Zwillings (bzw. Modells) eines Systems erlaubt also eine Kombination aller verfügbaren Sensoren, um eine virtuelle Redundanz zu erzeugen, die dem System keinen zusätzlichen Bauraum und keine zusätzliche physische Komplexität abverlangt. Der digitale Zwilling kann so eingerichtet werden, dass er das Systemverhalten während des Einsatzes automatisch erlernen kann. Er kann das Verhalten der Komponenten überwachen, Fehlfunktionen erkennen oder Vorhersagen und auch Systemfunktionen übernehmen, wenn eine Fehlfunktion von Komponenten auftritt. Damit können sowohl erschwingliche, d.h. kostengünstige, und gleichzeitig zuverlässige Systeme bereitgestellt werden.
Im Bereich der erneuerbaren Energien und der CC>2-Abspeicherung in der Unterwasserindustrie werden beispielsweise kostengünstige Systeme bzw. Komponenten benötigt, die ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Kontrollierbarkeit bieten, da sie bis zu mehreren Kilometern unter dem Meeresspiegel und Hunderte von Kilometern von der Küste entfernt installiert sind. Aufgrund dieser extremen Anforderungen sollte ein dort verwendetes System selbst nach einer Fehlfunktion von Teilen des Systems noch mehrere Wochen oder Jahre lang Aufgaben erfüllen können, bevor es gewartet werden kann.
Eine physische Redundanz kann vermieden und durch eine virtuelle Redundanz über einen digitalen Zwilling ersetzt werden, der z.B. bei einem relevanten Ereignis während des Einsatzes aktiviert werden kann, und das akkumulierte Wissen über das System vor dem Ausfall kann es einen Benutzer ermöglichen, das System auch nach dem Ausfall einer Komponente weiter zu betreiben. Dies führt zu einer Optimierung der Betriebskosten, da das System automatisch auf Fehlfunktionen reagieren und z.B. auch Informationen über die Dringlichkeit von Wartung und Reparatur geben kann.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine Steuer- oder Regeleinheit eines elekt- rohydrostatischen Aktuators, oder auch eine separate Recheneinheit, die zur lokalen Verwendung mit einer solchen Steuer- oder Regeleinheit vorgesehen ist, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die Erfindung betrifft auch ein System mit einem oder mehreren Sensoren zum Erfassen von Werten einer oder mehrerer Betriebsgrößen des Systems, mit einem Antrieb, und mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit. Insbesondere kann das System einen elektrohydrostati- schen Aktuator umfassen oder als solcher ausgebildet seien.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs, SD-Karte u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Beispielhaft handelt es sich bei dem System 100 um einen elektrohyd- rostatischen Aktuator, der hier schematisch mit einigen Komponenten angedeutet ist. Beispielhaft weist der elektrohydrostatische Aktuator eine als Steuer- oder Regeleinheit ausgebildete Recheneinheit 110, einen elektrischen Antrieb 120, einen Hydraulikkreis 122, umfassend Stell- oder Steuerventile (z.B. elektromagnetisch ansteuerbare Ventile), Sicherheitsfeder 124, ggf. inkl. Steuerung hierfür, den eigentlichen Aktuator 126 sowie eine mechanische Schnittstelle 128.
Weiterhin weist der elektrohydrostatische Aktuator 100 Sensoren 130 auf, mittels welchen z.B. eine Position des Aktuators 126, sowie eine oder mehrere Drücke in dem Hydraulikkreis 122 erfasst bzw. gemessen werden können. Die Messwerte können an die Recheneinheit 110 übermittelt werden.
Zudem ist ein Ventil 140 schematisch angedeutet, das mittels des elektrohydrostatischen Aktuators 100 betätigt werden soll. Hierzu kann der elektrohydrostatische Aktuator 100 über die mechanische Schnittstelle 128 an das Ventil 140 gekoppelt werden. Bei dem Ventil 140 kann es sich z.B. um ein Ventil in einer Pipeline, einem Rohr oder dergleichen handeln, das z.B. unter Wasser angeordnet ist und bei Bedarf betätigt werden können muss. Beispielhaft handelt es sich bei dem Ventil 140 um ein Rotationsventil, entsprechend kann der Aktuator 126 ebenfalls als Rotationsaktuator ausgebildet sein, oder auch als linearer Aktuator. Es sei erwähnt, dass das zu steuernde Ventil 140 von etwaigen, im System 100 integrierten Stelloder Steuerventile als Teil der Hydraulik zu unterscheiden ist. Anstelle des Ventils 140 könnten auch andere Teile oder Komponenten mittels des Systems 100 gesteuert oder anderweitig betätigt werden. Weiterhin können ggf. Kommunikations- oder Datenleitungen vorgesehen sein, um Stellbefehle von extern an den elektrohydrostatischen Aktuator zu geben.
In Figur 2 ist schematisch ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu sind schematisch die Recheneinheit 110 sowie das System 100 aus Figur 1 gezeigt, wobei das System 100 dann z.B. die in Figur gezeigten Komponenten mit Ausnahme der Recheneinheit 110 aufweisen kann. In der Recheneinheit 110 sind beispielhaft ein Steuer- oder Regelmodul 200 sowie ein Redundanzmodul 240 gezeigt. Diese beiden Module führen verschiedene Aufgaben aus, wobei die Darstellung als getrennte Module hier nur beispielhaft ist und auch anders sei könnte; vielmehr kommt es nur darauf an, dass bestimmte Aufgaben generell, z.B. von der Recheneinheit 110, ausgeführt werden können, unabhängig von der konkreten Implementierung. Allgemein kann hierbei aber von einer „Embedded Controller Application Software“ gesprochen werden. Wie ebenfalls bereits erwähnt, könnte das Redundanzmodul 240 auch in einer anderen oder separaten Recheneinheit ausgeführt werden, wobei dann eine geeignete Datenkommunikation vorgesehen sein wird.
Beim Betrieb des System 100 können z.B. laufend Werte (Messwerte) von z.B. mehreren Betriebsgrößen 220 von dem System 100, hier dem elektrohydrostatischen Aktuator, erfasst werden; hierzu können die in Figur 1 gezeigten Sensoren verwendet werden. Die Werte der Betriebsgrößen 220 werden in der Recheneinheit 110 erhalten; ggf. kann auch vorgesehen sein, dass die Recheneinheit die Sensoren zum Erfassen der Werte auf geeignete Weise ansteuert.
Die erfassten Werte der Betriebsgrößen 220 können dann, ggf. nach einer Verarbeitung und/oder Integration in einem Übertragungsmodul 210, an das Steuer- oder Regelmodel 200 übergeben werden. Dort werden im Rahmen einer Steuerung oder Regelung, basierend auf den Werten der Betriebsgrößen 220, Werten von z.B. mehreren Ansteuergrößen 230 für das System 100 bestimmt. Diese Werte werden, ggf. nach einer Verarbeitung und/oder Integration im Übertragungsmodul 210, an das System 100 ausgegeben, d.h. das System 100 wird entsprechend der Werte der Ansteuergrößen 230 angesteuert. Hierbei kann auch von Ansteuersignalen gesprochen werden, die an System 100 ausgegeben werden. Insbesondere können hierbei z.B. der in Figur 1 gezeigte elektrische Antrieb sowie die Stellventile auf geeignete Weise angesteuert werden.
Dieser Ablauf einer Steuerung oder Regelung des Systems 100 kann einer üblichen Steuerung oder Regelung entsprechen, bei der z.B. das in Figur 1 gezeigte Ventil 140 je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen wird, wozu der Aktuator 126 auf geeignete Weise bewegt werden muss. Zudem ist das erwähnte Redundanzmodul 240 vorgesehen, das einen digitalen Zwilling umfasst oder darstellt. Das Redundanzmodul 240 umfasst beispielhaft das Modell 242 des Systems 100, ein Schätzungsmodul 244 (um die Parameter oder Zustandsgrößen aus dem Modell 242 zu aktualisieren, z. B. Reibung, Wirkungsgrade, Widerstände), ein Fehlfunktionsmodul 246 sowie ein Entscheidungsmodul 248. Auch hier gilt, dass diese verschiedenen Module nicht notwendigerweise getrennt in der Software implementiert sein müssen, vielmehr kommt es auf deren Aufgaben bzw. Funktionen an.
Bei dem Modell 242 kann es sich z.B. ein physikalisch motiviertes Modell, ein datenbasiertes Modell oder eine Kombination aus beidem handeln, wie vorstehend bereits erläutert. Mit dem Modell 242 wird das System 100, also hier der elektrohydrostatische Aktuator, abgebildet oder darstellt. Das Modell erhält dabei insbesondere die Betriebsgrößen 220 und die Ansteuergrößen 230 bzw. deren (aktuellen) Werte als Eingangswerte. Basierend darauf können mittels des Modells dann Werte von Überwachungsgrößen 250 bestimmt werden. Die Überwa- chungsgrößen 250 entsprechend insbesondere den Betriebsgrößen 220, werden jedoch nicht mittels Sensoren gemessen, sondern digital mittels des Modells bestimmt. So wie sich die realen Betriebsgrößen 220 durch Vorgabe von Werten der Ansteuergrößen 230 einstellen bzw. ergeben, können basierend auf den Werten der Ansteuergrößen 230 die Überwachungsgrößen 250 bzw. deren Werte mittels des Modells 242 bestimmt werden. Insofern sind die Werte der Betriebsgrößen 220 für das Bestimmen der Werte der Überwachungsgrößen nicht notwendig, können aber dennoch verwendet werden, um genauere Werte zu erhalten.
In dem Modell 242 ist, wie erwähnt, das System 100 abgebildet. Dies umfasst insbesondere auch, dass dabei Zustandsgrößen (oder Zustandsparameter) wie Effizienzen oder Reibungsfaktoren in dem System abgebildet sind. Bei solchen Zustandsgrößen handelt es sich insbesondere um solche Größen, die sich über die Zeit, z.B. mit der Alterung des Systems ändern können. So kann z.B. die Effizienz mit der Zeit geringer werden oder eine Reibung kann höher werden, z.B. aufgrund von Abnutzung.
Das Schätzungsmodul 244 kann als Eingangswerte ebenfalls die Betriebsgrößen 220 und die Ansteuergrößen 230 bzw. deren (aktuellen) Werte erhalten. Außerdem können die Zustandsgrößen 250 bzw. deren aktuellen Werte bekannt sein. Basierend auf den Betriebsgrößen 220 und die Ansteuergrößen 230 bzw. deren Werten können die Zustandsgrößen 252 kann z.B. laufend neu bestimmt bzw. geschätzt werden; bei Bedarf, also wenn sich die Zustandsgrößen 252 z.B. um einen gewissen Wert geändert haben, kann das Modell 242 entsprechend aktualisiert werden. Damit bildet das Modell 242 immer möglichst genau den aktuellen Zustand des Systems ab, insbesondere inkl. etwaiger Alterung des Systems. So kann z.B. ein über die Zeit immer größer werdender Wert einer Ansteuergröße bei gleichbleibendem Wert der Betriebsgröße darauf hindeuten, dass eine Reibung zugenommen hat.
Das Fehlfunktionsmodul 246 erhalt als Eingangswerte z.B. die Werte der aktualisierten Modellvariablen bzw. Zustandsgrößen und/oder der Betriebsgrößen 220 und/oder der Ansteuergrößen 230, sowie z.B. auch der Zustandsgrößen 252. Basierend darauf kann dann bestimmt werden, ob eine Fehlfunktion vorliegt oder zumindest zu erwarten ist, also z.B. innerhalb einer gewissen Zeit in der Zukunft. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn eine mittels des Modells bestimmte Überwachungsgröße deutlich von den entsprechenden Betriebsgrößen abweicht oder ein solche Abweichung über die Zeit immer größer wird. Wenn dies der Fall ist, wird bestimmt, dass eine Fehlfunktion vorliegt oder zu erwarten ist.
Das Entscheidungsmodul 248 erhält als Eingang die Feststellung, ob eine Fehlfunktion vorliegt oder erwartet wird. Basierend auf dieser Information kann dann bestimmt werden, ob im Steuer- oder Regelmodul 200 weiterhin die Werte der Betriebsgrößen verwendet werden oder ob ggf. bei einer Betriebsgröße die zu verwendenden Werte durch die Werte der entsprechenden Überwachungsgrößen - die digital mittels des Modells 242 bestimmt werden - ersetzt werden sollen. Falls ein Ersatz erfolgen soll, können im weiteren Verlauf die Werte der betreffenden Überwachungsgröße vom Redundanzmodul 240 an das Steuer- oder Regelmodul 200 übergeben werden, und das Steuer- oder Regelmodul 200 kann angewiesen werden, ab sofort die Werte der Überwachungsgröße anstelle der Betriebsgröße zu verwenden. Auf diese Weise ist der Betrieb des Systems 100 weiterhin mit akzeptabler Genauigkeit möglich, zumindest für eine gewisse Zeit. Ziel ist dabei insbesondere, die Haupt-Dienstleistungen des Systems zu einer minimal akzeptable Qualität fortzusetzen, bis eine Wartung möglich ist oder bis zum Ende der Lebensdauer des Systems, wenn ein sich z.B. dafür entscheidet. Diese Information kann z.B. über eine Kommunikationsschnittstelle (z.B. CAN oder Ethernet) mitgeteilt werden, und es kann dann entschieden werden, ob der Betrieb fortgesetzt oder ob ein Austausch der Geräte veranlasst werden soll. Das heißt, es werden zumindest die Fehler erkannt bzw. vorausgesetzt (wie bei einem „Condition Monitoring“), aber darüber hinaus wird der Betrieb des Systems, ggf. mit eingeschränkten Funktionalitäten, weiterhin ermöglicht

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Systems (100), umfassend:
Bereitstellen von Werten einer oder mehrerer Betriebsgrößen (220) des Systems von dem System, insbesondere von einem oder mehreren Sensoren (130) des Systems,
Bereitstellen von Werten einer oder mehrerer Ansteuergrößen (230) für das System, die im Rahmen einer Steuerung oder Regelung, basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen (220), bestimmt worden sind,
Bestimmen, basierend auf den Werten der einen oder zumindest einer der mehreren Betriebsgrößen (220), und den Werten des einem oder zumindest einer der mehreren Ansteuergrößen (230), mittels eines Modells (242) des Systems, insbesondere eines integrierten Modells, von Werten einer oder mehrerer Überwachungsgrößen (250) des Systems, wobei die eine oder die mehreren Überwachungsgrößen (250) des Systems der einen oder jeweils einer der mehreren Betriebsgrößen (220) des Systems entsprechen, bei Bedarf, Bereitstellen der Werte der einen oder zumindest einer der mehreren Überwachungsgrößen (250), zur Verwendung bei der Steuerung oder Regelung, anstelle der Werte der entsprechenden jeweiligen Betriebsgröße (220), um die Werte der einen oder der mehreren Ansteuergrößen (230) an das System (100), insbesondere einen Antrieb des Systems, auszugeben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei, basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen (220) und/oder basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Ansteuergrößen (230), das Modell (242) aktualisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Modell (242) aktualisiert wird, indem eine oder mehrere Zustandsgrößen (252) aktualisiert werden, wobei die eine oder die mehreren Zustandsgrößen insbesondere zumindest eine der folgenden Größen umfassen: eine Effizienz des Systems und/oder einer mittels des Systems zu betätigend Vorrichtung, einen oder mehrere Reibungsfaktoren des Systems und/oder der mittels des Systems zu betätigend Vorrichtung, einen oder mehrere Indikatoren von Verschleiß oder Alterungsprozessen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Informationen über eine oder mehrere der Größen einer mittels des Systems zu betätigend Vorrichtung bestimmt und ausgegeben werden, insbesondere eine der folgenden Größen eine Effizienz des mittels des Systems zu betätigend Vorrichtung, einer oder mehrere Reibungsfaktoren der mittels des Systems zu betätigenden Vorrichtung, einer oder mehrere Indikatoren von Verschleiß oder Alterungsprozessen der mittels des Systems zu betätigenden Vorrichtung.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend:
Bestimmen, ob eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, basierend auf den Werten zumindest einer Größe, vorzugsweise zumindest einer der folgenden Größen: der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen (250), einer oder mehrerer Zustandsgrößen, der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen (220), und der einen oder der zumindest einen der mehreren Ansteuergrößen (230); und Bestimmen, wenn eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, dass die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen bei der Steuerung oder Regelung zu verwenden sind, oder
Prüfen, wenn eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, ob die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen gemäß einem Prüfkriterium bei der Steuerung oder Regelung zu verwenden sind, und
Bestimmen, dass die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen bei der Steuerung oder Regelung zu verwenden sind, wenn das Prüfkriterium erfüllt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei bestimmt wird, dass eine Fehlfunktion vorliegt oder erwartet wird, wenn eine Abweichung zwischen den Werten der einen oder einer der mehreren Überwachungsgrößen (250) und der entsprechenden Betriebsgröße (220) größer als ein vorgegebener Schwellwert ist oder zu erwarten ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das System (100) einen elektrohydrostatischen Aktuator aufweist oder als solcher ausgebildet ist, wobei der elektrohydrostatische Aktuator einen elektrischen Antrieb (120), eine oder mehrere Steuerventile und einen Aktuator (126) aufweist, und/oder wobei das System ein Unterwasser-System ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Betriebsgrößen (220) des Systems eine oder mehrere der folgenden Betriebsgrößen umfassen: eine Position des Aktuators, einen oder mehrere Drücke in dem System.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Ansteuergrößen (230) für das System eine oder mehrere der folgenden Ansteuergrößen umfassen: eine Geschwindigkeit des elektrischen Antriebs, und eine Stellung eines oder mehrerer Steuerventile.
10. Recheneinheit (110) umfassend einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche ausführt.
11 . System (100), insbesondere Untersee-System, mit einem oder mehreren Sensoren (130) zum Erfassen von Werten eine oder mehrerer Betriebsgrößen (220) des Systems, mit einem Antrieb (120), und mit einer Recheneinheit (110) nach Anspruch 10
12. Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 auszuführen.
13. Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
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