WO2009059880A1 - Verfahren zur stabilisierung eines reglers und entsprechende reglervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur stabilisierung eines reglers und entsprechende reglervorrichtung Download PDF

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WO2009059880A1
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Stephane De Tricaud
Thomas Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for stabilizing a regulator and to the use of this method for stabilizing a regulator population in an internal combustion engine, and to a regulator device for carrying out the method.
  • controllers that change proportional to a change in the controlled variable compared to a setpoint a control value to compensate for the external disturbance using the control value. These are so-called P-members.
  • controllers are also known that increase their control value proportional to the actual value (I-term), and those that change the manipulated variable in proportion to the time change of the controlled variable (D-element). Controllers, which combine all three strategies, are called PID controllers and are characterized by a particularly fast control of the controlled variable, without causing a control oscillation.
  • the individual control variables can be controlled independently and thus control oscillations can occur because sometimes more than two controllers work against each other. Therefore, in everyday use stability problems of idling in internal combustion engines occur, these instabilities can lead to increased noise and vehicle shakes, which is heard or felt by the driver.
  • the causes are not necessarily due to insufficient coordination of the control circuits with each other, but may also be caused by an aging-related change in the machine itself, such as changes caused by wear and / or wear in the powertrain of a vehicle or because of an unfavorable combination of different engine elements, which operate in their function near the limit of an acceptable tolerance range.
  • Unstable control states in an internal combustion engine can cause harmless or unnoticeable engine maladjustments, but also come to the fore in such a way that a vehicle user perceives the instability as disturbing and therefore objects to the entire vehicle.
  • the invention provides a control loop having at least one step for detecting an instability of the regulator, at least one step for changing the characteristic of the regulator and at least one step for detecting the change in the control behavior of the regulator, and a regulator device for carrying out the method.
  • the instability of a regulator is detected.
  • the instability of a controller can be made for example by a statistical evaluation of the control behavior.
  • this first step consists of the calculation of the standard deviation of the controller output variable. The standard deviation determined is compared with a predefined maximum standard deviation, and when the maximum standard deviation is exceeded, the instability is determined. posed.
  • the characteristic of the controller is changed.
  • the change of the characteristic can be made in the simplest case by changing the output value of the regulator, for example multiplied by a factor or divided by a divisor.
  • the manipulated variable with respect to the disturbance is amplified or attenuated, which leads to a change in the characteristics of the controller.
  • the change in the characteristic follows according to the invention a detection of the change in the control behavior. This detection can be carried out in the simplest case by a new statistical analysis of the control behavior. If, for example, the standard deviation of the output variable of the controller is again determined, the control loop can start again at the first step and again determine whether the characteristic of the controller, here the standard deviation of the output variable of the controller, now in a predetermined
  • Interval of the standard deviation lies.
  • the one-time change in the characteristic of the regulator leads to an increased instability of the regulator, for example because the standard deviation becomes larger.
  • the actual output value of the controller is used, not the value modified by the factor or divisor, to avoid multiplication or division distortion.
  • this type of stabilization of a regulator When used in an internal combustion engine, this type of stabilization of a regulator has the advantage that, for example, the idling is stabilized and does not fluctuate erratic or periodically by a value. Due to the improved idling behavior, which is caused by the method according to the invention for stabilizing a controller, considerable costs can be saved in the quality control in the production plant, because it can be dispensed with a quality control with respect to the crizstabili- fact still emissions of the vehicle and cabin noise minimized and the driving behavior of the engine can be optimized.
  • the external parameters atmospheric pressure, engine temperature and the fuel temperature can be used, wherein in each case a stabilization parameter is assigned to a combination of the above-mentioned external conditions. It has been found to be advantageous that if all of the above-mentioned external parameters are above a preselected threshold and at the same time the idling lasts a preselected time, then the function for stabilizing the controller is executed. This avoids overcompensation which, in addition to a constant change in the controller parameters, also avoids the development of control oscillations that arise as a result of overcompensation due to excessive regulation. According to the invention, it is provided that the function for stabilizing the controller is then inhibited if one of the parameters atmospheric pressure, engine and fuel temperature and idle duration falls below a preselected value.
  • a predetermined sequence for stabilizing individual controllers of the internal combustion engine is made when more than one controller in an internal combustion engine is to be stabilized simultaneously.
  • this type of stabilization of the controller in an internal combustion engine is provided to maintain three variables for simultaneous stabilization of various controllers.
  • a first variable detects the order of the controllers to be stabilized
  • a second variable detects the stability state of the controller population
  • a third variable detects the last stabilized controller together with the successful stabilization measure, for example multiplication or division of the regulator output signal, thus a central unit the regulator can stabilize.
  • a first stabilization of a first regulator initially led to the stabilization of the first regulator, in a further case of a detected instability of a further regulator, it can be stabilized in accordance with the invention in the order of stabilization.
  • the respective controller to be stabilized is determined by the variable mentioned above by way of example in the first place.
  • an order of stabilization is only to be followed if more than one controller has an unstable control behavior.
  • the stability state of the controller population is also held by a variable, where the number of states of the overall system is a power of two, with each controller having two states, "stable" and “unstable", affecting the overall system.
  • the last control loop is recorded in the third variable. With the help of this information, the last measure to stabilize the last controller can be recorded and possibly repeated identically or changed.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a sequence according to the invention for stabilizing a controller
  • FIG. 2 shows a block diagram of a regulator device according to the invention
  • FIG. 3 shows a block diagram of a stabilization device for more than one controller
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method according to the invention for stabilizing a controller.
  • the detection 2 follows the standard deviation ⁇ i of the controller behavior. This is done in the simplest case, characterized in that the controller output variable, such as a voltage, a maximum current or a digital value before conversion into a control variable, detected by a corresponding input element and converted into a numerically detectable value.
  • the detection 2 of the standard deviation ⁇ i is done by multiple detection of the controller output variable at fixed times or in reversal points of the controller output variable, so that the respective maximum value of the controller output variable is detected.
  • the pulse / pause ratio can be detected accordingly.
  • the standard deviation ⁇ i is determined by known methods for calculation and stored internally for further use in the method according to the invention.
  • the detection 2 of the standard deviation ⁇ i is followed by a comparison 3 with a preselected maximum standard deviation ⁇ max . If the detected standard deviation ⁇ i falls below a predetermined value ⁇ max , ie if it is within an acceptable range, then the method follows path 3 ab and the standard deviation ⁇ i of the controller is determined again.
  • step 6 in which the method for changing the control behavior is determined.
  • This choice is held by a variable called "flag”, which indicates either a multiplication with a value greater than 1 or a division with a value greater than 1.
  • the "flag” the output of the controller to be stabilized is multiplied by a value greater than 1 or divided by a value greater than 1.
  • the method follows the path 9 aa. Then, the standard deviation ⁇ 2 is stored as the standard deviation ⁇ i in step 10, and the process proceeds through the jump 10-3 to step 3 where the process jumps back to the closed loop between steps 2 and 3. However, if the new value for the standard deviation Ü 2 is larger than the standard deviation ⁇ i detected at the outset, the variable indicating the procedure for changing the controller behavior is changed, standard deviation G 2 is stored as the standard deviation ⁇ i in step 10, and then the procedure follows again the jump 10-3.
  • the order of stabilization may be determined by the stability status defined in the following table or followed by another order.
  • Table 1 Stability status of a controller population from controller for idle speed, rail pressure and exhaust gas recirculation
  • the above stability status table upon detection of an unstable idle controller, it is first stabilized (order b). If, in another phase, the instability of two controllers is determined, for example stability status 4, 5 or 6, a sequence e, f or g preselected for this stability status is followed to stabilize the individual controllers, in which the individual controllers are stabilized, to rock to avoid the controller instability of the regulatory population.
  • a table of factors / divisors as a function of the speed in a table can be stored as a characteristic.
  • the factors are due to the fact that for each entry a value has been created by multiplying and / or dividing a value for the controller concerned for the present operating parameter combination, which is stored in the table. If these external operating parameters are detected, these factors / divisors are assigned to the individual controllers and the controller output variables are / divisors with these factors which avoids a stabilization cycle because it immediately has the right value for stabilization.
  • a comprehensive table of controller factors / divisors can be stored as a complex set of data, for each of which a parameter set is provided for setting the controller behavior and the maximum acceptable number of stabilization attempts.
  • the controllers for each engine state are then adjusted and stabilized depending on the external conditions. If the table is large enough, the distances between the individual temperatures and pressures is fine enough, so a variety of different control parameters can be adjusted so that the engine to be controlled over a wide pressure and temperature range can be stably controlled, the control parameters to the environmental parameters are adjusted.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a regulator device according to the invention which comprises a unit 100 for controlling a controlled variable 400, a unit 200 for detecting an instability of the regulator device and a unit 300 for changing the characteristic of the regulator device.
  • the inventive control device operates according to the method shown in Figure 1. If the control unit 100 is stable, the unit 300 does not change the characteristic of the controller. However, if instability is detected by the unit 200, the unit 300 is caused to change the characteristics of the controller 100 according to the invention.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a group of controllers which are stabilized together by a unit 201 for detecting instability and stabilization of the controllers according to the invention.
  • a unit 201 for detecting instability and stabilization of the controllers according to the invention.
  • two simple units 101 and 102 for controlling a respective control variable 401 and 402 are shown, wherein the unit 201 stabilizes both units 101 and 102 according to the inventive method in which the units 301 and 302 for changing a controller characteristic, the characteristics of the controller 101 and 102 by multiplying or dividing the controller output value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Reglers und die Verwendung dieses Verfahrens zur Stabilisierung einer Reglergesamtheit in einem Verbrennungsmotor. Es wird vorgeschlagen, die Stabilität des Reglers zunächst festzustellen oder auszuschließen, die Regelcharakteristik des Reglers zu verändern und die Stabilität erneut zu überprüfen und diese Schritte in einer Schleife zu wiederholen. Zur Verwendung in Verbrennungsmotoren wird vorgeschlagen, die Rangfolge der Stabilisierung festzulegen und wahlweise von äußeren Umgebungsparametern abhängig zu machen.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Stabilisierung eines Reglers und entsprechende Reglervorrichtung
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Reglers und die Verwendung dieses Verfahrens zur Stabilisierung einer Reglergesamtheit in einem Verbrennungsmotor, sowie eine Reglervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
Zur automatischen Regelung von Maschinen und allgemein von Regelstrecken verschiedener Art sind Standardregelkreise bekannt, die mit unterschiedlichen Strategien auf die Veränderung einer Regel- große reagieren. Hierzu ist es bekannt, Regler einzusetzen, die proportional zu einer Veränderung der Regelgröße gegenüber einem Sollwert einen Stellwert verändern, um die äußere Störgröße mit Hilfe des Stellwertes zu kompensieren. Es handelt sich hierbei um so genannte P-Glieder. Daneben sind auch Regler bekannt, die proportional zur Istgröße ihren Stellwert stetig erhöhen (I-Glied), und solche, die proportional zur zeitlichen Änderung der Regelgröße die Stellgröße verändern (D-Glied). Regler, die alle drei Strategien vereinen, werden PID-Regler genannt und zeichnen sich durch eine besonders schnelle Regelung der Regelgröße aus, ohne dass dabei eine Regelschwingung auftritt. Sind zur Regelung einer Maschine verschiedene Regler im Einsatz, die unterschiedliche Regelgrößen, die einander beeinflussen können, im Einsatz, so ist es möglich, dass die Reglergesamtheit in eine Regelschwingung gerät. Ebenso ist es möglich, dass die Maschine sich im Laufe des Einsatzes verändert oder ab- nutzt und dadurch Regelschwingungen oder -instabilitäten hervorruft. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Häufig werden in Maschinen mehrere Regelgrößen gleichzeitig geregelt, wie beispielsweise in moder- nen Verbrennungsmotoren. Dabei ist nicht gewährleistet, dass durch die Variation verschiedener
Stellgrößen die einzelnen Regelgrößen unabhängig voneinander geregelt werden können und so können Regelschwingungen auftreten, weil teilweise mehr als zwei Regler gegeneinander arbeiten. Daher treten im täglichen Einsatz häufig Stabilitätsprobleme des Leerlaufs bei Verbrennungsmotoren auf, wobei diese Instabilitäten zu erhöhtem Geräusch und zu Fahrzeugrütteln führen können, was durch den Fahrer zu hören oder auch zu spüren ist. Die Ursachen sind aber nicht unbedingt auf eine ungenügende Abstimmung der Regelkreise untereinander zurückzuführen, sondern können auch durch eine alterungsbedingte Veränderung der Maschine selbst verursacht sein, wie durch Abnutzung und/oder Verschleiß verursachte Änderungen im Antriebstrang eines Fahrzeuges oder wegen einer ungünstigen Kombination von verschiedenen Motorelementen, die in ihrer Funktion nahe der Grenze eines akzep- tablen Toleranzbereiches arbeiten. Aufgrund der vielfältigen möglichen Ursachen und vor allem der Vielfalt der Ursachenkombinationen, ist es bei der Entwicklung eines Fahrzeuges kaum bis gar nicht möglich, die Regelkreise eines im Fahrzeug befindlichen Verbrennungsmotors genügend gegenüber möglichen instabilen Zuständen abzusichern. Instabile Regelungszustände in einem Verbrennungsmotor können harmlose bis nicht wahrnehmbare Fehlabstimmungen des Motorlaufs verursachen, aber auch so stark in den Vordergrund treten, dass ein Fahrzeugnutzer die Instabilität als störend empfindet und daher das gesamte Fahrzeug beanstandet.
Die Erfindung schafft eine Regelschleife aufweisend mindestens einen Schritt zur Detektion einer Instabilität des Reglers, mindestens einen Schritt zur Veränderung der Charakteristik des Reglers und mindestens einen Schritt zur Detektion der Veränderung des Regelverhaltens des Reglers, sowie einer Reglervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bekannten Verfahren zur Regelung einer Regelgröße ein weiteres Verfahren hinzuzufügen, um eine nachhaltige Stabilität des Regelverhaltens eines Reglers sicher- zustellen. Dabei ist vorgesehen, dass in mindestens einem ersten Schritt die Instabilität eines Reglers festgestellt wird. Die Instabilität eines Reglers kann beispielsweise durch eine statistische Auswertung des Regelverhaltens vorgenommen werden. Im besten Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn dieser erste Schritt aus der Berechnung der Standardabweichung der Reglerausgangsgröße besteht. Dabei wird die festgestellte Standardabweichung mit einer vorgegebenen maximalen Standardabwei- chung verglichen und bei Überschreiten der maximalen Standardabweichung wird die Instabilität fest- gestellt. In einem zweiten Schritt wird die Charakteristik des Reglers verändert. Die Änderung der Charakteristik kann im einfachsten Fall dadurch vorgenommen werden, dass der Ausgangswert des Reglers verändert, beispielsweise mit einem Faktor multipliziert oder durch einen Divisor dividiert wird. Hierdurch wird die Stellgröße gegenüber der Störgröße verstärkt oder abgeschwächt, was zu einer Änderung der Charakteristik des Reglers führt. Der Veränderung der Charakteristik folgt erfindungsgemäß eine Detektion der Änderung des Regelverhaltens. Diese Detektion kann im einfachsten Fall durch eine erneute statistische Analyse des Regelverhaltens vorgenommen werden. Wird beispielsweise erneut die Standardabweichung der Ausgangsgröße des Reglers bestimmt, so kann die Regelschleife erneut beim ersten Schritt beginnen und erneut feststellen, ob die Charakteristik des Reglers, hier die Standardabweichung der Ausgangsgröße des Reglers, nun in einem vorgegebenen
Intervall der Standardabweichung liegt. Es ist aber möglich, dass die einmalige Veränderung der Charakteristik des Reglers zu einer verstärkten Instabilität des Reglers führt, dadurch, dass beispielsweise die Standardabweichung größer wird. In diesem Fall ist es möglich, die Veränderung der Ausgangsgröße des Reglers statt durch Multiplikation mit einem Faktor durch eine Division durch einen Wert zu ersetzen und damit den effektiven Ausschlag der Ausgangsgröße des Reglers zu verringern. Bei der statistischen Analyse wird aber der tatsächliche Ausgangswert des Reglers verwendet und nicht der mit dem Faktor oder den Divisor veränderten Wert, um eine Verfälschung durch die Multiplikation oder durch die Division zu vermeiden.
Beim Einsatz in einem Verbrennungsmotor hat diese Art der Stabilisierung eines Reglers den Vorteil, dass beispielsweise der Leerlauf stabilisiert wird und nicht erratisch oder periodisch um einen Wert schwankt. Durch das verbesserte Leerlaufverhalten, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung eines Reglers verursacht wird, können erhebliche Kosten bei der Qualitätskontrolle im Fertigungswerk eingespart werden, weil auf eine Qualitätskontrolle in Bezug auf die Reglerstabili- tat verzichtet werden kann, wobei dennoch Emissionen des Fahrzeuges und Fahrgastzellengeräusche minimiert und auch das Fahrverhalten des Motors optimiert werden kann.
Um eine unendliche Anpassung der Reglercharakteristik zu vermeiden, was sich ebenfalls in einer Regelschwingung zeigen kann, ist vorgesehen, dass die Anzahl der Regelzyklen begrenzt wird. Kann beispielsweise eine Stabilisierung durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht erreicht werden oder schwankt das Regelverhalten trotz der Stabilisierungsmaßnahme, so ist in der Regel davon auszugehen, dass eine Motorkomponente nicht ordnungsgemäß arbeitet oder verschlissen ist. In diesem Fall wäre es notwendig, die Ursache der Instabilität des Motors zu diagnostizieren und gegebenenfalls die verursachenden Komponenten auszutauschen. Da eine Stabilisierung oftmals bei unterschiedlichen äußeren Bedingungen durchgeführt werden muss, wobei die Parameter der äußerlichen Bedingungen nicht geregelt werden können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit von den äußeren Bedingungen eine Stabilisierung vorgenommen wird. Hierzu können die äußeren Parameter Atmosphärendruck, Motortemperatur und die Kraftstofftemperatur herangezogen werden, wobei jeweils ein Stabilisierungsparameter einer Kombination aus den oben genannten äußeren Bedingungen zugeordnet wird. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, dass, wenn alle oben genannten äußeren Parameter über einem vorgewählten Schwellenwert liegen und gleichzeitig der Leerlauf eine vorgewählte Zeit dauert, dann die Funktion zur Stabilisierung des Reglers ausgeführt wird. Hierdurch wird eine Überkompensation vermieden, die neben einer stän- digen Veränderung der Reglerparameter auch noch die Entstehung von Regelschwingungen, die durch eine Überkompensation durch zu häufiges Regeln entstehen, vermieden werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Funktion zur Stabilisierung des Reglers dann unterbunden wird, wenn einer der Parameter Atmosphärendruck, Motor- und Kraftstofftemperatur und Leerlaufdauer einen vorgewählten Wert unterschreiten.
Um nicht eine gleichzeitige Stabilisierung verschiedener Regler mit unübersehbaren Abhängigkeiten der Regelgrößen vornehmen zu müssen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine vorbestimmte Reihenfolge zur Stabilisierung einzelner Regler des Verbrennungsmotors vorgenommen wird, wenn mehr als ein Regler in einem Verbrennungsmotor gleichzeitig stabilisiert werden soll. Bei dieser Art der Stabilisierung der Regler in einem Verbrennungsmotor ist vorgesehen, drei Variablen zur gleichzeitigen Stabilisierung verschiedener Regler vorzuhalten. Eine erste Variable erfasst die Reihenfolge der zu stabilisierenden Regler, eine zweite Variable erfasst den Stabilitätszustand der Reglergesamtheit, und eine dritte Variable erfasst den letzten stabilisierten Regler mitsamt der erfolgreichen Stabilisierungsmaßnahme, also beispielsweise Multiplikation oder Division des Reglerausgangssignals, da- mit eine zentrale Einheit die Gesamtheit der Regler stabilisieren kann.
Sofern eine erste Stabilisierung eines ersten Reglers zunächst zur Stabilisierung des ersten Reglers geführt hat, kann in einem weiteren Fall einer detektierten Instabilität eines weiteren Reglers dieser in der Stabilisierungsreihenfolge erfindungsgemäß stabilisiert werden. Der jeweils zu stabilisierende Regler wird durch die oben beispielhaft an erster Stelle genannte Variable bestimmt. Eine Reihenfolge der Stabilisierung ist natürlich nur dann zu befolgen, wenn mehr als ein Regler ein instabiles Regelverhalten aufweist. Der Stabilitätszustand der Reglergesamtheit wird ebenfalls durch eine Variable festgehalten, wobei die Anzahl der Zustände des Gesamtsystems eine Potenz von zwei ist, wobei jeder Regler mit zwei Zuständen, nämlich „stabil" und „nicht-stabil" das Gesamtsystem beeinflusst.
Die letzte Regelschleife wird in der dritten Variable festgehalten. Mit Hilfe dieser Information kann die letzte Maßnahme zur Stabilisierung des letzten Reglers festgehalten werden und ggf. identisch oder verändert wiederholt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt
Figur 1 ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Schrittfolge zur Stabilisierung eines Reglers Figur 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Reglervorrichtung
Figur 3 ein Blockschaltbild einer Stabilisierungsvorrichtung für mehr als einen Regler
In Figur 1 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung eines Reglers dargestellt. Beginnend beim Start 1 , in dem einer Elektronik oder einem MikroController zur Durchführung des Verfahrens die Möglichkeit zur Initialisierung gegeben wird, folgt die Erfassung 2 der Standardabweichung σi des Reglerverhaltens. Dies geschieht im einfachsten Falle dadurch, dass die Reglerausgangsgröße, beispielsweise eine Spannung, ein maximaler Strom oder ein digitaler Wert vor Wandlung in eine Stellgröße, durch ein entsprechendes Eingangsglied erfasst und in einen zahlenmäßig erfassbaren Wert gewandelt wird. Die Erfassung 2 der Standardabweichung σi geschieht durch mehrfaches Erfassen der Reglerausgangsgröße zu festen Zeiten oder auch in Umkehrpunkten der Reglerausgangsgröße, so dass der jeweilige Maximalwert der Reglerausgangsgröße erfasst wird. Bei einem Ein/Aus Regler kann entsprechend das Puls/Pausenverhältnis erfasst werden. Nachdem eine für eine statistische Analyse genügend große Wertemenge erfasst wurde, wird die Standardabweichung σi nach bekannten Methoden zur Berechnung festgestellt und intern zur weiteren Verwendung im erfmdungsgemäßen Verfahren gespeichert. Der Erfassung 2 der Standardabweichung σi folgt ein Vergleich 3 mit einer vorgewählten maximalen Standardabweichung σmax. Unterschreitet die erfasste Standardabweichung σi einen vorgegeben Wert σmax, befindet sie sich also in einem akzeptablen Bereich, so folgt das Verfahren dem Weg 3ab und die Standardabweichung σi des Reglers wird erneut festgestellt. Diese geschlossene Schleife zwischen Schritt 2 und 3 wird wiederholt, bis die Standard- abweichung σi der Reglerausgangsgröße einen vorgewählten Wert σmax überschreitet und somit einen unakzeptablen Zustand des zu stabilisierenden Reglers anzeigt. Dann folgt das erfindungsgemäße Verfahren dem nächsten Schritt. An dieser Stelle 4 wird zunächst ein Zähler n erhöht, der anzeigt, wie häufig ein Stabilisierungsversuch des Reglers unternommen worden ist. Überschreitet dieser Zähler n einen vorgewählten Wert nmax, festgestellt in Vergleichsschritt 5a, so wird der Versuch, den Regler zu stabilisieren, aufgegeben, weil bei Überschreitung einer maximalen Anzahl nmax davon auszugehen ist, dass ein Teil des Gesamtsystems, hier der Verbrennungsmotor defekt oder verschlissen ist und daher ausgetauscht werden muss. Das erfindungsgemäße Verfahren folgt dann Schritt 5ab und stoppt bei Schritt 5b. Ist der Wert des Zählers n für jedoch kleiner als der maximale Wert nmax, so folgt das Ver- fahren dem Weg 5aa, zu Schritt 6, in der das Verfahren zur Änderung des Regelverhaltens festgestellt wird. Diese Wahl wird durch eine Variable, englisch "Flag", festgehalten, die entweder eine Multiplikation mit einem Wert größer als 1 oder eine Division durch einen Wert größer als 1 anzeigt. Entsprechend dieser Variable, dem "Flag", wird der Ausgang des zu stabilisierenden Reglers mit einem Wert größer als 1 multipliziert oder durch einen Wert größer als 1 dividiert. Nachdem die Änderung des Reglerverhaltens festgelegt wurde, wird das Reglerverhalten erneut in Schritt 8 festgestellt und der Wert der Standardabweichung Ü2 wird zur weiteren Verwendung zwischengespeichert. In Schritt 9 wird die Standardabweichung σ2mit der eingangs festgestellten Standardabweichung σi verglichen. Unterschreitet die neue Standardabweichung Ü2 die erste Standardabweichung σi so folgt das Verfahren dem Weg 9aa. Dann wird die Standardabweichung σ2 als Standardabweichung σi in Schritt 10 gespeichert und das Verfahren wird durch den Sprung 10-3 zu Schritt 3 fortgesetzt, in dem das Verfahren erneut in die geschlossene Schleife zwischen Schritt 2 und 3 springt. Ist der neue Wert für die Standardabweichung Ü2 jedoch größer als die eingangs festgestellte Standardabweichung σi, so wird die Variable, die das Vorgehen zur Änderung der Reglerverhaltens anzeigt, geändert, Standardabweichung G2 wird als Standardabweichung σi in Schritt 10 gespeichert und dann folgt das Verfahren wie- der dem Sprung 10-3.
Sofern eine Reglergesamtheit stabilisiert werden soll, so ist eine Reihenfolge festgelegt, in der die einzelnen Regler stabilisiert werden. Dies hat zum Vorteil, dass nicht alle Regler gleichzeitig stabilisiert werden, wodurch ggf. die Regelschwingung des Gesamtsystems erheblich vergrößert statt verrin- gert wird. Nachdem ein erster Regler stabilisiert wurde, wird ein zweiter Regler entsprechend der Reihenfolge nach dem in Figur 1 dargestellten Ablaufschema stabilisiert und das Verfahren wird für weitere Regler fortgesetzt, bis alle Regler stabilisiert worden sind.
Die Reihenfolge zur Stabilisierung kann an dem Stabilitätsstatus, der in der folgenden Tabelle defi- niert ist, festgelegt werden, oder auch einer anderen Reihenfolge folgen. Tabelle 1 : Stabilitätsstatus einer Reglergesamtheit aus Regler für Leerlaufdrehzahl, Raildruck und Abgasrückführung
Leerlauf-regler Raildruck-regler Abgasrückführungs-regler Stabilitäts-status Reihenfolge
Stabil Stabil Stabil Ö ä
Instabil Stabil Stabil 1 b
Stabil Instabil Stabil 2 c
Stabil Stabil Instabil 3 d
Stabil Instabil Instabil 4 e
Instabil Instabil Stabil 5 f
Instabil Stabil Instabil 6 g
Instabil Instabil Instabil 7 h
In dem Fall, in dem die Abfolge zur Stabilisierung der Regler die oben stehende Stabilitätsstatustabelle verwendet wird, wird bei der Detektion eines instabilen Leerlaufreglers zunächst dieser stabilisiert (Reihenfolge b). Wird in einer erneuten Phase die Instabilität zweier Regler festgestellt, beispielsweise Stabilitätsstatus 4, 5 oder 6, so wird eine für diesen Stabilitätsstatus vorgewählte Reihenfolge e, f oder g zur Stabilisierung der einzelnen Regler verfolgt, in der die einzelnen Regler stabilisiert werden, um ein Aufschaukeln der Reglerinstabilität der Reglergesamtheit zu vermeiden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für äußere Umgebungsparameter, wie Atmosphärendruck, Motor- und Kraftstofftemperatur, jeweils ein eigener Parametersatz von Faktoren oder Divisoren für die einzelnen Reglerausgangsgrößen zur Stabilisierung vorgehalten wird. Ebenso ist es mög- lieh, die maximale Anzahl nmax von Stabilisierungsversuchen für je eine Kombination von Atmosphärendruck, Motor- und Kraftstofftemperatur vorzuhalten.
Darüber hinaus ist auch eine Tabelle von Faktoren/Divisoren in Abhängigkeit von der Drehzahl in einer Tabelle als Kennlinie hinterlegbar. Die Faktoren kommen dadurch zustande, dass für jeden Ein- trag ein Wert durch mehrfache Multiplikation und/oder Division ein für den betroffenen Regler bei der vorliegenden Betriebsparameterkombination ein Wert entstanden ist, der in der Tabelle vorgehalten wird. Sofern diese äußeren Betriebsparameter detektiert werden, werden diese Faktoren/Divisoren den einzelnen Reglern zugeordnet und die Reglerausgangsgrößen werden mit diesen Faktoren/Divisoren verknüpft, wodurch ein Stabilisierungszyklus vermieden wird, weil sofort der richtige Wert für die Stabilisierung vorliegt.
Im Endeffekt kann eine umfangreiche Tabelle von Reglerfaktoren/-divisoren als komplexe Datenmen- ge hinterlegt sein, für die jeweils ein Parametersatz zur Einstellung des Reglerverhaltens und der maximal akzeptablen Anzahl von Stabilisierungsversuchen vorgehalten wird. Im täglichen Einsatz werden dann die Regler für jeden Motorzustand in Abhängigkeit von den äußeren Bedingungen eingestellt und stabilisiert. Sofern die Tabelle groß genug, die Abstände der einzelnen Temperaturen und Drücke fein genug ist, können so eine Vielzahl unterschiedlicher Regelparameter eingestellt werden, so dass der zu regelnde Verbrennungsmotor über einen großen Druck- und Temperaturbereich stabil geregelt werden kann, wobei die Regelparameter an die Umgebungsparameter angepasst sind.
In Figur 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Reglervorrichtung dargestellt, welche aus einer Einheit 100 zur Regelung einer Regelgröße 400, einer Einheit 200 zur Detektion einer Instabili- tat der Reglervorrichtung und einer Einheit 300 zur Veränderung der Charakteristik der Reglervorrichtung aufweist. Die erfmdungsgemäße Reglervorrichtung arbeitet nach dem in Figur 1 dargestellten Verfahren. Sofern die Einheit 100 zur Regelung stabil ist, verändert die Einheit 300 die Charakteristik des Reglers nicht. Sofern aber durch die Einheit 200 eine Instabilität festgestellt wird, wird die Einheilt 300 dazu veranlasst, die Charakteristik des Reglers 100 erfmdungsgemäß zu verändern.
In Figur 3 ist ein Blockschaltbild einer Schar von Reglern dargestellt, die gemeinsam durch eine Einheit 201 zur Detektion einer Instabilität und Stabilisierung der Regler erfindungsgemäß stabilisiert werden. In diesem Blockschaltbild sind zwei einfache Einheiten 101 und 102 zur Regelung jeweils einer Regelgröße 401 und 402 dargestellt, wobei die Einheit 201 beide Einheiten 101 und 102 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stabilisiert, in dem die Einheiten 301 und 302 zur Veränderung einer Reglercharakteristik die Charakteristik der Regler 101 und 102 durch Multiplikation oder Division des Reglerausgangswertes verändern.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Stabilisierung eines Reglers mittels einer Regelschleife aufweisend mindestens einen Schritt (2) zur Detektion einer Instabilität des Reglers, mindestens einen Schritt (7) zur Veränderung der Charakteristik des Reglers und mindestens einen Schritt (8) zur Detektion der Veränderung des Regelverhaltens des Reglers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erfassung der Standardabweichung (σi) des Reglerausgangssignals über einen vorgegebenen Zeitraum und Vergleich (3) dieser Standardabweichung (σi) mit einem zuvor gewählten Wert (σmax) zur Detektion einer Instabilität durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Multiplikation (7a) oder eine Division (7b) des Reglerausgangssignals mit bzw. durch einem veränderbaren Wert zur Veränderung der Charakteristik des Reglers durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassung der Standardabweichung (02) des Reglerausgangssignals über einen vorgegebenen Zeitraum nach Veränderung (7a, 7b) der Charakteristik des Reglers und ein darauf folgender Vergleich (9a) mit der Standardabweichung (σi) des Reglerausgangssignals vor Veränderung (7a, 7b) der Charakteristik des Reglers durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4, wobei eine identische Wiederholung (10-3) der Maßnahme zur Veränderung (7a, 7b) der Reglercharakteristik durchgeführt wird, wenn eine zuvor durchgeführte Maßnahme zur Veränderung (7a, 7b) der Reglercharakteristik zu einer Verringerung (9aa) der Instabilität geführt hat und durch wobei veränderte Wiederholung (10-3) der Maßnahme zur Veränderung (7a, 7b) der Reglercharakteristik durchgeführt wird, wenn eine zuvor durchgeführte Maßnahme zur Veränderung (7a, 7b) der Reglercharakteristik zu einer Vergrößerung (9ab) der Instabilität geführt hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine vorgegebene und maximale Anzahl (nmax) der Wiederholung (10-3) der Regelschleifendurchläufe vorliegt.
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Stabilisierung des Leerlaufs von Verbrennungsmotoren.
8. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 7, wobei die gleichzeitige Stabilisierung der Reglercharakteristik der Regler für die Leerlaufdrehzahl, den Raildruck und die zugeführte Luftmas- se durchgeführt wird.
9. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 8, wobei eine vorgewählte Rangfolge der Stabilisierung der Regler vorliegt.
10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine maximale Anzahl der Regelschleifendurchläufe (nmax) für je einen vorgegebenen Atmosphärendruck und/oder je eine Kraftstofftemperatur und/oder je eine Motortemperatur vorliegt.
11. Reglervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, auf- weisend mindestens eine Einheit (200) zur Detektion einer Reglerinstabilität und mindestens eine Einheit (300) zur Veränderung der Charakteristik einer Einheit zur Regelung (100).
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