DE10062107C5 - Aktorregelung - Google Patents

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Abstract

Aktorregelung für einen elektromagnetischen Aktor (1), der nach dein Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers arbeitet und zwischen dessen beiden Hubmagneten (13, 13S, 13o) sich ein Anker (11), angetrieben durch die beiden Hubmagneten und die vorgespannten Federn (14, 14S, 14o) des Feder-Masse-Schwingers, zwischen seinen beiden Endlagen hin und her bewegt, umfassend:
– zwei Dreipunktregler (61, 62) zur Regelung der Feldströme in den beiden Hubmagneten.
– einen Meßwertaufnehmer (15) zur Positionsbestimmung des Ankers (11) und zur Erzeugung eines Positionssignals als Maß Für die aktuelle Position des Ankers,
– ein Zustandsvariablenfilter (2) zur Erzeugung von Zustandsvariablen des Ankers aus dem Positionssignal umfassend ein gefiltertes Ankerhubsignal, die Ankergeschwindigkeit und die Ankerbeschleunigung,
– einen Hubregler (3), der aus den Zustandsvariablen des Ankers und einer vorgegebenen Sollposition des Ankers die aktuell notwendige Soll-Magnetkraft für die Hubmagneten (13S, 13o) erzeugt,
– ein Auswahlglied (4), das die Soll-Magnetkraft einem Hubmagneten (135, 13o) zuordnet,...Actuator control for an electromagnetic actuator (1), which operates on the principle of a weakly damped spring-mass oscillator and between the two solenoids (13, 13 S, 13 o) is an armature (11), driven by the two solenoids and the prestressed springs (14, 14S, 14o) of the spring-mass oscillator, reciprocated between its two end positions, comprising:
- Two three-position controller (61, 62) for controlling the field currents in the two solenoids.
- A transducer (15) for determining the position of the armature (11) and for generating a position signal as a measure of the current position of the armature,
A state variable filter (2) for generating state variables of the armature from the position signal comprising a filtered armature lift signal, the armature speed and the armature acceleration,
A stroke regulator (3) which generates the currently required desired magnetic force for the lifting magnets (13S, 13O) from the state variables of the armature and a predetermined nominal position of the armature,
- A selection member (4), which assigns the desired magnetic force to a solenoid (135, 13o), ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis nur den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a product only the characteristics of the independent Claim.

Die insbesondere beim vollvariablen elektromechanischen Ventiltrieb eingesetzten Aktoren arbeiten nach dem Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers und bestehen im wesentlichen aus zwei Hubmagneten, einem Anker (Magnetanker) und zwei Ferdern, wobei beim Einsatz des Aktors in einer elektromechanischen Ventilsteuererung die untere Feder die konventionelle Ventilfeder ist. Gesteuert durch die beiden Hubmagnete und die vorgespannten Federn, bewegt sich der Anker zwischen seinen beiden Endlagen hin und her. Bei einer elektromagnetischen Ventilsteuerung sind die beiden Endlagen des Ankers gleichbedeutend mit den Ventilpositionen "Ventil offen" und "Ventil geschlossen".The particular case of fully variable electromechanical valve train actuators work after the principle of a weakly damped Spring-mass oscillator and consist essentially of two solenoids, An anchor (magnet armature) and two Ferdern, whereby when using the Actuator in an electromechanical valve control the lower Spring is the conventional valve spring. Controlled by the two Solenoids and preloaded springs, the armature moves between his two end positions back and forth. In an electromagnetic Valve control, the two end positions of the armature are synonymous with the valve positions "Valve open "and" valve closed ".

Ein Problem bei elektromagnetischen Aktoren ist das sogenannte Einfangen des Ankers an mindestens einer seiner Endpositionen. Der Anker wird in der Regel in seinen Endlagen gegen einen festen Anschlag laufen. Dieser Anschlag ist in der Regel die Polfläche des einfangenden Hubmagneten. Auf diese Polfläche setzt die Ankerplatte beim Einfangen des Ankers in seiner Endposition auf. Bei Annäherung der Ankerplatte an die Polfläche des Hubmagneten, d. h. mit kleiner werdendem Luftspalt zwischen Ankerplatte und Polfläche des Hubmagneten, wächst die auf den Anker einwirkende Magnetkraft exponentiell an, während die Gegenkraft der Rückstellfeder nur linear anwächst, so daß der Anker in seinen Endlagen immer stärker beschleunigt wird und mit zunehmender Geschwindigkeit auf die Polfläche auftrifft. Neben der Geräuschentwicklung kann es hierbei zu Prellvorgängen kommen, d. h. der Anker trifft zunächst auf der Polfläche auf, hebt dann aber zumindest kurzfristig ab, bis er endlich vollständig zur Anlage kommt. Hierdurch kann es zu Beeinträchtigungen der Funktion des an den Aktor angelenkten Stellgliedes kommen, was insbesondere bei Stellgliedern mit hoher Schaltfrequenz, wie z. B. bei Gaswechselventilen von Verbrennungsmotoren, zu erheblichen Störungen führen kann.A problem with electromagnetic Actuators is the so-called capture of the anchor to at least one his final positions. The anchor is usually in its final positions run against a firm stop. This attack is usually the pole surface the catching lifting magnet. On this pole face is the anchor plate at Capture the anchor in its final position. When approaching the Anchor plate to the pole surface of the lifting magnet, d. H. with decreasing air gap between Anchor plate and pole face of the Solenoids, growing the magnetic force acting on the armature exponentially, while the Counterforce of the return spring only grows linearly, so that the Anchor in its end positions is accelerating more and more impinges on the pole surface with increasing speed. In addition to the noise it can bounce here come, d. H. the anchor first hits the pole face, but then lifts off, at least in the short term, until he finally completely to Plant comes. This can lead to impairments of the function of the come to the actuator hinged actuator, which in particular at Actuators with high switching frequency, such. B. at gas exchange valves of internal combustion engines, can lead to significant disruption.

In der DE 199 09 109 A1 hat man deshalb ein Verfahren zur Erfassung der Ankerbewegung an einem elektromagnetischen Aktor vorgeschlagen, mit dem die Ankerauftreffgeschwindgkeit auf die Polfläche des Hubmagneten geregelt werden kann. Der Aktor ist insbesondere zum Antrieb von Gaswechselventilen in Kraftfahzeugen geeignet. In dem Aktor, dessen Ankerplatte mittels zweier Hubmagneten und zweier Federn zwischen zwei Endpositionen hin und her bewegbar ist, wird mit einem Meßaufnehmer ein von der Ankerbewegung abhängiges Meßsignal gewonnen. Aus dem Meßsignal wird in einer Signalaufbereitungseinheit ein Positionssignal für die aktuelle Position der Ankerplatte und ein Geschwindigkeitssignal für die aktuelle Geschwindigkeit der Ankerplatte errechnet. Die Signale werden in eine Wegregelung eingespeist, die die aktuellen Systemparameter mit den Sollvorgaben vergleicht und aus dem Vergleich ein Steuersignal für die Stromregler der Hubmagnete ableitet. Durch eine verbesserte Ortsauflösung des Meßaufnehmers in der Phase der Annäherung des Ankers an seine Endposition kann eine genauere Regelung der Ankergeschwindigkeit erfolgen, was auch zur Verminderung der Auftreffgeschwindigkeit der Ankerplatte auf die Polfläche des Hubmagneten genutzt werden kann. Die Ankerauftreffgeschwindigkeit wird mit unter 0,1 m/s angegeben.In the DE 199 09 109 A1 Therefore, it has proposed a method for detecting the armature movement of an electromagnetic actuator, with which the Ankerauftreffgeschwindgkeit can be controlled on the pole face of the solenoid. The actuator is particularly suitable for driving gas exchange valves in motor vehicles. In the actuator whose armature plate can be moved back and forth between two end positions by means of two lifting magnets and two springs, a measuring signal dependent on the armature movement is obtained with a measuring transducer. From the measured signal, a position signal for the current position of the armature plate and a speed signal for the current speed of the armature plate is calculated in a signal conditioning unit. The signals are fed into a travel control, which compares the current system parameters with the setpoint specifications and derives a control signal for the current regulators of the lifting magnets from the comparison. By an improved spatial resolution of the transducer in the phase of approach of the armature to its final position, a more accurate control of the armature speed can be done, which can also be used to reduce the impact velocity of the armature plate on the pole face of the solenoid. The anchor impact velocity is given as less than 0.1 m / s.

Aus der DE 199 22 969 A1 ist in Fortführung der DE 199 09 109 A1 vom selben Anmelder ein Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Ventiltriebs zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine angesprochen. Mit einem an den Endlagen der Ankerplatte hochauflösenden Positionssensor wird eine ausschließlich auf niedrigste Ankergeschwindigkeit ausgelegte Zwangssteuerung, während der Annäherungsphase der Ankerplatte an ihre Endlage durchgeführt. Diese Zwangssteuerung ist jedoch nur im Bereich niedriger Motordrehzahlen praktikabel und muß bei höheren Drehzahlen abgeschaltet werden (siehe DE 199 22 969 A1 , Spalte 5, Zeile 9-10). Gerade bei höheren Drehzahlen ist jedoch der Verschleiß am größten.From the DE 199 22 969 A1 is in continuation of the DE 199 09 109 A1 by the same applicant, a method for operating an electromagnetic valve train for actuating a gas exchange valve addressed to a reciprocating internal combustion engine. With a high-resolution position sensor at the end positions of the armature plate, a positive control designed exclusively for the lowest armature speed is carried out during the approach phase of the armature plate to its end position. However, this positive control is practicable only in the range of low engine speeds and must be turned off at higher speeds (see DE 199 22 969 A1 , Column 5, lines 9-10). Especially at higher speeds, however, the wear is greatest.

Von der Anmelderin der inhaltlich zusammengehörenden Patentanmeldungen DE 198 50 687 A1 , DE 198 34 548 A1 , DE 198 32 198 A1 und DE 198 32 196 A1 wurde insbesondere in der DE 198 32 196 A1 bereits ein Verfahren zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators vorgeschlagen, bei dem mit Hilfe eines Beobachter Modells wesentliche Bewegungsgrößen des Aktuators durch vom Beobachter errechnete Schätzwerte ersetzt werden. Eine detailierte Aktorregelung selbst, ist den Dokumenten nicht zu entnehmen. Der Beobachter ist vorzugsweise als erweitertes Kalman-Filter ausgebildet und hat die Aufgabe zwei der drei benötigten Zustandsgrößen zur Charakterisierung des Bewegungszustandes der Ankerplatte, nämlich Geschwindigkeit und Beschleunigung, durch Schätzwerte zu ersetzen. Hierdurch können Geschwindigkeits- und Beschleunigungssensoren eingespart werden. (Vergleiche DE 198 32 198 A1 , Spalte 9, Zeile 35-39 und DE 198 32 196 A1 , Spalte 7, Zeile 44-52). Um die Schätzwerte an die realen im Aktor vorliegenden Zustände anpassen zu können, verfügt der Beobachter über eine Korrekturfunktion, mittels derer die geschätzten Werte an die gemessenen Werte angeglichen werden können. (Vergleiche DE 198 32 196 A1 , Spalte 7, Zeile 52-Spalte 8, Zeile 9) Diese Korrekturfunktion dient der Überprüfung des Aktormodels, das im Beobachter abgelegt ist. Dynamische Störgrößen, die während des Aktorbetriebs auftreten, können weder mit besagtem Beobachter noch mit besagter Korrekturfunktion ausgeregelt werden.By the applicant of the content related patent applications DE 198 50 687 A1 . DE 198 34 548 A1 . DE 198 32 198 A1 and DE 198 32 196 A1 was especially in the DE 198 32 196 A1 A method for reducing the impact velocity of an armature of an electromagnetic actuator has already been proposed in which, with the aid of an observer model, essential motion variables of the actuator are replaced by estimates calculated by the observer. A detailed actuator control itself is not apparent from the documents. The observer is preferably designed as an extended Kalman filter and has the task of replacing two of the three required state variables for characterizing the state of motion of the armature plate, namely velocity and acceleration, by estimates. As a result, speed and acceleration sensors can be saved. (Compare DE 198 32 198 A1 , Column 9, lines 35-39 and DE 198 32 196 A1 , Column 7, lines 44-52). In order to be able to adapt the estimated values to the real states present in the actuator, the observer has a correction function by means of which the estimated values can be adjusted to the measured values. (Compare DE 198 32 196 A1 , Column 7, line 52-column 8, line 9) This correction function is used to check the actuator model stored in the observer. Dynamic disturbances which occur during actuator operation can not be compensated either with said observer or with said correction function.

Die Regelung der Hubbewegung entlang einer Weg-Geschwindigkeits-Trajektorie führt im allgemeinen zu verbesserten Ergebnissen in dem Bemühen die Ankerauftreffgeschwindigkeit zu verringern. In beschränktem Umfang können mit dieser Regelstrategie auch Störgrößen verarbeitet werden. Störgrößen, die quasistationär und bewegungshemmend, wie z. B. erhöhte Dämpfung, Reibung oder Gasgegenkräfte, hervorgerufen durch den Gasgegendruck bei einem an den Aktor angelenkten Gaswechselventils, auf den Ankerflug einwirken, führen bei ihrem Auftreten bei den bekannten Regelstrategien zu keiner erhöhten Ankerauftreffgeschwindigkeit. Dynamische, bewegungsfördernde Störkräfte jedoch sind mit den bekannten. Regelstrategien nur auszugleichen, wenn sie im Vergleich mit den Zeitkonstanten für die Regelung hinreichend langsam, eben quasistationär, auftreten. Hochdynamische, bewegungsfördernde Störgrößen, die während der Annäherung des Ankers in eine seiner Endlagen auftreten, können mit den bekannten Regelstrategien nicht hinreichend schnell verarbeitet und ausgeglichen werden. Bei Gaswechselventilen, die an einen Aktor angelenkt sind, sind solche hochdynamischen, bewegungsfördernde Störkräfte zum Beispiel in einem Verbrennungsmotor die Luftströmung am Ansaugventil in der Kompressionsphase beim späten Schließen des Einlaßventil. Eine verschlechterte Motorakustik, ein hoher Verschleiß der Ventilsitze, sowie ein sehr schlechtes Fangen des Ankers in den entsprechenden End positionen, sind die Folgen.The regulation of the stroke movement along a path-speed trajectory generally leads to improved results in an effort to reduce the anchor impact velocity. To a limited extent, disturbance variables can also be processed with this control strategy. Disturbances that are quasi-stationary and motion-inhibiting, such. As increased damping, friction or gas counter-forces caused by the gas back pressure in a hinged to the actuator gas exchange valve, acting on the anchor flight lead in their occurrence in the known control strategies to no increased anchor impact speed. However, dynamic, motion-promoting disturbance forces are familiar with the known. Compensating control strategies only if they occur in comparison with the time constants for the control sufficiently slowly, just quasi-stationary. Highly dynamic, motion-promoting disturbances, which occur during the approach of the armature into one of its end positions, can not be processed and compensated with the known control strategies with sufficient speed. For gas exchange valves which are hinged to an actuator, such highly dynamic, motion-promoting disturbance forces, for example, in an internal combustion engine, the air flow to the intake valve in the compression phase in the late closing of the intake valve. A deteriorated engine acoustics, high wear of the valve seats, as well as a very poor catching of the armature in the corresponding end positions, are the consequences.

Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe eine Aktorregelung anzugeben, die auch hochdynamische Störkräfte auszuregeln vermag, selbst wenn diese Störkräfte bei der Annäherung des Aktors in eine seiner Endlagen in bewegungsfördernder Weise auftreten.Starting from the above In the prior art, the object of the invention is an actuator control which is capable of correcting even highly dynamic disturbing forces, even if these interfering forces at the approach of the actuator occur in one of its end positions in a motion-promoting manner.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung enthalten.According to the invention, this object is achieved by the characteristics of the independent Claim. Further advantageous embodiments are in the subclaims and included in the description.

Die Lösung gelingt mit einer Aktorregelung für einen elektromagnetischen Aktor, der nach dem Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers arbeitet und zwischen dessen beiden Hubmagneten sich ein Anker, angetrieben durch die beiden Hubmagnete und die vorgespannten Federn des Feder-Masse-Schwingers, zwischen seinen beiden Endlagen hin und her bewegt, umfassend:

  • – zwei Dreipunktregler zur Regelung der Feldströme in den beiden Hubmagneten,
  • – einen Meßwertaufnehmer zur Positionsbestimmung des Ankers und zur Erzeugung eines Positionssignals als Maß für die aktuelle Position des Ankers,
  • – ein Zustandsvariablenfilter zur Berechnung von Zustandsvariablen des Ankers umfassend ein gefiltertes Ankerhubsignal, die Ankergeschwindigkeit und die Ankerbeschleunigung,
  • – einen Hubregler, der als PI-Regler ausgebildet ist und der aus den Zustandsvariablen des Ankers und einer vorgegebenen Sollposition des Ankers die aktuell notwendige Soll-Magnetkraft für die Hubmagnete berechnet,
  • – ein Auswahlglied, das die Soll-Magnetkraft einem Hubmagneten zuordnet,
  • – eine nichtlineare Kompensation, die aus der Soll-Magnetkraft über ein die Hubmagnete charakterisierendes Magnetkraftkennfeld den der Soll-Magnetkraft entsprechenden Soll-Feldstrom berechnet,
  • – je einen Stromsensor für jeden der beiden Hubmagnete zur Messung der aktuellen Spulenströme in den Hubmagneten,
  • – einen Beobachter, der aus der Ankerbeschleunigung und den aktuellen, gemessenen Spulenströmen je einen Soll-Feldstrom für jeden der beiden Hubmagneten berechnet,
wobei,
die vom Beobachter berechneten Soll-Feldströme, die gemessenen Spulenströme und die von der nichtlinearen Kompensation berechneten Soll-Feldströme jeweils als Eingangsgrößen an die beiden Dreipunktregler angelegt sind und in den Dreipunktreglern aus diesen Eingangsgrößen eine Ausgangsspannung eingeregelt wird und diese Ausgangsspannung an die Hubmagnete angelegt ist.The solution succeeds with an actuator control for an electromagnetic actuator, which operates on the principle of a weakly damped spring-mass oscillator and between the two solenoids, an armature driven by the two solenoids and the biased springs of the spring-mass oscillator between its two end positions moved back and forth, comprising:
  • Two three-position controllers for controlling the field currents in the two lifting magnets,
  • A transducer for determining the position of the armature and for generating a position signal as a measure of the current position of the armature,
  • A state variable filter for calculating state variables of the armature comprising a filtered armature lift signal, the armature speed and the armature acceleration,
  • A stroke regulator, which is designed as a PI controller and which calculates the currently required desired magnetic force for the lifting magnets from the state variables of the armature and a predefined setpoint position of the armature,
  • A selection element which assigns the desired magnetic force to a lifting magnet,
  • A non-linear compensation which calculates from the desired magnetic force, via a magnetic force characteristic map characterizing the lifting magnets, the desired field current corresponding to the desired magnetic force,
  • Each one current sensor for each of the two solenoids for measuring the current coil currents in the lifting magnet,
  • An observer, which calculates a target field current for each of the two solenoids from the armature acceleration and the current measured coil currents,
in which,
the reference field currents calculated by the observer, the measured coil currents and the nominal field currents calculated by the non-linear compensation are each applied as input variables to the two three-position controllers and an output voltage is adjusted in the three-point controllers from these input variables and this output voltage is applied to the lifting magnets.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:
Die Aktorregelung ermöglicht zuverlässig ein weiches Landen der Magnetankerplatte auf der Ankergegenplatte bzw. dem entsprechenden Magnetjoch der Hubmagneten auch dann, wenn hochdynamische Störkräfte auf den Ankerflug einwirken. Die Auftreffgeschwindigkeiten liegen unter 0,02 m/s.With the invention mainly the following advantages are achieved:
The actuator control reliably enables a soft landing of the magnet armature plate on the armature counter plate or the corresponding magnetic yoke of the lifting magnet, even when highly dynamic disturbing forces act on the armature flight. The impact speeds are below 0.02 m / s.

Störkräfte, die auf den Ankerflug in bewegungsfördernder Weise einwirken, wie eventuell auftretende Saugkräfte durch Gaskräfte infolge des Gemischwechsels in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, können wirksam und zuverlässig ausgeregelt werden.Disturbance forces on the anchor flight in motion-promoting Acting way, as possibly occurring suction through gas forces as a result of the mixture change in a cylinder of an internal combustion engine, can effective and reliable be corrected.

Ein Beobachter erfaßt die Spulenströme durch die beiden Hubmagnete des Magnetankers und die aktuelle Beschleunigung des Hubankers. Durch die Spulenströme in den Hubmagneten wird die auf den Ankerflug einwirkende Magnetkraft und damit dessen Beschleunigung bestimmt. Die Magnetfeldverteilung wird hierbei für jeden Aktor experimentell ermittelt und in einem rechnergestützten Modell in Form eines sogenannten Zustandsraumentwurf abgebildet. Zu einer vorgegebenen und bekannten Magnetfeldverteilung ist daher auch die daraus resultierende Beschleunigung des Magnetankers bekannt. Ein elektromagnetischer Aktor läßt sich daher modellgestützt in Form eines Zustandsraumes mit den Parametern Ankerbeschleunigung, Spulenstrom des Schließermagneten und Spulenstrom des Öffnermagneten rechnerisch abbilden und in Form eines Softwareprogrammes in einem Mikrocontroller auf dem Beobachter implementieren. Entspricht die aktuelle Beschleunigung nicht dem aus dem Zustandsraum zu erwartenden Wert für die Beschleunigung so wird von dem Beobachter eine Korrektur für die Spulenströme berechnet und diese korrigierten Spulenströme ifS_beob, ifO_beob über Summationsglieder direkt auf den Eingang der beiden Dreipunktregler für die Hubmagneten für den Ankerflug gegeben, d. h. ohne den kompletten Regelkreis zu durchlaufen. Der Hubregler, das Auswahlglied und die nichtlinerare Kompensation werden von den korrigierten Spulenströmen des Beobachters umgangen. Hierdurch ist es möglich Abweichungen in der Ankerbeschleunigung, hervorgerufen durch Störkräfte, sehr schnell auszuregeln, ohne daß der komplette Regelkreis mit der damit verbundenen Zeitverzögerung durchlaufen werden muß.An observer detects the coil currents through the two solenoids of the armature and the current acceleration of the lifting armature. Due to the coil currents in the lifting magnet, the magnetic force acting on the armature flight and thus its acceleration is determined. The magnetic field distribution is determined experimentally for each actuator and mapped in a computer-aided model in the form of a so-called state space design. For a given and known magnetic field distribution, therefore, the resulting acceleration of the magnet armature is known. An electromagnetic actuator can therefore be mapped model-based in the form of a state space with the parameters anchor acceleration, coil current of the closing magnet and coil current of the opening magnet and implement in the form of a software program in a microcontroller on the observer. Corresponds to the current Be Acceleration not to the expected from the state space value for the acceleration is calculated by the observer, a correction for the coil currents and these corrected coil currents i fS_beob , i fO_beob given via summation elements directly to the input of the two three- position controller for the solenoids for the anchor flight, ie without going through the complete control loop. The stroke controller, selector, and nonlinear compensation are bypassed by the observer's corrected coil currents. As a result, it is possible deviations in the anchor acceleration caused by disturbance forces, very quickly correct, without the complete control loop must be traversed with the associated time delay.

Der modellgestützte Zustandsraum ist in Form eines Softwareprogramms auf einem Mikrocontroller des Beobachters implementiert. Durch Austausch des Softwareprogramms kann die Aktorregelung auf verschiedene Aktoren oder auf verschiedene an den Aktor angelenkte Stellglieder angepaßt werden, z. B. auf verschiedene Magnetventile unterschiedlicher Verbrennungsmotoren. Die übrigen Bestandteile des Regelkreises, wie das Zustandsvariablenfilter, die Hubregler, das Auswahlglied, die beiden Dreipunktregler u. s. w. sind vorteilhafterweise als Hardware realisiert. Hierdurch brauchen die übrigen Bestandteile des Regelkreises bei einer Anpassung an eine neue Anwendung nicht verändert werden. Auch können die vorgenannten Hardwarebestandteile in einer vorteilhaften Ausführungsform als analoge Hardwarebestandteile ausgeführt sein. Analoge Hardwarebestandteile benötigen keine Rechenleistung, was insbesondere hinsichtlich einer höheren Regelgeschwindigkeit Vorteile bietet.The model-based state space is in shape a software program on a microcontroller of the observer implemented. By replacing the software program, the actuator control on different actuators or on different hinged to the actuator Adjusted actuators be, for. B. on various solenoid valves of different internal combustion engines. The remaining Components of the control loop, such as the state variable filter, the stroke controller, the selector, the two three-position controller u. s. w. are advantageously implemented as hardware. In this way need the remaining Components of the control loop when adapting to a new application not changed become. Also can the aforementioned hardware components in an advantageous embodiment be designed as analog hardware components. Analog hardware components need no computing power, especially with regard to a higher control speed Offers advantages.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be described below with reference to drawings and explained in more detail. It demonstrate:

1 schematisch die Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Aktorregelung, 1 schematically the overall structure of the actuator control according to the invention,

2 schematisch die Struktur eines möglichen an sich bekannten Zustandsvariablenfilters zur vorteilhaften Verwendung in der Aktorregelung. 2 schematically the structure of a possible known state variable filter for advantageous use in the actuator control.

l zeigt die Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Aktorregelung. Ein elektromagnetischer Aktor 1 enthält einen Magnetanker 11, dessen Ankerplatte 12 sich zwischen zwei Hubmagneten 13 hin und her bewegt. Der obere der beiden Hubmagneten 13 wirkt als Schließmagnet 13S, der untere der beiden Hubmagneten 13 wirkt als Öffnermagnet 13o. Der Magnetanker 11 ist zusätzlich mit einer Schließfeder 14S und einer Öffnerfeder 14o vorgespannt, so daß der ganze Aktor einen schwach gedämpften Feder-Masse Schwinger bildet. Nicht dargestellt sind die Stellglieder, die mit dem Aktor angetrieben werden können. Die Stellglieder an sich bilden auch keinen erfinderischen Bestandteil. Anzutreibende Stellglieder werden an den Magnetanker 11 in an sich bekannter Weise angelenkt. Ein bevorzugter Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Aktorregelung ist der Einsatz in einer vollvariablen elektromagnetischen Ventilsteuerung. In diesem Anwendungfall wird das angetriebene Stellglied durch ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine gebildet. Der Ventilstößel oder die Ventilnadel des Gaswechselventils ist dann mit dem Magnetanker kraftschlüssig verbunden und wird von den beiden Hubmagneten 13 und den beiden Federn 14 angetrieben. l shows the overall structure of the actuator control according to the invention. An electromagnetic actuator 1 contains a magnet armature 11 whose anchor plate 12 between two lifting magnets 13 moved back and forth. The upper of the two lifting magnets 13 acts as a closing magnet 13S , the lower of the two solenoids 13 acts as an opening magnet 13o , The magnet armature 11 is additionally with a closing spring 14S and a breaker spring 14o biased so that the whole actuator forms a weakly damped spring-mass oscillator. Not shown are the actuators that can be driven with the actuator. The actuators themselves also do not form an inventive component. Actuators to be driven to the armature 11 articulated in a conventional manner. A preferred application of the actuator control according to the invention is the use in a fully variable electromagnetic valve control. In this application, the driven actuator is formed by a gas exchange valve of an internal combustion engine. The valve stem or valve needle of the gas exchange valve is then positively connected to the armature and is of the two solenoids 13 and the two springs 14 driven.

Der Aktor enthält weiterhin einen Positionssensor 15, mit dem die aktuelle Postion der Ankerplatte 12 bestimmt werden kann. Als Positionssensoren werden bevorzugterweise induktive oder magnetostriktive Sensoren eingesetzt. Ein Stromsensor 16S mißt den Spulenstrom is_mess durch den Schließmagneten, ein anderer Stromsensor 16o mißt den Spulenstrom io_mess durch den Öffnermagneten.The actuator also contains a position sensor 15 , with which the current position of the anchor plate 12 can be determined. Inductive or magnetostrictive sensors are preferably used as position sensors. A current sensor 16S measures the coil current i s_mess through the closing magnet , another current sensor 16o measures the coil current i o_mess through the opening magnet.

Zur Filterung des mit dem Positionssensor 15 gemessenen Ankerhubsignals wird ein Zustandsvariablenfilter ZVF eingesetzt. Die Struktur des Zustandsvariablenfilters wird im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben. In dem Zustandvariablenfilter wird aus dem gemessenen Positionssignal xmess ein gefiltertes Positionssignal xZVF als Maß für die aktuelle Position des Magnetankers 11, eine erste zeitliche Ableitung x'ZVF des gefilterten Positionssignal als Maß für die aktuelle Geschwindigkeit des Magnetankers während des Ankerfluges und eine zweite zeitliche Ableitung x''ZVF des gefilterten Positionssignals als Maß für die aktuelle Beschleunigung des Magnetankers während des Ankerfluges gebildet.For filtering the with the position sensor 15 measured Ankerhubsignals a state variable filter ZVF is used. The structure of the state variable filter is related to 2 described in more detail. In the state variable filter from the measured position signal x mess is a filtered position signal x ZVF as a measure of the current position of the armature 11 , a first time derivative x ' ZVF of the filtered position signal as a measure of the actual speed of the armature during the anchor flight and a second time derivative x'' ZVF of the filtered position signal as a measure of the actual acceleration of the armature during the anchor flight formed.

Die drei rechnerisch gebildeten Zustandsvariablen für die Ankerposition, die Ankergeschwindigkeit und die Ankerbeschleunigung werden dem Hubregler 3 zugeführt. Der Hubregler 3 ist realisiert als PI-Zustandsregler (Proportional Integral Zustandsregler) mit vier einstellbaren Regelparametern ri, r1, r2, r3. Mit den Regelparametern werden die zu beeinflussenden Aufgabengrößen des Gesamtsystems gezielt verstärkt. Dazu werden vorzugsweise analoge Operationsverstärker eingesetzt. Die Regelparameter des Hubreglers 3 werden für den jeweiligen Aktor, der mit der Aktorregelung geregelt werden soll, über einen modellgestützten Zustandsraumentwurf ermittelt und enthalten die wichtigsten Informationen über das dynamische Verhalten des Aktors, wie z. B. Massenträgheit, Federsteifigkeit, Dämpfung, Zeitkonstanten usw. Dieser Zustandsraumentwurf ist in dem Hubregler in Form eines Softwareprogramms auf einem Mikrocontroller implementiert. Die Auswahl der Regelparameter erfolgt mit Vorteil derart, daß das geregelte Gesamtsystem, also im wesentlichen der Ankerflug des Magnetakers bei Annäherung an die Endlagen des Magnetankers, frei von Überschwingvorgängen ist. Überschwingvorgänge würden zu einem mehrfachen Aufsetzen des Magnetankers in seiner Endposition führen. Um dieses Überschwingen zu vermeiden, wird der Magnetanker asymptotisch in seine Endposition geführt. Die asymptotische Annäherung des Magnetankers in seine Endposition wird mit einem Hubregler realisiert, dessen Reglerparameter ri, r1, r2, r3 beispielsweise so gewählt werden, daß das Gesamtsystem ein Verzögerungsverhalten 4-ter Ordnung mit einem 4-fachen Pol in der Soll-Zeitkonstanten Tsoll des geregelten Gesamtsystems aufweist. Die Soll-Zeitkonstante bleibt ein frei wählbarer Parameter und ermöglicht im Rahmen des Regler-Grundentwurfs eine Adaption der Gesamtregelung auf die jeweiligen an den Aktor gestellten Anforderungen hinsichtlich dessen zeitlichem Verhalten.The three arithmetically formed state variables for the anchor position, the anchor speed and the anchor acceleration are the Hubregler 3 fed. The stroke regulator 3 is implemented as a PI state controller (proportional integral state controller) with four adjustable control parameters r i , r 1 , r 2 , r 3 . The control parameters purposefully increase the task sizes of the overall system that are to be influenced. For this purpose, analogue operational amplifiers are preferably used. The control parameters of the stroke controller 3 are determined for the respective actuator, which is to be controlled by the actuator control, via a model-based state space design and contain the most important information about the dynamic behavior of the actuator, such. As inertia, spring stiffness, damping, time constants, etc. This state space design is implemented in the stroke controller in the form of a software program on a microcontroller. The selection of the control parameters is advantageously carried out in such a way that the controlled overall system, that is essentially the armature flight of the magnetizer when approaching the end positions of the magnet armature, is free of overshoots. Overshoots would lead to multiple touchdown of the armature in its final position. To avoid this overshoot, the armature is guided asymptotically into its final position. The asymptotic approach of the armature in its final position is with a stroke realized controller, whose controller parameters r i , r 1 , r 2 , r 3, for example, be chosen so that the overall system has a delay behavior of the 4th order with a 4-fold pole in the desired time constant T soll of the controlled system. The setpoint time constant remains a freely selectable parameter and, as part of the controller basic design, allows adaptation of the overall control to the respective requirements imposed on the actuator with regard to its time behavior.

Für eine Aktorregelung eines elektromagnetischen Ventiltriebs für Gaswechselventil haben sich für die Verstärkung der Aufgabengrößen des Hubreglers 3 folgende Regelparameter als vorteilhaft erwiesen: ri = λ4·m·Tred

Figure 00030001
[0023] Darin sind:
m: Ankermasse + Ventilmasse
Tred: größte Summenzeitkonstante beider Hubmagnete
d: Dämpfungskoeffizient
c: resultierende Federkonstante
λ = -1/Tsoll: Soll-Eigenwert (Polstelle) des geregelten Systems
Tsoll: Soll-Zeitkonstante des geregelten SystemsFor an actuator control of an electromagnetic valve drive for gas exchange valve have for the reinforcement of the task variables of the Hubreglers 3 the following control parameters proved to be advantageous: r i = λ 4 * M * T red
Figure 00030001
[ 0023] In it are:
m: anchor mass + valve mass
T red : largest total time constant of both solenoids
d: attenuation coefficient
c: resulting spring constant
λ = -1 / T soll : set eigenvalue (pole) of the controlled system
T soll : Target time constant of the controlled system

Die Aufgabegröße des Hubregels ist die Differenz zwischen einem von einer externen, nicht näher dargestellten Steuerung vorgegebenen Positionssollwert x_soll und der gefilterten Ankerposition xZVF. Die Differenz beider Größen wird in einem Summationsglied 32 gebildet. Das Differenzsignal wird auf den PI-Zustandsregler gegeben und an dessen Ausgang nur dem Faktor ri verstärkt. Von dem verstärkten Differenzsignal werden in einem Summationsglied 33 die verstärkten Signale des Zustandsvariablenfilters ZVF subtrahiert. Hierbei sind die vom Zustandsvriablenfilter 2 gelieferten Signale, Größen für die Ankerposition xZVF, die Ankergeschwindigkeit x'ZVF und die Ankerbeschleunigung x''ZVF. Die Ankerposition wird mit dem Faktor r1 verstärkt, die Ankergeschwindigkeit wird mit Faktor r2 verstärkt und die Ankerbeschleunigung wird mit dem Faktor r3 verstärkt. Alle drei verstärkten Größen des Zustandsvariablenfilters werden mit zwei Summationsgliedern 31 summiert.The task size of the stroke control is the difference between a position setpoint x_setpoint given by an external controller (not shown) and the filtered anchor position x ZVF . The difference between the two variables is in a summation element 32 educated. The difference signal is applied to the PI state controller and amplified at its output only the factor r i . From the amplified difference signal are in a summation 33 subtracts the amplified signals of the state variable filter ZVF. Here are the ones from the state variable filter 2 supplied signals, variables for the armature position x ZVF , the armature speed x ' ZVF and the armature acceleration x'' ZVF . The armature position is amplified by the factor r 1 , the armature speed is increased by factor r 2 and the armature acceleration is amplified by the factor r 3 . All three amplified variables of the state variable filter are provided with two summators 31 summed.

Der Hubregler 3 zeichnet sich als PI-Zustandsregler durch seine Robustheit gegenüber veränderlichen. System parametern, wie Reibung, Dämpfung oder zeitvarianten Zeitkonstanten des elektromagnetischen Teilsystems, und auftretenden Störgrößen, wie Strömungskräfte in einem Gaswechselventil, aus. Aus den Systemzuständen des Aktors 1, gegeben durch Ankerposition, Ankergeschwindigkeit und Ankerbeschleunigung sowie aus der Anker-Soll-Position x soll berechnet der Hubregler 3 aus dem Zustandsraumentwurf des Aktors die augenblicklich am Anker notwendige Magnetkraft, die Soll-Magnetkraft FM_Soll, zur asymptotischen und schnellen Einregelung der Anker-Soll-Position x_soll. Diese Soll-Magnetkraft FM_soll wird als Ausgangsgröße des Hubreglers auf den Eingang eines Auswahlgliedes 4 gegeben. Da beide Hubmagnete des Aktors prinzipbedingt nur Anziehungskräfte erzeugen können, muß die Soll-Magnetkraft durch das Auswahlglied 4 je einem Hubmagneten zugeordnet werden. Das Auswahlglied 4 arbeitet nach folgendem Auswahlkriterium:
Wenn die Soll-Magnetkraft FM_soll > 0, Dann wird der Schließermagnet angesteuert.
Wenn die Soll-Magnetkraft FM_soll < 0, Dann wird der Öffnermagnet angesteuert.
Wenn die Soll-Magnetkraft FM_soll = 0, Dann wird kein Hubmagnet angesteuert.The stroke regulator 3 stands out as a PI state controller due to its robustness to variable. System parameters, such as friction, damping or time-variant time constants of the electromagnetic subsystem, and occurring disturbances, such as flow forces in a gas exchange valve, from. From the system states of the actuator 1 , given by armature position, armature speed and armature acceleration as well as from the armature setpoint position x is calculated by the stroke controller 3 from the state space design of the actuator, the momentarily required at the anchor magnetic force, the target magnetic force F M_Soll , for asymptotic and rapid adjustment of the anchor position desired position x_soll. This setpoint magnetic force F M_soll is used as the output variable of the stroke controller to the input of a selection element 4 given. Since both solenoids of the actuator inherently can only produce attractive forces, the desired magnetic force must be through the selector 4 each associated with a solenoid. The selection element 4 works according to the following selection criteria:
If the desired magnetic force F M_soll > 0, then the closing magnet is activated .
If the setpoint magnetic force F M_setpoint <0, then the opening magnet is activated.
If the setpoint magnetic force F M_soll = 0, then no solenoid is actuated .

Ein dem Auswahlglied nachgeordnetes nichtlineares Kompensationsglied 5 berechnet aus der Soll-Magnetkraft FM_soll für jeden einzelnen Hubmagneten über das entsprechende inverse Magnetkraftkennfeld der Hubmagneten den erforderlichen Soll-Feldstrom ifS_soll, ifO_soll für den betreffenden Hubmagneten. Die Soll-Feldströme werden über zwei, der nichtlinearen Kompensation nachgeordnete Dreipunktregler 61, 62 an den Hubmagneten eingeregelt. Am Ausgang des Dreipunktreglers 61 liegt die Ansteuerspannung US für den Schließermagneten an und am Ausgang des Dreipunktreglers 62 liegt die Ansteuerspannung UO für den Öffnermagneten an. Die Ansteuerspannung hat in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Werte -42 V, 0 V oder +42 V betragen. Selbstverständlich ist die Aktorregelung nicht auf diese Ansteuerspannung beschränkt.A nonlinear compensation element downstream of the selection element 5 calculated from the desired magnetic force F M_soll for each individual solenoid via the corresponding inverse magnetic force map of the solenoid the required target field current i fS_soll , i fO_soll for the relevant solenoid. The setpoint field currents are transmitted via two three-position controllers downstream of the non-linear compensation 61 . 62 adjusted at the lifting magnet. At the output of the three-point controller 61 is the drive voltage U S for the closing magnet and at the output of the three-step controller 62 is the drive voltage U O for the opening magnet. In the exemplary embodiment described here, the drive voltage has the values -42 V, 0 V or +42 V. Of course, the actuator control is not limited to this drive voltage.

Die Aufgabegröße der beiden Dreipunktregler 61, 62 ist jeweils die Differenz zwischen dem jeweiligen Soll-Feldstrom ifS_soll bzw. ifO_soll und einer mit Regelparametern Ki, Kif gewichteten Summe aus gemessenem Spulenstrom iS_mess, iO_mess und von einem Beobachter berechnetem Spulenstrom ifO_beob, ifS_beob.The feed size of the two three-position controller 61 . 62 is in each case the difference between the respective desired field current i fS_soll or i fO_soll and a sum of measured coil current i S_mess , i O_mess and a coil current i fO_beob , i fS_beob calculated by control parameters K i , K if .

Hierzu wird an den Dreipunktregler 62, der den Öffnermagneten 13o regelt, der gemessene Spulenstrom iO_mess durch den Öffnermagneten eingangsseitig mit einem einstellbaren Regelparameter Ki verstärkt. Ein vom nichtlinearen Beobachter berechneter, korrigierter Spulenstrom ifO_beob wird ebenfalls eingangsseitig mit einem einstellbaren Reglerparameter Kif verstärkt. Gemessener, gewichteter Spulenstrom und berechneter, korrigierter, gewichteter Spulenstrom werden in einem Summationsglied 621 summiert und das Summensignal in einem weiteren Summationsglied 622 vom Soll-Feldstrom subtrahiert.For this purpose, the three-point controller 62 , the opening magnet 13o controls, the measured coil current i O_mess amplified by the opening magnet on the input side with an adjustable control parameter K i . A corrected coil current i fO_beob calculated by the nonlinear observer is also amplified on the input side with an adjustable controller parameter K if . Measured weighted coil current and calculated, corrected, weighted coil current are summated 621 summed and the sum signal in another summation element 622 subtracted from the nominal field current.

Analog wird für den Dreipunktregler 61 verfahren, der den Schließermagneten 13S regelt. Auch hier wird der im Schließermagneten gemessene Spulenstrom iS_mess reglereingangsseitig mit einem einstellbaren Reglerparameter Ki verstärkt. Ein vom nichtlinearen Beobachter berechneter, korrigierter Spulenstrom ifs_beob für den Schließermagneten wird ebenfalls eingangsseitig mit einem einstellbaren Reglerparameter Kif verstärkt. Der gewichtete, gemessene Spulenstrom und der gewichtete, berechnete, korrigierte Spulenstrom werden in einem Summationsglied 611 summiert und das Summensignal in einem weiteren Summationsglied 612 vom Soll-Feldstrom ifS_soll subtrahiert.Analog becomes for the three-point controller 61 procedure, the closing magnet 13S regulates. Again, the measured in the closing magnet coil current i S_mess controller input side is amplified with an adjustable controller parameters K i . A corrected coil current i fs_beob calculated by the non-linear observer for the closing magnet is also amplified on the input side with an adjustable controller parameter K if . The weighted measured coil current and the weighted calculated corrected coil current are summated 611 summed and the sum signal in another summation element 612 subtracted from the desired field current i fs_soll .

Die Reglerparameter Ki, Kif sind vorzugsweise als einstellbare analoge Operationsverstärker realisiert und ermöglichen eine Adaption des Reglerverhaltens. Die praktischen Einstellwerte für die Operationsverstärker und damit für die Reglerparameter Ki. Kif müssen in Abhängigkeit von dem Einsatzzweck der Aktorregelung jeweils in Versuchen ermittelt und eingestellt werden.The controller parameters K i , K if are preferably realized as adjustable analogue operational amplifiers and allow an adaptation of the controller behavior. The practical setting values for the operational amplifiers and thus for the controller parameters K i . K if must be determined and set in experiments depending on the intended use of the actuator control.

Als Zustandsvariablenfilter ZVF für die erfindungsgemäße Aktorregelung haben sich Tiefpassfilter 4-ter Ordnung bewährt. In 2 ist exemplarisch die Struktur eines solchen an sich bekannten Tiefpassfilters aufgezeigt. Mit dem Filter wird das verrauschte Meßsignal xmess des Positionssensors 15 mit dem Ziel ein rauschfreies Meßsignal zu erhalten gefiltert. Hierzu enthält das Filter 4 hintereinandergeschaltet Integrierglieder 21, 22, 23, 24, die das eingangsseitige Meßsignal xmess insgesamt viermal zeitlich integrieren und dadurch ein weitgehend rauschreies gefiltertes Positionssignal xZVF für die Position des Magnetankers aus 1 liefern. Der Ausgang jedes Integriergliedes wird mit negativer Rückkopplung wieder auf das eingangsseitige Summationsglied 25 zurückgeführt. Außer dem Positionssignal xZVF wird an dem Filter vor dem letzten Integrierglied 24 die erste Ableitung des Positionssignals, also das Geschwindigkeitssignal x'ZVF abgegriffen. Vor dem vorletzten Integrierglied 23 wird die zweite Ableitung des Positionssignals, also die Beschleunigung x''ZVF abgegriffen. Alle drei abgegriffenen Signale werden wie in 1 schematisch aufgezeigt in der erfindungsgemäßen Aktorregelung weiterverwendet. Durch Wahl der Filterparameter f0, f1, f2, f3, f4 kann die Charakteristik des Filters verändert und eingestellt werden. Für eine vollvariable elektromagnetische Ventilsteuerung hat sich ein Filter mit sogenannter Butterworth-Charakteristik als besonders vorteilhaft erwiesen.As a state variable filter ZVF for actuator control according to the invention, low-pass filter 4th order have proven. In 2 the structure of such a known low-pass filter is shown by way of example. With the filter is the noisy measurement signal x mess of the position sensor 15 filtered to obtain a noise-free measurement signal. The filter contains this 4 cascaded integrators 21 . 22 . 23 . 24 , which integrate the input-side measurement signal x mess altogether four times in time and thereby a largely noise-free filtered position signal x ZVF for the position of the armature from 1 deliver. The output of each integrator is returned to the input side summation element with negative feedback 25 recycled. In addition to the position signal x ZVF is at the filter before the last integrator 24 the first derivative of the position signal , so the speed signal x ' ZVF tapped. Before the penultimate integrator 23 the second derivative of the position signal , that is the acceleration x '' ZVF, is tapped. All three tapped signals are as in 1 shown schematically used in the actuator control according to the invention. By selecting the filter parameters f 0 , f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , the characteristic of the filter can be changed and set. For a fully variable electromagnetic valve control, a filter with so-called Butterworth characteristics has proven to be particularly advantageous.

Claims (10)

Aktorregelung für einen elektromagnetischen Aktor (1), der nach dein Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers arbeitet und zwischen dessen beiden Hubmagneten (13, 13S, 13o) sich ein Anker (11), angetrieben durch die beiden Hubmagneten und die vorgespannten Federn (14, 14S, 14o) des Feder-Masse-Schwingers, zwischen seinen beiden Endlagen hin und her bewegt, umfassend: – zwei Dreipunktregler (61, 62) zur Regelung der Feldströme in den beiden Hubmagneten. – einen Meßwertaufnehmer (15) zur Positionsbestimmung des Ankers (11) und zur Erzeugung eines Positionssignals als Maß Für die aktuelle Position des Ankers, – ein Zustandsvariablenfilter (2) zur Erzeugung von Zustandsvariablen des Ankers aus dem Positionssignal umfassend ein gefiltertes Ankerhubsignal, die Ankergeschwindigkeit und die Ankerbeschleunigung, – einen Hubregler (3), der aus den Zustandsvariablen des Ankers und einer vorgegebenen Sollposition des Ankers die aktuell notwendige Soll-Magnetkraft für die Hubmagneten (13S, 13o) erzeugt, – ein Auswahlglied (4), das die Soll-Magnetkraft einem Hubmagneten (135, 13o) zuordnet, – eine nichtlineare Kompensation (5), die aus der Soll-Magnetkraft über ein die Hubmagneten (13, 135, 13o) charakterisierendes Magnetkraftkennfeld den der Soll-Magnetkraft entsprechenden Soll-Feldstrom berechnet, – je einen Stromsensor (165, 16o) für jeden der beiden Hubmagnete (135, 13o) zur Messung der aktuellen Feldströme in den Hubmagneten, – einen Beobachter (7), der aus der Ankerbeschleunigung und den aktuellen, gemessenen Feldströmen je einen korrigierten Feldstrom für jeden der beiden Hubmagneten (13S, 13o) berechnet, wobei, die vom Beobachter (7) berechneten, korrigierten Feldströme, die gemessenen Feldströme und die von der nichtlinearen Kompensation berechneten Sull-Feldströme jeweils in Form eines Signalwertes als Eingangsgrößen an die beiden Dreipunktregler (61,62) angelegt sind und in den Dreipunktreglern aus diesen Eingangsgrößen eine Ausgangsspannung erzeugt wird und diese Ausgangsspannung an die Hubmagneten (13S, 13o) angelegt ist.Actuator control for an electromagnetic actuator ( 1 ), which works on the principle of a weakly damped spring-mass oscillator and between its two solenoids ( 13 . 13S . 13o ) an anchor ( 11 ), driven by the two lifting magnets and the prestressed springs ( 14 . 14S . 14o ) of the spring-mass oscillator, moved back and forth between its two end positions, comprising: - two three-position controllers ( 61 . 62 ) for controlling the field currents in the two solenoids. - a transducer ( 15 ) for determining the position of the armature ( 11 ) and to generate a position signal as measure for the current position of the armature, - a state variable filter ( 2 ) for generating state variables of the armature from the position signal comprising a filtered armature stroke signal, the armature speed and the armature acceleration, - a stroke controller ( 3 ), which from the state variables of the armature and a predetermined nominal position of the armature, the currently required desired magnetic force for the lifting magnet ( 13S . 13o ), - a selection element ( 4 ), the desired magnetic force a solenoid ( 135 . 13o ), - a non-linear compensation ( 5 ), from the desired magnetic force via a the lifting magnet ( 13 . 135 . 13o ) characterizing magnetic force map the desired magnetic field current corresponding calculated field current, - a current sensor ( 165 . 16o ) for each of the two solenoids ( 135 . 13o ) for measuring the current field currents in the lifting magnets, - an observer ( 7 ), which from the anchor acceleration and the current, measured field currents each have a corrected field current for each of the two lifting magnets ( 13S . 13o ), by the observer ( 7 ), corrected field currents, the measured field currents and the sull field currents calculated by the non-linear compensation, in each case in the form of a signal value as input variables to the two three-position controllers ( 61 . 62 ) are applied and in the three-step controllers from these input variables, an output voltage is generated and this output voltage to the lifting magnet ( 13S . 13o ) is created. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der das Zustandsvariablenfilter (2) als Tiefpassfilter 4-ter Ordnung ausgebildet ist.Actuator control according to Claim 1, in which the state variable filter ( 2 ) as a 4th order low pass filter is trained. Aktorregelung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Zustandsvariablenfilter (2) mit veränderlichen Filterparametern (f0, f1, f2, f3) auf verschiedene Anwendungen einstellbar ist.Actuator control according to Claim 1 or 2, in which the state variable filter ( 2 ) with variable filter parameters (f 0 , f 1 , f 2 , f 3 ) is adjustable to different applications. Aktorregelung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Zustandsvariablenfilter (2) als Tiefpassfilter mit Butterworth-Charakteristik ausgebildet ist.Actuator control according to Claim 1, 2 or 3, in which the state variable filter ( 2 ) is designed as a low-pass filter with Butterworth characteristic. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der der Hubregler (3) als Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) ausgebildet ist.Actuator control according to Claim 1, in which the stroke regulator ( 3 ) is designed as a proportional-integral controller (PI controller). Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der der Hubregler (3) mit veränderlichen Reglerparametern (ri, r1, r2, r3) auf verschiedene Anwendungen einstellbar ist.Actuator control according to Claim 1, in which the stroke regulator ( 3 ) with variable controller parameters (r i , r 1 , r 2 , r 3 ) is adjustable to different applications. Aktorregelung nach Anspruch 1 mit einer vier-fachen Polstelle in der Soll-Zeitkonstanten (Tsoll) des geregelten Gesamtsystems.Actuator control according to claim 1 with a fourfold Pole in the set time constant (Tset) of the controlled overall system. Aktorregelung nach Anspruch 7, bei der die Soll-Zeitkonstante (Tsoll) in veränderlicher Weise vorgegeben werden kann.Actuator control according to claim 7, wherein the desired time constant (Tsoll) in changeable Way can be specified. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der ein modellgestützter Zustandsraum in Form eines Softwarprogramms auf einem Mikrocontroller des Beobachters (7) implementiert ist.Actuator control according to claim 1, wherein a model-based state space in the form of a software program on a microcontroller of the observer ( 7 ) is implemented. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der der Hubregler (3), das Auswahlglied (4), das Zustandsvariablenfilter (2) und die beiden Dreipunktregler (61, 62) als analoge Hardware ausgebildet sind.Actuator control according to Claim 1, in which the stroke regulator ( 3 ), the selection element ( 4 ), the state variable filter ( 2 ) and the two three-position controllers ( 61 . 62 ) are designed as analog hardware.
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