LU502542B1 - Method for switching an electromechanical switching element with reduced bounce - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum prellreduzierten Schalten eines elektromechanischen Schaltelements, aufweisend mehrere Kontakte und einen Anker, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt in einer Initialphase eine vorgegebene Anzahl an Schalthandlungen durchgeführt werden, um einen Referenzwert für ein Prellen der Kontakte zu ermitteln, und um einen Suchraum für zumindest einen Zeitpunkt und zumindest eine Dauer eines Schaltsignals zur Prellreduzierung zu begrenzen, wobei während einer der Initialphase nachfolgenden Schalthandlung ein Schaltsignal als ein einzelner Puls oder als mehrere Pulse zu je einem vorgegebenen Zeitpunkt für je eine vorgegebene Dauer innerhalb des Suchraums geändert wird, um ein Prellen der Kontakte durch Abbremsen des Ankers zu verringern.A method is proposed for the bounce-reduced switching of an electromechanical switching element, having a plurality of contacts and an armature, characterized in that in a first step in an initial phase, a predetermined number of switching operations are carried out in order to determine a reference value for bouncing of the contacts, and in order to to limit a search space for at least one time and at least one duration of a switching signal for bouncing reduction, wherein during a switching operation following the initial phase, a switching signal is changed as a single pulse or as several pulses at a predetermined time for a predetermined duration within the search space, to reduce contact bouncing by braking the armature.
Description
Verfahren zum prellreduzierten Schalten eines elektromechanischenMethod for the bounce-reduced switching of an electromechanical
Schaltelementsswitching element
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum prellreduzierten Schalten eines elektromechanischen Schaltelements.The invention relates to a method for switching an electromechanical switching element with reduced bounce.
Ein elektromechanisches Schaltelement wie z.B. ein Relais kann durch eine spezielleAn electromechanical switching element such as a relay can be controlled by a special
Ansteuerung der Spule schonend und somit lebensdauererhéhend geschaltet werden.The coil can be controlled gently and thus increases its service life.
Im Normalfall wird die Relaisspule dauerhaft mit einer konstanten Spannung ein- oder ausgeschaltet, was dazu führen kann, dass die Kontakte nach dem erstenNormally, the relay coil is continuously switched on or off with a constant voltage, which can cause the contacts to open after the first
Aufeinandertreffen Prellen, was zu einer unnötigen Beanspruchung des Kontaktes und somit ggf. zu einer längeren Schaltdauer und reduzierter Lebensdauer führen kann.Bouncing occurs, which can lead to unnecessary stress on the contact and thus possibly to a longer switching time and reduced service life.
Es sind bereits Verfahren bekannt, um das Prellen zu verringern. Beispielsweise kann mittels einer Steuerung des magnetischen Flusses das Prellen reduziert werden. Dazu werden lediglich elektrische Messgrößen benutzt und mit einem Mikrocontroller 20 ausgewertet. Es sind keine zusätzlichen Sensoren nötig. Alternativ kann dasMethods are already known for reducing bouncing. For example, bouncing can be reduced by controlling the magnetic flux. For this purpose, only electrical measurement variables are used and evaluated with a microcontroller 20. No additional sensors are necessary. Alternatively, this can
Versorgungsspannungssignal bei den Schaltvorgängen anhand mehrerer Parameter verändert werden, welche durch einen Optimierer so gewählt werden, dass das Prellen reduziert wird, wie z.B. in der WO 2017/163 114 A1 offenbart, welche eine Anwendung im Bereich der Konsumentengüter beschreibt.Supply voltage signal during switching operations can be changed based on several parameters, which are selected by an optimizer so that bouncing is reduced, as disclosed, for example, in WO 2017/163 114 A1, which describes an application in the field of consumer goods.
Da es immer noch Verbesserungsbedarf bei der Reduzierung des Prellens gibt, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum prellreduziertenSince there is still a need for improvement in reducing bounce, it is an object of this invention to provide an improved method for reducing bounce
Schalten eines elektromechanischen Schaltelements bereitzustellen. Ebenso soll einTo provide switching of an electromechanical switching element. Likewise, one should
Universalsockel mit integriertem Mikrocontroller bereitgestellt werden, der diesesUniversal socket with integrated microcontroller is provided, which supports this
Verfahren implementiert.Procedure implemented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigenThis task is achieved according to the invention by the features of the independent
Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigenPatent claims solved. Advantageous refinements are the subject of the dependent
Ansprüche.Expectations.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum prellreduzierten Schalten eines LUS02542 elektromechanischen Schaltelements, aufweisend mehrere Kontakte und einen Anker, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt in einer Initialphase eine vorgegebene Anzahl an Schalthandlungen durchgeführt werden, um einenA method is proposed for the bounce-reduced switching of a LUS02542 electromechanical switching element, having several contacts and an armature, characterized in that in a first step in an initial phase, a predetermined number of switching operations are carried out in order to achieve a
Referenzwert für ein Prellen der Kontakte zu ermitteln, und um einen Suchraum für zumindest einen Zeitpunkt und zumindest eine Dauer eines Schaltsignals zurTo determine a reference value for bouncing of the contacts, and to provide a search space for at least one point in time and at least one duration of a switching signal
Prellreduzierung zu begrenzen, wobei wahrend einer der Initialphase nachfolgendenTo limit bounce reduction, during a subsequent initial phase
Schalthandlung ein Schaltsignal als ein einzelner Puls oder als mehrere Pulse zu je einem vorgegebenen Zeitpunkt fur je eine vorgegebene Dauer innerhalb desSwitching action means a switching signal as a single pulse or as several pulses at a predetermined time for a predetermined duration within the
Suchraums geändert wird, um ein Prellen der Kontakte durch Abbremsen des AnkersSearch space is changed to avoid bouncing of the contacts by braking the armature
Zu verringern.To reduce.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Initialphase in einem eingebauten Zustand des elektromechanischen Schaltelements durchgeführt wird.In one embodiment it is provided that the initial phase is carried out in an installed state of the electromechanical switching element.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der vorgegebene Zeitpunkt und die vorgegebene Dauer mittels eines Optimierungsalgorithmus ermittelt werden, welcher während der Schalthandlung des elektromechanischen Schaltelements ausgeführt wird.In a further embodiment it is provided that the predetermined time and the predetermined duration are determined using an optimization algorithm, which is carried out during the switching operation of the electromechanical switching element.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Optimierungsalgorithmus eineIn a further embodiment it is provided that the optimization algorithm has a
Kombination aus einer bare bone und evolutionärer Partikel Schwarm Optimierung mit einer Dichteschatzung ist.Combination of a bare bone and evolutionary particle swarm optimization with density estimation.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass folgende Schritte ausgeführt werden: -in einem ersten Schritt werden ein normales Prellen und eine Dauer des Prellens ermittelt, und daraus der Suchraum aufgespannt, - in einem zweiten Schritt wird eine vorgegebene Anzahl an Kombinationen vonIn a further embodiment, it is provided that the following steps are carried out: - in a first step, normal bouncing and a duration of the bouncing are determined, and the search space is spanned from this, - in a second step, a predetermined number of combinations of
Zeitpunkten und Dauer im Suchraum verteilt, und - in einem dritten Schritt werden die Kombinationen ausgeführt und das jeweiligeTimes and durations distributed in the search space, and - in a third step, the combinations are executed and the respective one
Prellen bestimmt, und - in einem vierten Schritt werden die Kombinationen nach ihrem Prellen sortiert, wobei je geringer das Prellen ist, desto besser werden sie bewertet, und es wird eine vorgegebene Anzahl an besten Kombinationen behalten, undBouncing is determined, and - in a fourth step, the combinations are sorted according to their bouncing, whereby the lower the bouncing, the better they are rated, and a predetermined number of best combinations are kept, and
- in einem fünften Schritt werden neue Kombinationen basierend auf einer oder LUS02542 mehreren der letzten, besten Kombinationen definiert und in einem Radius darum verteilt, wobei im Falle, dass die besten Kombinationen ein längeres Prellen als der- in a fifth step, new combinations are defined based on one or more of the last, best combinations and distributed in a radius around it, in the event that the best combinations have a longer bounce than that
Referenzwert aufweisen, die neuen Kombinationen zufällig im Suchraum gewählt werden, und - in einem sechsten Schritt wird das normale Prellen erneut evaluiert, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, und es werden der dritte bis sechste Schritt wiederholt durchgeführt.have reference value, the new combinations are chosen randomly in the search space, and - in a sixth step, the normal bouncing is re-evaluated if a predetermined condition is met, and the third to sixth steps are carried out repeatedly.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die in dem sechsten Schritt vorgegebene Bedingung ist, dass bereits eine Anzahl an Schaltvorgängen ausgeführt wurde.In a further embodiment it is provided that the condition specified in the sixth step is that a number of switching operations have already been carried out.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass das Steuersignal ein Einschaltsignal oder ein Ausschaltsignal des elektromechanischen Schaltelements ist.In a further embodiment it is provided that the control signal is a switch-on signal or a switch-off signal of the electromechanical switching element.
Ferner wird ein Mikrocontroller bereitgestellt, in dem das Verfahren alsFurthermore, a microcontroller is provided in which the method as
Softwareprogramm implementiert ist, wobei der Mikrocontroller ferner dazu eingerichtet ist, ein Kontaktsignal zu messen, das ein Prellen der Kontakte widerspiegelt, und einSoftware program is implemented, wherein the microcontroller is further configured to measure a contact signal that reflects bouncing of the contacts, and a
Steuersignal zu dem ermittelten vorgegebenen Zeitpunkt für die ermittelte vorgegebeneControl signal at the determined predetermined time for the determined predetermined time
Dauer als einzelnen Puls oder als mehrere Pulse zu je einem vorgegebenen Zeitpunkt für je eine vorgegebene Dauer an das mit dem Mikrocontroller verbundene elektromechanische Schaltelement auszugeben, um dieses prellreduziert von einem ersten in einen zweiten Schaltzustand zu schalten.Duration as a single pulse or as multiple pulses at a predetermined time for a predetermined duration to be output to the electromechanical switching element connected to the microcontroller in order to switch it from a first to a second switching state with reduced bounce.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Mikrocontroller das Steuersignal als ein PWM- Steuersignal ausgibt.In a further embodiment it is provided that the microcontroller outputs the control signal as a PWM control signal.
Ferner wird eine Universalkomponente bereitgestellt, aufweisend: - ein elektromechanisches Schaltelement, aufweisend mehrere Kontakte und einenFurthermore, a universal component is provided, comprising: - an electromechanical switching element, having a plurality of contacts and a
Anker, - einen Lastkreis, der mit einer integrierten Messtechnik zur Erzeugung zumindest einesArmature - a load circuit that uses integrated measurement technology to generate at least one
Kontaktsignals ausgebildet ist, um ein Prellen der Kontakte zu erfassen, - einen Steuerkreis, an den das Kontaktsignal übertragen wird, sowieContact signal is designed to detect bouncing of the contacts, - a control circuit to which the contact signal is transmitted, and
. . . . . . . LU502542 - einen mit dem Steuerkreis elektrisch kontaktierten und mit dem elektromechanischen. . . . . . . LU502542 - one electrically contacted with the control circuit and with the electromechanical one
Schaltelement in Signalverbindung stehenden Mikrocontroller.Switching element in signal connection microcontroller.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Universalkomponente alsIn a further embodiment it is provided that the universal component as
Relaissockel gebildet ist.Relay socket is formed.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgendenFurther features and advantages of the invention result from the following
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren derDescription of exemplary embodiments of the invention based on the figures
Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigerDrawing showing details according to the invention and from the claims. The individual features can be used individually or in groups in any way
Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Combination can be realized in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. It shows:
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Relais mit dreipoligemFigure 1 shows a schematic representation of a relay with three-pole
Wechslerkontakt gemäß einer allgemeinen Ausführungsform.Changeover contact according to a general embodiment.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Universalkomponente gemäß einerFigure 2 shows a schematic representation of a universal component according to one
Ausführung der vorliegenden ErfindungImplementation of the present invention
Figuren 3 und 4 zeigen Diagramme eines Einschalt- bzw. Ausschaltvorgangs gemäß dem Stand der Technik und gemäß einer erfindungsgemäßen Optimierung.Figures 3 and 4 show diagrams of a switch-on and switch-off process according to the prior art and according to an optimization according to the invention.
Figur 5 zeigt eine Darstellung eines Verfahrensablaufs gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.Figure 5 shows a representation of a process flow according to an embodiment of the present invention.
Figur 6 zeigt eine Darstellung des Ergebnisses der Optimierung über mehrereFigure 6 shows a representation of the result of the optimization over several
Iterationen gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.Iterations according to an embodiment of the present invention.
Figur 7 zeigt eine Darstellung einer Reduzierung des Prellens im Mittel gemäß einerFigure 7 shows a representation of a reduction in bouncing on average according to one
Ausführung der vorliegenden Erfindung.Implementation of the present invention.
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen LUS02542 mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following descriptions of the figures, the same elements or functions LUS02542 are provided with the same reference numbers.
Prellen hat einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer von elektromechanischen 5 Schaltelementen wie Relais und Schütze und damit auch auf das gesamte elektronische System, in dem sie eingesetzt werden. Durch eine Reduzierung desBouncing has a negative impact on the service life of electromechanical 5 switching elements such as relays and contactors and therefore also on the entire electronic system in which they are used. By reducing the
Prellens (schonendes Schalten) kénnen sowohl die Lebensdauer als auch dieBouncing (gentle switching) can increase both the service life and the
Zuverlässigkeit des elektromechanischen Schaltelements maßgeblich verbessert werden, was wiederrum zur Stiftung von 6konomischem und ôkologischem Nutzen führt. Weiterhin werden die Geräusche beim Schaltvorgang reduziert und die Schaltzeit kann verkürzt werden. Die Optimierung der Prellreduzierung ist eine Herausforderung, da das Prellen eine große Varianz aufweist und oftmals mehrere Optima hinsichtlich derReliability of the electromechanical switching element can be significantly improved, which in turn leads to economic and ecological benefits. Furthermore, the noise during the switching process is reduced and the switching time can be shortened. Optimizing bounce reduction is a challenge because bounce has a large variance and often has several optima in terms of
Parameterwahl vorhanden sind.Parameter selection is available.
Anwendung findet das vorgeschlagene Verfahren in Produkten mit elektromechanischen Schaltelementen, die mehrere Kontakte 7a, 7b, 7c und einenThe proposed method is used in products with electromechanical switching elements that have several contacts 7a, 7b, 7c and one
Anker 5 aufweisen. Insbesondere sind elektromechanische Schaltelemente der vorgeschlagenen Erfindung in Universalsockeln verbaut, die z.B. in der industriellenHave anchor 5. In particular, electromechanical switching elements of the proposed invention are installed in universal sockets, which are used, for example, in industrial
Automatisierung, in HV-DC-Switches (Hochspannungs-Gleichstrom-Automation, in HV-DC switches (high-voltage direct current
Ubertragungsschalter), oder auch in Ladesäulen für Elektrofahrzeuge, etc. Anwendung finden. Die hier verwendeten elektromechanischen Schaltelemente kénnen in der Regel nicht direkt nach Produktion oder basierend auf einem oder mehrerenTransfer switches), or can also be used in charging stations for electric vehicles, etc. The electromechanical switching elements used here can usually not be used directly after production or based on one or more
Referenzbauteilen konfiguriert werden, da je nach Einsatzszenario, also Art desReference components can be configured, depending on the application scenario, i.e. type of
Schaltelements, Steuerspannung, Einbaulage, Einbauort etc. unterschiedliche Einflüsse wirken, die zu veränderten Eigenschaften der Schalteigenschaften des Schaltelements, z.B. zu einem Prellen, führen können. Deshalb wird gemäß der Erfindung eineSwitching element, control voltage, installation position, installation location, etc. different influences act, which can lead to changed properties of the switching properties of the switching element, e.g. to bouncing. Therefore, according to the invention one
Prellreduzierung direkt am Einbauort vorgenommen. Das heißt, dass das Verfahren zurBounce reduction is carried out directly at the installation site. This means that the procedure for
Prellreduzierung und die Optimierung in der Universalkomponente ausgeführt werden.Bounce reduction and optimization are carried out in the universal component.
Hierfür sind sowohl Messtechnik als auch ein Mikrocontroller nötig.This requires both measurement technology and a microcontroller.
Nachfolgend wird lediglich auf ein Relais als elektromechanisches Schaltelement 10Below we will only refer to a relay as an electromechanical switching element 10
Bezug genommen. Allerdings kann das Verfahren auch für andere elektromechanischeReferenced. However, the process can also be used for other electromechanical systems
Schaltelemente, die einem Prellen unterliegen können, verwendet werden, z.B.Switching elements that can be subject to bouncing can be used, e.g.
Schütze.Protect.
Das Prellen der Kontakte eines Relais ist abhängig von der Bewegung der Bauteile desThe bouncing of the contacts of a relay depends on the movement of the components of the relay
Relais, im speziellen vom Anker 5, Betätigungsarm und den Kontakten, wie in Figur 1 gezeigt, welche eine schematische Darstellung eines dreipoligen Wechslerkontakts 2 gemäß einer allgemeinen Ausführungsform zeigt. Vorliegend ist der Wechslerkontakt 2 dabei lediglich beispielhaft ein Teil eines elektromechanischen Schaltelements 10 bzw.Relay, in particular the armature 5, actuating arm and the contacts, as shown in Figure 1, which shows a schematic representation of a three-pole changeover contact 2 according to a general embodiment. In the present case, the changeover contact 2 is merely an example of a part of an electromechanical switching element 10 or
Wechslerrelais.changeover relay.
Das elektromechanische Schaltelement 10 umfasst dabei drei, dem Wechslerkontakt 2 zugeordnete, Anschlüsse, welche im Folgenden gemäß der üblichen Konvention alsThe electromechanical switching element 10 includes three connections assigned to the changeover contact 2, which are referred to below in accordance with the usual convention
COM-Anschluss („common“) 2a, NC-Anschluss 2b (normally closed) und NO-Anschluss 2c (normally open) bezeichnet werden. Weiterhin umfasst das elektromechanischeCOM port (“common”) 2a, NC port 2b (normally closed) and NO port 2c (normally open). This also includes electromechanical
Schaltelement 10 zwei Relaisspulenanschlüsse 3a und 3b, über die eine Relaisspule 3, kurz auch als Spule 3 bezeichnet, des elektromechanischen Schaltelements 10 bestromt werden kann. Uber den Stromfluss wird von der Relaisspule 3 ein magnetisches Feld aufgebaut, das in einem magnetischen Kern 4 geführt wird und eineSwitching element 10 has two relay coil connections 3a and 3b, via which a relay coil 3, also referred to as coil 3 for short, of the electromechanical switching element 10 can be energized. A magnetic field is built up by the relay coil 3 via the current flow, which is guided in a magnetic core 4 and a
Kraft auf einen beweglichen Relaisanker 5, kurz auch als Anker 5 bezeichnet, ausübt, der wiederum über einen Schieber 6 eine Bewegung ein oder mehrerer, den jeweiligenForce is exerted on a movable relay armature 5, also referred to as armature 5, which in turn causes movement of one or more of the respective relays via a slider 6
Anschlüssen 2a, 2b, 2c zugeordneter Kontaktelemente bzw. Kontaktpillen 7a, 7b, 7c verursacht. Beispielsweise wird im vorliegenden lediglich exemplarischen Fall beiConnections 2a, 2b, 2c associated contact elements or contact pills 7a, 7b, 7c caused. For example, in this case only an exemplary case is used
Stromfluss durch die Spule 3 die COM Kontaktpille 7a mit der NO-Kontaktpille 7c verbunden. Wenn der Stromfluss durch die Spule 3 unterbrochen wird, werden dieCurrent flow through the coil 3 connects the COM contact pill 7a to the NO contact pill 7c. If the current flow through the coil 3 is interrupted, the
Kontaktpillen 7a, 7b, 7c, z.B. aufgrund einer entsprechenden federnden Verspannung des COM-Kontaktelements 7a, wieder in ihre Ursprungslage versetzt werden, d. h. vorliegend die COM-Kontaktpille 7a mit der NC-Kontaktpille 7b kontaktiert. Neben der hier dargestellten Ausführungsform, bei der ein Wechslerkontakt 2 Bestandteil eines elektromechanischen Schaltelements 10 ist, kann der gattungsgemäßeContact pills 7a, 7b, 7c, for example due to a corresponding resilient tension of the COM contact element 7a, are moved back into their original position, i.e. H. In the present case, the COM contact pill 7a contacted the NC contact pill 7b. In addition to the embodiment shown here, in which a changeover contact 2 is part of an electromechanical switching element 10, the generic
Wechslerkontakt 2 jedoch auch in anderen Vorrichtungen wie z. B. einemHowever, changeover contact 2 can also be used in other devices such as. B. one
Wechselschalter integriert sein.Changeover switch must be integrated.
Die Bewegung wird beim Einschalten (erster Schaltzustand) des elektromechanischenThe movement is activated when the electromechanical system is switched on (first switching state).
Schaltelements 10, also durch das Anlegen einer Versorgungsspannung an die Spule 3, hervorgerufen. Durch die Versorgungsspannung wird der Anker 5 zur Spule 3 gezogen. Beim Ausschalten (zweiter Schaltzustand) wird die Bewegung durchSwitching element 10, i.e. caused by applying a supply voltage to the coil 3. The armature 5 is pulled to the coil 3 by the supply voltage. When switching off (second switching state), the movement stops
Umwandlung von elastischer Verformungsenergie hervorgerufen. Sowohl beim Ein- ais 502542 auch beim Ausschalten kann die Bewegung mit einer geeigneten Schaltung beeinflusst werden. Beim Einschalten kann die Beschleunigung des Ankers 5 durch ein Aussetzen der Versorgungsspannung unterbrochen werden und beim Ausschalten kann eine Kraft generiert werden, die der Bewegungsrichtung des Ankers 5 entgegenwirkt. Die technische Herausforderung liegt hierbei darin, das Steuersignal auf dieConversion of elastic deformation energy caused. The movement can be influenced with a suitable circuit both when switching on and off. When switching on, the acceleration of the armature 5 can be interrupted by interrupting the supply voltage and when switching off, a force can be generated that counteracts the direction of movement of the armature 5. The technical challenge here is to transfer the control signal to the
Preilreduzierung zu optimieren.To optimize price reduction.
Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, werden in einem ersten Schritt S1 in einer Initialphase eine vorgegebene Anzahl an Schalthandlungen durchgeführt, um einen Referenzwert für ein Preilen der Kontakte 7a, 7b, 7c zu ermitteln, und um einenIn order to achieve the aim of the present invention, in a first step S1, a predetermined number of switching operations are carried out in an initial phase in order to determine a reference value for a pre-setting of the contacts 7a, 7b, 7c, and to one
Suchraum für zumindest einen Zeitpunkt t und zumindest eine Dauer d einesSearch space for at least one time t and at least one duration d one
Schaltsignals ucntrl zur Prellreduzierung zu begrenzen, wie später ausführlicher beschrieben. Die Initialphase wird im bereits eingebauten Zustand des elektromechanischen Schaltelements 10 durchgeführt.Switching signal ucntrl to limit bounce reduction, as described in more detail later. The initial phase is carried out in the already installed state of the electromechanical switching element 10.
Während einer der Initialphase nachfolgenden Schalthandlung wird zur verbessertenDuring a switching operation following the initial phase, it becomes an improved one
Preilreduzierung das Schaltsignal ucntrl, welches bevorzugt das Einschaltsignal ist, da hier ein Preilen möglichst verhindert werden sollte, zu einem bestimmten Zeitpunkt t für eine bestimmte Dauer d geändert. Es wird also während einer Schalthandlung ein einziger oder mehrere (Spannungs-)Puls(e) erzeugt, um das Prellen der Kontakte 7a, 7b, 7c zu reduzieren, indem der Anker 5 abgebremst wird. Jeder Puls wird zu einem bestimmten Zeitpunkt t erzeugt und weist dabei eine bestimmte Dauer d auf. Der Puls bzw. die Pulse können dabei ein vollständiges Ausschalten (im Falle desPreil reduction, the switching signal ucntrl, which is preferably the switch-on signal since pre-rushing should be prevented as much as possible, is changed at a specific time t for a specific duration d. A single or several (voltage) pulse(s) are generated during a switching operation in order to reduce the bouncing of the contacts 7a, 7b, 7c by braking the armature 5. Each pulse is generated at a specific time t and has a specific duration d. The pulse or pulses can be switched off completely (in the case of...
Einschaltsignals) bzw. Einschalten (im Falle des Ausschaltsignals) des Signals sein, also bis zur jeweiligen Maximalspannung bzw. Minimalspannung (in der Regel 0) ucoil reichen, oder nur um einen vorgegebenen Wert reduziert werden bzw. ansteigen.Switch-on signal) or switch-on (in the case of the switch-off signal) of the signal, i.e. up to the respective maximum voltage or minimum voltage (usually 0) ucoil, or only reduced or increased by a predetermined value.
Vorteilhaft wird ein Optimierungsalgorithmus verwendet, um den vorgegebenenAn optimization algorithm is advantageously used to achieve the specified
Zeitpunkt t und die vorgegebene Dauer d des Schaltsignals ucntrl zur Preilreduzierung zu ermitteln. Der Optimierungsalgorithmus wird während der Schalthandlung des elektromechanischen Schaltelements 10 ausgeführt. Das heißt, dass derTime t and the predetermined duration d of the switching signal ucntrl to determine the preil reduction. The optimization algorithm is executed during the switching operation of the electromechanical switching element 10. That means that the
Optimierungsalgorithmus die optimale Spulen-Signalform (Steuersignal,optimization algorithm the optimal coil signal form (control signal,
Steuerspannung ucntrl) bestimmt, um das Prellen zu verringern. Hierfür wird in einerControl voltage ucntrl) is determined to reduce bounce. For this purpose, in one
Ausführungsform eine Messtechnik dazu verwendet, um die Informationen zu erhalten 4502542 die für das schonende Schalten und den Optimierungsalgorithmus benötigt werden.Embodiment uses a measurement technique to obtain the information needed for gentle switching and the optimization algorithm.
Das benötigte Kontaktsignal uct kann dabei galvanisch vom Lastkreis L getrennt an denThe required contact signal uct can be galvanically isolated from the load circuit L
Steuerkreis C übertragen werden.Control circuit C is transferred.
Durch einen Optimierer können t und d so gewählt werden, dass das Prellen reduziert wird. Im Kontext der Erfindung wird dazu eine Partikel Schwarm Optimierung (PSO) durchgeführt. Konkret werden die Vorteile von einer bare bone PSO und einer evolutionären PSO kombiniert und um eine Dichteschätzung erweitert. AndereThrough an optimizer, t and d can be chosen to reduce bounce. In the context of the invention, particle swarm optimization (PSO) is carried out for this purpose. Specifically, the advantages of a bare bone PSO and an evolutionary PSO are combined and expanded to include density estimation. Other
Optimierer sind jedoch ebenfalls denkbar, sofern sie flexibel genug auf dieHowever, optimizers are also conceivable, provided they are flexible enough
Charakteristika des Schaltens des verwendeten elektromechanischen Schaltelements 10 ausgelegt werden können. Der im Stand der Technik beschriebene Run-to-Run-Characteristics of the switching of the electromechanical switching element 10 used can be designed. The run-to-run described in the prior art
Algorithmus weist im Gegensatz zum vorgeschlagenen PSO-Algorithmus Nachteile inIn contrast to the proposed PSO algorithm, the algorithm has disadvantages
Bezug auf diese Flexibilität auf. Vorteile der Verwendung eines PSO-Algorithmus sind, dass dieser robust gegenüber Rauschen ist, das Optimum auch bei mehreren lokalenRegarding this flexibility. Advantages of using a PSO algorithm are that it is robust against noise, the optimum even with several local ones
Optima gefunden werden kann und ein geringer Rechenaufwand notwendig ist. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die Optimierung inklusive Initialphase in der Anwendung erfolgt, also nach oder bei der Produktion. Je länger und je häufiger das elektromechanische Schaltelement 10 verwendet wird, desto besser wird dieOptima can be found and little computational effort is required. This is particularly important because the optimization, including the initial phase, takes place in the application, i.e. after or during production. The longer and the more frequently the electromechanical switching element 10 is used, the better it becomes
Preilreduzierung, da die Optimierung dann immer bessere Ergebnisse liefert.Price reduction, as the optimization then delivers ever better results.
Im Rahmen der Darstellung der Erfindung wird ein Zweipunktregler verwendet, es liegt also entweder volle Spannung oder keine Spannung an, wobei auch andere Regler verwendet werden können, die beliebig viele diskrete Ausgangszustände oder einen kontinuierlichen Ausgangszustand aufweisen.In the context of the presentation of the invention, a two-point controller is used, so there is either full voltage or no voltage, although other controllers can also be used that have any number of discrete output states or a continuous output state.
Für das Verfahren werden mehrere Komponenten benötigt, die beispielhaft alsThe process requires several components, for example:
Universalkomponenten 100 in Figur 2 dargestellt sind. Die Komponenten lassen sich inUniversal components 100 are shown in Figure 2. The components can be in
Lastseite L und Kontaktseite C unterteilen, beide sind durch das elektromechanischeDivide the load side L and the contact side C, both of which are electromechanical
Schaltelement 10 miteinander verbunden. Eine galvanische Trennung beider Seiten ist in Figur 2 beispielhaft dargestellt, jedoch nur anwendungsbezogen erforderlich. DieSwitching element 10 connected to each other. Galvanic isolation of both sides is shown as an example in Figure 2, but is only required for the application. The
Steuerseite weist mindestens 2 Anschlüsse auf, eine Versorgungsspannung bzw.The control side has at least 2 connections, a supply voltage or
Schaltspannung VCC und ein Massepotential bzw. Bezugspotential GND. Es können alternativ auch zwei getrennte Signale zur Versorgung und zum Schalten verwendet werden (nicht dargestellt). Die Versorgungsspannung VCC wird über eine Schaltung 30502542 von einem Mikrocontroller 20 mit dem Steuersignal ucntrl gesteuert. Das Steuersignal ucntrl kann dem Mikrocontroller 20 auch extern zugeführt werden. Auf der Kontaktseite stehen mindestens zwei Anschlüsse (+) und (-) zur Verfügung, die über das elektromechanische Schaltelement 10 kontaktiert werden können. Dazwischen ist eineSwitching voltage VCC and a ground potential or reference potential GND. Alternatively, two separate signals can be used for supply and switching (not shown). The supply voltage VCC is controlled via a circuit 30502542 by a microcontroller 20 with the control signal ucntrl. The control signal ucntrl can also be supplied externally to the microcontroller 20. At least two connections (+) and (-) are available on the contact side, which can be contacted via the electromechanical switching element 10. There is one in between
Mess-Sensorik 40 eingebracht, mit der das Kontaktüberwachungssignal uct generiert werden kann. Dieses Signal kann galvanisch getrennt zum Mirkocontroller übertragen werden, eine direkte Einspeisung bzw. Übertragung ist jedoch ebenfalls denkbar. DasMeasuring sensor system 40 is introduced, with which the contact monitoring signal uct can be generated. This signal can be transmitted to the microcontroller in a galvanically isolated manner, but direct feeding or transmission is also conceivable. The
Kontaktüberwachungssignal uct kann beispielhaft für drei Schaltzustände unterschiedliche Spannungslevel annehmen: - der COM-Anschluss 2a fliegt, keine Verbindung zu NC-Anschluss 2b oder NO-Contact monitoring signal uct can assume different voltage levels for three switching states: - the COM connection 2a is flying, no connection to NC connection 2b or NO-
Anschluss 2c; - COM-Anschluss 2a und NO-Anschluss 2c sind kontaktiert, die Hälfte derconnection 2c; - COM port 2a and NO port 2c are contacted, half of them
Versorgungsspannung liegt an; - COM-Anschluss 2a und NC-Anschluss 2b sind kontaktiert, Massepotential liegt an.Supply voltage is present; - COM port 2a and NC port 2b are contacted, ground potential is present.
Für die Anwendungsfälle gemäß der Erfindung muss dieses Kontaktsignal durch eineFor the applications according to the invention, this contact signal must be provided by a
Schaltung erzeugt werden, die galvanisch vom elektromechanischen Schaltelement 10 und dem Steuerkreis C getrennt ist, wie in Figur 2 angedeutet. Alternativ dazu ist auch eine andere Messtechnik zur Ermittlung des Kontaktsignals uct möglich.Circuit is generated which is galvanically isolated from the electromechanical switching element 10 and the control circuit C, as indicated in Figure 2. Alternatively, another measurement technique for determining the contact signal uct is also possible.
Wie bereits erwähnt, wird ein Mikrocontroller 20 benötigt, der die Steuerspannung ucntrl als einzelner oder mehrere Pulse z.B. in Form eines PWM-Signals (Pulsweitenmoduliertes Signal) erzeugen, das Kontaktüberwachungssignal uct messen und einen Optimierungsalgorithmus wie z.B. eine PSO (Partikel Schwarm Optimierung) ausführen kann.As already mentioned, a microcontroller 20 is required which can generate the control voltage ucntrl as a single or multiple pulses, for example in the form of a PWM signal (pulse width modulated signal), measure the contact monitoring signal uct and execute an optimization algorithm such as a PSO (particle swarm optimization). .
Der Kern der Erfindung ist es, eine Änderung des Steuersignals, also derThe core of the invention is a change in the control signal, i.e
Steuerspannung ucntrl, zu einem bestimmten Zeitpunkt t für eine kurze Dauer d während eines Schaltvorgangs zu verändern, um die Bewegung des Ankers 5 zu beeinflussen und damit Prellen zu reduzieren. Dies kann einmalig oder mehrmals geschehen.Control voltage ucntrl to change at a specific time t for a short duration d during a switching process in order to influence the movement of the armature 5 and thus reduce bouncing. This can happen once or multiple times.
In Figuren 3 und 4 sind die Messwerte für einen normalen Schaltzyklus in der linken LUS02542In Figures 3 and 4 the measured values for a normal switching cycle are in the left LUS02542
Spalte „Normal“ und für einen gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren optimiertenColumn “Normal” and for one optimized according to the proposed method
Schaltvorgang „Optimiert“ in der rechten Spalte dargestellt. Die Schalthandlung startet zum Zeitpunkt tO, bei dem die Spulenspannung beim Einschalten eingeschaltet und beim Ausschalten entsprechend ausgeschaltet wird. Bei beiden Schaltvorgängen sind ab dem Zeitpunkt tO die Spulenspannungen konstant. Die Ankerbewegung des elektromechanischen Schaltelements 10 ist an dem Einbruch im Spulenstrom icoil beim“Optimized” switching process shown in the right column. The switching operation starts at time tO, at which the coil voltage is switched on when switched on and switched off when switched off. For both switching processes, the coil voltages are constant from time tO. The armature movement of the electromechanical switching element 10 is due to the dip in the coil current icoil
Einschalten ab etwa 5 ms zu sehen, beim Ausschalten durch die induzierte Spannung bei etwa 6 ms. Durch die Ankerbewegung ändert sich die Kontaktierung von COM 2a, zunächst ist eine kurze Flugphase zu erkennen, die in ein Prellen bon (normal) und boff (normal) der Kontakte übergeht. Der Schaltvorgang endet schließlich mit einemSwitching on can be seen from around 5 ms, switching off due to the induced voltage at around 6 ms. The armature movement changes the contacting of COM 2a; initially a short flight phase can be seen, which turns into bouncing bon (normal) and boff (normal) of the contacts. The switching process finally ends with a
Wechsel des Schaltzustandes (Ein oder Aus).Change of switching status (on or off).
Die Funktionsweise der Prellreduzierung wird anhand der rechten Spalte von Figuren 3 und 4 erläutert. Die optimierten Schaltvorgänge unterscheiden sich von den normalenHow the bounce reduction works is explained using the right column of Figures 3 and 4. The optimized switching processes differ from the normal ones
Schaltvorgängen dadurch, dass die Spulenspannung ucoil zu einem bestimmtenSwitching processes in that the coil voltage ucoil is at a certain level
Zeitpunkt ton bzw. toff für eine bestimmte Dauer don bzw. doff geändert wird, in dieserTime ton or toff for a certain duration don or doff is changed in this
Ausführung also als ein einzelner Puls ausgeführt wird. Dadurch wird der Spulenstrom icoil beeinflusst, der beim Einschalten (Figur 3) einbricht und beim Ausschalten (Figur 4) ansteigt, sodass der Anker 5 in seiner jeweiligen Beschleunigung gebremst wird. Auf diesem Weg wird die Dauer des Prellens bon bzw. boff sowohl beim Ein- als auch beimExecution is carried out as a single pulse. This influences the coil current icoil, which drops when switched on (Figure 3) and increases when switched off (Figure 4), so that the armature 5 is braked in its respective acceleration. In this way, the duration of the bouncing is bon or boff both on and off
Ausschalten signifikant reduziert. Zusätzlich kann die Schaltdauer soff beimSwitching off significantly reduced. In addition, the switching duration can be adjusted
Ausschalten verkürzt werden, beim Einschalten son ist in diesem Ausführungsbeispiel keine signifikante Änderung zu beobachten.Switching off can be shortened; when switching on, no significant change can be observed in this exemplary embodiment.
Grundsätzlich erfolgen der oder die Pulse möglichst während der Ankerbewegung, insbesondere kurz vor dem Stromeinbruch/-anstieg icoil, d.h. (kurz) vor dem Erreichen der Zielposition des Ankers 5 im Ein- oder Ausschaltvorgang. Für die Reduzierung desBasically, the pulse or pulses occur, if possible, during the armature movement, in particular shortly before the current dip/rise icoil, i.e. (shortly) before reaching the target position of the armature 5 in the switching on or off process. For reducing the
Prellens der Kontakte 7a, 7b, 7c ist die Wahl der Kombination aus den Variablen t und d entscheidend, wobei t kleiner als das lokale Minimum/Maximum sein muss und d maximal der Zeitkonstante der Spule entsprechen darf, da der Puls ansonsten ein eigener Schaltvorgang ist. Da der Stromeinbruch icoil von der Anwendung und den dort herrschenden Umgebungsbedingungen abhängig ist, muss für jedes elektromechanische Schaltelement 10 eine separate Optimierung am Anwendungsort ausgeführt werden. Hierfür kann ein Optimierungsalgorithmus verwendet werden. LUS02542Because of the bouncing of the contacts 7a, 7b, 7c, the choice of the combination of the variables t and d is crucial, where t must be smaller than the local minimum/maximum and d must correspond at most to the time constant of the coil, since the pulse is otherwise a separate switching process . Since the current drop icoil depends on the application and the ambient conditions prevailing there, a separate optimization must be carried out at the application site for each electromechanical switching element 10. An optimization algorithm can be used for this. LUS02542
Dieser wird in einer Steuereinrichtung, z.B. einem Mikrocontroller 20, der zusammen mit dem elektromechanische Schaltelement 10 in einer Universalkomponente (Relaissockel) 100 integriert sein kann, ausgefuhrt. Jede Universalkomponente 100 weist also einen Mikrocontroller 20 auf, der die Optimierung durchführt und für das elektromechanische Schaltelement, in dieser Ausführung das elektromechanischeThis is carried out in a control device, for example a microcontroller 20, which can be integrated together with the electromechanical switching element 10 in a universal component (relay base) 100. Each universal component 100 therefore has a microcontroller 20, which carries out the optimization and for the electromechanical switching element, in this embodiment the electromechanical one
Schaltelement 10, die optimalen Parameter t und d berechnet. Dies ist vorteilhaft, da die genaue Anwendung und die Umgebungsbedingungen, in welcher das elektromechanische Schaltelement 10 verwendet wird, in der Regel vorab nicht bekannt ist.Switching element 10, the optimal parameters t and d are calculated. This is advantageous because the exact application and environmental conditions in which the electromechanical switching element 10 is used are generally not known in advance.
In einer Ausführung können für jedes Einsatzszenario des elektromechanischenIn one version, the electromechanical system can be used for every application scenario
Schaltelements 10, also Relaisart, Steuerspannung, Einbaulage etc. der vorgegebeneSwitching element 10, i.e. relay type, control voltage, installation position, etc., is the specified one
Zeitpunkt t und die vorgegebene Dauer d fur jeden Puls zur Prellreduzierung vorab ermittelt werden (durch Messungen einer Stichprobe oder Simulation) und die ermittelten Werte als Startwerte für die vor Ort auszuführende Initialphase oder eine weitere Optimierung bei jedem Schalten in der finalen Anwendung verwendet werden („best guess”).Time t and the specified duration d for each pulse to reduce bounce are determined in advance (by measuring a sample or simulation) and the determined values are used as starting values for the initial phase to be carried out on site or a further optimization for each switching in the final application (“ best guess”).
Wie bereits beschrieben, wird in einer Ausführung eine PSO (Partikel SchwarmAs already described, in one embodiment a PSO (particle swarm
Optimierung) durchgeführt, um die Parameter t und d zu ermitteln. Konkret werden dieOptimization) was carried out to determine the parameters t and d. Specifically, they will
Vorteile von einer bare bone PSO und einer evolutionären PSO kombiniert und um eineAdvantages of a bare bone PSO and an evolutionary PSO combined and created one
Dichteschätzung erweitert. Es wird also nicht wie bereits im Stand der Technik vorgeschlagen, eine Run-to-Run-Optimierung zu verwenden.Density estimation expanded. It is therefore not suggested to use run-to-run optimization, as is already the case in the prior art.
Der funktionale Aufbau des verwendeten PSO-Algorithmus ist in Figur 5 schematisch gezeigt, mit dem beide Parameter t und d optimiert werden. Die Spulenspannung ucoil und der Spulenstrom icoil können optional gemessen werden, werden aber nicht für dieThe functional structure of the PSO algorithm used is shown schematically in Figure 5, with which both parameters t and d are optimized. The coil voltage ucoil and the coil current icoil can optionally be measured, but are not used for the
Ausführung des Algorithmus benötigt. Der Algorithmus benötigt lediglich das vomExecution of the algorithm is required. The algorithm only needs the from
Lastkreis L bereitgestellte Kontaktüberwachungssignal uct, um den aktuellen Zustand des Ankers 5 zu bestimmen.Load circuit L provided contact monitoring signal uct to determine the current state of the armature 5.
Der Algorithmus ist in sechs Teilschritte untergliedert:The algorithm is divided into six steps:
- Schritt S1- Initialphase, welche nach Einbau des elektromechanischen LUS02542- Step S1- Initial phase, which occurs after installing the electromechanical LUS02542
Schaltelements 10 durchgeführt wird, um einen Referenzwert für ein Prellen derSwitching element 10 is carried out to obtain a reference value for bouncing
Kontakte 7a, 7b, 7c zu ermitteln, und um einen Suchraum für zumindest einen Zeitpunkt t und zumindest eine Dauer d eines Schaltsignals ucntrl zur Prellreduzierung zu begrenzen. Hierfür werden tmax und dmax bestimmt, wobei der Zeitpunkt tmax dem spâtesten Zeitpunkt, zu dem die Änderung gestartet wird, entspricht, und dmax derTo determine contacts 7a, 7b, 7c, and to limit a search space for at least one time t and at least one duration d of a switching signal ucntrl to reduce bounce. For this purpose, tmax and dmax are determined, where the time tmax corresponds to the latest time at which the change is started, and dmax corresponds to the
Zeitkonstante der Spule entspricht. Weiterhin wird ein Referenzwert bnormal für dasTime constant of the coil corresponds. Furthermore, a reference value bnormal for the
Prellen ohne Optimierung (normales Prellen) abestimmt. - Schritt S2 (Initialisierung des Algorithmus): Hier werden n (n ist die Anzahl derBouncing without optimization (normal bouncing) is determined. - Step S2 (initialization of the algorithm): Here n (n is the number of
Kombinationen) Kombinationen aquidistant verteilt. Anschließend werden nCombinations) Combinations distributed equidistantly. Then n
Kombinationen der gesuchten Parameter t und d aquidistant im Suchraum verteilt.Combinations of the searched parameters t and d distributed equidistantly in the search space.
Wenn nicht n Kombinationen verteilt werden können, dann werden die übrigenIf not n combinations can be distributed, then the remaining ones will
Kombinationen zufällig im Suchraum verteilt. - Schritt S3 (iterativer Teil des Algorithmus): Hier werden die Kombinationen ausgeführt und das tatsächliche Prellen b der Kontakte 7a, 7b, 7c bestimmt. - Schritt S4: Hier werden die besten m% Kombinationen behalten: DieCombinations randomly distributed in the search space. - Step S3 (iterative part of the algorithm): Here the combinations are executed and the actual bouncing b of the contacts 7a, 7b, 7c is determined. - Step S4: Here the best m% combinations are kept: The
Kombinationen werden nach ihrem Prellen b sortiert und nur die m% (m ist ein vorgegebener Zahlenwert) der Kombinationen werden behalten, die übrigen werden verworfen. Dieses Vorgehen ist inspiriert von der evolutionären Partikel SchwarmCombinations are sorted according to their bounce b and only the m% (m is a given numerical value) of the combinations are kept, the rest are discarded. This approach is inspired by the evolutionary particle swarm
Optimierung. Die besten Kombinationen werden in einer nachfolgenden Iteration erneut ausgeführt, um sicherzustellen, dass die Prellreduktion reproduzierbar ist. - Schritt S5. Hier werden neue Kombinationen definiert: Die neuenOptimization. The best combinations are re-run in a subsequent iteration to ensure that the bounce reduction is reproducible. - Step S5. New combinations are defined here: The new ones
Kombinationen werden auf Basis der besten Kombinationen bestimmt. Dazu wird eine von letzteren als Quelle gewählt und ein Radius als mittlere Entfernung zu den k (k ist eine vorgegebene Anzahl) nahesten Kombinationen berechnet. Anschließend wird die neue Kombination in diesen Radius zufällig normalverteilt gewählt. - Schritt S6. Hier wird nach einer vorgegebenen Anzahl an Iterationen bzw.Combinations are determined based on the best combinations. To do this, one of the latter is selected as the source and a radius is calculated as the average distance to the k (k is a predetermined number) closest combinations. The new combination is then randomly selected with normal distribution within this radius. - Step S6. Here, after a predetermined number of iterations or
Schaltvorgangen bnormal reevaluiert. Um sicherzustellen, dass das Prellen b reduziert wird und nicht z.B. der ein neues elektromechanische Schaltelement 10 mit anderenSwitching processes bnormally reevaluated. In order to ensure that the bouncing b is reduced and not, for example, a new electromechanical switching element 10 with others
Charakteristika eingebaut wurde, muss regelmäßig (nach einer vorgegebenen Anzahl an lterationen bzw. Schaltvorgängen) ein Update von bnormal erfolgen. Wenn eine der besten Kombinationen keine Reduktion hervorruft, dann werden die neuenIf the characteristics have been installed, bnormal must be updated regularly (after a specified number of iterations or switching processes). If one of the best combinations does not produce a reduction, then the new ones will
Kombinationen zufällig im Suchraum verteilt. Dieses Vorgehen ermöglicht eine erneuteCombinations randomly distributed in the search space. This procedure enables a new one
Exploration des Suchraums, wenn das Verhalten des Relais sich spontan ändert.Exploration of the search space when the behavior of the relay changes spontaneously.
Da der Algorithmus in einer Schleife ausgeführt wird, erfolgt nach jedem Schritt S6 eineSince the algorithm is executed in a loop, one occurs after each step S6
Wiederholung der Schritte S3 bis S6. Wenn Schritt S6 nicht ausgeführt wird, da die nötige Anzahl an Iterationen noch nicht erreicht wurde, werden ebenfalls Schritte S3 bisRepeat steps S3 to S6. If step S6 is not carried out because the necessary number of iterations has not yet been reached, steps S3 to
S6 ausgeführt. Beispielsweise kann eine vorgegebene Anzahl an Iterationen eines häufig verwendeten elektromechanische Schaltelement 10 bei 200 liegen, wobei die vorgegebene Anzahl an Iterationen abhängig vom Einsatzszenario ist, Insbesondere von der Häufigkeit der Schaltvorgänge.S6 running. For example, a predetermined number of iterations of a frequently used electromechanical switching element 10 can be 200, with the predetermined number of iterations depending on the application scenario, in particular on the frequency of switching operations.
In Figur 6 ist die Funktionsweise des beschriebenen Algorithmus dargestellt, wie in einer tatsächlichen Berechnung ermittelt. Es sind insgesamt zehn Grafiken zu erkennen, in der oberen Reihe für das Einschalten, in der unteren für das Ausschalten.Figure 6 shows how the algorithm described works, as determined in an actual calculation. There are ten graphics in total, the top row for switching on and the bottom for switching off.
Die einzelnen Spalten geben die Nummer der dargestellten Iterationen (hier O, 1, 2, 10 und 20) an, wobei dazwischenliegende Iterationen der Übersichtlichkeit halber weggelassen werden. Auf der Ordinate wird der Zeitpunkt t (ms) und auf der Abszisse die Dauer d (ms) aufgetragen. Der Hintergrund ist nach der relativen Reduzierung desThe individual columns indicate the number of the iterations shown (here O, 1, 2, 10 and 20), with intermediate iterations being omitted for the sake of clarity. The time t (ms) is plotted on the ordinate and the duration d (ms) is plotted on the abscissa. The background is after the relative reduction of the
Prellens eingefärbt, die Skala ist rechts angegeben. Es wurden alleBouncing colored, the scale is indicated on the right. It was all
Kombinationsmöglichkeiten mehrfach ausgeführt und das Prellen als Mittelwert bestimmt. Es sind aus visuellen Gründen nur Verbesserungen zu erkennen,Combination options are carried out several times and the bouncing is determined as the average. For visual reasons, only improvements can be seen
Verschlechterungen entsprechen optisch einer Verbesserung von 0 %. DieDeteriorations visually correspond to an improvement of 0%. The
Kombinationen sind durch Kreuze markiert. In der nullten Iteration (Iteration 0) ist zu erkennen, dass die Kombinationen äquidistant im Suchraum verteilt wurden, einige wurden zufällig gewählt. Bei der ersten Iteration wurden die Kombinationen erstmals nach dem Schritt S5 des Algorithmus bestimmt. Es ist zu erkennen, dass sich dieCombinations are marked with crosses. In the zeroth iteration (iteration 0) it can be seen that the combinations were distributed equidistantly in the search space, some were chosen randomly. In the first iteration, the combinations were determined for the first time after step S5 of the algorithm. It can be seen that the
Kombinationen in den Bereichen mit hoher Prellreduzierung verdichten. Die zweiteCompact combinations in the areas with high bounce reduction. The second
Iteration (Iteration 2) zeigt die Fortsetzung dieses Verhaltens, wobei die Kombinationen langsam zur maximalen Prellreduktion konvergieren. In der zehnten Iteration (Iteration 10) sind die Kombinationen bereits hoch verdichtet um die lokalen Maxima, wobei mehrere Maxima gleichzeitig exploriert werden können. Schlussendlich ist in der letztenIteration (Iteration 2) shows the continuation of this behavior, with the combinations slowly converging to maximum bounce reduction. In the tenth iteration (iteration 10) the combinations are already highly compressed around the local maxima, whereby several maxima can be explored at the same time. Finally is in the last
Iteration (Iteration 20) zu erkennen, dass das jeweilige maximale Prellreduzieren erfolgreich gefunden wurde.Iteration (iteration 20) to recognize that the respective maximum bounce reduction was found successfully.
In Figur 7 ist die mittlere Reduzierung des Prellens von 48 Relais für das Einschalten (oben) und Ausschalten (unten) in den ersten 1000 Schaltvorgängen (Zyklen)In Figure 7, the mean reduction in bounce of 48 relays for turning on (top) and turning off (bottom) in the first 1000 switching operations (cycles)
dargestellt. Dabei sind sowohl der Mittelwert als auch das 90 % Konfidenzintervall LUS02542 dargestellt. Als Referenz dient als gestrichelte Linie das normale Prellen bnormal. Amshown. Both the mean and the 90% confidence interval LUS02542 are shown. The normal bouncing bnormal serves as a reference as a dashed line. At the
Mittelwert ist zu erkennen, dass beim Einschalten das Prellen um 79 % und beimAverage value can be seen that when switching on the bouncing is reduced by 79% and when
Ausschalten um 58 % reduziert werden kann, dabei konvergiert der Algorithmus nach etwa 250 Schaltvorgängen. Mit der Konvergenz sinkt auch der Bereich des 90 %Switching off can be reduced by 58%, with the algorithm converging after around 250 switching operations. With convergence the range of 90% also decreases
Konfidenzintervalls unterhalb der Schwelle des normalen Prellens bnormal.Confidence interval below the threshold of normal bouncing bnormal.
Wie bereits erwähnt, ist zur Ausführung des Verfahrens ein Mikrocontroller 20 nötig. In diesem ist das vorgeschlagene Verfahren als Softwareprogramm implementiert. DerAs already mentioned, a microcontroller 20 is necessary to carry out the method. The proposed method is implemented as a software program. The
Mikrocontroller 20 ist ferner dazu eingerichtet, ein Kontaktsignal uct zu messen, das einMicrocontroller 20 is also set up to measure a contact signal uct, which is a
Prellen der Kontakte 7a, 7b, 7c des elektromechanischen Schaltelements 10 widerspiegelt. Auch ist er dazu eingerichtet, ein Steuersignal ucntrl zu dem ermittelten vorgegebenen Zeitpunkt t fur die ermittelte vorgegebene Dauer d als einzelnen Puls oder als mehrere Pulse zu je einem vorgegebenen Zeitpunkt t für je eine vorgegebeneBouncing of the contacts 7a, 7b, 7c of the electromechanical switching element 10 reflects. It is also set up to send a control signal ucntrl at the determined predetermined time t for the determined predetermined duration d as a single pulse or as several pulses at a predetermined time t for each predetermined one
Dauer d an das mit dem Mikrocontroller 20 verbundene elektromechanischeDuration d to the electromechanical connected to the microcontroller 20
Schaltelement 10 auszugeben, um dieses prellreduziert von einem ersten in einen zweiten Schaltzustand (Einschalten oder Ausschalten) zu schalten.Output switching element 10 in order to switch it from a first to a second switching state (switching on or off) with reduced bounce.
In einer Ausführung gibt der Mikrocontroller 20 das Steuersignal ucntrl als ein PWM-In one embodiment, the microcontroller 20 outputs the control signal ucntrl as a PWM
Steuersignal ucntrl aus.Control signal ucntrl off.
Außerdem wird eine Universalkomponente vorgeschlagen, die ein elektromechanischesIn addition, a universal component is proposed that has an electromechanical
Schaltelement 10 mit mehreren Kontakten 7a, 7b, 7c und einem Anker 5, einenSwitching element 10 with several contacts 7a, 7b, 7c and an armature 5, one
Lastkreis L, der mit einer integrierten Messtechnik zur Erzeugung zumindest einesLoad circuit L, which has an integrated measurement technology to generate at least one
Kontaktsignals uct ausgebildet ist, um ein Prellen der Kontakte 7a, 7b, 7c des elektromechanischen Schaltelements 10 zu erfassen, einen Steuerkreis C, an den dasContact signal uct is designed to detect bouncing of the contacts 7a, 7b, 7c of the electromechanical switching element 10, a control circuit C to which the
Kontaktsignal uct bevorzugt galvanisch vom Lastkreis L getrennt übertragen wird, sowie einen mit dem Steuerkreis C elektrisch kontaktierten und mit dem elektromechanischenContact signal uct is preferably transmitted galvanically separated from the load circuit L, as well as one electrically contacted with the control circuit C and with the electromechanical
Schaltelement 10 in Signalverbindung stehenden Mikrocontroller 20 aufweist. DieSwitching element 10 has microcontroller 20 in signal connection. The
Universalkomponente ist dabei vorteilhaft ein Relaissockel, indem alle Komponenten integriert sind.A universal component is advantageously a relay socket in which all components are integrated.
Bezugszeichenliste LUS02542 2 Wechslerkontakt 2a COM-Anschluss 2b NC-Anschluss 2c NO-Anschluss 3 Relaisspule 3a, 3b Relaisspulenanschlüsse 4 magnetischer Kern 5 Relaisanker 6 Schieber 7a-7c Kontaktelemente 10 Elektromechanisches Schaltelement 20 Mikrokontroller 30 Schaltkreis für die Steuerspannung ucntrl 40 Sensorik für das Kontaktüberwachungssignal uct 100 Universalkomponente (Relaissockel)List of reference symbols LUS02542 2 changeover contact 2a COM connection 2b NC connection 2c NO connection 3 relay coil 3a, 3b relay coil connections 4 magnetic core 5 relay armature 6 slide 7a-7c contact elements 10 electromechanical switching element 20 microcontroller 30 circuit for the control voltage ucntrl 40 sensors for the contact monitoring signal uct 100 Universal component (relay socket)
C SteuerkreisC control circuit
L Lastkreis uct Kontaktüberwachungssignal uentrl Steuerspannung icoil Spulenstrom ucoil Spulenspannung bon, boff Dauer des Prellens son, soff SchaltdauerL load circuit uct contact monitoring signal uentrl control voltage icoil coil current ucoil coil voltage bon, boff duration of bouncing son, soff switching duration
Claims (11)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| LU502542A LU502542B1 (en) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | Method for switching an electromechanical switching element with reduced bounce |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LU502542A LU502542B1 (en) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | Method for switching an electromechanical switching element with reduced bounce |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LU502542B1 true LU502542B1 (en) | 2024-01-22 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LU502542A LU502542B1 (en) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | Method for switching an electromechanical switching element with reduced bounce |
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| Country | Link |
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| WO (1) | WO2024017795A1 (en) |
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