WO2022043105A1 - Method and apparatus for controlling an electronic converter by means of machine learning methods - Google Patents

Method and apparatus for controlling an electronic converter by means of machine learning methods Download PDF

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WO2022043105A1
WO2022043105A1 PCT/EP2021/072646 EP2021072646W WO2022043105A1 WO 2022043105 A1 WO2022043105 A1 WO 2022043105A1 EP 2021072646 W EP2021072646 W EP 2021072646W WO 2022043105 A1 WO2022043105 A1 WO 2022043105A1
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Michael JIPTNER
Dennis Bura
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Abstract

The invention relates to a method for operating an electronic system (1) having an electronic converter (3) controlled by at least one original control signal (S) for an electromechanical device or a power converter, said method comprising the following steps: - providing (S1) a profile of the original control signal (S) for controlling the electronic converter (3), - modifying (S2) the original profile of the at least one control signal according to a trainable data-based control signal model in order to obtain a profile of at least one modified control signal (S'), said control signal model being designed to determine the profile of the at least one modified control signal (S') depending on the profile of the at least one original control signal (S) and in particular on operating conditions of the electronic converter (3) and/or on operating properties and/or system properties; - controlling (S3) the electronic converter (3) with the at least one modified control signal (S').

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines elektronischen Wandlers mithilfe maschineller Lernverfahren Method and device for controlling an electronic converter using machine learning methods
Technisches Gebiet technical field
Die Erfindung betrifft das Steuern von elektronischen Wandlern mithilfe von Steuersignalen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Formen der Steuersignale, um verbesserte Betriebseigenschaften des elektronischen Wandlers zu erreichen. The invention relates to controlling electronic converters using control signals. In particular, the present invention relates to measures for shaping the control signals in order to achieve improved operating characteristics of the electronic converter.
Technischer Hintergrund Technical background
Die Ansteuerung von elektronischen Wandlern erfolgt mithilfe eines oder mehrerer Steuersignale. Steuersignale folgen in vielen Anwendungen für verschiedene Ereignisse jeweils fest vorgegebenen Verläufen. In leistungselektronischen Wandlern wird häufig die Kommutierung von Transistoren über Spannungs- oder Stromsignale über deren Gate-Eingänge gesteuert. Electronic converters are controlled using one or more control signals. In many applications, control signals follow predetermined courses for different events. In power electronic converters, the commutation of transistors is often controlled via voltage or current signals via their gate inputs.
Die Steuersignale werden von einer Steuereinheit bzw. Treibereinheit erzeugt. Häufig weisen diese Signale stufen- oder rampenförmige und/oder periodische Verläufe auf, um das gewünschte Verhalten des elektronischen Systems zu erreichen. The control signals are generated by a control unit or driver unit. These signals often have steps or ramps and/or periodic profiles in order to achieve the desired behavior of the electronic system.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Wandlers in einem elektronischen System gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein elektronisches System gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen. According to the invention are a method for operating an electronic converter in an electronic system according to claim 1 and a device and an electronic system according to the independent claims.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Further developments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Systems mit einem durch mindestens ein ursprüngliches Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler für eine elektromechanische Einrichtung oder einen Leistungswandler vorgesehen, mit folgenden Schritten: According to a first aspect, a method for operating an electronic system with an electronic converter controlled by at least one original control signal for an electromechanical device or a power converter is provided, with the following steps:
Bereitstellen eines Verlaufs des ursprünglichen Steuersignals zum Ansteuern des elektronischen Wandlers, Providing a course of the original control signal for driving the electronic converter,
Modifizieren des ursprünglichen Verlaufs des mindestens einen Steuersignals gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell, um einen Verlauf mindestens eines modifizierten Steuersignals zu erhalten, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet ist, den Verlauf des mindestens einen modifizierten Steuersignals abhängig von dem Verlauf des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals und insbesondere von Betriebsbedingungen des elektronischen Wandlers und/oder von Betriebseigenschaften und/oder Systemeigenschaften zu bestimmen; Modifying the original course of the at least one control signal according to a trainable, data-based control signal model in order to obtain a course of at least one modified control signal, the control signal model being designed to change the course of the at least one modified control signal as a function of the course of the at least one original control signal and in particular of operating conditions of the electronic converter and/or operating characteristics and/or system characteristics;
- Ansteuern des elektronischen Wandlers mit dem einen oder den mehreren modifizierten Steuersignalen. - Controlling the electronic converter with the one or more modified control signals.
Elektronische Systeme weisen häufig einen elektronischen Wandler auf, das Teil einer elektronischen Schaltung ist oder diese ansteuert. Der elektronische Wandler weist in der Regel aktive elektronische Bauelemente, wie z. B. Transistoren, ein MOSFET oder dergleichen auf und wird durch ein oder mehrere Steuersignale angesteuert, die von einer Steuereinheit oder Steuerschaltung bereitgestellt werden. Der Wandler steuert seinerseits häufig elektromechanische Aktuatoren, elektrische Maschinen oder dergleichen an. Electronic systems often include an electronic transducer that is part of or drives electronic circuitry. The electronic converter usually has active electronic components such. B. transistors, a MOSFET or the like and is driven by one or more control signals that are provided by a control unit or control circuit. For its part, the converter often controls electromechanical actuators, electrical machines or the like.
Das eine oder die mehreren Steuersignale können durch Pulssignale, deren Pulsformen, Periodizitäten, insbesondere deren Zyklusfrequenzen, Tastverhältnisse und dergleichen bestimmt sein, die eine entsprechende Reaktion in dem Wandler bewirken. Der Verlauf des einen oder der mehreren Steuersignale kann das Verhalten des elektronischen Systems maßgeblich bestimmen. Beispielsweise können Verluste und Störungen des elektronischen Systems, die Lebensdauer des Systems sowie Belastungen auf den Wandler maßgeblich durch den zeitlichen Verlauf des Zustandsübergangs bzw. Zustandsverlaufs des Steuersignals bestimmt sein. The one or more control signals can be determined by pulse signals, their pulse shapes, periodicities, in particular their cycle frequencies, pulse duty factors and the like, which bring about a corresponding reaction in the converter. The behavior of the one or more control signals can decisively determine the behavior of the electronic system. For example, losses and faults in the electronic system, the service life of the System and loads on the converter can be largely determined by the time course of the state transition or state course of the control signal.
Gemäß dem obigen Verfahren ist vorgesehen, ein datenbasiertes Steuersignalmodell vorzusehen, um die Form (den zeitlichen Verlauf) des Steuersignals für die Ansteuerung des elektronischen Wandlers zu optimieren. Das Steuersignalmodell ist trainiert, um abhängig von dem zeitlichen Verlauf des Steuersignals bzw. des Verlaufs des vorgegebenen Zustandsübergangs bzw. des vorgegebenen Zustandsverlaufs des Steuersignals, Betriebsparametern des elektronischen Wandlers sowie dessen Bauteileigenschaften und/oder Systemeigenschaften einen op- timierten/modifizierten Verlauf des modifizierten Steuersignals zu generieren. Der Verlauf des optimierten/modifizierten Steuersignals ist dabei bezüglich eines Verhaltens des elektronischen Wandlers hinsichtlich eines oder mehrerer Kriterien optimiert. According to the above method, provision is made for providing a data-based control signal model in order to optimize the form (the time profile) of the control signal for driving the electronic converter. The control signal model is trained to provide an optimized/modified course of the modified control signal depending on the time course of the control signal or the course of the specified state transition or the given state course of the control signal, operating parameters of the electronic converter and its component properties and/or system properties to generate. The course of the optimized/modified control signal is optimized with regard to a behavior of the electronic converter with regard to one or more criteria.
Zum Training des datenbasierten Steuersignalmodells kann das Verhalten des elektronischen Wandlers mithilfe eines Schaltkreis-Simulationstools, wie beispielsweise SPICE, oder einer Schaltkreis-Simulation oder mit den (Differenzial-)Glei- chungen, die das Systemverhalten abbilden, simuliert werden und die in der elektronischen Schaltung resultierenden Antwortsignale bzw. der Effekt des Anlegens des einen oder der mehreren Steuersignale an den elektronischen Wandler entsprechend den Kriterien ausgewertet werden. So können beispielsweise für ein vorgegebenes Steuersignal Verluste, die z. B. der benötigten Schaltenergie entsprechen, Störungen, wie z. B. Schwingungen als Sprungantwort auf den Zustandsübergang des Steuersignals, sowie Belastungen des elektronischen Wandlers o- der des gesamten System, die die Lebensdauer beeinträchtigen können, wie z. B. temporäre Überspannungen oder Überströme, sowie hohe Temperaturen durch eine starke Wärmeentwicklung bewertet werden. To train the data-based control signal model, the behavior of the electronic converter can be simulated using a circuit simulation tool such as SPICE, or a circuit simulation, or with the (differential) equations that map the system behavior and those in the electronic circuit resulting response signals or the effect of applying the one or more control signals to the electronic converter are evaluated according to the criteria. So, for example, for a given control signal losses that z. B. correspond to the required switching energy, disturbances such. B. Vibrations as a step response to the state transition of the control signal, as well as loads on the electronic converter or the entire system that can affect the service life, such. B. temporary overvoltages or overcurrents, as well as high temperatures due to strong heat development.
Zum Optimieren des Betriebsverhaltens kann ein Verhaltensmaß bereitgestellt werden. Dabei können eines oder mehrere der Kriterien für das Verhalten des elektronischen Systems bewertet und insbesondere über eine (differenzierbare) Kostenfunktion auf das Verhaltensmaß abgebildet werden. Um das datenbasierte Steuersignalmodell zu trainieren, wird das Verhaltensmaß genutzt. Dabei wird ein optimiertes/modifiziertes Verhaltensmaß des modifizierten (durch das Steuersignalmodell bereitgestellten) Steuersignals zum Trainieren des datenbasierten Steuersignalmodells verwendet, indem dieses Verhaltensmaß minimiert wird. A performance measure can be provided to optimize performance. One or more of the criteria for the behavior of the electronic system can be evaluated and, in particular, mapped to the behavior measure via a (differentiable) cost function. The behavior measure is used to train the data-based control signal model. In doing so, a optimized/modified behavior measure of the modified control signal (provided by the control signal model) is used to train the data-based control signal model by minimizing this behavior measure.
Um das Trainieren des datenbasierten Steuersignalmodells basierend auf einem auf einer Schaltkreissimulation basierenden Verhaltensmaß durchzuführen, müssen die Kostenfunktion für die Ermittlung des Verhaltensmaßes und die Modellgleichungen der Schaltkreissimulation automatisch differenzierbar sein. Dadurch kann die Berechnung des Verhaltensmaßes basierend auf den ursprünglichen und modifizierten Steuersignalen direkt mit anderen Bestandteilen des Steuersignalmodells kombiniert werden. Da für das T raining die Modellgleichungen der Schaltkreissimulation (z. B. Simulationstool, insbesondere SPICE, oder Differenzialgleichungen, die das Systemverhalten beschreiben) differenzierbar sind, können die Modellparameter des datenbasierten Steuersignalmodells direkt mit gradientenbasierten Verfahren (wie z. B. Backpropagation) trainiert werden. In order to train the data-based control signal model based on a behavior measure based on a circuit simulation, the cost function for determining the behavior measure and the model equations of the circuit simulation must be automatically differentiable. This allows the calculation of the behavior measure based on the original and modified control signals to be combined directly with other components of the control signal model. Since the model equations of the circuit simulation (e.g. simulation tool, especially SPICE, or differential equations that describe the system behavior) can be differentiated for the training, the model parameters of the data-based control signal model can be trained directly with gradient-based methods (e.g. backpropagation). .
Insbesondere kann das Steuersignalmodell als ein trainierbares datenbasiertes Modell ausgebildet sein, insbesondere als künstliches neuronales Netz, wie z. B. ein Multi-Layer Perceptron oder ein rekursives neuronales Netz. In particular, the control signal model can be designed as a trainable data-based model, in particular as an artificial neural network, such as. B. a multi-layer perceptron or a recursive neural network.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Verlauf des ursprünglichen Steuersignals zum Ansteuern des elektronischen Wandlers durch Steuersignalparameter para- metriert oder definiert sein und/oder der Verlauf des modifizierten Steuersignals durch entsprechende Steuersignalparameter parametriert oder definiert sein. According to one embodiment, the curve of the original control signal for controlling the electronic converter can be parameterized or defined by control signal parameters and/or the curve of the modified control signal can be parameterized or defined by corresponding control signal parameters.
Insbesondere kann die Parametrierung des Verlaufs des ursprünglichen Steuersignals und/oder des modifizierten Steuersignals durch Zeitabschnitte und den den Zeitabschnitten zugeordneten Werten einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms, durchgeführt werden. Weitere Steuersignalparameter können eine Zyklusfrequenz einer periodischen Ansteuerung, insbesondere einer Frequenz- und/oder Pulsweitenmodulation, ein Modulationsgrad, ein Tastverhältnis, eine Pulsdauer und/oder eine Pulsform sein. In particular, the profile of the original control signal and/or the modified control signal can be parameterized by time segments and the values of an electrical variable, in particular a voltage or a current, assigned to the time segments. Further control signal parameters can be a cycle frequency of a periodic control, in particular a frequency and/or pulse width modulation, a degree of modulation, a duty cycle, a pulse duration and/or a pulse shape.
Weiterhin können die Betriebsbedingungen des zu steuernden elektronischen Wandlers den Betrieb des elektronischen Wandlers betreffen und insbesondere eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: eine an dem elektronischen Wandler anliegenden Spannung, ein durch den elektronischen Wandler fließender Strom zum aktuellen Zeitpunkt und eine aktuelle Temperatur des elektronischen Wandlers. Furthermore, the operating conditions of the electronic converter to be controlled can relate to the operation of the electronic converter and in particular can include one or more of the following variables: one on the electronic Converter applied voltage, a current flowing through the electronic converter current at the current time and a current temperature of the electronic converter.
Gemäß einer Ausführungsform können die Betriebseigenschaften allgemeine Eigenschaften des Typs des elektronischen Wandlers, insbesondere eines Transistors, betreffen und insbesondere einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: eine Schwellenspannung, einen Leckstrom am Gate-Anschluss, einen Widerstand im Ein-Zustand sowie deren Varianzen dieser Größen. According to one embodiment, the operating characteristics may relate to general characteristics of the type of electronic converter, in particular a transistor, and in particular may include one or more of the following parameters: a threshold voltage, a leakage current at the gate terminal, an on-state resistance and their variances of these quantities .
Es kann vorgesehen sein, dass die Systemeigenschaften weitere Komponenten der elektronischen Schaltung betreffen, die den Betrieb des elektronischen Wandlers beeinflussen, und insbesondere eine oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: einen thermischen Widerstand des Gesamtaufbaus, die Kapazität eines Stützkondensators, der mit dem elektronischen Wandler gekoppelt ist, und Varianzen dieser Größen. Provision can be made for the system properties to relate to other components of the electronic circuit that affect the operation of the electronic converter, and in particular to include one or more of the following parameters: a thermal resistance of the overall structure, the capacitance of a back-up capacitor coupled to the electronic converter is, and variances of these quantities.
Weiterhin kann das Steuersignalmodell trainiert werden, indem ein Verhaltensmaß optimiert wird, das sich aus dem Steuersignalmodell und einer nachgeordneten Schaltkreissimulation ergibt, um Modellparameter des Steuersignalmodells anzupassen, wobei die Schaltkreissimulation, insbesondere mit Modellgleichungen, ausgebildet ist, um aus einem modifizierten Steuersignal eine oder mehrere Verhaltensgrößen zu ermitteln, wobei abhängig von einer vorgegebenen Kostenfunktion ein Verhaltensmaß abhängig von der einen oder den mehreren Verhaltensgrößen ermittelbar ist, die die das Verhalten des elektronischen Systems auf modifizierte Steuersignale angeben. Furthermore, the control signal model can be trained by optimizing a behavior measure that results from the control signal model and a downstream circuit simulation in order to adapt model parameters of the control signal model, the circuit simulation, in particular with model equations, being designed to convert a modified control signal into one or more behavior variables to be determined, a behavior measure being able to be determined as a function of the one or more behavior variables, which indicate the behavior of the electronic system in response to modified control signals, as a function of a predefined cost function.
Insbesondere können die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen eine Leistungsfähigkeit des elektronischen Systems bei Ansteuerung durch das modifizierte Steuersignal angeben, wobei die Verhaltensgröße eine Verlustleistung, ein Störungsmaß, insbesondere in Form von Schwingungen oder Überschwingen, eine insbesondere thermische Belastung auf das elektronische System und/oder ein eine zu erwartende Lebensdauer des elektronischen Wandlers oder der elektronischen Schaltung beeinflussendes Belastungsmaß angibt ?? Satz. In particular, the one or more behavioral variables can indicate a performance of the electronic system when controlled by the modified control signal, the behavioral variable being a power loss, a degree of interference, in particular in the form of oscillations or overshoots, a thermal load in particular on the electronic system and/or a indicates an expected service life of the electronic converter or the electronic circuit influencing the load level ?? Sentence.
Es kann vorgesehen sein, dass die Optimierung unter Berücksichtigung einer Nebenbedingungen erfolgt, die das Erreichen der durch das Steuersignal in dem elektronischen System bewirkten Funktion durch das modifizierte Steuersignal gewährleistet und/oder wobei die Kostenfunktion zur Berechnung des Verhaltensmaßes einen Parameter berücksichtigt, der bewertet, wie die durch das Steuersignal bewirkte Funktion durch das modifizierte Steuersignal erreicht wird. It can be provided that the optimization is carried out taking into account a side condition that the achievement of the control signal in the electronic system function ensured by the modified control signal and / or wherein the cost function for calculating the measure of behavior takes into account a parameter that evaluates how the function caused by the control signal is achieved by the modified control signal.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuersignalmodellblock, zum Betreiben eines elektronischen Systems mit einem durch mindestens ein ursprüngliches Steuersignal gesteuerten elektronischen Wandler für eine elektromechanische Einrichtung oder einen Leistungswandler vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: According to a further aspect, a device, in particular a control signal model block, is provided for operating an electronic system with an electronic converter controlled by at least one original control signal for an electromechanical device or a power converter, the device being designed for:
Bereitstellen eines Verlaufs des ursprünglichen Steuersignals zum Ansteuern des elektronischen Wandlers, Providing a course of the original control signal for driving the electronic converter,
Modifizieren des ursprünglichen Verlaufs des mindestens einen Steuersignals gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell, um einen Verlauf mindestens eines modifizierten Steuersignals zu erhalten, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet ist, den Verlauf des mindestens einen modifizierten Steuersignals abhängig von dem Verlauf des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals und insbesondere von Betriebsbedingungen des elektronischen Wandlers und/oder von Betriebseigenschaften und/oder Systemeigenschaften zu bestimmen; Modifying the original course of the at least one control signal according to a trainable, data-based control signal model in order to obtain a course of at least one modified control signal, the control signal model being designed to change the course of the at least one modified control signal as a function of the course of the at least one original control signal and in particular of operating conditions of the electronic converter and/or operating characteristics and/or system characteristics;
- Ansteuern des elektronischen Wandlers mit dem mindestens einen modifizierten Steuersignal. - Controlling the electronic converter with the at least one modified control signal.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein elektronisches System mit einem Wandler, mit einer elektronischen Schaltung und der obigen Vorrichtung vorgesehen. According to a further aspect, an electronic system with a converter, with an electronic circuit and the above device is provided.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektronischen Systems mit einem elektronischen Wandler, das in optimierter Weise mit einem oder mehreren optimierten Steuersignalen angesteuert werden soll; Figuren 2a-2c Diagramme zur Veranschaulichung von Signalantworten der elektronischen Schaltung; FIG. 1 shows a schematic representation of an electronic system with an electronic converter which is to be controlled in an optimized manner with one or more optimized control signals; FIGS. 2a-2c diagrams to illustrate signal responses of the electronic circuit;
Figur 3 eine Möglichkeit zur Parametrierung des Steuersignals; und FIG. 3 shows a possibility for parameterizing the control signal; and
Figur 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des elektronischen Wandlers in dem elektronischen System der Figur 1. Figure 4 is a flowchart to illustrate a method for operating the electronic converter in the electronic system of Figure 1.
Beschreibung von Ausführungsformen Description of Embodiments
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektronischen Systems 1 mit einer elektromechanischen Einrichtung 2, wie z. B. einer elektrischen Maschine, einem elektromechanischen Aktuator, oder einem Leistungswandler, die in einer beliebigen Weise mit einem elektronischen Wandler 3 gekoppelt ist. Der elektronische Wandler 3 kann beispielsweise ein Wechselrichter, eine H-Brückenschal- tung, eine B6-Brückenschaltung, eine sonstige leistungselektronische Schaltung mit Transistoren, wie z. B. MOSFETS o. Ä., oder dergleichen sein. Figure 1 shows a schematic representation of an electronic system 1 with an electromechanical device 2, such as. B. an electrical machine, an electromechanical actuator, or a power converter, which is coupled in any way with an electronic converter 3. The electronic converter 3 can be, for example, an inverter, an H-bridge circuit, a B6 bridge circuit, any other electronic power circuit with transistors, such as. B. MOSFETS o. Ä., Or the like.
Der elektronische Wandler 3 wird abhängig von einem oder mehreren Steuersignalen S angesteuert, um eine Funktion in der elektromechanischen Einrichtung 2 auszuführen, wobei der elektronische Wandler 3 Teil der elektromechanischen Einrichtung 3 oder separat dazu sein kann. The electronic converter 3 is activated as a function of one or more control signals S in order to carry out a function in the electromechanical device 2, it being possible for the electronic converter 3 to be part of the electromechanical device 3 or separate therefrom.
Das eine oder die mehreren Steuersignale S werden von einer Steuereinheit 4 bereitgestellt. Das eine oder die mehreren Steuersignale S können ein Strom- oder Spannungssignal sein und zur Realisierung einer gewünschten Funktion an einem Steuereingang des elektronischen Wandlers 3 angelegt sein. Das eine oder die mehreren Steuersignale S werden als ein zeitlicher Verlauf eines elektrischen Zustands, wie z. B. einer Spannung oder eines Stroms, bereitgestellt und können Zustandsübergänge oder Zustandsverläufe umfassen. Mithilfe eines Steuersignalmodellblocks 5 wird das eine oder die mehreren von der Steuereinheit 4 bereitgestellten ursprünglichen Steuersignale S mit einem Steuersignalmodell modifiziert und als entsprechende modifizierte Steuersignale S‘ bereitgestellt. The one or more control signals S are provided by a control unit 4 . The one or more control signals S can be a current or voltage signal and can be applied to a control input of the electronic converter 3 in order to implement a desired function. The one or more control signals S are presented as a time course of an electrical condition, such as e.g. a voltage or a current, and may include state transitions or state histories. Using a control signal model block 5, the one or more original control signals S provided by the control unit 4 are modified with a control signal model and provided as corresponding modified control signals S′.
Beispielsweise zeigen Figuren 2b und 2c Signalverläufe einer Spannung oder eines Stroms eines resultierenden Signals in der elektromechanischen Einrichtung 2 basierend auf einem in Figur 2a gezeigten Verlauf eines bereitgestellten Steuersignals S. Man erkennt verschiedene Sprungantworten, die zum einen ein Nachschwingen, ein Überschwingen, eine zu flache Flanke und/oder eine Stromspitze aufweisen. For example, FIGS. 2b and 2c show signal curves of a voltage or a current of a resulting signal in the electromechanical device 2 based on a curve of a provided control signal S shown in FIG Flank and / or have a current peak.
Ferner kann die Ansteuerung mit dem einen oder den mehreren Steuersignale S in der elektromechanischen Einrichtung 2 aufgrund der verbrauchten Schaltenergie Verlustleistungen erzeugen, die von dem zeitlichen Verlauf der Steuersignale S abhängen. Auch können auf den elektronischen Wandler 3 oder das elektronische System 1 Belastungen abhängig von der Form des Verlaufs des Steuersignals S auftreten, die die Lebensdauer des elektronischen Systems 1 beeinträchtigen können. Dies kann beispielsweise aufgrund von temporären Überspannungen oder Überströmen sowie hohen Temperaturen bewirkt werden. Das Verhalten des elektronischen Systems 1 kann entsprechend verschiedener Kriterien bewertet werden und auf eine Verhaltensgröße abgebildet werden. Durch Variation des Verlaufs und/oder Form der Steuersignale S können die verschiedenen Verhaltensgrößen variiert werden, um ein Verhalten des elektronischen Systems 1 zu verbessern. Furthermore, the actuation with the one or more control signals S in the electromechanical device 2 can generate power losses due to the switching energy consumed, which depend on the course of the control signals S over time. The electronic converter 3 or the electronic system 1 can also be subject to loads depending on the shape of the curve of the control signal S, which can impair the service life of the electronic system 1 . This can be caused, for example, by temporary overvoltages or overcurrents and high temperatures. The behavior of the electronic system 1 can be evaluated according to various criteria and mapped to a behavior variable. By varying the course and/or form of the control signals S, the various behavior variables can be varied in order to improve the behavior of the electronic system 1 .
Die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen sind durch eine Schaltkreissimulation, wie zum Beispiel in der Programmiersprache SPICE, ermittelbar, mit der die Reaktion der elektromechanischen Einrichtung 2 auf den Verlauf von beliebigen Steuersignalen ermittelt werden kann. Dazu werden Antwortsignale auf die Steuersignale S modelliert und mithilfe einer oder mehrerer Verhaltensgrößen gemäß einem der oben genannten Kriterien (Verlustleistung, Schaltverluste, Überschwingungsmaß, Belastung etc.) bewertet. Weiterhin können die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen mithilfe einer (differenzierbaren) Kostenfunktion kombiniert werden, um ein Verhaltensmaß zu bestimmen, das ein Verhalten des elektronischen Systems 1 charakterisiert. Beispielsweise kann das Verhaltensmaß durch eine Summe der gewichteten Verhaltensgrößen berechnet werden. Die Gewichtungen können entsprechend einem Optimierungskriterium vorgegeben sein. Als Kriterien können Grenzwerte z. B. für Temperaturen, Spannungen oder dergleichen definiert sein, so dass das Verhaltensmaß abhängig von einem Abstand der jeweiligen Verhaltensgröße von dem jeweiligen Grenzwert bestimmt ist. The one or more behavior variables can be determined by a circuit simulation, such as in the SPICE programming language, with which the reaction of the electromechanical device 2 to the course of any control signals can be determined. For this purpose, response signals to the control signals S are modeled and evaluated using one or more behavior variables according to one of the criteria mentioned above (power loss, switching losses, overshoot, load, etc.). Furthermore, the one or more behavior variables can be combined using a (differentiable) cost function in order to determine a behavior measure that characterizes a behavior of the electronic system 1 . For example, the measure of behavior can be calculated by a sum of the weighted measures of behavior. The weightings can be specified according to an optimization criterion. Limit values can be used as criteria, e.g. B. be defined for temperatures, voltages or the like, so that the behavior measure is determined depending on a distance of the respective behavior variable from the respective limit value.
Zum Verarbeiten des Steuersignals S in dem Steuersignalmodellblock 5 muss dieses in geeigneter Weise parametriert werden. Dies kann in der Steuereinheit 4 oder eingangsseitig im Steuersignalmodellblock 5 erfolgen. In letzteren Fall kann ein bereitgestelltes analoges Steuersignal abgetastet und in geeigneterWeise parametriert werden. In order to process the control signal S in the control signal model block 5, it must be parameterized in a suitable manner. This can take place in the control unit 4 or on the input side in the control signal model block 5 . In the latter case, a provided analog control signal can be sampled and parameterized in a suitable manner.
Die Steuereinheit 4 kann das eine oder die mehreren ursprünglichen Steuersignale durch Zeitabschnitte und den den Zeitabschnitten zugeordneten Werten einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms, vorgeben. The control unit 4 can specify the one or more original control signals by time segments and the values of an electrical variable, in particular a voltage or a current, assigned to the time segments.
So kann das Steuersignal S in mehreren Zeitintervallen/Zeitschritten mit unterschiedlichen Zeitdauern t1 , t2, ... , tn sowie mit jeweiligen Amplituden A1 , A2, ... , An definiert sein. Das durch das Steuersignalmodell zu ermittelnde modifizierte bzw. optimierte Steuersignal S‘ kann in gleicher Weise oder in davon abweichender Weise parametriert sein. Thus, the control signal S can be defined in several time intervals/time steps with different durations t1, t2, . . . , tn and with respective amplitudes A1, A2, . The modified or optimized control signal S' to be determined by the control signal model can be parameterized in the same way or in a different way.
Alternativ kann die Steuereinheit 4 das eine oder die mehreren Steuersignale auch durch einen oder mehrere Parameter einer periodischen Ansteuerung angeben, wie z. B. eine Zyklusfrequenz einer periodischen Ansteuerung, insbesondere eine Frequenz- und/oder Pulsweitenmodulation, einen Modulationsgrad, ein Tastverhältnis, eine Pulsdauer und/oder eine Pulsform. Alternatively, the control unit 4 can also indicate the one or more control signals by one or more parameters of a periodic activation, such as e.g. B. a cycle frequency of a periodic control, in particular a frequency and / or pulse width modulation, a degree of modulation, a duty cycle, a pulse duration and / or a pulse shape.
Das Steuersignalmodell kann ein datenbasiertes trainierbares Modell, insbesondere ein künstliches neuronales Netz, oder ein Regressionsmodell sein. Im vorliegenden Fall wird als Modell ein künstliches neuronales Netzwerk angenommen, da dieses in einfacher Weise durch Differenzieren trainiert werden kann. Das Steuersignalmodell kann grundsätzlich in verschiedenen Varianten implementiert sein. Zum einen kann das Steuersignalmodell als Hard- oder Software in der Steuereinheit 4 als Teil des elektronischen Systems 1 oder separat dazu implementiert werden. Alternativ kann in einer Variante das Steuersignalmodell in der Steuereinheit 4 mit einer Adaptionsfunktion implementiert sein, bei der das Steuersignalmodell entsprechend zu vorgegebenen Zeitpunkten bzw. regelmäßig nachtrainiert wird, um Alterungseffekte im elektronischen System 1 zu korrigieren. Nachfolgend wird eine Implementierung in der letztgenannten Variante anhand eines Flussdiagramms der Figur 4 näher beschrieben. The control signal model can be a data-based, trainable model, in particular an artificial neural network, or a regression model. In the present case, an artificial neural network is assumed as a model, since this can be trained in a simple manner by differentiation. In principle, the control signal model can be implemented in different variants. On the one hand, the control signal model can be implemented as hardware or software in the control unit 4 as part of the electronic system 1 or separately thereto. Alternatively, in one variant, the control signal model can be implemented in the control unit 4 with an adaptation function, in which the control signal model is retrained accordingly at predetermined points in time or regularly in order to correct aging effects in the electronic system 1 . An implementation in the latter variant is described in more detail below with reference to a flowchart in FIG.
Das dort dargestellte Verfahren kann in einem Steuergerät 4 mithilfe einer Hardware und/oder Software implementiert sein. The method presented there can be implemented in a control unit 4 using hardware and/or software.
Die Steuereinheit 4 des elektronischen Systems stellt dazu in Schritt S1 Parameter einer geeigneten Parametrierung des zeitlichen Verlaufs des einen oder der mehreren Steuersignale S zur Verfügung, die in Folge an den elektronischen Wandler 3 angelegt werden sollen. Das ursprüngliche Steuersignal S wird dabei durch die Steuereinheit 4 parametrisiert bereitgestellt oder als Zustandsverlauf einer elektrischen Größe (Strom oder Spannung) bereitgestellt. In letztgenannten Fall kann die Parametrierung in dem Steuersignalmodellblock 5 durchgeführt werden. For this purpose, in step S1, the control unit 4 of the electronic system provides parameters for a suitable parameterization of the time profile of the one or more control signals S that are to be applied to the electronic converter 3 in sequence. In this case, the original control signal S is provided in parameterized form by the control unit 4 or provided as a progression of the state of an electrical variable (current or voltage). In the latter case, the parameterization can be carried out in the control signal model block 5 .
Die Parametrierung kann beispielsweise, wie oben beschrieben, vorsehen, das Steuersignal in mehrere Zeitschritte zu unterteilen und eine entsprechende Amplitudengröße zuzuordnen. Auf diese Weise kann für eine Anzahl von vorausliegenden Zeitschriften jeweils eine Amplitude vorgegeben werden. As described above, the parameterization can provide, for example, for the control signal to be divided into a number of time steps and for a corresponding amplitude value to be assigned. In this way, an amplitude can be specified for a number of upcoming magazines.
In Schritt S2 werden das eine oder die mehreren parametrierten, ursprünglichen Steuersignale S gemeinsam mit Betriebsbedingungen des zu steuernden elektronischen Wandlers 3 sowie Betriebseigenschaften und/oder Systemeigenschaften an das Steuersignalmodell übermittelt. In step S2, the one or more parameterized, original control signals S are transmitted to the control signal model together with the operating conditions of the electronic converter 3 to be controlled and operating properties and/or system properties.
Die Betriebsbedingungen betreffen den Betrieb des elektronischen Wandlers 3 und können eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: eine an dem elektronischen Wandler 3 anliegenden Spannung und ein durch den elektronischen Wandler 3 fließender Strom zum aktuellen Zeitpunkt sowie eine aktuelle Temperatur des elektronischen Wandlers 3. Die Betriebseigenschaften können allgemeine Eigenschaften des Typs des elektronischen Wandlers 3 betreffen und einen oder mehrere der folgenden Parameter betreffen: Schwellenspannung, Leckstrom am Gate-Anschluss, Widerstand im Ein-Zustand sowie deren Varianzen, die entweder durch Streuungen aufgrund von Fertigungstoleranzen oder aufgrund von Alterungseffekten auftreten. The operating conditions relate to the operation of the electronic converter 3 and can include one or more of the following variables: a voltage present at the electronic converter 3 and a current flowing through the electronic converter 3 at the current time, and a current Temperature of the electronic converter 3. The operating characteristics can relate to general characteristics of the type of electronic converter 3 and concern one or more of the following parameters: threshold voltage, leakage current at the gate terminal, on-state resistance as well as their variances, which are caused either by scattering due to Manufacturing tolerances or due to aging effects.
Ferner können die Systemeigenschaften weitere Komponenten der elektronischen Schaltung betreffen, die den Betrieb des elektronischen Wandlers 3 beeinflussen können. Beispielsweise können die Systemeigenschaften eine oder mehrere der folgenden Parameter von anderen Systemkomponenten der elektronischen Schaltung umfassen: einen thermischen Widerstand des Gesamtaufbaus, der für die Temperatur des zu steuernden elektronischen Wandlers 3 ausschlaggebend ist, die Kapazität eines Stützkondensators, der mit dem elektronischen Wandler 3 gekoppelt ist, und dergleichen. Entsprechend lassen sich auch Varianzen dieser Größen, die sich entweder aus den Fertigungstoleranzen oder der Alterung ergeben, als derartige Parameter berücksichtigen. Furthermore, the system properties can relate to other components of the electronic circuit that can affect the operation of the electronic converter 3 . For example, the system properties can include one or more of the following parameters of other system components of the electronic circuit: a thermal resistance of the overall structure, which is decisive for the temperature of the electronic converter 3 to be controlled, the capacitance of a back-up capacitor, which is coupled to the electronic converter 3 , and the same. Correspondingly, variances in these variables, which result either from manufacturing tolerances or from aging, can also be taken into account as such parameters.
Das Steuersignalmodell ermittelt aus den entsprechenden Eingangsgrößen ein modifiziertes Steuersignal, das zur Ansteuerung der elektromechanischen Einrichtung 2 verwendet werden kann. From the corresponding input variables, the control signal model determines a modified control signal that can be used to control the electromechanical device 2 .
Als Ergebnis erhält man einen modifizierten Verlauf eines modifizierten Steuersignals S‘. Dieses wird in parametrierter Form bereitgestellt. The result is a modified course of a modified control signal S'. This is provided in parameterized form.
In einem nachfolgenden Schritt S3 wird der elektronische Wandler 3 entsprechend dem durch die modifizierten Steuersignalparameter des modifizierten Steuersignals S‘ vorgegebenen Verlauf angesteuert. Die Umwandlung der modifizierten Steuersignalparameter, die das modifizierte Steuersignal S‘ definieren, in das analoge Steuersignal S‘ kann vorzugsweise in dem Steuersignalmodellblock 5 oder in einer dazu separaten Einrichtung erfolgen. In a subsequent step S3, the electronic converter 3 is controlled in accordance with the profile specified by the modified control signal parameters of the modified control signal S'. The conversion of the modified control signal parameters, which define the modified control signal S', into the analog control signal S' can preferably take place in the control signal model block 5 or in a separate device.
In Schritt S4 kann ein Adaptionskriterium überprüft werden. Sieht das Adaptionskriterium vor, eine weitere Adaption oder Aktualisierung des Steuersignalmodells vorzunehmen (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit dem Schritt S5 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zum Schritt S1 zurückgesprungen. Adaptionskriterien können beispielsweise von einer vorbestimmten Zeitdauer seit der letzten Adaption, von dem Verlauf des ursprünglichen Steuersignals oder von einem externen Adaptionssignal abhängen. Weiterhin kann eine Aktualisierung des Steuersignalmodells angestoßen werden, wenn Systemeigenschaften, wie z. B. eine Temperatur, Spannungswerte, Messsignal und dergleichen, von entsprechenden vorgegebenen Referenzwerten um mehr als einen vorgegebenen Abweichungsbetrag abweichen. Insbesondere soll durch die Adaptionskriterien überprüft werden, ob das Steuersignalmodell aufgrund von Bauteilalterung, Verschleiß oder anderen systematischen Änderungen in den Betriebsbedingungen nachtrainiert werden muss. An adaptation criterion can be checked in step S4. If the adaptation criterion provides for a further adaptation or update of the control signal model (alternative: yes), the method continues with step S5, otherwise (alternative: no) the process jumps back to step S1. Adaptation criteria can depend, for example, on a predetermined period of time since the last adaptation, on the course of the original control signal, or on an external adaptation signal. Furthermore, an update of the control signal model can be triggered if system properties such. B. a temperature, voltage values, measurement signal and the like, deviate from corresponding predetermined reference values by more than a predetermined amount of deviation. In particular, the adaptation criteria should be used to check whether the control signal model needs to be retrained due to component aging, wear or other systematic changes in the operating conditions.
In Schritt S5 wird ein Nachtrainieren des Steuersignalmodells ausgeführt. In step S5, the control signal model is retrained.
Das Nachtrainieren des Steuersignalmodells dient dazu, Ungenauigkeiten der Schaltkreissimulation und der dieser zugrundeliegenden Bauteilmodelle im Steuersignalmodell zu korrigieren, wenn z. B. durch Bauteilalterung, Verschleiß oder andere systematische Änderungen in den Betriebsbedingungen die erlernten Steuersignal(-anpassungen) nicht mehr optimal sind. The retraining of the control signal model serves to correct inaccuracies in the circuit simulation and the component models on which it is based in the control signal model, e.g. B. due to component aging, wear or other systematic changes in the operating conditions, the learned control signal (adjustments) are no longer optimal.
Das Nachtrainieren des Steuersignalmodells zielt darauf ab, modifizierte Steuersignale aus vorgegebenen Steuersignalen zu generieren, bei denen das Verhaltensmaß optimiert ist. Insbesondere kann die Kostenfunktion des Verhaltensmaßes und das Gleichungssystem der Schaltkreissimulation in Verbindung mit einem Gradient Descent-Verfahren verwendet werden, um die Modellparameter des Steuersignalmodells weiter zu trainieren. The retraining of the control signal model aims to generate modified control signals from given control signals, for which the behavior measure is optimized. In particular, the cost function of the behavior measure and the system of equations of the circuit simulation can be used in connection with a gradient descent method in order to further train the model parameters of the control signal model.
Das initiale Erstellen des Steuersignalmodells erfolgt mit einem Trainingsdatensatz aus Steuersignalen und zugeordneten modifizierten Steuersignalen. Die modifizierten Steuersignale werden dabei jeweils basierend auf einem vorgegebenen Steuersignal und abhängig von einem Verhaltensmaß, das aus einer oder mehreren Verhaltensgrößen, die für das modifizierte Steuersignal mithilfe einer Schaltkreissimulation bestimmt werden, und der vorgegebenen Kostenfunktion bestimmt wird, ermittelt. Zum Aufbau der Trainingsdaten werden Steuersignale möglichst variantenreich im Rahmen der möglichen Steuersignale zur Ansteuerung des Transistors 3 vorgegeben. The control signal model is initially created using a training data set made up of control signals and associated modified control signals. The modified control signals are each determined based on a specified control signal and depending on a behavior measure that is determined from one or more behavior variables that are determined for the modified control signal using a circuit simulation and the specified cost function. To build up the training data, control signals are specified with as many variants as possible within the scope of the possible control signals for driving the transistor 3 .
Die Schaltkreissimulationen können basierend auf der Parametrierung des modifizierten Steuersignals S‘ die eine oder die mehreren entsprechenden Verhaltensgrößen bzw. das resultierende Verhaltensmaß (abhängig von einer vorgegebenen Kostenfunktion) ermitteln. The circuit simulations can determine the one or more corresponding behavior variables or the resulting behavior measure (depending on a predetermined cost function) based on the parameterization of the modified control signal S'.
Mithilfe eines Optimierungsverfahrens, wie z. B. stochastic gradient descent, kann ein Trainingsdatensatz für das Steuersignalmodell durch Optimierung (Minimierung) des Verhaltensmaßes bezüglich eines betreffenden Steuersignals, insbesondere durch Backpropagation, durchgeführt werden. Dies ist möglich, da in der Regel die einer Schaltkreissimulation zugrundeliegenden Funktionen differenziert werden können, so dass das optimierte Verhaltensmaß durch Differenzierung der Kostenfunktion und der Funktion der Schaltkreissimulation zur Aktualisierung der Modellparameter des Steuersignalmodells bestimmt werden kann. Using an optimization method such as B. stochastic gradient descent, a training data record for the control signal model can be performed by optimizing (minimizing) the behavior measure with respect to a relevant control signal, in particular by backpropagation. This is possible because, as a rule, the functions underlying a circuit simulation can be differentiated, so that the optimized performance measure can be determined by differentiating the cost function and the function of the circuit simulation for updating the model parameters of the control signal model.
Damit die durch das Steuersignal in dem elektronischen System bewirkte Funktion auch durch das modifizierte Steuersignal erreicht werden kann, kann die Optimierung mit geeigneten Nebenbedingungen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Kostenfunktion zur Berechnung des Verhaltensmaßes auch ein Parameter berücksichtigt werden, der bewertet, wie die durch das Steuersignal bewirkte Funktion durch das modifizierte Steuersignal erreicht wird. So that the function brought about by the control signal in the electronic system can also be achieved by the modified control signal, the optimization can be carried out with suitable secondary conditions. As an alternative or in addition, a parameter can also be taken into account in the cost function for calculating the behavior measure, which parameter evaluates how the function brought about by the control signal is achieved by the modified control signal.
Insbesondere kann das Steuersignalmodell in Form eines neuronalen Netzes, wie z. B. eines rekurrenten neuronalen Netzes (LSTM, GRU), eines Multi-Layer Perceptron oder dergleichen, ausgebildet sein. Somit kann das Trainieren des Steuersignalmodells mithilfe eines Back-Propagation-Verfahrens basierend auf einer Minimierung des Verhaltensmaßes durchgeführt werden. In particular, the control signal model in the form of a neural network, such as. B. a recurrent neural network (LSTM, GRU), a multi-layer perceptron or the like. Thus, the control signal model can be trained using a back-propagation method based on minimizing the behavior measure.
Um die Steuereinheit 4 des elektronischen Systems 1 zu entlasten, kann das Nachtrainieren des Steuersignalmodells auch extern des elektronischen Systems 1 durchgeführt werden. Dazu können die parametrierten ursprünglichen und modifizierten Steuersignale S, S‘ sowie die Betriebsbedingungen sowie die Bauteil- parameter und System parameter an eine externe Recheneinheit übermittelt werden, die in Kenntnis der elektromechanischen Einrichtung 3 die Schaltkreissimulationen durchführt, um die Verhaltensgrößen bzw. das Verhaltensmaß zu berechnen. Das Nachtrainieren der Modellparameter des neuronalen Netzes kann somit extern erfolgen und die Modellparameter zurück zu dem elektronischen System 1 übermittelt werden, so dass diese in Folge angewendet werden können. In order to relieve the control unit 4 of the electronic system 1 , the control signal model can also be retrained externally to the electronic system 1 . For this purpose, the parameterized original and modified control signals S, S' as well as the operating conditions and the component parameters and system parameters are transmitted to an external computing unit, which carries out the circuit simulations in the knowledge of the electromechanical device 3 in order to calculate the behavioral variables or the behavioral measure. The model parameters of the neural network can thus be retrained externally and the model parameters can be transmitted back to the electronic system 1 so that they can be used in sequence.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Steuersignalmodell auch als Lookup- Tabelle in dem elektronischen System implementiert sein, so dass die Steuersignalparameter des ursprünglichen Steuersignals entsprechend der Lookup-Tabelle modifizierten Steuersignalparameter zugeordnet werden, die das modifizierte Steuersignal S‘ repräsentieren. Die Lookup-Tabelle wird dabei basierend auf einem Steuersignalmodell erstellt, das extern des elektronischen Systems 1 implementiert sein kann. Auf diese Weise kann der Rechenaufwand in dem elektronischen System 1 erheblich reduziert werden. In a further embodiment, the control signal model can also be implemented as a lookup table in the electronic system, so that the control signal parameters of the original control signal are assigned according to the lookup table to modified control signal parameters which represent the modified control signal S'. The lookup table is created based on a control signal model that can be implemented externally to the electronic system 1 . In this way, the computing effort in the electronic system 1 can be significantly reduced.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Systems (1) mit einem durch mindestens ein ursprüngliches Steuersignal (S) gesteuerten elektronischen Wandler (3) für eine elektromechanische Einrichtung oder einen Leistungswandler, mit folgenden Schritten: 1. A method for operating an electronic system (1) with an electronic converter (3) controlled by at least one original control signal (S) for an electromechanical device or a power converter, with the following steps:
Bereitstellen (S1) eines Verlaufs des ursprünglichen Steuersignals (S) zum Ansteuern des elektronischen Wandlers (3), Providing (S1) a profile of the original control signal (S) for driving the electronic converter (3),
Modifizieren (S2) des ursprünglichen Verlaufs des mindestens einen Steuersignals gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell, um einen Verlauf mindestens eines modifizierter Steuersignals (S‘) zu erhalten, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet ist, den Verlauf des mindestens einen modifizierten Steuersignals (S‘) abhängig von dem Verlauf des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals (S) und insbesondere von Betriebsbedingungen des elektronischen Wandlers (3) und/oder von Betriebseigenschaften und/oder Systemeigenschaften zu bestimmen; Modifying (S2) the original course of the at least one control signal according to a trainable, data-based control signal model in order to obtain a course of at least one modified control signal (S'), the control signal model being designed to determine the course of the at least one modified control signal (S') as a function of to determine the course of the at least one original control signal (S) and in particular operating conditions of the electronic converter (3) and/or operating properties and/or system properties;
- Ansteuern (S3) des elektronischen Wandlers (3) mit dem mindestens einen modifizierten Steuersignal (S‘). - Controlling (S3) the electronic converter (3) with the at least one modified control signal (S').
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Steuersignalmodell als ein trainierbares datenbasiertes Modell ausgebildet ist, insbesondere als künstliches neuronales Netz, wie z. B. Multi-Layer Perceptron, oder rekursives neuronales Netz. 2. The method according to claim 1, wherein the control signal model is designed as a trainable data-based model, in particular as an artificial neural network, such as. B. Multi-Layer Perceptron, or recursive neural network.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verlauf des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals (S) zum Ansteuern des elektronischen Wandlers (3) durch Steuersignalparameter parametriert oder definiert ist und/oder wobei der Verlauf des mindestens einen modifizierten Steuersignals (S‘) durch entsprechende modifizierte Steuersignalparameter parametriert oder definiert ist. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the profile of the at least one original control signal (S) for driving the electronic converter (3) is parameterized or defined by control signal parameters and/or wherein the profile of the at least one modified control signal (S') is corresponding modified control signal parameters is parameterized or defined.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Parametrierung des Verlaufs des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals (S) und/oder des mindestens einen mo- difizierten Steuersignals durch Zeitabschnitte und den den Zeitabschnitten zugeordneten Werten einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms, einer Zyklusfrequenz einer periodischen Ansteuerung, insbesondere einer Frequenz- und/oder Pulsweitenmodulation, eines Modulationsgrads, eines Tastverhältnisses, einer Pulsdauer und/oder einer Pulsform durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Betriebsbedingungen des zu steuernden elektronischen Wandlers (3) den Betrieb des elektronischen Wandlers (3) betreffen und insbesondere eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: eine an dem elektronischen Wandler (3) anliegende Spannung, ein durch den elektronischen Wandler fließender Strom zum aktuellen Zeitpunkt und eine aktuelle Temperatur des elektronischen Wandlers (3). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Betriebseigenschaften allgemeine Eigenschaften des Typs des elektronischen Wandlers (3) betreffen und insbesondere einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: eine Schwellenspannung, einen Leckstrom am Gate-Anschluss, einen Widerstand im Ein-Zustand sowie die Varianzen dieser Größen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Systemeigenschaften weitere Komponenten der elektromechanischen Einrichtung oder des Leistungswandlers betreffen, die den Betrieb des elektronischen Wandlers (3) beeinflussen, und insbesondere eine oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: einen thermischen Widerstand des Gesamtaufbaus, eine Kapazität eines Stützkondensators, der mit dem elektronischen Wandler (3) gekoppelt ist, und Varianzen dieser Größen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuersignalmodell trainiert wird, indem ein Verhaltensmaß optimiert wird, das sich aus dem Steuersignalmodell und einer nachgeordneten Schaltkreissimulation ergibt, um Modellparameter des Steuersignalmodells anzupassen, wobei die Schaltkreissimulation ausgebildet ist, um aus einem modifizierten Steuersignal (S‘) eine oder mehrere Verhaltensgrößen zu ermitteln, wobei abhängig von einer vorgegebenen Kostenfunktion ein Verhaltensmaß abhängig von der einen oder den mehreren Verhaltensgrößen ermittelbar ist, die das Verhalten der elektronischen Schaltung (2) auf modifizierte Steuersignale angeben,. 17 Verfahren nach Anspruch 8, wobei die eine oder die mehreren Verhaltensgrößen eine Leistungsfähigkeit des elektronischen Systems bei Ansteuerung durch das modifizierte Steuersignal angeben, wobei die Verhaltensgröße eine Verlustleistung, ein Störungsmaß, insbesondere in Form einer Stärke von Schwingungen o- der eines Überschwingens, eine insbesondere thermische Belastung auf das elektronische System und/oder ein Belastungsmaß angibt, das insbesondere durch eine zu erwartende Lebensdauer des elektronischen Wandlers (3) oder der elektromechanische Einrichtung oder des Leistungswandlers beeinflusst ist. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Optimierung unter Berücksichtigung einer Nebenbedingung erfolgt, die das Erreichen der durch das Steuersignal in dem elektronischen System bewirkte Funktion durch das modifizierte Steuersignal gewährleistet und/oder wobei die Kostenfunktion zur Berechnung des Verhaltensmaßes einen Parameter berücksichtigt, der bewertet, wie die durch das Steuersignal bewirkte Funktion durch das modifizierte Steuersignal erreicht wird. Vorrichtung, insbesondere Steuersignalmodellblock (5), zum Betreiben eines elektronischen Systems (1) mit einem durch mindestens ein ursprüngliches Steuersignal (S) gesteuerten elektronischen Wandler (3) für eine elektromechanische Einrichtung oder einen Leistungswandler, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: 4. The method according to claim 3, wherein the parameterization of the course of the at least one original control signal (S) and/or the at least one mo- modified control signal by time intervals and the values of an electrical variable assigned to the time intervals, in particular a voltage or a current, a cycle frequency of a periodic control, in particular a frequency and/or pulse width modulation, a degree of modulation, a duty cycle, a pulse duration and/or a pulse shape will. Method according to one of Claims 1 to 4, in which the operating conditions of the electronic converter (3) to be controlled relate to the operation of the electronic converter (3) and in particular comprise one or more of the following variables: a voltage present at the electronic converter (3), a current flowing through the electronic converter at the current time and a current temperature of the electronic converter (3). Method according to one of Claims 1 to 5, in which the operating characteristics relate to general characteristics of the type of electronic converter (3) and in particular comprise one or more of the following parameters: a threshold voltage, a leakage current at the gate terminal, an on-state resistance and the variances of these quantities. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the system properties relate to other components of the electromechanical device or the power converter that affect the operation of the electronic converter (3), and in particular one or more of the following parameters include: a thermal resistance of the overall structure, a Capacitance of a back-up capacitor coupled to the electronic converter (3) and variances of these quantities. Method according to one of Claims 1 to 7, in which the control signal model is trained by optimizing a behavior measure which results from the control signal model and a downstream circuit simulation in order to adapt model parameters of the control signal model, the circuit simulation being designed to generate from a modified control signal ( S') to determine one or more behavioral variables, a behavioral measure being able to be determined as a function of a predetermined cost function, depending on the one or more behavioral variables which indicate the behavior of the electronic circuit (2) in response to modified control signals,. 17 The method according to claim 8, wherein the one or more behavioral variables indicate a performance of the electronic system when controlled by the modified control signal, the behavioral variable being a power loss, a degree of interference, in particular in the form of a strength of oscillations or an overshoot, a particular indicates thermal stress on the electronic system and / or a degree of stress that is influenced in particular by an expected service life of the electronic converter (3) or the electromechanical device or the power converter. The method according to claim 8 or 9, wherein the optimization is carried out taking into account a constraint that ensures that the modified control signal achieves the function caused by the control signal in the electronic system and/or wherein the cost function for calculating the behavior measure takes into account a parameter that evaluates how the function caused by the control signal is achieved by the modified control signal. Device, in particular control signal model block (5), for operating an electronic system (1) with an electronic converter (3) controlled by at least one original control signal (S) for an electromechanical device or a power converter, the device being designed for:
Bereitstellen eines Verlaufs des ursprünglichen Steuersignals (S) zum Ansteuern des elektronischen Wandlers (3), Providing a course of the original control signal (S) for driving the electronic converter (3),
Modifizieren des ursprünglichen Verlaufs des mindestens einen Steuersignals gemäß einem trainierbaren datenbasierten Steuersignalmodell, um einen Verlauf mindestens eines modifizierten Steuersignale (S‘) zu erhalten, wobei das Steuersignalmodell ausgebildet ist, den Verlauf des mindestens einen modifizierten Steuersignals (S‘) abhängig von dem Verlauf des mindestens einen ursprünglichen Steuersignals (S) und insbesondere von Betriebsbedingungen des elektronischen Wandlers (3) und/oder von Betriebseigenschaften und/oder Systemeigenschaften zu bestimmen; Modifying the original course of the at least one control signal according to a trainable, data-based control signal model in order to obtain a course of at least one modified control signal (S'), the control signal model being designed to change the course of the at least one modified control signal (S') depending on the course of the to determine at least one original control signal (S) and in particular operating conditions of the electronic converter (3) and/or operating properties and/or system properties;
- Ansteuern des elektronischen Wandlers (3) mit dem mindestens einen modifizierten Steuersignal (S‘). Elektronisches System mit einem Wandler (3), mit einer elektronischen Schaltung (2) und einer Vorrichtung nach Anspruch 11. 18 Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen. Maschinenlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen. - Controlling the electronic converter (3) with the at least one modified control signal (S'). Electronic system with a converter (3), with an electronic circuit (2) and a device according to claim 11. 18. A computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the steps of the method according to any one of claims 1 to 10. A machine-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause it to perform the steps of the method of any one of claims 1 to 10.
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