WO2022248177A1 - Verfahren zum betreiben eines hydraulischen zylinders einer arbeitsmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines hydraulischen zylinders einer arbeitsmaschine Download PDF

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WO2022248177A1
WO2022248177A1 PCT/EP2022/061953 EP2022061953W WO2022248177A1 WO 2022248177 A1 WO2022248177 A1 WO 2022248177A1 EP 2022061953 W EP2022061953 W EP 2022061953W WO 2022248177 A1 WO2022248177 A1 WO 2022248177A1
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valve control
parameter
hydraulic cylinder
control parameter
unit
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Application number
PCT/EP2022/061953
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English (en)
French (fr)
Inventor
Adrian Trachte
Ozan DEMIR
Benjamin Ehlers
Nils Steker
Frank Bender
Daniel Neyer
Armin Grieser
Georg RABENSTEIN
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
    • G05B13/027—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion using neural networks only
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221—Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2225—Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves
    • E02F9/2228—Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves including an electronic controller
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool

Definitions

  • the invention relates to a method and a control unit for operating a hydraulic cylinder and a method and a control unit for operating a working unit of a, in particular mobile, working machine that can be operated by means of a hydraulic cylinder.
  • the present invention also relates to a working machine, a computer program and a computer-readable data carrier.
  • Modern work machines increasingly enable the execution of automated or semi-automated work processes.
  • the content of the functionality is often the automated following of a desired trajectory for the tool center point (TCP) or, in the case of assistance functions, the support of the driver in following a desired trajectory.
  • TCP tool center point
  • assistance functions the support of the driver in following a desired trajectory.
  • data-based control structures are used here.
  • the present invention relates to a method for operating a hydraulic cylinder of an, in particular mobile, Working machine, in particular by means of a control unit, according to independent claim 1.
  • the present invention relates to a method for operating a working unit that can be operated by means of a hydraulic cylinder, in particular an attachment that can be operated by means of a hydraulic cylinder, of an, in particular mobile, working machine, in particular by means of a control unit, according to independent claim 8.
  • the invention relates to a control unit for operating a hydraulic cylinder of a, in particular mobile, working machine according to independent claim 9.
  • the invention relates to a control unit for operating a working unit that can be operated by means of a hydraulic cylinder, in particular an attachment, of a working machine, in particular a mobile one, according to independent claim 10.
  • the invention relates to a, in particular mobile, working machine according to independent claim 11
  • the invention relates to a computer program or a computer program product, comprising instructions which, when executed by a computer or a control unit, cause this or these to use the method according to the first aspect of the invention and/or the method according to the second aspect of the Execute and / or control the invention, and a computer-readable data carrier on which the computer program is stored.
  • the computer-readable or machine-readable data carrier can, for example, be a storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory.
  • the working machine can be a stationary or preferably a mobile working machine.
  • the working machine can be a working machine for construction, agricultural, forestry or logistical purposes.
  • the mobile work machine can be, for example, an excavator, a wheel loader, be a bulldozer, an industrial truck or an aerial work platform.
  • the stationary working machine can, for example, be a hydraulically driven industrial robot.
  • the working unit of the working machine can be a working unit for processing and/or treating an agricultural and/or forestry and/or construction area and/or for transporting a load.
  • the working unit can be an attachment.
  • the working tool includes a working arm, a lifting frame or a lifting frame.
  • the attachment can be, for example, a bucket, a shovel or a work basket.
  • the attachment can be arranged on a working arm, a lifting frame or a mast of the working machine.
  • the hydraulic cylinder or the hydraulic cylinder is designed to generate a relative movement between the working unit or the attachment and a machine main unit of the working machine.
  • the machine main unit includes, for example, an operator's cab and/or a drive unit of the working unit.
  • the machine main unit can be, for example, an upper structure of an excavator or a rear structure of a wheel loader.
  • the working unit or the attachment can thus be moved relative to the machine main unit of the working machine by means of the hydraulic cylinder.
  • the hydraulic cylinder includes a housing and a piston.
  • the piston can be moved relative to the housing by means of pressurization of a hydraulic fluid, preferably a hydraulic fluid, in particular it can be moved in and out of the housing.
  • the valve unit assigned to the hydraulic cylinder is designed to set a predetermined and/or specifiable flow rate of the hydraulic fluid through the valve unit and/or to apply a predetermined and/or specifiable pressure to the hydraulic fluid.
  • the valve unit assigned to the hydraulic cylinder is designed to generate a relative movement between the piston and the housing of the hydraulic cylinder.
  • the valve unit can include one or more valves.
  • the valve can be designed as a solenoid valve or a pneumatically actuated valve or pneumatic valve.
  • the valve unit can comprise a pilot valve, in particular an electromagnetic pilot valve, and preferably a main valve which is assigned to the pilot valve and can in particular be actuated pneumatically.
  • a relative movement between the piston and the housing of the hydraulic cylinder can be controlled by controlling the valve unit based on the output signal. Based on an arrangement of the hydraulic cylinder on the working machine, this relative movement can generate a relative movement between the attachment and the machine main unit of the working machine, in particular between the attachment and a working arm and/or a lifting frame of the working machine.
  • controlling can be understood as controlling in the sense of generating an output variable based on an input variable.
  • Control can further and preferably be understood as a control comprising regulation in the sense of a continuous determination of an actual value of a variable to be controlled and a continuous comparison of the actual value with a setpoint value of the variable to be controlled.
  • the control unit preferably comprises one or more, in particular cascaded, controllers.
  • the control unit can be arranged on the working machine.
  • the control unit can be arranged away from the working machine, for example in a server backend or a cloud computing system, and can be connected to the working machine by means of a wireless communication link.
  • a target position of the working unit can be a spatial relative position of the working unit relative to the working machine comprising the working unit or a spatial position in an external reference coordinate system, for example a global satellite navigation system or a reference coordinate system of a position-detecting sensor unit.
  • the target position of an attachment is preferably a spatial position of the tool center point (TCP) of the attachment.
  • TCP tool center point
  • the target position of the working unit or of the attachment can be specified, for example, for a work step of a work process to be carried out by means of the work machine.
  • the target position of the attachment can also include a spatial orientation of the attachment, for example relative to the machine main unit of the working machine.
  • the setpoint value of the movement parameter can be determined as a function of the setpoint position of the working unit using software-based trajectory planning for the working unit or the attachment or for the working machine.
  • the setpoint value of the movement parameter can be determined taking into account at least part of the kinematics of the work machine.
  • the hydraulic cylinder movement parameter is a parameter of movement of the hydraulic cylinder.
  • the movement of the hydraulic cylinder is preferably a relative movement between the piston and the housing of the hydraulic cylinder.
  • the movement of the hydraulic cylinder can be a uniform or, preferably uniform, accelerated movement.
  • the movement parameter of the hydraulic cylinder can be a speed and/or an acceleration.
  • the movement parameter is preferably a relative speed and/or a relative acceleration between the piston and the housing of the hydraulic cylinder.
  • the movement parameter can include an amount and a direction of the speed and/or the acceleration.
  • providing or determining a target value can be understood as providing or determining at least one target value.
  • the desired value is a predetermined and/or predeterminable value and/or previously determined value.
  • Providing or determining the target value preferably includes providing or determining a plurality or a set of target values. It is conceivable that the plurality or quantity of target values represents a chronological sequence of target values.
  • Providing the target value may include receiving the target value.
  • the target value of the movement parameter is correspondingly a value or a temporal one History of the value of the movement parameter according to which a movement of the hydraulic cylinder should take place.
  • a setpoint value of a movement parameter designed as speed and also a setpoint value of a further movement parameter designed as acceleration of the hydraulic cylinder are provided or determined.
  • target values for further or higher time derivatives of the speed or acceleration of the hydraulic cylinder can be determined or provided.
  • one or more target values of one or more movement parameters of one or more additional hydraulic cylinders are provided or determined, with the one or more additional hydraulic cylinders being assigned to the same valve unit as the hydraulic cylinder or being operated using the same valve unit.
  • the valve control parameter of the valve unit can be a parameter of one or more valves of the valve unit, based on which the valve or valves of the valve unit are controlled.
  • the valve control parameter can be a valve energization or a current strength of a solenoid valve.
  • the valve control parameter can also be a pressure, by means of which a pneumatically actuable valve is actuated.
  • the valve control parameter can also be a geometric and/or fluidic valve parameter, such as an opening area of a valve orifice of a valve, of the valve unit. It is also conceivable that the valve control parameter is a position of an operating element, in particular a joystick, of the working machine. The operating element can serve as a means for controlling the movement of the hydraulic cylinder.
  • the position of the control of the work machine can be a position or a Z state of the control.
  • the valve unit assigned to the hydraulic cylinder is controlled as a function of the position or the position or the state of the operating element in order to move the hydraulic cylinder.
  • a control signal for controlling the valve unit or a state of the valve unit is assigned to each position of the operating element.
  • the provisional setpoint value of the valve control parameter is a value determined before the setpoint value of the valve control parameter is determined, on the basis of which the setpoint value of the valve control parameter is determined.
  • the provisional setpoint value of the valve control parameter is therefore an input variable for determining the setpoint value of the valve control parameter.
  • the determined setpoint value of the valve control parameter is preferably different from the determined provisional setpoint value of the valve control parameter.
  • an assignment rule can be understood to mean a rule that maps the setpoint value of the movement parameter to the provisional setpoint value of the valve control parameter.
  • the assignment specification is in particular a deterministic assignment specification.
  • the assignment specification advantageously includes a physical model and/or a characteristic diagram and/or a function, in particular a linear function, by means of which the provisional setpoint value of the valve control parameter is assigned to the setpoint value provided for the movement parameter.
  • the physical model can be a mathematical model or a mathematical algorithm that is designed to map an input variable to an output variable using one or more physical equations or functions.
  • the one or more physical equations represent or approximate a physical law underlying the relationship between the input variable and the output variable.
  • The, in particular linear, function can include, for example, a straight line through the origin, which represents a proportional relationship between the provisional desired value of the valve control parameter and the provided desired value of the movement parameter.
  • the setpoint value of the valve control parameter is also determined as a function of, in particular a value of, at least one other parameter of the hydraulic cylinder and/or the work machine becomes.
  • the further parameter is preferably a different parameter from the movement parameter.
  • the further parameter can also correspond to a time derivative of the movement parameter.
  • the additional parameter can be a pressure, for example a pressure of a hydraulic fluid of the hydraulic cylinder.
  • the further parameter is preferably a pressure difference between a pressure on a piston side of the hydraulic cylinder and a pressure on a rod side of the hydraulic cylinder.
  • the further parameter is a difference between a load pressure of the working unit and a pressure provided by a pump unit for pressurizing the hydraulic fluid.
  • the additional parameter is a temperature of a hydraulic fluid in the hydraulic cylinder.
  • the additional parameter is a speed of a motor of the working machine.
  • the provisional desired value of the valve control parameter is converted into the desired value of the valve control parameter by means of the Gaussian process regression.
  • Inputs to the Gaussian process regression include the preliminary target value of the valve control parameter and training data.
  • the training data include at least values of the movement parameter and values of the valve control parameter assigned to the values of the movement parameter.
  • the training data can represent determined or measured values of the movement parameter and/or the valve control parameter, for example.
  • the training data can be determined during operation of the hydraulic cylinder, for example during operation of a working machine that includes the hydraulic cylinder.
  • the training data correspond to combinations of values that occur or are present during operation of the hydraulic cylinder.
  • Determining the target value of the valve control parameter is done by correcting the provisional value of the valve control parameter based on the training data.
  • the higher a correlation of the provisional value of the valve control parameter with the training data the more the provisional target value is corrected.
  • the value of the The lower the correlation between the preliminary value of the valve control parameter and the training data the stronger the valve control parameter is based on the provisional value of the valve control parameter.
  • a correlation of the provisional desired values determined for the valve control parameter with the training data can be taken into account.
  • the data-based knowledge in the form of the training data and the prior knowledge on which the determination of the provisional desired value of the valve control parameter is based are weighted.
  • the extrapolation behavior in Gaussian process regression can be precisely defined using prior knowledge. In this way, it is achieved that in the working areas, which are sufficiently represented in the training data, essentially the data-based knowledge is used and thus a high estimation accuracy is achieved, while in the working areas with incomplete training data, prior knowledge continues to dominate the determination of the setpoint of the valve control parameter influenced.
  • the Gaussian process regression and the assignment rule are preferably part of a pilot control of a controller used to determine the setpoint value of the valve control parameter.
  • the control unit is preferably arranged on the, in particular mobile, working machine. It is also conceivable that the control unit is arranged away from the working machine and can be connected or is connected to the working machine, preferably by means of a wireless communication link.
  • the methods according to the invention and the corresponding control units increase the safety and reliability in the automated operation of a hydraulic cylinder or a working unit of a working machine, in particular a mobile working machine, that can be moved by means of the hydraulic cylinder.
  • a work process can also be (partially) automated for a work machine, which has a complex hydraulic behavior with in particular has load-dependent pressures or pressure differences and can only be fully described with a particularly great effort by a sufficiently detailed physical model or an extremely complex trained data-based model.
  • the robustness of the method can be increased in work areas that occur less frequently or work areas for which fewer training data are provided.
  • a hydraulic working machine for which a possible pressure range in the hydraulic system depends on an interaction between load forces and valve control parameters, untrained input signal combinations can occur, for which the present method enables operation with increased safety.
  • simplifications and/or errors in the assignment specification, in particular in the physical model can be corrected in work areas sufficiently represented by the training data.
  • the training data are determined as a subset of a provided training data record as a function of the provisional setpoint value determined for the valve control parameter.
  • the size of the training data set provided is reduced by reducing the number of value pairs, value tuples or points contained. This refinement can reduce the need for computing resources and/or a runtime for determining the setpoint value of the valve control parameter.
  • the subset consists of those training data of the training data record for which a value of the movement parameter satisfies a nearest-neighbor criterion with regard to the provisional setpoint value determined for the valve control parameter.
  • the nearest neighbor criterion specifies an arrangement for values or points of the training data, which are taken into account for determining the target value of the valve control parameter. It is conceivable that with regard to one or more dimensions of the training data, one, two or more nearest neighboring values or Neighboring points are part of the subset relative to the provisional target value determined. A number of the neighboring values or neighboring points to be taken into account when determining the desired value of the valve control parameter can be different for different dimensions of the training data.
  • the training data may include points each having a velocity value and an acceleration value associated with a value of the valve control parameter. It is conceivable here that a different number of nearest neighbors is taken into account with regard to the determined desired value for the speed and a determined desired value for the acceleration.
  • the subset consists of those training data of the training data record for which a value of the movement parameter satisfies a distance criterion with regard to the provisional setpoint value of the movement parameter that was determined.
  • the distance criterion specifies a maximum value for a distance for values or points of the training data, which are taken into account for determining the setpoint value of the valve control parameter.
  • the maximum value for the distance can be different for different dimensions of the training data.
  • a determination and in particular an inversion of covariance matrices or covariance vectors takes place based on the determined subset of the training data set.
  • the method can include a step of determining the neighboring values or neighboring points relative to the determined provisional setpoint value of the valve control parameter and in particular a setpoint value of a further movement parameter, e.g. an acceleration, assigned to the determined provisional setpoint value of the valve control parameter.
  • the computing effort and the computing time for operating the hydraulic cylinder can be significantly reduced.
  • the modeling quality or the modeling accuracy is increased and prediction errors are reduced. This allows the process on a control unit online, ie at runtime Running machine and in particular the training data set are adjusted at runtime.
  • the training data set is determined by mapping the values of the movement parameter of an overall training data set comprising values of the movement parameter and the valve control parameter to grid values of a predetermined grid of values of the movement parameter.
  • the grid can have a spatially constant resolution. It is also conceivable that the grid has different spatial resolutions along different dimensions of the training data. It is also conceivable that the grid has a spatially varying resolution, i.e. areas with different resolutions, along one or more dimensions of the training data.
  • the step of mapping can take place during the runtime of the method, in particular the operation of the hydraulic cylinder, for example in the step of determining the setpoint value of the valve control parameter, or offline, i.e. before the operation of the hydraulic cylinder.
  • outliers in the training data can be excluded and a physically or work machine-side permissible value space can be defined.
  • the grid values are replaced by a mean value of the values of the movement parameter mapped to the respective grid value.
  • the values of the valve control parameter assigned to the respective movement parameter can also be replaced by an average value of the values of the valve control parameters.
  • Discretization errors when determining the desired value of the valve control parameter can be reduced by this configuration.
  • a variance of the determined setpoint value of the valve control parameter is also determined and the signal is also a function of of the determined variance is output. It is conceivable that, depending on the determined variance, a speed of the hydraulic cylinder, in particular a relative speed between a piston and a housing of the hydraulic cylinder, is limited and/or reduced by means of the control signal. For this purpose, if a threshold value for the determined variance is exceeded, a correction request can be sent to a module, e.g. a pose module or an inverse kinematics module, which provides the target value of the movement parameter or the target value of the speed of the working unit in order to correct the provided target value of the movement parameter to reduce the variance of the target value of the valve control parameter.
  • a module e.g. a pose module or an inverse kinematics module
  • a threshold value for the ascertained variance when a threshold value for the ascertained variance is exceeded, a determination of new training data is requested in order to promote targeted active learning in poorly trained working areas of the cylinder or the working machine. It is also conceivable that when a threshold value for the determined variance is exceeded, the output control signal controls an acoustic and/or optical and/or haptic output unit in order to draw the attention of an operator or supervisor of the work machine to a less trained work area.
  • a certainty or accuracy of the determined setpoint value of the valve control parameter can be taken into account when the control signal is output and in particular when the hydraulic cylinder is operated. As a result, the hydraulic cylinder and in particular the work machine can also be operated safely in work areas with little training data and low quality of the assignment rule.
  • the setpoint value of the valve control parameter is determined using a speed controller, the speed controller including a pilot control based on the assignment rule and the Gaussian process regression.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a control unit for
  • Fig. 2 is a schematic representation of a pilot control for
  • Fig. 3A, B is a schematic representation of a
  • 4A,B shows a schematic representation of a discretization of the overall training data set according to FIG. 3;
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a reduction of the
  • 6A,B each a flowchart of a method for operating a hydraulic cylinder and a method for operating a working unit of a working machine.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a control unit 10 for operating a working unit of a working machine, in particular a mobile working machine, which can be operated by means of a hydraulic cylinder 26 .
  • the working machine includes the working unit, the hydraulic cylinder 26, a valve unit 24 assigned to the hydraulic cylinder 26 and the control unit 10.
  • the working unit is operated by means of the hydraulic cylinder, in particular moved relative to a machine main unit of the working machine.
  • the working machine can be an excavator, for example, which includes a working unit designed as a working arm.
  • the working arm has a boom, an arm, and a bucket, and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder.
  • a respective valve unit for moving the cylinder.
  • the control unit 10 is set up to receive a target position r R of the working unit.
  • the target position r R can also include an indication of a spatial orientation of the work unit.
  • the control unit 10 can be set up to receive target spatial coordinates of a tool center point (TCP) of the bucket of the excavator and an angle of the bucket relative to a predefined reference direction.
  • TCP tool center point
  • the target position r R can be part of a target trajectory of the working unit.
  • the setpoint trajectory is determined by an operator of the working machine and/or by means of a computing unit 12 for generating a setpoint trajectory for the working machine and is made available to the control unit 10 .
  • the target position r R of the working unit is preferably made available to a pose module 14 of the control unit 10 .
  • the pose module 14 is preferably designed as part of a cascade controller and set up to receive the target position r R of the working unit and also the actual position r of the working unit from a sensor unit 28 detecting the actual position r of the working unit.
  • the pose module 14 is also set up to determine a target speed r R of the working unit based on a deviation between the target position r R and the actual position r of the working unit, by means of which the actual position r can be converted into the target position r R .
  • the target position r R of the TCP and the actual position r of the TCP are received by means of the pose module 14 and a target speed r R of the TCP is calculated on the basis of the deviation.
  • the pose module 14 can also be set up to determine a target acceleration f R of the working unit based on the deviation between the target position r R and the actual position r of the working unit or the determined target speed r R .
  • the control unit 10 includes an inverse kinematics module 16 which is set up to determine a setpoint value s R of a movement parameter of the hydraulic cylinder 26 based on the setpoint speed r R of the working unit.
  • the setpoint value s R of the movement parameter is preferably determined under Consideration of kinematics of the working unit of the working machine, in particular by solving the inverse kinematic problem for the working machine. For example, based on the target speed r R of the TCP of the excavator, a target speed s R is calculated for each of the boom cylinder, the arm cylinder, and the bucket cylinder.
  • the target value s R of the movement parameter of the hydraulic cylinder 26 can be a target speed s R of the hydraulic cylinder 26 .
  • the inverse kinematics module 16 is also set up, alternatively or additionally, to determine a target acceleration s R of the hydraulic cylinder 26 as a target value of a particular further or additional movement parameter.
  • the control unit 10 is also set up to use a speed module 18 to determine a target value u of a valve control parameter of the hydraulic cylinder 26 as a function of the target value s R of the movement parameter.
  • the speed module 18 is preferably designed as a speed controller 18 and set up to receive the target value s R of the movement parameter and the actual value s R of the movement parameter of the hydraulic cylinder 26, preferably also the target value s R of the other movement parameter.
  • the speed module 18 is also set up to determine the setpoint u of the valve control parameter based on a deviation between the setpoint s R and the actual value s of the movement parameter.
  • the speed module 18 is preferably set up to also take into account one or more of the following influencing variables when determining the setpoint u of the valve control parameter:
  • the speed module 18 preferably includes a PI controller with a pre-control 18a (feedforward control).
  • a PI controller with a pre-control 18a (feedforward control).
  • the PI controller can be relieved to the extent that its feedback 18b (feedback control) only has to take into account disturbances and model errors.
  • the pilot control 18a represents an inverse behavior of the working unit relating to the relationship between movement parameters of the hydraulic cylinder 26 and valve control parameters of the respective valve unit 24. In other words, the pilot control 18a determines a value u of the movement parameter of the hydraulic cylinder 26 based on a predetermined value s R of the valve control parameter. In this case, the pilot control 18a takes place using an allocation rule, in particular a physical model, and a Gaussian process regression.
  • the control unit 10 includes a speed module 18 designed as a PI controller for determining a setpoint value u of the valve control parameter for the valve unit assigned to the respective cylinder.
  • a speed module 18 designed as a PI controller for determining a setpoint value u of the valve control parameter for the valve unit assigned to the respective cylinder.
  • Each of the PI controllers has its own pilot control 18a.
  • the desired value u of the valve control parameter is output as the manipulated variable of the speed module 18 .
  • the desired value u of the valve control parameter is in particular a sum of an output variable u FB of the feedback 18b and an output variable u FF of the pilot control 18a.
  • the model-based pilot control 18a is based on the assignment rule m, in particular the physical model, and the Gaussian process regression GPR, as shown in FIG. 2 by way of example.
  • the setpoint value u to be determined for the valve control parameter is determined based on the received setpoint value s R for the speed parameter of the hydraulic cylinder 26 using the assignment rule m, in particular the physical model and the Gaussian process regression GPR.
  • the control unit 10 is also set up to output the determined setpoint value u of the valve control parameter to the system 20 .
  • the system 20 includes a control module 22, the valve unit 24 and the hydraulic cylinder 26.
  • the system 20 represents a controlled system of the speed controller 18.
  • the control module 22 is set up to operate the valve unit 24 based on the signal output by the control unit 10 .
  • the valve unit 24 is designed to adjust a flow of a hydraulic fluid through the valve unit 24 in response to the signal output to the control module 22 in order to move the hydraulic cylinder 26 .
  • the hydraulic cylinder 26 is operated and the working unit is thus moved by outputting the signal to the valve unit 24 as a function of the determined desired value u of the valve control parameter.
  • One or more of the sensors 28 arranged on the working machine are designed to measure the actual position r of the working unit, an actual position or setting s of the hydraulic cylinder 26 and preferably the influencing variables listed above, in particular 'ss ' , Ap cyh Ap sys .
  • the sensors 28 are preferably assigned suitable model-based filters 30 .
  • the model-based filters 30 are set up to output the actual position r of the working unit to the pose module 14 and to the inverse kinematics module 16, to output the actual position or actual position s of the hydraulic cylinder 26 to the inverse kinematics module 16, and preferably to output the influencing variables listed above, in particular , ss, Ap cyh Ap sys to the speed module 18 .
  • FIG. 2 shows an illustration of an embodiment of the pre-control 18a for the control unit 10 described in FIG. 1.
  • the pre-control 18a includes the assignment rule m and the Gaussian process regression GPR.
  • the assignment rule m includes a physical model 34 that is set up to assign a provisional setpoint value u * of the valve control parameter to the setpoint value s R of the movement parameter of the hydraulic cylinder.
  • the physical model 34 includes a first module 36 , which is set up to calculate a setpoint value Q V I V .R of a volume flow of a hydraulic fluid through the dem hydraulic cylinder associated valve unit 24 to determine. For example, a target value Q Hd R of a volume flow rate of the hydraulic fluid at the head of the hydraulic cylinder 26 and a target value Q Rd R of a volume flow rate of the hydraulic fluid at the cylinder rod of the hydraulic cylinder 26 can be calculated.
  • the physical model 34 includes a second module 38 that is set up to determine a setpoint value A V I V .R of an opening area of an orifice of the valve unit 24 based on the determined setpoint value Q viV R of the volume flow.
  • Physical model 34 is preferably set up, when determining the target value A viV R of the opening area of the orifice, a pressure difference Ap cyi between the actual value of the pressure on the cylinder rod and the actual value of the pressure on the cylinder head and/or a pressure difference Ap sys between the actual value of the load pressure and the actual value of the pump pressure into account.
  • the physical model 34 may be set up to provide a predetermined one when determining the target value A viV R of the opening area of the aperture instead of a measured one and/or predeterminable value for the pressure difference Ap cyi and/or pressure difference Ap S y S to be taken into account, for example if no pressure sensor is available.
  • the physical model 34 also includes a third module 40, which is set up to determine the provisional setpoint value u * of the valve control parameter based on the determined setpoint value A viV R of the opening area of the diaphragm.
  • the third module 40 of the physical model 34 can be set up to take valve dynamics of the valve unit 24 into account when determining the provisional setpoint value u * of the valve control parameter.
  • the Gaussian process regression GPR is set up to convert the provisional desired value u * of the valve control parameter provided by the physical model 34 into the desired value u FF of the valve control parameter.
  • training data [X,y] are provided, which include values X of the movement parameter and associated values y of the valve control parameter.
  • a covariance matrix K y is determined with regard to the values X of the training data [X,y] provided.
  • a covariance matrix fc * is determined between the values X of the provided training data [X,y] and the target value s R of the movement parameter, preferably also the target value s R of the further movement parameter.
  • a variance k tt of the target value s R of the movement parameter is determined.
  • kernel functions are known to those skilled in the art for determining the covariance matrices. A squared exponential kernel function is preferably used.
  • the setpoint u FF of the valve control parameter is determined according to:
  • K y 1 designates the inverse matrix of the covariance matrix K y .
  • m(X) denotes an output of the assignment rule m when applied to the input quantity X.
  • a variance of the setpoint u FF of the valve control parameter can be determined according to:
  • the manipulated variable of the speed controller 18, namely the setpoint u of the valve control parameter, can be adjusted based on the output variable u FF of the model-based pilot control 18a by means of the feedback u FB .
  • Fig. 3 shows a representation of an overall training data set [X,y] G for the pre - control 18a according to FIG a value u of the valve control parameter assigned to these values s,s of the movement parameters.
  • the motion parameter represents a speed of the TCP.
  • the further movement parameter represents an acceleration of the TCP.
  • the overall training data set therefore comprises [X,y] G points (s,s), each of which is assigned a value u of the valve control parameter.
  • Figures 3A and 3B each show the same overall training data set [X,y] G .
  • a horizontal axis of Figures 3A, 3B represents the speed of the TCP.
  • a vertical axis of Figures 3A, 3B represents the acceleration of the TCP. If the overall training data set [X,y] G contains a value u of the valve control parameter for a combination of a speed value s and an acceleration value s, this is shown as a point in FIGS. 3A and 3B, regardless of its magnitude.
  • FIG. 3B additionally shows a grid with grid points, represented by circled crosses.
  • a grid point comprises a first grid value with respect to the movement parameter, namely the speed of the TCP, and a second grid value with respect to the further movement parameter, namely the acceleration of the TCP.
  • the grid has the same spatially constant resolution with regard to the movement parameter and the further movement parameter. In other words, this means that a distance between adjacent raster points along the vertical or the horizontal axis is the same for all raster points.
  • a training data set [X,y] is determined by mapping or discretizing points (s,s) of the overall training data set [X,y] G to the grid points.
  • the speed value s and the acceleration value s are each mapped to a grid value of a grid point or assigned to it.
  • 4 shows the mapping of points of the total training data set [X,y] G to grid points as an example for the discretization with respect to the value s of the movement parameter.
  • 4A shows points (s,s) of the overall training data set [X,y] G with the respectively associated value u of the valve control parameter in a representation on the (s,u) plane.
  • the nearest grid point is determined for each point ( s,s ) of the total training data set [X,y] G . Furthermore, for each point (s,s) of the overall training data set [X,y] G , a distance to the nearest grid point is determined. If the distance to the closest grid point is less than or equal to a predetermined maximum value, the point (s,s) of the total training data set [X,y] G is assigned to the closest grid point. If the distance to the nearest grid point is greater than a predetermined maximum value, the point (s,s) of the total training data set [X,y] G is discarded or not taken into account. The distance can be determined using any suitable mathematical norm.
  • FIG. 4B shows a replacement of the raster points by an average value of the points (s,s) of the motion parameters mapped onto the respective raster points. That is, in other words, a point ( s,s ) of the training set [X,y] results as the mean of points ( s,s ) of the total training data set [ X,y ] G .
  • the value u of the valve control parameter assigned to a point (s,s) of the training data set [X,y] is determined as the mean value of the values u of the valve control parameter of the points (s,s) mapped onto the grid point.
  • FIG. 5 shows a representation of a reduction of the overall training data set [X,y] G according to FIG. 3 for the pre-control 18a according to FIG. 2.
  • the grid represented by encircled crosses according to FIG (s,s) corresponding to a determined desired speed s and a determined desired acceleration s.
  • a subset [X,y] u of training data of the training data set [X,y] is determined.
  • the subset consists of the four points of the grid which are adjacent with respect to s and s. These four closest neighboring points or closest neighboring points are shown in FIG. 5 as circled crosses with a white frame.
  • the training data includes training data in the form of a subset [X,y] u of the training data set [X,y] .
  • the Gaussian process regression is set up, the target value u using the training data [X,y] u , ie using a reduced training data set [X,y] u in the form of the determined subset [X,y ⁇ u consisting of the four nearest neighboring points.
  • the computing effort for determining, and in particular for inverting, the covariance matrices K y can be significantly reduced.
  • FIG. 6 shows a flow chart of a method for operating a hydraulic cylinder of a work machine, in particular a mobile work machine. The method is provided with the reference number 100 in its entirety.
  • the method 100 includes a step of providing 110 a target value of a movement parameter of the hydraulic cylinder.
  • the method 100 further includes a step of determining 120 a provisional target value of a valve control parameter of a valve unit assigned to the hydraulic cylinder as a function of the provided target value of the movement parameter using an assignment rule.
  • the method also includes a step of determining 130 a setpoint value of the valve control parameter of the valve unit by means of a Gaussian process regression using the determined provisional setpoint value of the valve control parameter of the valve unit and training data comprising values of the movement parameter and the valve control parameter.
  • the values of the valve control parameter are in particular each assigned to a value of the movement parameter.
  • the method also includes a step of outputting 140 a signal as a function of the determined setpoint value of the valve control parameter in order to operate the hydraulic cylinder, in particular based on the signal output
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method for operating a working unit that can be operated by means of a hydraulic cylinder, in particular an attachment, of a working machine, in particular a mobile one.
  • the method is provided with the reference number 200 in its entirety.
  • the method 200 includes a step of providing 210 a target position of the working unit, in particular the attachment.
  • the method further includes a step of determining a target value of a movement parameter of the hydraulic cylinder as a function of the provided target position of the working unit.
  • the method 200 further includes a step of determining 220 a provisional setpoint value of a valve control parameter of a valve unit assigned to the hydraulic cylinder as a function of the determined setpoint value of the movement parameter using an assignment rule.
  • the method 200 also includes a step of determining 230 a target value of the valve control parameter of the valve unit by means of a Gaussian process regression using the determined provisional target value of the valve control parameter of the valve unit and training data comprising values of the movement parameter and the valve control parameter.
  • Method 200 also includes a step of outputting 240 a signal as a function of the determined setpoint value of the valve control parameter, in particular directly or indirectly to the valve unit, in order to operate the working unit, in particular the attachment, of the, in particular mobile, working machine by operating the hydraulic cylinder .

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, mit folgenden Schritten vorgeschlagen: - Bereitstellen eines Sollwerts (Ś R ) eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders; - Ermitteln eines vorläufigen Sollwerts (u * ) eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit in Abhängigkeit von dem bereitgestellten Sollwert (Ś R ) des Bewegungsparameters unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift (m, 34); - Ermitteln eines Sollwerts (u, u FF ) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit mittels einer Gauß-Prozess-Regression (GPR) unter Verwendung o des ermittelten vorläufigen Sollwerts (u * ) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit und o Trainingsdaten ([X, y]) umfassend Werte des Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters; und - Ausgeben eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert (u, u FF ) des Ventilsteuerparameters, um den hydraulischen Zylinder zu betreiben.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders einer Arbeitsmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuereinheit zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders sowie ein Verfahren und eine Steuereinheit zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders betreibbaren Arbeitseinheit einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch eine Arbeitsmaschine, ein Computerprogramm und ein computerlesbarer Datenträger.
Moderne Arbeitsmaschinen ermöglichen zunehmend das Ausführen von automatisierten oder teilautomatisierten Arbeitsprozessen. Inhalt der Funktionalität ist dabei häufig das automatisierte Folgen einer gewünschten Trajektorie für den Tool Center Point (TCP) oder bei Assistenzfunktionen die Unterstützung des Fahrers beim Folgen einer gewünschten Trajektorie. Hierbei kommen bspw. datenbasierte Regelstrukturen zum Einsatz.
Da eine Druckdifferenz über einer Blende einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit stark von einer auf die Arbeitseinheit wirkenden Last abhängt, ist der Datengenerierungsaufwand für eine vollständige Abdeckung des möglichen Arbeitsbereichs der Arbeitseinheit mit einem rein datenbasierten Modell sehr hoch. Insbesondere kann eine Generierung von Trainingsdaten bei unterschiedlichen Lasten erforderlich sein.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, insbesondere mittels einer Steuereinheit, gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders betreibbaren Arbeitseinheit, insbesondere eines mittels eines hydraulischen Zylinders betreibbaren Anbaugeräts, einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, insbesondere mittels einer Steuereinheit, gemäß dem unabhängigen Anspruch 8.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Steuereinheit zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine gemäß dem unabhängigen Anspruch 9.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Steuereinheit zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders betreibbaren Arbeitseinheit, insbesondere eines Anbaugeräts, einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, gemäß dem unabhängigen Anspruch 10.
Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung eine, insbesondere mobile, Arbeitsmaschine gemäß dem unabhängigen Anspruch 11
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer oder eine Steuereinheit diesen bzw. diese veranlassen, das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder das Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung auszuführen und/oder zu steuern, sowie einen computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Der computerlesbare bzw. maschinenlesbare Datenträger kann bspw. ein Speichermedium wie ein Halbleiterspeicher, ein Festplattenspeicher oder ein optischer Speicher sein.
Die Arbeitsmaschine kann eine stationäre oder bevorzugt eine mobile Arbeitsmaschine sein. Die Arbeitsmaschine kann eine Arbeitsmaschine für bauwirtschaftliche, landwirtschaftliche, forstwirtschaftliche oder logistische Zwecke sein. Die mobile Arbeitsmaschine kann bspw. ein Bagger, ein Radlader, eine Planierraupe, ein Flurförderzeug oder eine Hubarbeitsbühne sein. Die stationäre Arbeitsmaschine kann bspw. ein hydraulisch angetriebener Industrieroboter sein.
Die Arbeitseinheit der Arbeitsmaschine kann eine Arbeitseinheit zum Bearbeiten und/oder Behandeln einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen und/oder bauwirtschaftlichen Fläche sein und/oder zum Transportieren einer Last sein. Die Arbeitseinheit kann ein Anbaugerät sein. Denkbar ist auch, dass das Arbeitswerkzeug einen Arbeitsarm, ein Hubrahmen oder ein Hubgerüst umfasst.
Das Anbaugerät kann bspw. ein Löffel, eine Schaufel oder ein Arbeitskorb sein. Das Anbaugerät kann an einem Arbeitsarm, einem Hubrahmen oder einem Hubgerüst der Arbeitsmaschine angeordnet sein.
Der hydraulische Zylinder bzw. der Hydraulikzylinder ist ausgebildet, eine Relativbewegung zwischen der Arbeitseinheit oder dem Anbaugerät sowie einer Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine zu erzeugen. Die Maschinenhaupteinheit umfasst beispielsweise eine Bedienerkabine und/oder eine Antriebseinheit der Arbeitseinheit. Die Maschinenhaupteinheit kann beispielsweise ein Oberwagen eines Baggers oder ein Hinterwagen eines Radladers sein. Die Arbeitseinheit bzw. das Anbaugerät ist also mittels des hydraulischen Zylinders relativ zu der Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine bewegbar. Hierzu umfasst der hydraulische Zylinder ein Gehäuse und einen Kolben. Der Kolben ist mittels Druckbeaufschlagung eines hydraulischen Fluids, bevorzugt einer Hydraulikflüssigkeit, relativ zu dem Gehäuse bewegbar, insbesondere in das Gehäuse ein- und ausführbar.
Die dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit ist ausgebildet, einen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit durch die Ventileinheit einzustellen und/oder die Hydraulikflüssigkeit mit einem vorgegebenen und/oder vorgebbaren Druck zu beaufschlagen. Die dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit ist ausgebildet, eine Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse des Hydraulikzylinders zu erzeugen. Die Ventileinheit kann ein oder mehrere Ventile umfassen. Das Ventil kann als Magnetventil oder pneumatisch betätigbares Ventil bzw. Pneumatikventil ausgebildet sein. Die Ventileinheit kann ein, insbesondere elektromagnetisches, Pilotventil und bevorzugt ein dem Pilotventil zugeordnetes, insbesondere pneumatisch betätigbares, Hauptventil umfassen.
Mittels Steuern der Ventileinheit basierend auf dem ausgegebenen Signal kann eine Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse des Hydraulikzylinders gesteuert werden. Diese Relativbewegung kann basierend auf einer Anordnung des hydraulischen Zylinders an der Arbeitsmaschine eine Relativbewegung zwischen dem Anbaugerät und der Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine, insbesondere zwischen dem Anbaugerät und einem Arbeitsarm und/oder einem Hubrahmen der Arbeitsmaschine, erzeugen.
Unter Steuern kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Steuern im Sinne eines Erzeugens einer Ausgangsgröße basierend auf einer Eingangsgröße verstanden werden. Unter Steuern kann weiter und bevorzugt ein, ein Regeln umfassendes Steuern im Sinne eines fortlaufenden Ermittelns eines Istwerts einer zu regelnden Größe und eines fortlaufenden Vergleichens des Istwerts mit einem Sollwert der zu regelnden Größe verstanden werden.
Die Steuereinheit umfasst bevorzugt ein oder mehrere, insbesondere kaskadierte, Regler. Die Steuereinheit kann an der Arbeitsmaschine angeordnet sein. Alternativ kann die Steuereinheit abseits der Arbeitsmaschine angeordnet, bspw. in einem Server- Backend oder einem Cloud-Computing-System und mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung mit der Arbeitsmaschine verbindbar sein.
Eine Sollposition der Arbeitseinheit kann eine räumliche Relativposition der Arbeitseinheit relativ zu der die Arbeitseinheit umfassenden Arbeitsmaschine oder eine räumliche Position in einem externen Referenzkoordinatensystem, bspw. einem globalen Satellitennavigationssystem oder einem Referenzkoordinatensystem einer positionserfassenden Sensoreinheit sein. Die Sollposition eines Anbaugeräts ist bevorzugt eine räumliche Position des Tool Center Points (TCP) des Anbaugeräts. Die Sollposition der Arbeitseinheit bzw. des Anbaugeräts kann bspw. für einen mittels der Arbeitsmaschine auszuführenden Arbeitsschritt eines Arbeitsprozesses vorgegeben werden. Die Sollposition des Anbaugeräts kann auch eine räumliche Orientierung des Anbaugeräts, bspw. relativ zu der Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine, umfassen.
Das Ermitteln des Sollwerts des Bewegungsparameters in Abhängigkeit von der Sollposition der Arbeitseinheit kann mittels einer softwarebasierten Trajektorienplanung für die Arbeitseinheit bzw. das Anbaugerät bzw. für die Arbeitsmaschine erfolgen. Das Ermitteln des Sollwerts des Bewegungsparameters kann unter Berücksichtigung zumindest eines Teils einer Kinematik der Arbeitsmaschine erfolgen.
Der Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders ist ein Parameter einer Bewegung des hydraulischen Zylinders. Die Bewegung des hydraulischen Zylinders ist bevorzugt eine Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse des hydraulischen Zylinders. Die Bewegung des hydraulischen Zylinders kann eine gleichförmige oder, bevorzugt gleichmäßig, beschleunigte Bewegung sein.
Der Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders kann eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung sein. Bevorzugt ist der Bewegungsparameter eine Relativgeschwindigkeit und/oder eine Relativbeschleunigung zwischen Kolben und Gehäuse des hydraulischen Zylinders. Der Bewegungsparameter kann einen Betrag und eine Richtung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung umfassen.
Unter einem Bereitstellen oder Ermitteln eines Sollwerts kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bereitstellen oder Ermitteln von zumindest einem Sollwert verstanden werden. Hierbei ist der Sollwert ein vorgegebener und/oder vorgebbarer Wert und/oder zuvor ermittelter Wert. Bevorzugt umfasst das Bereitstellen oder Ermitteln des Sollwerts ein Bereitstellen oder Ermitteln einer Mehrzahl oder einer Menge von Sollwerten. Denkbar ist, dass die Mehrzahl bzw. Menge von Sollwerten eine zeitliche Abfolge von Sollwerten repräsentiert. Das Bereitstellen des Sollwerts kann ein Empfangen des Sollwerts umfassen. Der Sollwert des Bewegungsparameters ist entsprechend ein Wert oder ein zeitlicher Verlauf des Wertes des Bewegungsparameters, gemäß dem eine Bewegung des hydraulischen Zylinders erfolgen soll.
Denkbar ist, dass im Schritt des Bereitstellens oder Ermittelns des Sollwerts des Bewegungsparameters ein Sollwert eines als Geschwindigkeit ausgebildeten Bewegungsparameters und ferner ein Sollwert eines als Beschleunigung ausgebildeten weiteren Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders bereitgestellt oder ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können Sollwerte für weitere bzw. höhere zeitliche Ableitungen von Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des hydraulischen Zylinders ermittelt oder bereitgestellt werden. Denkbar ist auch, dass ein oder mehrere Sollwerte eines oder mehrerer Bewegungsparameter eines oder mehrerer weiterer hydraulischen Zylinder bereitgestellt oder ermittelt werden, wobei die ein oder mehreren weiteren hydraulischen Zylinder derselben Ventileinheit wie der hydraulische Zylinder zugeordnet sind bzw. mittels derselben Ventileinheit betrieben werden.
Der Ventilsteuerparameter der Ventileinheit kann ein Parameter einer oder mehrerer Ventile der Ventileinheit sein, basierend auf welchem das bzw. die Ventile der Ventileinheit gesteuert werden. Der Ventilsteuerparameter kann eine Ventilbestromung bzw. eine Stromstärke eines Magnetventils sein. Der Ventilsteuerparameter kann auch ein Druck sein, mittels dessen ein pneumatisch betätigbares Ventil betätigt wird. Der Ventilsteuerparameter kann ferner ein geometrischer und/oder fluidischer Ventilparameter, wie bspw. eine Öffnungsfläche einer Ventilblende eines Ventils, der Ventileinheit sein. Denkbar ist auch, dass der Ventilsteuerparameter eine Stellung eines Bedienelements, insbesondere eines Joysticks, der Arbeitsmaschine ist. Das Bedienelement kann als Mittel zum Steuern der Bewegung des hydraulischen Zylinders dienen. Die Stellung des Bedienelements der Arbeitsmaschine kann eine Position oder ein Z Zustand des Bedienelements sein. Abhängig von der Stellung bzw. der Position bzw. des Zustands des Bedienelements wird die dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit gesteuert, um den hydraulischen Zylinder zu bewegen. Hierzu ist jeder Stellung des Bedienelements jeweils ein Steuersignal zum Steuern der Ventileinheit bzw. ein Zustand der Ventileinheit zugeordnet. Der vorläufige Sollwert des Ventilsteuerparameters ist ein zeitlich vor dem Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters ermittelter Wert, auf dessen Basis der Sollwert des Ventilsteuerparameters ermittelt wird. Der vorläufige Sollwert des Ventilsteuerparameters ist also eine Eingangsgröße für das Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters. Der ermittelte Sollwert des Ventilsteuerparameters ist bevorzugt verschieden von dem ermittelten vorläufigen Sollwert des Ventilsteuerparameters.
Unter einer Zuordnungsvorschrift kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorschrift verstanden werden, welche den Sollwert des Bewegungsparameters auf den vorläufigen Sollwert des Ventilsteuerparameters abbildet. Die Zuordnungsvorschrift ist insbesondere eine deterministische Zuordnungsvorschrift.
Vorteilhafterweise umfasst die Zuordnungsvorschrift ein physikalisches Modell und/oder ein Kennfeld und/oder eine, insbesondere lineare, Funktion, durch welches bzw. welche dem bereitgestellten Sollwert des Bewegungsparameters der vorläufige Sollwert des Ventilsteuerparameters zugeordnet wird.
Das physikalische Modell kann ein mathematisches Modell bzw. ein mathematischer Algorithmus sein, das bzw. der ausgebildet ist, eine Eingabegröße unter Verwendung ein oder mehrerer physikalischer Gleichungen bzw. Funktionen auf eine Ausgabegröße abzubilden. Die ein oder mehreren physikalischen Gleichungen repräsentieren oder approximieren eine dem Zusammenhang zwischen Eingabegröße und Ausgabegröße zu Grunde liegende physikalische Gesetzmäßigkeit.
Die, insbesondere lineare, Funktion kann beispielsweise eine Ursprungsgerade umfassen, die einen proportionalen Zusammenhang zwischen dem vorläufigen Sollwert des Ventilsteuerparameters und dem bereitgestellten Sollwert des Bewegungsparameters repräsentiert.
Vorteilhafterweise wird der Sollwert des Ventilsteuerparameters ferner in Abhängigkeit von, insbesondere einem Wert von, zumindest einem weiteren Parameter des hydraulischen Zylinders und/oder der Arbeitsmaschine ermittelt wird. Der weitere Parameter ist bevorzugt ein von dem Bewegungsparameter verschiedener Parameter. Der weitere Parameter kann auch einer zeitlichen Ableitung des Bewegungsparameters entsprechen. Der weitere Parameter kann ein Druck sein, bspw. ein Druck eines Hydraulikfluids des Hydraulikzylinders sein. Der weitere Parameter ist bevorzugt eine Druckdifferenz zwischen einem Druck an einer Kolbenseite des hydraulischen Zylinders und einem Druck an einer Stangenseite des hydraulischen Zylinders. Alternativ oder zusätzlich ist der weitere Parameter eine Differenz zwischen einem Lastdruck der Arbeitseinheit und einem von einer Pumpeneinheit zur Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids bereitgestellten Druck. Denkbar ist auch, dass der weitere Parameter eine Temperatur eines Hydraulikfluids des hydraulischen Zylinders ist. Denkbar ist weiter, dass der weitere Parameter eine Drehzahl eines Motors der Arbeitsmaschine ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mittels der Gauß-Prozess- Regression der vorläufige Sollwert des Ventilsteuerparameters in den Sollwert des Ventilsteuerparameters übergeführt. Eingangsgrößen der Gauß-Prozess- Regression umfassen den vorläufigen Sollwert des Ventilsteuerparameters und Trainingsdaten.
Die Trainingsdaten umfassen zumindest Werte des Bewegungsparameters und den Werten des Bewegungsparameters zugeordnete Werte des Ventilsteuerparameters. Die Trainingsdaten können beispielsweise ermittelte oder gemessene Werte des Bewegungsparameters und/oder des Ventilsteuerparameters repräsentieren. Die Trainingsdaten können bei einem Betrieb des Hydraulikzylinders, bspw. bei einem Betrieb einer den Hydraulikzylinder umfassenden Arbeitsmaschine, ermittelt werden. Die Trainingsdaten entsprechen hierbei Wertekombinationen, die bei einem Betrieb des Hydraulikzylinders auftreten bzw. vorliegen.
Das Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters erfolgt durch Korrigieren des vorläufigen Werts des Ventilsteuerparameters basierend auf den Trainingsdaten. Je höher eine Korrelation des vorläufigen Werts des Ventilsteuerparameters mit den Trainingsdaten ist, desto stärker wird der vorläufige Sollwert korrigiert. Umgekehrt basiert der Wert des Ventilsteuerparameters umso stärker auf dem vorläufigen Wert des Ventilsteuerparameters, je geringer eine Korrelation des vorläufigen Werts des Ventilsteuerparameters mit den Trainingsdaten ist.
Das heißt, mit anderen Worten, mittels der Gauß-Prozess-Regression kann eine Korrelation der ermittelten vorläufigen Sollwerte des Ventilsteuerparameters mit den Trainingsdaten berücksichtigt werden. In Abhängigkeit von dieser Korrelation wird das datenbasierte Wissen in Form der Trainingsdaten und das dem Ermitteln des vorläufigen Sollwerts des Ventilsteuerparameters zu Grunde liegende Vorwissen gewichtet. So kann mittels Vorwissen das Extrapolationsverhalten bei Gauß-Prozess-Regression exakt definiert werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass in den Arbeitsbereichen, welche in den Trainingsdaten hinreichend repräsentiert sind, im Wesentlichen das datenbasierte Wissen benutzt und dadurch eine hohe Schätzgenauigkeit erreicht wird, während in den Arbeitsbereichen mit unvollständigen Trainingsdaten weiterhin das Vorwissen dominant das Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters beeinflusst.
Bevorzugt sind die Gauß-Prozess-Regression und die Zuordnungsvorschrift Teil einer Vorsteuerung eines zum Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters verwendeten Reglers.
Die Steuereinheit ist bevorzugt an der, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine angeordnet. Denkbar ist auch, dass die Steuereinheit abseits der Arbeitsmaschine angeordnet und bevorzugt mittels einer Drahtloskommunikationsverbindung mit der Arbeitsmaschine verbindbar oder verbunden ist.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und die entsprechenden Steuereinheiten erhöhen die Sicherheit und Zuverlässigkeit beim automatisierten Betreiben eines hydraulischen Zylinders bzw. einer mittels des Hydraulikzylinders bewegbaren Arbeitseinheit einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Durch die Kombination einer Zuordnungsvorschrift und einer Gauß-Prozess-Regression kann ein Arbeitsprozess auch für eine Arbeitsmaschine (teil-) automatisiert werden, welche ein komplexes hydraulisches Verhalten mit insbesondere lastabhängigen Drücken bzw. Druckdifferenzen aufweist und nur mit besonders hohem Aufwand durch ein hinreichend detailliertes physikalisches Modell oder ein extrem aufwändig trainiertes datenbasiertes Modell vollständig beschrieben werden kann.
Insbesondere kann die Robustheit des Verfahrens in weniger häufig auftretenden Arbeitsbereichen bzw. Arbeitsbereichen, für welche weniger Trainingsdaten bereitgestellt sind, erhöht werden. Insbesondere für eine hydraulische Arbeitsmaschine, für welche ein möglicher Druckbereich in der Hydraulik von einem Zusammenspiel zwischen Lastkräften und Ventilsteuerparameter abhängig ist, können nicht-trainierte Eingangssignalkombinationen auftreten, für welche das vorliegende Verfahren einen Betrieb mit erhöhter Sicherheit ermöglicht. Gleichzeitig können in durch die Trainingsdaten hinreichend repräsentierten Arbeitsbereiche Vereinfachungen und/oder Fehler der Zuordnungsvorschrift, insbesondere des physikalischen Modells, korrigiert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn im Schritt des Ermittelns des Sollwerts des Ventilsteuerparameters die Trainingsdaten in Abhängigkeit von dem ermittelten vorläufigen Sollwert des Ventilsteuerparameters als eine Untermenge eines bereitgestellten Trainingsdatensatzes ermittelt werden. Das heißt, mit anderen Worten, der bereitgestellte Trainingsdatensatz wird in seiner Größe reduziert, indem die Anzahl der enthaltenen Wertepaare, Wertetupel oder Punkte verringert wird. Durch diese Ausgestaltung kann ein Bedarf an Rechenressourcen und/oder eine Laufzeit zum Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters reduziert werden.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Untermenge aus denjenigen Trainingsdaten des Trainingsdatensatzes besteht, für welche ein Wert des Bewegungsparameters ein Nächster-Nachbar-Kriterium bezüglich des ermittelten vorläufigen Sollwerts des Ventilsteuerparameters erfüllt. Das Nächster-Nachbar- Kriterium gibt eine Anordnung für Werte bzw. Punkte der Trainingsdaten vor, welche zum Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters berücksichtigt werden. Denkbar ist, dass bezüglich ein oder mehrerer Dimensionen der Trainingsdaten jeweils ein, zwei oder mehrere nächste Nachbarwerte bzw. Nachbarpunkte relativ zu dem ermittelten vorläufigen Sollwert Teil der Untermenge sind. Eine Anzahl der beim Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters zu berücksichtigenden Nachbarwerte bzw. Nachbarpunkte kann für verschiedene Dimensionen der Trainingsdaten verschieden sein. Zum Beispiel können die Trainingsdaten Punkte mit je einem Geschwindigkeits- und einem Beschleunigungswert umfassen, denen ein Wert des Ventilsteuerparameters zugeordnet ist. Hierbei ist denkbar, dass bzgl. des ermittelten Sollwerts der Geschwindigkeit und eines ermittelten Sollwerts der Beschleunigung eine unterschiedliche Anzahl an nächsten Nachbarn berücksichtigt wird.
Alternativ ist es vorteilhaft, wenn die Untermenge aus denjenigen Trainingsdaten des Trainingsdatensatzes besteht, für welche ein Wert des Bewegungsparameters ein Abstandskriterium bezüglich des ermittelten vorläufigen Sollwerts des Bewegungsparameters erfüllt. Das Abstandskriterium gibt einen Maximalwert für einen Abstand für Werte bzw. Punkte der Trainingsdaten vor, welche zum Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters berücksichtigt werden. Der Maximalwert für den Abstand kann für verschiedene Dimensionen der Trainingsdaten verschieden sein.
Ein Ermitteln und insbesondere Invertieren von Kovarianzmatrizen oder Kovarianzvektoren erfolgt basierend auf der ermittelten Untermenge des Trainingsdatensatzes. Das Verfahren kann hierzu einen Schritt des Ermittelns der Nachbarwerte bzw. Nachbarpunkte relativ zu dem ermittelten vorläufigen Sollwert des Ventilsteuerparameters und insbesondere einem dem ermittelten vorläufigen Sollwert des Ventilsteuerparameters zugeordneten Sollwert eines weiteren Bewegungsparameters, bspw. einer Beschleunigung, umfassen.
Durch diese Ausgestaltung können der Rechenaufwand und die Rechenzeit zum Betreiben des hydraulischen Zylinders signifikant reduziert werden. Gleichzeitig wird im Vergleich zu einer Gauß-Prozess-Regression mit einem dem Fachmann bekanntem k-means Clustering die Modellierungsgüte bzw. die Modellierungsgenauigkeit erhöht und Prädiktionsfehler verringert. Dadurch kann das Verfahren auf einer Steuereinheit online, d.h. zur Laufzeit der Arbeitsmaschine ausgeführt und insbesondere auch der Trainingsdatensatz zur Laufzeit angepasst werden.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn der Trainingsdatensatz durch Abbilden der Werte des Bewegungsparameters eines Gesamttrainingsdatensatzes umfassend Werte des Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters auf Rasterwerte eines vorgegebenen Rasters von Werten des Bewegungsparameters ermittelt wird. Das heißt, mit anderen Worten, der Gesamttrainingsdatensatz wird durch Diskretisieren auf ein vorgegebenes Raster in den Trainingsdatensatz übergeführt. Das Raster kann hierbei eine räumlich konstante Auflösung haben. Denkbar ist auch, dass das Raster entlang verschiedener Dimensionen der Trainingsdaten unterschiedliche räumliche Auflösungen aufweist. Denkbar ist weiter, dass das Raster entlang einer oder mehrerer Dimensionen der Trainingsdaten eine räumlich variierende Auflösung, d.h. Bereiche mit verschiedenen Auflösungen, aufweist. Der Schritt des Abbildens kann zur Laufzeit des Verfahrens, insbesondere des Betreibens des hydraulischen Zylinders, bspw. im Schritt des Ermittelns des Sollwerts des Ventilsteuerparameters, oder offline, d.h. vor dem Betreiben des hydraulischen Zylinders, erfolgen. Durch das Diskretisieren unter Verwendung des vorgegebenen Rasters können Ausreiser in den Trainingsdaten ausgeschlossen werden und ein physikalisch oder arbeitsmaschinenseitig zulässiger Werteraum festgelegt werden.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn beim Abbilden der Werte des Bewegungsparameters des Gesamttrainingsdatensatzes die Rasterwerte durch einen Mittelwert der auf den jeweiligen Rasterwert abgebildeten Werte des Bewegungsparameters ersetzt werden. Hierbei können auch die dem jeweiligen des Bewegungsparameters zugeordneten Werte des Ventilsteuerparameters durch einen Mittelwert der Werte der Ventilsteuerparameter ersetzt werden.
Durch diese Ausgestaltung können Diskretisierungsfehler beim Ermitteln des Sollwerts des Ventilsteuerparameters reduziert werden.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn im Schritt des Ermittelns des Sollwerts des Ventilsteuerparameters ferner eine Varianz des ermittelten Sollwerts des Ventilsteuerparameters ermittelt wird und das Signal ferner in Abhängigkeit von der ermittelten Varianz ausgegeben wird. Denkbar ist, dass abhängig von der ermittelten Varianz mittels der Steuersignals eine Geschwindigkeit des hydraulischen Zylinders, insbesondere eine Relativgeschwindigkeit zwischen einem Kolben und einem Gehäuse des hydraulischen Zylinders, beschränkt und/oder reduziert wird. Hierzu kann bei Überschreiten eines Schwellenwerts für die ermittelte Varianz eine Korrekturanforderung an ein Modul, bspw. ein Posen- Modul oder ein Inverse-Kinematik-Modul ausgegeben werden, welche den Sollwert des Bewegungsparameters oder den Sollwert der Geschwindigkeit der Arbeitseinheit bereitstellt, um durch Korrektur des bereitgestellten Sollwerts des Bewegungsparameters die Varianz des Sollwerts des Ventilsteuerparameters zu verringern.
Denkbar ist alternativ oder zusätzlich, dass bei Überschreiten eines Schwellenwerts für die ermittelte Varianz ein Ermitteln neuer Trainingsdaten angefordert wird, um ein gezieltes Active Learning in wenig trainierten Arbeitsbereichen des Zylinders bzw. der Arbeitsmaschine zu fördern. Denkbar ist ferner, dass bei Überschreiten eines Schwellenwerts für die ermittelte Varianz mittels des ausgegebenen Steuersignals eine akustische und/oder optische und/oder haptische Ausgabeeinheit gesteuert wird, um einen Bediener oder Aufseher der Arbeitsmaschine auf einen wenig trainierten Arbeitsbereich aufmerksam zu machen. Durch diese Ausgestaltung kann eine Sicherheit bzw. Genauigkeit des ermittelten Sollwerts des Ventilsteuerparameters beim Ausgeben des Steuersignals und insbesondere beim Betreiben des hydraulischen Zylinders berücksichtigt werden. Dadurch können der hydraulische Zylinder und insbesondere die Arbeitsmaschine auch in Arbeitsbereichen mit wenig Trainingsdaten und geringer Güte der Zuordnungsvorschrift sicher betrieben werden.
Vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn der Sollwert des Ventilsteuerparameters unter Verwendung eines Geschwindigkeitsreglers ermittelt wird, wobei der Geschwindigkeitsregler eine auf der Zuordnungsvorschrift und der Gauß- Prozess- Regression basierende Vorsteuerung umfasst. Durch diese Ausgestaltung kann das Verfahren eine Geschwindigkeitsregelung eines Hydraulikzylinders einer Arbeitsmaschine bereitstellen, die sich durch geringen Trainingsaufwand und gleichzeitig hoher Genauigkeit auch in nicht oder wenig trainierten Arbeitsbereichen auszeichnet. Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit zum
Betreiben einer Arbeitseinheit einer Arbeitsmaschine;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorsteuerung für die
Steuereinheit gemäß Fig. 1;
Fig. 3A,B eine schematische Darstellung eines
Gesamttrainingsdatensatzes für die Vorsteuerung gemäß Fig. 2;
Fig. 4A,B eine schematische Darstellung eines Diskretisierens des Gesamttrainingsdatensatzes gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Reduzierens des
Gesamttrainingsdatensatzes gemäß Fig. 3; und
Fig. 6A,B je ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders und eines Verfahrens zum Betreiben einer Arbeitseinheit einer Arbeitsmaschine.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuereinheit 10 zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders 26 betreibbaren Arbeitseinheit einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine umfasst die Arbeitseinheit, den hydraulischen Zylinder 26, eine dem hydraulischen Zylinder 26 zugeordnete Ventileinheit 24 und die Steuereinheit 10. Hierbei wird die Arbeitseinheit mittels des hydraulischen Zylinders betrieben, insbesondere relativ zu einer Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine bewegt.
Die Arbeitsmaschine kann beispielsweise ein Bagger sein, der eine als einen Arbeitsarm ausgebildete Arbeitseinheit umfasst. Der Arbeitsarm weist einen Ausleger, einen Stiel und einen Löffel sowie einen Auslegerzylinder, einen Stielzylinder und einen Löffelzylinder auf. Jedem der Zylinder ist eine entsprechende Ventileinheit zum Bewegen des Zylinders zugeordnet.
Die Steuereinheit 10 ist eingerichtet, eine Sollposition rR der Arbeitseinheit zu empfangen. Hierbei kann die Sollposition rR ferner eine Angabe bezüglich einer räumlichen Orientierung der Arbeitseinheit umfassen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 10 eingerichtet sein, räumliche Soll-Koordinaten eines Tool Center Points (TCP) des Löffels des Baggers sowie ein Winkel des Löffels relativ zu einer vorgegebenen Bezugsrichtung zu empfangen.
Die Sollposition rR kann Teil einer Soll-Trajektorie der Arbeitseinheit sein.
Denkbar ist, dass die Soll-Trajektorie von einem Bediener der Arbeitsmaschine und/oder mittels einer Recheneinheit 12 zur Generierung einer Soll-Trajektorie für die Arbeitsmaschine ermittelt und der Steuereinheit 10 bereitgestellt wird.
Bevorzugt wird die Sollposition rR der Arbeitseinheit einem Posen-Modul 14 der Steuereinheit 10 bereitgestellt. Das Posen-Modul 14 ist bevorzugt als Teil eines Kaskadenreglers ausgebildet und eingerichtet, die Sollposition rR der Arbeitseinheit und ferner die Istposition r der Arbeitseinheit von einer die Istposition r der Arbeitseinheit erfassenden Sensoreinheit 28 zu empfangen. Weiter ist das Posen-Modul 14 eingerichtet, basierend auf einer Abweichung von Sollposition rR und Istposition r der Arbeitseinheit eine Sollgeschwindigkeit rR der Arbeitseinheit zu ermitteln, mittels welcher die Istposition r in die Sollposition rR übergeführt werden kann. Bspw. wird mittels des Posen-Moduls 14 die Sollposition rR des TCP und die Istposition r des TCP empfangen und anhand der Abweichung eine Sollgeschwindigkeit rR des TCP berechnet. Das Posen- Modul 14 kann auch eingerichtet sein, basierend auf der Abweichung von Sollposition rR und Istposition r der Arbeitseinheit bzw. der ermittelten Sollgeschwindigkeit rR eine Sollbeschleunigung fR der Arbeitseinheit zu ermitteln.
Die Steuereinheit 10 umfasst ein Inverse-Kinematik-Modul 16, das eingerichtet ist, basierend auf der Sollgeschwindigkeit rR der Arbeitseinheit einen Sollwert sR eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26 zu ermitteln. Das Ermitteln des Sollwerts sR des Bewegungsparameters erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung einer Kinematik der Arbeitseinheit der Arbeitsmaschine, insbesondere durch Lösen des inversen kinematischen Problems für die Arbeitsmaschine. Bspw. wird basierend auf der Sollgeschwindigkeit rR des TCP des Baggers je eine Sollgeschwindigkeit sR für den Auslegerzylinder, den Stielzylinder und den Löffelzylinder berechnet. Beispielsweise kann der Sollwert sR des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26 eine Sollgeschwindigkeit sR des hydraulischen Zylinders 26 sein. Denkbar ist, dass das Inverse-Kinematik-Modul 16 auch eingerichtet ist, alternativ oder zusätzlich eine Sollbeschleunigung sR des hydraulischen Zylinders 26 als Sollwert eines, insbesondere weiteren bzw. zusätzlichen Bewegungsparameters zu ermitteln.
Die Steuereinheit 10 ist auch eingerichtet, mittels eines Geschwindigkeit-Moduls 18 einen Sollwert u eines Ventilsteuerparameters des hydraulischen Zylinders 26 in Abhängigkeit von dem Sollwert sR des Bewegungsparameters zu ermitteln.
Das Geschwindigkeits-Modul 18 ist bevorzugt als Geschwindigkeitsregler 18 ausgebildet und eingerichtet, den Sollwert sR des Bewegungsparameters und den Istwert sR des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26, bevorzugt ferner auch den Sollwert sR des weiteren Bewegungsparameters zu empfangen. Weiter ist das Geschwindigkeits-Modul 18 eingerichtet, basierend auf einer Abweichung zwischen dem Sollwert sR und dem Istwert s des Bewegungsparameters den Sollwert u des Ventilsteuerparameters zu ermitteln.
Bevorzugt ist das Geschwindigkeitsmodul 18 eingerichtet, zusätzlich ein oder mehrere der folgenden Einflussgrößen beim Ermitteln des Sollwert u des Ventilsteuerparameters zu berücksichtigen:
Istwert s und/oder Sollwert sR einer Beschleunigung des hydraulischen Zylinders 26 und/oder eines oder mehrerer weiterer derselben Ventileinheit 24 zugeordneten hydraulischen Zylinder,
Istwert eines Drucks an einer Zylinderstange des hydraulischen Zylinders 26,
Istwert eines Drucks an einem Zylinderkopf des hydraulischen Zylinders 26, Differenz Apcyi zwischen Istwert des Drucks an der Zylinderstange und Istwert des Drucks am Zylinderkopf 26,
Istwert eines Lastdrucks der Arbeitseinheit, Istwert eines Pumpendrucks einer dem hydraulischen Zylinder 26 zugeordneten Pumpeneinheit zur Druckbeaufschlagung einer den hydraulischen Zylinder 26 bewegenden Hydraulikflüssigkeit,
Differenz Apsys zwischen Istwert des Lastdrucks und Istwert des Pumpendrucks,
Istwert einer Temperatur der Umgebung und/oder eines Motorenöls in einem Ölkreislauf der Arbeitsmaschine.
Das Geschwindigkeitsmodul 18 umfasst bevorzugt einen PI-Regler mit einer Vorsteuerung 18a (feedforward control). Dadurch kann auch bei komplexem und nichtlinearem Verhalten der PI-Regler dahingehend entlastet werden, dass dessen Rückführung 18b (feedback control) nur Störungen und Modellfehler berücksichtigen muss.
Die Vorsteuerung 18a repräsentiert ein inverses Verhalten der Arbeitseinheit betreffend den Zusammenhang zwischen Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders 26 und Ventilsteuerparameter der jeweiligen Ventileinheit 24. Das heißt, mit anderen Worten, die Vorsteuerung 18a ermittelt einen Wert u des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26 basierend auf einem vorgegebenen Wert sR des Ventilsteuerparameters. Hierbei erfolgt die Vorsteuerung 18a unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift, insbesondere eines physikalischen Modells, und einer Gauß-Prozess- Regression.
Für den Bagger mit Auslegerzylinder, Stielzylinder und Löffelzylinder umfasst die Steuereinheit 10 je ein als PI-Regler ausgebildetes Geschwindigkeitsmodul 18 zum Ermitteln je eines Sollwerts u des Ventilsteuerparameters für die dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Ventileinheit. Hierbei umfasst jeder der PI- Regler jeweils eine eigene Vorsteuerung 18a.
Der Sollwert u des Ventilsteuerparameters wird als Stellgröße des Geschwindigkeitsmoduls 18 ausgegeben. Hierbei ist der Sollwert u des Ventilsteuerparameters insbesondere eine Summe von einer Ausgabegröße uFB der Rückführung 18b und einer Ausgabegröße uFF der Vorsteuerung 18a. Die modellbasierte Vorsteuerung 18a basiert auf der Zuordnungsvorschrift m, insbesondere dem physikalischen Modell, und der Gauß-Prozess-Regression GPR wie beispielhaft in Fig. 2 aufgezeigt. Das heißt, mit anderen Worten, der zu ermittelnde Sollwert u des Ventilsteuerparameters wird basierend auf dem empfangenen Sollwert sR des Geschwindigkeitsparameters des hydraulischen Zylinders 26 unter Verwendung der Zuordnungsvorschrift m, insbesondere des physikalischen Modells und der Gauß-Prozess-Regression GPR ermittelt.
Die Steuereinheit 10 ist weiter eingerichtet, den ermittelten Sollwert u des Ventilsteuerparameters an das System 20 auszugeben. Das System 20 umfasst ein Steuermodul 22, die Ventileinheit 24 und den hydraulischen Zylinder 26. Das System 20 repräsentiert eine Regelstrecke des Geschwindigkeitsreglers 18.
Das Steuermodul 22 ist eingerichtet, die Ventileinheit 24 basierend auf dem von der Steuereinheit 10 ausgegebenen Signal zu betreiben. Die Ventileinheit 24 ist ausgebildet, ansprechend auf das an das Steuermodul 22 ausgegebene Signal einen Durchfluss einer Hydraulikflüssigkeit durch die Ventileinheit 24 einzustellen, um den hydraulischen Zylinder 26 zu bewegen. Das heißt, mit anderen Worten, mittels Ausgebens des Signals an die Ventileinheit 24 in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert u des Ventilsteuerparameters wird der hydraulische Zylinder 26 betrieben und damit die Arbeitseinheit bewegt.
Ein oder mehrere der an der Arbeitsmaschine angeordneten Sensoren 28 sind ausgebildet, die Istposition r der Arbeitseinheit, eine Istposition bzw. Iststellung s des hydraulischen Zylinders 26, sowie bevorzugt die oben aufgeführten Einflussgrößen, insbesondere , s s ' , Apcyh Apsys zu messen. Hierbei sind den Sensoren 28 bevorzugt geeignete modellbasierte Filter 30 zugeordnet.
Die modellbasierten Filter 30 sind eingerichtet, die Istposition r der Arbeitseinheit an das Posen-Modul 14 und an Inverse-Kinematik-Modul 16 auszugeben, die Istposition bzw. Iststellung s des hydraulischen Zylinders 26 an das Inverse- Kinematik-Modul 16 auszugeben, sowie bevorzugt die oben aufgeführten Einflussgrößen, insbesondere , s s, Apcyh Apsys an das Geschwindigkeits-Modul 18 auszugeben. Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform der Vorsteuerung 18a für die in Fig. 1 beschriebene Steuereinheit 10. Die Vorsteuerung 18a umfasst die Zuordnungsvorschrift m und die Gauß-Prozess-Regression GPR.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Zuordnungsvorschrift m ein physikalisches Modell 34, das eingerichtet ist, dem Sollwert sR des Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders einen vorläufigen Sollwert u* des Ventilsteuerparameters zuzuordnen. Hierzu umfasst das physikalische Modell 34 ein erstes Modul 36, das eingerichtet ist, basierend auf dem Sollwert sR des Bewegungsparameters unter Berücksichtigung oder Vernachlässigung einer Druckaufbau-Dynamik innerhalb des hydraulischen Zylinders einen Sollwert QVIV.R eines Volumenstroms einer Hydraulikflüssigkeit durch die dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit 24 zu ermitteln. Bspw. kann ein Sollwert QHd R eines Volumenstroms der Hydraulikflüssigkeit am Kopf des hydraulischen Zylinders 26 und ein Sollwert QRd R eines Volumenstroms der Hydraulikflüssigkeit am der Zylinderstange des hydraulischen Zylinders 26 berechnet werden.
Wenn die Druckaufbau-Dynamik des hydraulischen Zylinders 24 vernachlässigt wird, ergibt sich eine stationäre Beziehung zwischen der Zylindergeschwindigkeit sR und dem Volumenstrom QVIV R, welche von einer Kolbenfläche des hydraulischen Zylinders 26 abhängt.
Das physikalische Modell 34 umfasst ein zweites Modul 38, das eingerichtet ist, basierend auf dem ermittelten Sollwert QviV R des Volumenstroms einen Sollwert AVIV.R einer Öffnungsfläche einer Blende der Ventileinheit 24 zu ermitteln.
Bevorzugt ist das physikalische Modell 34 eingerichtet, beim Ermitteln des Sollwerts AviV R der Öffnungsfläche der Blende eine Druckdifferenz Apcyi zwischen Istwert des Drucks an der Zylinderstange und Istwert des Drucks am Zylinderkopf und/oder eine Druckdifferenz Apsys zwischen Istwert des Lastdrucks und Istwert des Pumpendrucks zu berücksichtigen. Alternativ kann das physikalische Modell 34 eingerichtet sein, beim Ermitteln des Sollwerts AviV R der Öffnungsfläche der Blende statt eines gemessenen einen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Wert für die Druckdifferenz Apcyi und/oder Druckdifferenz ApSyS zu berücksichtigen, bspw. wenn kein Drucksensor zur Verfügung steht.
Das physikalische Modell 34 umfasst ferner ein drittes Modul 40, das eingerichtet ist, basierend auf dem ermittelten Sollwert AviV R der Öffnungsfläche der Blende den vorläufigen Sollwert u* des Ventilsteuerparameters zu ermitteln. Das dritte Modul 40 des physikalischen Modells 34 kann eingerichtet sein, beim Ermitteln des vorläufigen Sollwerts u* des Ventilsteuerparameters eine Ventildynamik der Ventileinheit 24 zu berücksichtigen.
Die Gauß-Prozess-Regression GPR ist eingerichtet, den von dem physikalischen Modell 34 bereitgestellten vorläufigen Sollwert u* des Ventilsteuerparameters in den Sollwert uFF des Ventilsteuerparameters überzuführen. Hierzu werden Trainingsdaten [X,y] bereitgestellt, welche Werte X des Bewegungsparameters und zugeordnete Werte y des Ventilsteuerparameters umfassen.
Hierbei wird eine Kovarianzmatrix Ky bezüglich der Werte X der bereitgestellten Trainingsdaten [X,y] ermittelt. Weiter wird eine Kovarianzmatrix fc* zwischen den Werten X der bereitgestellten Trainingsdaten [X,y] und dem Sollwert sR des Bewegungsparameters, bevorzugt auch dem Sollwert sR des weiteren Bewegungsparameters ermittelt. Ferner wird eine Varianz ktt des Sollwerts sR des Bewegungsparameters ermittelt. Zur Ermittlung der Kovarianzmatrizen sind dem Fachmann verschiedene Kernelfunktionen bekannt. Bevorzugt wird eine quadratisch exponentielle Kernelfunktion (squared exponential kernel) verwendet.
Der Sollwert uFF des Ventilsteuerparameters wird ermittelt gemäß:
Figure imgf000022_0001
Hierbei bezeichnet Ky 1 die Inverse Matrix der Kovarianzmatrix Ky. Der Ausdruck m(X) bezeichnet eine Ausgabe der Zuordnungsvorschrift m bei Anwendung auf die Eingabegröße X.
Zusätzlich kann eine Varianz des Sollwerts uFF des Ventilsteuerparameters ermittelt werden gemäß:
Figure imgf000022_0002
Bevorzugt werden beim Ermitteln des Sollwerts uFF des Ventilsteuerparameters die in Fig. 3 und 4 beschriebenen Verfahrensschritte zur Diskretisierung eines Gesamttrainingsdatensatzes und/oder bevorzugt die in Fig. 5 beschriebenen Verfahrensschritte zum Reduzieren des Gesamttrainingsdatensatzes verwendet.
Die Stellgröße des Geschwindigkeitsreglers 18, nämlich der Sollwert u des Ventilsteuerparameters, kann basierend auf der Ausgangsgröße uFF der modellbasierten Vorsteuerung 18a mittels des Feedbacks uFB angepasst werden. Bevorzugt gilt u = uFF + uFB. Das heißt, ohne Berücksichtigung des Feedbacks 18b sind die Sollwerte uFF und u identisch.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G für die Vorsteuerung 18a gemäß Fig. 2. Der Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G umfasst eine Vielzahl von Kombinationen je eines Werts s des Bewegungsparameters, eines Werts s eines weiteren Bewegungsparameters und je einen diesen Werten s,s der Bewegungsparameter zugeordneten Wert u des Ventilsteuerparameters. Der Bewegungsparameter repräsentiert eine Geschwindigkeit des TCP. Der weitere Bewegungsparameter repräsentiert eine Beschleunigung des TCP. Also umfasst der Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G Punkte (s,s), denen jeweils ein Wert u des Ventilsteuerparameters zugeordnet ist.
Fig. 3A und 3B zeigen jeweils denselben Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G. Eine horizontale Achse der Figuren 3A, 3B repräsentiert die Geschwindigkeit des TCP. Eine vertikale Achse der Figuren 3A, 3B repräsentiert die Beschleunigung des TCP. Enthält der Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G zu einer Kombination eines Geschwindigkeitswerts s und eines Beschleunigungswerte s ein Wert u des Ventilsteuerparameters, ist dieser unabhängig von seiner Höhe als Punkt in Fig. 3A und Fig. 3B dargestellt.
Gegenüber Fig. 3A ist in Fig. 3B zusätzlich ein Raster mit Rasterpunkten gezeigt, dargestellt durch umkreiste Kreuze. Ein Rasterpunkt umfasst einen ersten Rasterwert bezüglich der Bewegungsparameters, nämlich der Geschwindigkeit des TCP, und einen zweiten Rasterwert bezüglich des weiteren Bewegungsparameters, nämlich der Beschleunigung des TCP. In diesem Ausführungsbeispiel hat das Raster bezüglich des Bewegungsparameters und des weiteren Bewegungsparameters dieselbe räumlich konstante Auflösung. Das heißt, mit anderen Worten, ein Abstand benachbarten Rasterpunkte entlang der vertikalen oder der horizontalen Achse ist für alle Rasterpunkte gleich.
Basierend auf dem Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G wird ein Trainingsdatensatz [X,y] ermittelt, indem Punkte ( s,s ) des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G auf die Rasterpunkte abgebildet bzw. diskretisiert werden. Hierbei werden wie in Fig. 4 aufgezeigt jeweils der Geschwindigkeitswert s und der Beschleunigungswerte s auf je einen Rasterwert eines Rasterpunkt abgebildet bzw. diesem zugeordnet.
Fig. 4 zeigt das Abbilden von Punkten des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G auf Rasterpunkte beispielhaft für das Diskretisieren bezüglich des Werts s des Bewegungsparameters. Hierbei zeigt Fig. 4A Punkte ( s,s ) des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G mit dem jeweils zugehörigen Wert u des Ventilsteuerparameters in einer Darstellung in der (s,u)-Ebene.
Zu jedem Punkt ( s,s ) des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G wird der nächstliegende Rasterpunkt ermittelt. Ferner wird zu jedem Punkt ( s,s ) des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G ein Abstand zu dem jeweils nächstliegenden Rasterpunkt ermittelt. Ist der Abstand zu dem jeweils nächstliegenden Rasterpunkt kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert, wird der Punkt ( s,s ) des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G dem nächstliegenden Rasterpunkt zugeordnet. Ist der Abstand zu dem jeweils nächstliegenden Rasterpunkt größer als ein vorgegebener Maximalwert, wird der Punkt ( s,s ) des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G verworfen bzw. nicht berücksichtigt. Der Abstand kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten mathematischen Norm ermittelt werden.
Fig. 4B zeigt ein Ersetzen der Rasterpunkte durch einen Mittelwert der auf den jeweiligen Rasterpunkte abgebildeten Punkte ( s,s ) der Bewegungsparameter. Das heißt, mit anderen Worten, ein Punkt ( s,s ) des Trainingsdatensatzes [X,y] resultiert als Mittelwert von Punkten ( s,s ) des Gesamttrainingsdatensatz [ X,y ] G. Der einem Punkt ( s,s ) des Trainingsdatensatzes [X,y] zugeordnete Wert u des Ventilsteuerparameters wird als Mittelwert der Werte u des Ventilsteuerparameters der auf den Rasterpunkt abgebildeten Punkte ( s,s ) ermittelt.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines Reduzierens des Gesamttrainingsdatensatz [X,y] G gemäß Fig. 3 für die Vorsteuerung 18a gemäß Fig. 2. Hierbei ist zusätzlich zu dem durch umkreiste Kreuze dargestellten Raster gemäß Fig. 3B ein durch ein weißes Kreuz dargestellter Punkt (s,s) entsprechend einer ermittelten Sollgeschwindigkeit s und einer ermittelten Sollbeschleunigung s dargestellt.
Zu diesem Punkt (s,s) wird eine Untermenge [X,y] u von Trainingsdaten des Trainingsdatensatzes [X,y] ermittelt. Die Untermenge besteht aus den vier bezüglich s und s benachbarten Punkten des Rasters. Diese vier nächstliegenden benachbarten Punkte bzw. nächstliegende Nachbarpunkte sind in Fig. 5 als umkreiste Kreuze mit einem weißen Rahmen dargestellt. Das heißt, mit anderen Worten, die Trainingsdaten umfassen Trainingsdaten in Form einer Untermenge [X,y] u des Trainingsdatensatzes [X,y] .
Die Gauß-Prozess-Regression ist eingerichtet, den Sollwert u unter Verwendung der Trainingsdaten [X,y] u, d.h. unter Verwendung eines reduzierten Trainingsdatensatzes [X,y] u in Form der ermittelten Untermenge [X,y\ u bestehend aus den vier nächstliegenden Nachbarpunkten, zu ermitteln. Dadurch kann der Rechenaufwand zum Ermitteln, und insbesondere Invertieren, der Kovarianzmatrizen Ky, signifikant reduziert werden.
Fig. 6 zeigt in Fig. 6A ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 versehen.
Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt des Bereitstellens 110 eines Sollwerts eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders. Das Verfahren 100 umfasst weiter einen Schritt des Ermittelns 120 eines vorläufigen Sollwerts eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit in Abhängigkeit von dem bereitgestellten Sollwert des Bewegungsparameters unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift.
Das Verfahren umfasst außerdem einen Schritt des Ermittelns 130 eines Sollwerts des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit mittels einer Gauß- Prozess- Regression unter Verwendung des ermittelten vorläufigen Sollwerts des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit und Trainingsdaten umfassend Werte des Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters. Hierbei sind die Werte des Ventilsteuerparameters insbesondere jeweils einem Wert des Bewegungsparameters zugeordnet.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ausgebens 140 eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert des Ventilsteuerparameters, um den hydraulischen Zylinder, insbesondere basierend auf dem ausgegebenen Signal, zu betreiben
Fig. 6 zeigt in Fig. 6B ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders betreibbaren Arbeitseinheit, insbesondere eines Anbaugeräts, einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 200 versehen.
Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt des Bereitstellen 210 einer Sollposition der Arbeitseinheit, insbesondere des Anbaugeräts. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des Ermittelns eines Sollwerts eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders in Abhängigkeit von der bereitgestellten Sollposition der Arbeitseinheit.
Das Verfahren 200 umfasst weiter einen Schritt des Ermittelns 220 eines vorläufigen Sollwerts eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert des Bewegungsparameters unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift. Das Verfahren 200 umfasst außerdem einen Schritt des Ermittelns 230 eines Sollwerts des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit mittels einer Gauß- Prozess- Regression unter Verwendung des ermittelten vorläufigen Sollwerts des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit und Trainingsdaten umfassend Werte des Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters.
Das Verfahren 200 umfasst ferner einen Schritt des Ausgebens 240 eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert des Ventilsteuerparameters, insbesondere mittelbar oder unmittelbar an die Ventileinheit, um mittels Betreiben des hydraulischen Zylinders die Arbeitseinheit, insbesondere das Anbaugerät, der, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zu betreiben.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders (26) einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen (110) eines Sollwerts ( sR,sR ) eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders (26);
- Ermitteln (120) eines vorläufigen Sollwerts (u*) eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder (26) zugeordneten Ventileinheit (24) in Abhängigkeit von dem bereitgestellten Sollwert ( sR , sR) des Bewegungsparameters unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift (m, 34);
- Ermitteln (130) eines Sollwerts ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) mittels einer Gauß-Prozess-Regression ( GPR ) unter Verwendung o des ermittelten vorläufigen Sollwerts (u*) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) und o Trainingsdaten ([x,y], [x,y] G, [x,y] y) umfassend Werte des Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters; und
- Ausgeben (140) eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters, um den hydraulischen Zylinder (26) zu betreiben.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnungsvorschrift (m, 34) ein physikalisches Modell (34) und/oder ein Kennfeld und/oder eine, insbesondere lineare, Funktion umfasst, durch welches bzw. welche dem bereitgestellten Sollwert ( sR,sR ) des Bewegungsparameters der vorläufige Sollwert ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters zugeordnet wird.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns des Sollwerts ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters die Trainingsdaten ([X,y] y) in Abhängigkeit von dem ermittelten vorläufigen Sollwert (u*) des Ventilsteuerparameters als eine Untermenge ([X,y] y) eines bereitgestellten Trainingsdatensatzes ([X,y], [X,y] G) ermittelt werden.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Untermenge ([X,y] y) aus denjenigen Trainingsdaten des Trainingsdatensatzes ([X,y], [X,y] G) besteht, für welche ein Wert des Bewegungsparameters ein Nächster-Nachbar-Kriterium bezüglich des ermittelten vorläufigen Sollwerts (u*) des Ventilsteuerparameters erfüllt.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trainingsdatensatz ([X,y]) durch Abbilden der Werte des Bewegungsparameters eines Gesamttrainingsdatensatzes ([X,y] G) umfassend Werte des Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters auf Rasterwerte eines vorgegebenen Rasters von Werten des Bewegungsparameters ermittelt wird.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abbilden der Werte des Bewegungsparameters des
Gesamttrainingsdatensatzes ([X,y] G) die Rasterwerte durch einen Mittelwert der auf den jeweiligen Rasterwert abgebildeten Werte des Bewegungsparameters ersetzt werden.
7. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns des Sollwerts ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters ferner eine Varianz des ermittelten Sollwerts ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters ermittelt wird und das Signal ferner in Abhängigkeit von der ermittelten Varianz ausgegeben wird.
8. Verfahren (200) zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders (26) betreibbaren Arbeitseinheit, insbesondere eines Anbaugeräts, einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen (210) einer Sollposition ( rR ) der Arbeitseinheit, insbesondere des Anbaugeräts;
- Ermitteln (220) eines Sollwerts ( sR , sR) eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders (26) in Abhängigkeit von der bereitgestellten Sollposition (rfi) der Arbeitseinheit; - Ermitteln (230) eines vorläufigen Sollwerts (u*) eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder (26) zugeordneten Ventileinheit (24) in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert ( sR,sR ) des Bewegungsparameters unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift (m, 34);
- Ermitteln (240) eines Sollwerts ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) mittels einer Gauß-Prozess-Regression ( GP ) unter Verwendung o des ermittelten vorläufigen Sollwerts (u*) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) und o Trainingsdaten (([x,y], [x,y] G, [x,y] y) umfassend Werte des
Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters; und
- Ausgeben (250) eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters, um mittels Betreiben des hydraulischen Zylinders (26) die Arbeitseinheit, insbesondere das Anbaugerät, der, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zu betreiben.
9. Steuereinheit (10) zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders (26) einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist,
- einen Sollwert ( sR,sR ) eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders (26) zu empfangen,
- einen vorläufigen Sollwert (u*) eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder (26) zugeordneten Ventileinheit (24) in Abhängigkeit von dem empfangenen Sollwert ( sR,sR ) des Bewegungsparameters unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift (m, 34) zu ermitteln,
- einen Sollwert ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) mittels einer Gauß-Prozess-Regression (GPR) unter Verwendung o des ermittelten vorläufigen Sollwerts (u*) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) und o Trainingsdaten ([x,y], [x,y] G, [x,y] y) umfassend Werte des
Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters zu ermitteln, und ein Signal in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert ( u,uPP ) des Ventilsteuerparameters auszugeben, um den hydraulischen Zylinder (26) zu betreiben.
10. Steuereinheit (10) zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders (26) betreibbaren Arbeitseinheit, insbesondere eines Anbaugeräts, einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist,
- eine Sollposition (rfi) der Arbeitseinheit, insbesondere des Anbaugeräts, zu empfangen,
- einen Sollwert ( sR,sR ) eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders (26) in Abhängigkeit von der empfangenen Sollposition ( rR ) der Arbeitseinheit zu ermitteln,
- einen vorläufigen Sollwert (u*) eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder (26) zugeordneten Ventileinheit (24) in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert ( sR,sR ) des Bewegungsparameters unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift (m, 34) zu ermitteln;
- einen Sollwert ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) mittels einer Gauß-Prozess-Regression ( GPR ) unter Verwendung o des ermittelten vorläufigen Sollwerts (u*) des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit (24) und o Trainingsdaten ([x,y], [x,y] G, [x,y] y) umfassend Werte des
Bewegungsparameters und des Ventilsteuerparameters zu ermitteln,
- ein Signal in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert ( u,uFF ) des Ventilsteuerparameters auszugeben, um mittels Betreiben des hydraulischen Zylinders (26) die Arbeitseinheit, insbesondere das Anbaugerät, der, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zu betreiben.
11. Arbeitsmaschine, insbesondere mobile Arbeitsmaschine, mit einer Arbeitseinheit, insbesondere einem Anbaugerät, mindestens einem hydraulischen Zylinder (26) zum Bewegen der Arbeitseinheit, insbesondere des Anbaugeräts, und einer Steuereinheit (10) zum Betreiben der Arbeitseinheit, insbesondere des Anbaugeräts, nach Anspruch 10.
12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer oder eine Steuereinheit (10) diesen bzw. diese veranlassen, das Verfahren (100) nach einem der Schritte 1 bis 7 oder das Verfahren (200) nach Anspruch 8 auszuführen und/oder zu steuern.
13. Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
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