DE102019204484A1 - Trajektorien-Planungseinheit, Ventilanordnung und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trajektorien-Planungseinheit (1) zur Bereitstellung einer Trajektorie (tr) als Führungsgröße für eine Regelungseinheit (5) zur Positionsregelung eines Stellglieds (3) eines Aktors (2), wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, die Trajektorie (tr) auf Basis eines Soll-Positionsverlaufs (sx) bereitzustellen und die Trajektorie (tr) gemäß wenigstens einem Grenzwert, umfassend einen Geschwindigkeits-Grenzwert (vmax), einen Beschleunigungs-Grenzwert (amax), einen Bremsbeschleunigungs-Grenzwert (dmax) und/oder einen Ruck-Grenzwert (jmax), zu begrenzen. Die Trajektorien-Planungseinheit (1) ist ausgebildet, die Trajektorie (tr) gemäß wenigstens einem vorgebbaren Vorgabewert, umfassend einen Geschwindigkeits-Anfangswert (va), einen Geschwindigkeits-Endwert (ve), einen Beschleunigungs-Anfangswert (aa) und/oder einen Beschleunigungs-Endwert (ae), bereitzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trajektorien-Planungseinheit zur Bereitstellung einer Trajektorie als Führungsgröße für eine Regelungseinheit zur Positionsregelung eines Stellglieds eines Aktors. Die Trajektorien-Planungseinheit ist ausgebildet, die Trajektorie auf Basis eines Soll-Positionsverlaufs bereitzustellen und die Trajektorie gemäß wenigstens einem Grenzwert zu begrenzen. Der wenigstens eine Grenzwert umfasst einen Geschwindigkeits-Grenzwert, einen Beschleunigungs-Grenzwert, einen Bremsbeschleunigungs-Grenzwert und/oder einen Ruck-Grenzwert.
  • Die DE 10 2017 102 749 A1 beschreibt einen Trajektoriegenerator mit einer Eingangsschnittstelle zum Einlesen von Grenzwerten für eine Beschleunigung, einen Ruck und eine Geschwindigkeit.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine flexibler einsetzbare Trajektorien-Planungseinheit bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Trajektorien-Planungseinheit gemäß Anspruch 1. Die Trajektorien-Planungseinheit ist ausgebildet, die Trajektorie gemäß wenigstens einem vorgebbaren Vorgabewert bereitzustellen. Der Vorgabewert umfasst einen Geschwindigkeits-Anfangswert für die Trajektorie, einen Geschwindigkeits-Endwert für die Trajektorie, einen Beschleunigungs-Anfangswert für die Trajektorie und/oder einen Beschleunigungs-Endwert für die Trajektorie.
  • Konventionelle Trajektorien-Planungseinheiten stellen in der Regel Trajektorien bereit, die als Anfangszustand und Endzustand jeweils einen stationären Zustand aufweisen - also einen Zustand, bei dem die Geschwindigkeit und die Beschleunigung gleich null sind.
  • Mit der vorliegenden Trajektorien-Planungseinheit ist es hingegen möglich, als Anfangszustand und/oder Endzustand für die Trajektorie einen von einem stationären Zustand verschiedenen Zustand vorzugeben. Es kann also insbesondere eine Trajektorie bereitgestellt werden, bei der zu Beginn und/oder am Ende der Trajektorie eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung ungleich null gegeben ist. Durch die Trajektorie kann also insbesondere ein nicht-stationärer Anfangszustand in einen davon verschiedenen nicht-stationären Endzustand überführt werden. Ferner kann zweckmäßigerweise ein stationärer Anfangszustand in einen nicht-stationären Endzustand und/oder ein nicht-stationärer Anfangszustand in einen stationären Endzustand überführt werden.
  • Mit der vorliegenden Trajektorien-Planungseinheit kann also eine Trajektorie bereitgestellt werden, die für das Stellglied eine Bewegung von einer Anfangsposition zu einer Endposition vorgibt, wobei das Stellglied in der Anfangsposition und in der Endposition jeweils eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung aufweist, die von null verschieden ist.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit kann folglich auch für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen am Anfang und/oder Ende der durchzuführenden Bewegung ein nicht-stationärer Zustand des Stellglieds benötigt wird. Folglich kann die Trajektorien-Planungseinheit flexibler eingesetzt werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Ventilanordnung, umfassend einen Trägerkörper und eine Mehrzahl von auf dem Trägerkörper aneinandergereihten scheibenförmigen Ventilmodulen sowie ein auf dem Trägerkörper angeordnetes Steuermodul, das eine vorstehend beschriebene Trajektorien-Planungseinheit umfasst.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer vorstehend beschriebenen Trajektorien-Planungseinheit oder einer vorstehend beschriebenen Ventilanordnung, umfassend den Schritt: Bereitstellen der Trajektorie auf Basis des Soll-Positionsverlaufs, des wenigstens einen Grenzwerts und des wenigstens einen Vorgabewerts.
  • Zweckmäßigerweise ist das Verfahren in Entsprechung zu einer hier beschriebenen Ausgestaltung der Trajektorien-Planungseinheit und/oder der Ventilanordnung ausgebildet.
  • Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Figuren exemplarische Ausführungsformen erläutert. Dabei zeigt
    • 1 ein Blockdiagramm eines Antriebssystems mit einer Trajektorien-Planungseinheit, einer Regelungseinheit und einem Aktor,
    • 2 eine schematische Darstellung einer exemplarischen Ausgestaltung des Antriebssystems als fluidisches Antriebssystem,
    • 3 Schaubilder einer Trajektorie, umfassend ein Trajektorien-Positionssignal, ein Trajektorien-Geschwindigkeitssignal, ein Trajektorien-Beschleunigungssignal und ein Trajektorien-Rucksignal,
    • 4 Schaubilder eines Trajektorien-Positionssignals und eines Geschwindigkeitsverlaufs des Trajektorien-Positionssignals.
  • Die 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Antriebssystems 100, in dem die Trajektorien-Planungseinheit 1 exemplarisch eingesetzt wird. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 kann zweckmäßigerweise auch für sich genommen - also insbesondere unabhängig von dem Antriebssystem 100 - bereitgestellt werden.
  • Das Antriebssystem 100 umfasst neben der Trajektorien-Planungseinheit 1 eine Regelungseinheit 5 und einen Aktor 2.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, eine Trajektorie tr bereitzustellen. Die Trajektorie tr wird der Regelungseinheit 5 als Führungsgröße zugeführt. Die Regelungseinheit 5 ist ausgebildet, unter Verwendung der Trajektorie tr als Führungsgröße eine Positionsregelung eines Stellglieds 3 des Aktors 2 durchzuführen.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, die Trajektorie tr auf Basis eines Soll-Positionsverlaufs sx bereitzustellen. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ferner ausgebildet, die Trajektorie tr auf Basis wenigstens eines Grenzwerts zu begrenzen. Der wenigstens eine Grenzwert umfasst einen Geschwindigkeits-Grenzwert vmax, einen Beschleunigungs-Grenzwert amax, einen Bremsbeschleunigungs-Grenzwert dmax und/oder einen Ruck-Grenzwert jmax.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ferner ausgebildet, die Trajektorie tr gemäß wenigstens einem vorgebbaren Vorgabewert bereitzustellen. Der wenigstens eine Vorgabewert umfasst einen Geschwindigkeits-Anfangswert va, einen Geschwindigkeits-Endwert ve, einen Beschleunigungs-Anfangswert aa und/oder einen Beschleunigungs-Endwert ae.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 weist also insbesondere den Vorteil auf, dass sie die Trajektorie auf Basis von einem oder mehreren der genannten Vorgabewerten erzeugen kann. Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 zusätzlich ausgebildet, auch eine Trajektorie auf Basis der genannten Vorgabewerte bereitzustellen, wenn alle Vorgabewerte auf null gesetzt sind. In diesem Fall wird beispielsweise eine Trajektorie von einer Ruhelage in eine Ruhelage bereitgestellt. Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 zusätzlich ausgebildet, auch dann eine Trajektorie bereitzustellen, wenn keiner der genannten Vorgabewerte vorgegeben ist.
  • Nachstehend sollen weitere exemplarische Details erläutert werden:
    • In dem Beispiel der 1 wird der Trajektorien-Planungseinheit 1 der Soll-Positionsverlauf sx vorgegeben. Exemplarisch erhält die Trajektorien-Planungseinheit 1 den Soll-Positionsverlauf sx von extern. Der Soll-Positionsverlauf sx umfasst zweckmäßigerweise einen Positions-Endwert xe, der mit dem Stellglied 3 anzufahren ist. Der Soll-Positionsverlauf sx umfasst zweckmäßigerweise ferner einen Positions-Anfangswert xa, von dem aus die Bewegung des Stellglieds 3 zu dem Positions-Endwert xe beginnen soll. Der Soll-Positionsverlauf sx hat insbesondere die Form einer Sprungfunktion, zweckmäßigerweise mit einem Sprung von xa zu xe.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, auf Basis des Soll-Positionsverlaufs sx die Trajektorie tr bereitzustellen. Die Trajektorie tr gibt wie der Soll-Positionsverlauf sx eine Bewegung zu dem Positions-Endwert xe (zweckmäßigerweise ausgehend von dem Positions-Anfangswert xa) vor, berücksichtigt dabei jedoch (im Gegensatz zu dem Soll-Positionsverlauf sx) einen oder mehrere der vorgenannten Grenzwerte, die sich aus den physikalischen Beschränkungen der Bewegung des Stellglieds 3 ergeben. Beispielsweise unterliegt das Stellglied 3 der physikalischen Beschränkung, dass seine Position nicht sprungartig von dem Positions-Anfangswert xa zu dem Positions-Endwert xe geändert werden kann. Dementsprechend wandelt die Trajektorien-Planungseinheit 1 den durch den Soll-Positionsverlauf sx vorgegebenen Sprung in einen stetigen Positionsverlauf, der von dem Stellglied 3 durchgeführt werden kann, um, und stellt den stetigen Positionsverlauf als die Trajektorie tr bereit. Der als Trajektorie tr bereitgestellte Positionsverlauf ist insbesondere zweimal stetig differenzierbar.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die Bereitstellung der Trajektorie tr auf Basis des Soll-Positionsverlaufs sx in Echtzeit durchzuführen. Insbesondere ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, den Soll-Positionsverlauf sx in Echtzeit in die Trajektorie tr zu wandeln. Zweckmäßigerweise wird die Trajektorien-Planungseinheit 1 mittels eines auf einem Mikrocontroller ablaufenden Programms bereitgestellt, das insbesondere als Echtzeit-Programm und/oder deterministisches Programm ausgeführt ist. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der Trajektorien-Planungseinheit 1 um ein Echtzeitsystem.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, die Trajektorie tr an die Regelungseinheit 5 auszugeben. Zweckmäßigerweise umfasst die ausgegebene Trajektorie tr ein Trajektorien-Positionssignal txs, ein Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs, ein Trajektorien-Beschleunigungssignal tas und/oder ein Trajektorien-Rucksignal tjs.
  • Die Regelungseinheit 5 ist ausgebildet, eine Positionsregelung des Stellglieds 3 des Aktors 2 durchzuführen. Die Regelungseinheit 5 empfängt exemplarisch eine Rückführungsgröße rf von dem fluidischen Aktor 2, beispielsweise eine Ist-Position, Ist-Geschwindigkeit und/oder Ist-Beschleunigung des Stellglieds 3. Die Regelungseinheit 5 ist ausgebildet, auf Basis der Rückführungsgröße rf und der Trajektorie tr ein Ansteuersignal as zur Ansteuerung des Aktors 2 bereitzustellen, um die Position, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Stellglieds 3 auf die Trajektorie zu regeln. Zweckmäßigerweise berechnet die Regelungseinheit 5 eine Abweichung zwischen der Trajektorie tr und der Rückführungsgröße rf und gibt das Ansteuersignal as so aus, dass die Abweichung minimiert wird.
  • Im Folgenden soll näher auf den wenigstens einen Grenzwert eingegangen werden:
    • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 berücksichtigt als Grenzwert für die Erzeugung der Trajektorie exemplarisch den Geschwindigkeits-Grenzwert vmax, den Beschleunigungs-Grenzwert amax, den Brembeschleunigungs-Grenzwert dmax und den Ruck-Grenzwert jmax. Exemplarisch erhält die Trajektorien-Planungseinheit 1 einen oder mehrere der Grenzwerte von extern. Alternativ oder zusätzlich dazu können auch einer oder mehrere der Grenzwerte von der Trajektorien-Planungseinheit 1 selbst bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, die Trajektorie tr unter Einhaltung der genannten vier Grenzwerte bereitzustellen. Exemplarisch können diese vier Grenzwerte vorgegeben werden.
  • Gemäß alternativen Ausgestaltungen ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, die Trajektorie 1 auf Basis einer Teilmenge der genannten vier Grenzwerte zu begrenzen. Gemäß diesen alternativen Ausgestaltungen können also weniger als die vier Grenzwerte vorgegeben werden.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die Trajektorie tr so bereitzustellen, dass jeder vorgegebene Grenzwert erfüllt wird. Die bereitgestellte Trajektorie tr weist also als Maximalgeschwindigkeit eine betragsweise Geschwindigkeit gleich oder kleiner als der Geschwindigkeits-Maximalwert vmax (sofern vorgegeben), als Maximalbeschleunigung eine Beschleunigung gleich oder kleiner als der Beschleunigungs-Maximalwert amax (sofern vorgegeben), als Maximalbremsbeschleunigung eine Beschleunigung größer oder gleich als der negative Bremsbeschleunigungs-Maximalwert dmax (sofern vorgegeben), und als Maximalruck einen betragsweisen Ruck gleich oder kleiner als der RuckMaximalwert jmax (sofern vorgegeben) auf.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, dann, falls ein Geschwindigkeits-Anfangswert va und/oder ein Beschleunigungs-Anfangswert aa außerhalb der genannten Grenzwerte liegt, eine initiale Verletzung der Grenzwerte zuzulassen und dann zweckmäßigerweise in möglichst kurzer Zeit einen Zustand zu erreichen, bei dem die Grenzwerte eingehalten werden.
  • Im Folgenden soll näher auf die Vorgabe des wenigstens einen Vorgabewerts eingegangen werden:
    • Der Trajektorien-Planungseinheit 1 wird als der wenigstens eine Vorgabewert exemplarisch der Geschwindigkeits-Anfangswert va, der Geschwindigkeits-Endwert ve, der Beschleunigung-Anfangswert aa und der Beschleunigungs-Endwert ae vorgegeben. Exemplarisch erhält die Trajektorien-Planungseinheit 1 einen oder mehrere der Vorgabewerte von extern. Alternativ oder zusätzlich dazu können auch einer oder mehrere der Vorgabewerte von der Trajektorien-Planungseinheit 1 selbst bereitgestellt werden.
  • Exemplarisch können der Geschwindigkeits-Anfangswert va, der Geschwindigkeits-Endwert ve, der Beschleunigung-Anfangswert aa und/oder der Beschleunigungs-Endwert ae frei gewählt werden. Zweckmäßigerweise werden der Geschwindigkeits-Anfangswert va, der Geschwindigkeits-Endwert ve, der Beschleunigung-Anfangswert aa und/oder der Beschleunigungs-Endwert ae ansonsten automatisch zu null gewählt. Zweckmäßigerweise ist der Geschwindigkeits-Endwert ve größer als null oder gleich null.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, die Trajektorie tr auf Basis der genannten vier Vorgabewerte bereitzustellen. Gemäß dieser Ausgestaltung können also diese vier Vorgabewerte vorgegeben werden.
  • Gemäß alternativen Ausgestaltungen ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, die Trajektorie 1 auf Basis einer Teilmenge der genannten vier Vorgabewerte bereitzustellen. Gemäß diesen alternativen Ausgestaltungen können also weniger als vier Vorgabewerte vorgegeben werden, wobei wenigstens ein Vorgabewert vorgegeben wird.
  • Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, die Bereitstellung der Trajektorie tr gemäß einer, mehrerer oder sämtlicher der genannten Permutationen durchzuführen.
  • Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, einen oder mehrere Vorgabewerte, die nicht vorgegeben sind, frei zu wählen. Zweckmäßigerweise werden diese zu null gewählt. Insbesondere ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, Vorgabewerte, die nicht vorgegeben sind, auf null zu setzen.
  • Zweckmäßigerweise ist einer, mehrere oder sämtliche der Vorgabewerte ungleich null.
  • Zweckmäßigerweise wird einer, mehrere oder sämtliche der Vorgabewerte variabel vorgegeben. Mit einer variablen Vorgabe ist insbesondere gemeint, dass sich der Vorgabewert über die Zeit ändert. Zweckmäßigerweise wird der Vorgabewert für jede Erzeugung einer Trajektorie neu vorgegeben, insbesondere geändert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden wenigstens der Geschwindigkeits-Endwert ve und der Beschleunigungs-Endwert ae vorgegeben und sind insbesondere ungleich null. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, die Trajektorie tr gemäß dem vorgegebenen Geschwindigkeits-Endwert ve und dem vorgegebenen Beschleunigungs-Endwert ae bereitzustellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden wenigstens der Geschwindigkeits-Anfangswert va und der Beschleunigungs-Anfangswert aa vorgegeben und sind insbesondere ungleich null. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, die Trajektorie tr gemäß dem vorgegebenen Geschwindigkeits-Anfangswert va und dem vorgegebenen Beschleunigungs-Anfangswert aa bereitzustellen.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die Trajektorie tr so bereitzustellen, dass jeder Vorgabewert erfüllt wird. Die bereitgestellte Trajektorie tr weist also als Anfangsgeschwindigkeit den Geschwindigkeits-Anfangswert va (sofern vorgegeben), als Endgeschwindigkeit den Geschwindigkeits-Endwert ve (sofern vorgegeben), als Anfangsbeschleunigung den Beschleunigungs-Anfangswert aa (sofern vorgegeben) und als Beschleunigungs-Endwert den Beschleunigungs-Endwert ae (sofern vorgegeben) auf.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die Trajektorie tr als zeitoptimale Trajektorie bereitzustellen, also insbesondere als Trajektorie, die ausgehend von dem Positions-Anfangswert xa den Positions-Endwert xe in minimaler Zeitdauer erreicht. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist insbesondere ausgebildet, die Trajektorie tr so bereitzustellen, dass sie auf dem Weg von dem Positions-Anfangswert xa zu dem Positions-Endwert xe keinen stationären Zustand durchläuft, also keinen Zustand, bei dem die Geschwindigkeit und die Beschleunigung gleichzeitig null sind.
  • Nachstehend soll näher auf die 2 eingegangen werden, die eine exemplarische Ausgestaltung des Antriebssystems 100 zeigt.
  • Das Antriebssystem 100 ist hier als fluidisches Antriebssystem, insbesondere als pneumatisches Antriebssystem ausgeführt.
  • Der Aktor 2 ist ein fluidischer Aktor, insbesondere ein pneumatischer Aktor. Exemplarisch ist der Aktor 2 ein Antriebszylinder mit einem Zylinderkörper 7 relativ zu dem das Stellglied 3 bewegt werden kann. Das Stellglied 3 ist exemplarisch als Kolben mit Kolbenstange ausgeführt. Das Stellglied 3 unterteilt den Innenraum des Zylinderkörpers in eine erste Druckkammer 8 und eine zweite Druckkammer 9. Durch Beaufschlagung der Druckkammern 8, 9 mit einem Druckfluid, beispielsweise Druckluft, kann eine Antriebskraft auf das Stellglied 3 ausgeübt werden, um so das Stellglied 3 in Bewegung zu versetzen. Der Aktor 2 ist exemplarisch als doppeltwirkender Antriebszylinder ausgeführt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung verfügt der Aktor 2 nur über eine Druckkammer und ist dementsprechend als einfachwirkender Antriebszylinder ausgeführt.
  • Am fluidischen Aktor 2 ist eine Positionssensoreinrichtung 10 vorhanden, über die die Ist-Position, Ist-Geschwindigkeit und/oder Ist-Beschleunigung des Stellglieds 3 erfasst werden kann. Beispielsweise wird die Ist-Position mittels der Positionssensoreinrichtung 10 gemessen und die Ist-Geschwindigkeit und/oder die Ist-Beschleunigung werden auf Basis der ersten Ableitung und/oder der zweiten Ableitung der Ist-Position berechnet.
  • Das Antriebsystem 100 umfasst exemplarisch eine Druckfluid-Bereitstellungsvorrichtung 4. Die Druckfluid-Bereitstellungsvorrichtung 4 ist ausgebildet, das Ansteuersignal as zur Ansteuerung des Aktors 2 bereitzustellen. Das Ansteuersignal as ist zweckmäßigerweise ein fluidisches Signal, insbesondere ein pneumatisches Signal.
  • Exemplarisch umfasst die Druckfluid-Bereitstellungsvorrichtung 4 eine Ventilanordnung 14 mit zwei Druckausgängen 23, 24, die über Fluidverbindungen 28 mit den Druckkammern 8, 9 verbunden sind. Die Druckfluid-Bereitstellungsvorrichtung 4 ist ausgebildet, an ihren Druckausgängen 23, 24 als das Ansteuersignal as fluidische, insbesondere pneumatische, Signale auszugeben, um die Druckkammern 8, 9 mit dem Druckfluid zu beaufschlagen und das Stellglied 3 in Bewegung zu versetzen.
  • Die Ventilanordnung 14 umfasst exemplarisch einen insbesondere plattenförmigen Trägerkörper 20 und eine Mehrzahl von auf dem Trägerkörper 20 aneinandergereihten scheibenförmigen Ventilmodulen 17. Die Ventilanordnung 14 ist insbesondere als Ventilinsel ausgeführt. Exemplarisch umfasst ein, mehrere oder sämtliche Ventilmodule 17 eine Brückenschaltung aus vier 2/2-Wegeventilen, die zweckmäßiger jeweils Vorsteuerventile umfassen, die jeweils als Piezoventil ausgeführt sind. Zweckmäßigerweise stellt ein Ventilmodul 17 die beiden Druckausgänge 23, 24 bereit.
  • Die Ventilanordnung 4 umfasst zweckmäßigerweise ein Eingabe-/Ausgabemodul 18, das kommunikativ mit der Positionssensoreinrichtung 10 verbunden ist.
  • Die Ventilanordnung 4 umfasst zweckmäßigerweise ferner ein insbesondere auf dem Trägerkörper 20 angeordnetes Steuermodul 19. Das Steuermodul 19 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, mittels der Positionssensoreinrichtung 10 die Ist-Position des Stellglieds 3 zu erfassen. Das Steuermodul 19 ist zweckmäßigerweise ferner ausgebildet, das Ventilmodul 17 anzusteuern um die Bereitstellung des Ansteuersignals as - exemplarisch der fluidischen Signale an den Druckausgängen 23, 24 - zu bewirken.
  • Die Druckfluid-Bereitstellungsvorrichtung 4, insbesondere die Ventilanordnung 14, ist ausgebildet, die Trajektorien-Planungseinheit 1 und/oder die Regelungseinheit 50 bereitzustellen, insbesondere mittels eines Programms, insbesondere eines Anwendungsprogramms. Das Programm wird insbesondere von dem Steuermodul 19, beispielsweise einem Mikrocontroller des Steuermoduls 19, ausgeführt. Das Programm ist insbesondere ausgebildet, die Trajektorie tr auf Basis des Soll-Positionsverlaufs sx, des wenigstens einen Grenzwerts und des wenigstens einen Vorgabewerts zu erzeugen. Das Programm ist ferner ausgebildet, auf Basis der Trajektorie tr eine Positionsregelung des Stellglieds 3 durchzuführen.
  • Das Antriebssystem 100 umfasst zweckmäßigerweise ferner eine übergeordnete Steuerung 15, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, SPS, einen insbesondere geographisch entfernt von dem Aktor 2 angeordneten Cloud-Server 16 und/oder ein Benutzergerät 49, beispielsweise ein Mobilgerät wie ein Smartphone, Tablet und/oder Laptop und/oder ein Desktop-Computer.
  • Die übergeordnete Steuerung 15 ist exemplarisch über eine lokale Kommunikationsverbindung 25, beispielsweise ein lokales Netzwerk, mit der Ventilanordnung 14 kommunikativ verbunden.
  • Der Cloud-Server 16 und/oder das Benutzergerät 49 ist exemplarisch über ein Weitverkehrsnetz 22, insbesondere das Internet, miteinander, mit der übergeordneten Steuerung 15 und/oder mit der Ventilanordnung 14 kommunikativ verbunden.
  • Die übergeordnete Steuerung 15 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, den Soll-Positionsverlauf sx und/oder den wenigstens einen Grenzwert und/oder den wenigstens einen Vorgabewert bereitzustellen.
  • Die (exemplarisch auf der Ventilanordnung 14 bereitgestellte) Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, den wenigstens einen Vorgabewert von der übergeordneten Steuerung 15 zu empfangen. Insbesondere empfängt die Trajektorien-Planungseinheit 1 den Geschwindigkeits-Endwert ve und/oder den Beschleunigungs-Endwert ae von der übergeordneten Steuerung 15. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Trajektorien-Planungseinheit 1 den Geschwindigkeits-Anfangswert va und/oder den Beschleunigungs-Anfangswert ae von der übergeordneten Steuerung 15 empfangen.
  • Ferner ist es auch möglich, dass die Trajektorien-Planungseinheit 1 den Geschwindigkeits-Anfangswert va und/oder den Beschleunigungs-Anfangswert aa von der Regelungseinheit 5 empfängt. Beispielsweise empfängt die Trajektorien-Planungseinheit 1 als den Geschwindigkeits-Anfangswert va die Ist-Geschwindigkeit und/oder als den Beschleunigungs-Anfangswert aa die Ist-Beschleunigung.
  • Ferner ist es auch möglich, dass die Trajektorien-Planungseinheit 1 als den Geschwindigkeits-Anfangswert va und/oder den Beschleunigungs-Anfangswert aa einen Geschwindigkeits-Endwert und/oder einen Beschleunigungs-Endwert einer zuvor von der Trajektorien-Planungseinheit 1 bereitgestellten Trajektorie verwendet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird der Vorgabewert von dem Cloud-Server 16 und/oder dem Benutzergerät 49 bereitgestellt, beispielsweise auf Basis einer Benutzereingabe.
  • Der Cloud-Server 16 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, das Programm, insbesondere das Anwendungsprogramm, mit dem die Trajektorien-Planungseinheit 1 und/oder die Regelungseinheit 5 bereitgestellt werden kann, an die Ventilanordnung 14 zu übertragen, so dass es auf der Ventilanordnung 14 ausgeführt werden kann. Die Übertragung an die Ventilanordnung 14 erfolgt insbesondere in Ansprechen auf eine Benutzeranfrage von dem Benutzergerät 49.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Trajektorien-Planungseinheit 1 bevorzugt auf der Ventilanordnung 14 bereitgestellt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird die Trajektorien-Planungseinheit 1 von der übergeordneten Steuerung 15, dem Cloud-Server 16 und/oder dem Benutzergerät 49 bereitgestellt.
  • Alternativ zu der beschriebenen Ausgestaltung des Antriebssystems 100 als fluidisches Antriebssystem kann das Antriebssystem 100 auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise als elektrisches Antriebssystem, bei dem das Stellglied durch einen elektrischen Antrieb angetrieben wird.
  • Die 3 zeigt eine exemplarische Trajektorie tr. Die Trajektorie tr umfasst exemplarisch ein Trajektorien-Positionssignal txs. Optional umfasst die Trajektorie tr ferner ein Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs, ein Trajektorien-Beschleunigungssignal tas und/oder ein Trajektorien-Rucksignal tjs. Das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs ist die erste Ableitung des Trajektorien-Positionssignals txs, das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas ist die zweite Ableitung des Trajektorien-Positionssignals txs und das Trajektorien-Rucksignal tjs ist die dritte Ableitung des Trajektorien-Positionssignals txs.
  • Das Trajektorien-Positionssignal txs, das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs, das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas und/oder das Trajektorien-Rucksignal tjs sind zweckmäßigerweise jeweils eindimensionale Signale. Vorzugsweise umfassen das Trajektorien-Positionssignal txs, das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs, das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas und/oder das Trajektorien-Rucksignal tjs jeweils eine Vielzahl von (insbesondere zeitlich) aufeinanderfolgenden Signalwerten. Bei den Signalwerten handelt es sich zweckmäßigerweise jeweils um skalare Signalwerte.
  • Das Trajektorien-Positionssignal txs gibt exemplarisch eine lineare Bewegung und/oder eine Drehbewegung für das Stellglied 3 vor, wobei zweckmäßigerweise die bei der vorgegebenen Bewegung durchlaufenen Positionen jeweils durch einen eindimensionalen, insbesondere einen skalaren, Signalwert dargestellt werden.
  • Das Trajektorien-Positionssignal txs ist zweckmäßigerweise ein stetiges Trajektorien-Positionssignal, das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs ist zweckmäßigerweise ein stetiges, konsistentes Trajektorien-Geschwindigkeitssignal, das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas ist zweckmäßigerweise ein stetiges, konsistentes Trajektorien-Beschleunigungssignal und/oder das Trajektorien-Rucksignal ist zweckmäßigerweise ein stetiges, konsistentes Trajektorien-Rucksignal. Die erwähnte Konsistenz bezieht sich insbesondere auf das Trajektorien-Positionssignal txs.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Trajektorie tr das Trajektorien-Positionssignal txs und das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs. Das Trajektorien-Positionssignal txs wird zweckmäßigerweise einem Reglerglied der Regelungseinheit 5 bereitgestellt und das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs wird zweckmäßigerweise einem Vorsteuerungsglied der Regelungseinheit 5 bereitgestellt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Trajektorie tr das Trajektorien-Positionssignal txs, das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs, das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas und/oder das Trajektorien-Rucksignal tjs. Das Trajektorien-Positionssignal txs, das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs und/oder das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas wird zweckmäßigerweise einem Reglerglied der Regelungseinheit 5 bereitgestellt und das Trajektorien-Positionssignal txs, das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs, das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas und/oder das Trajektorien-Rucksignal tjs wird zweckmäßigerweise einem Vorsteuerungsglied der Regelungseinheit 5 bereitgestellt.
  • Die gezeigte Trajektorie tr wird von der Trajektorien-Planungseinheit 1 bereitgestellt, und zwar auf Basis eines Soll-Positionsverlaufs sx, der zum Zeitpunkt t0 einen Positionssprung von dem Positions-Anfangswert xa zu dem Positions-Endwert xe vorgibt.
  • Gemäß diesem Soll-Positionsverlauf sx gibt die Trajektorien-Planungseinheit 1 die Trajektorie tr mit dem Trajektorien-Positionssignal txs aus. Das Trajektorien-Positionssignal txs verläuft von dem Positions-Anfangswert xa zu dem Positions-Endwert xe. Zu dem Zeitpunkt te erreicht das Trajektorien-Positionssignal txs den Positionsendwert xe. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist insbesondere ausgebildet, das Trajektorien-Positionssignal txs als stetiges Signal bereitzustellen. Exemplarisch ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ferner ausgebildet, das Trajektorien-Positionssignal txs als ein in seiner ersten Ableitung und seiner zweiten Ableitung stetiges Signal bereitzustellen. Wie in der 3 zu sehen, sind auch das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs und das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas stetige Signale, weisen also keinen Sprung auf. Die dritte Ableitung - das Trajektorien-Rucksignal tjs - ist exemplarisch nicht stetig und weist somit Sprünge auf.
  • Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, den Zeitpunkt te und/oder die Zeitdifferenz von t0 bis te bereitzustellen, zweckmäßigerweise bevor das Stellglied 3 den Positions-Endwert xe erreicht und/oder bevor das Stellglied 3 gemäß der Trajektorie tr angetrieben wird.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 stellt das Trajektorien-Positionssignal txs zweckmäßigerweise gemäß dem Geschwindigkeits-Grenzwert vmax, dem Beschleunigungs-Grenzwert amax, dem Bremsbeschleunigungs-Grenzwert dmax und dem Ruck-Grenzwert jmax bereit. Die Maximalgeschwindigkeit (also die erste Ableitung) ist betragsmäßig gleich oder kleiner als der Geschwindigkeits-Grenzwert vmax, die Maximalbeschleunigung (also die zweite Ableitung) ist gleich oder kleiner als der Beschleunigungs-Grenzwert amax und größer oder gleich dem negativen Bremsbeschleunigungs-Grenzwert dmax, und der Maximalruck (also die dritte Ableitung) ist betragsmäßig gleich oder kleiner als der Ruck-Grenzwert jmax.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, dann, wenn der Geschwindigkeits-Anfangswert va und/oder der Beschleunigungs-Anfangswert aa außerhalb der genannten Grenzwerte liegen, die Trajektorie so zu planen, dass die Grenzwerte nur für eine möglichst kurze Zeitdauer verletzt werden.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 stellt das Trajektorien-Positionssignal txs gemäß dem wenigstens einen Vorgabewert bereit. Der Geschwindigkeits-Anfangswert des Trajektorien-Positionssignals txs - also die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t0 - ist gleich dem vorgegebenen Geschwindigkeits-Anfangswert va. Der Geschwindigkeits-Endwert des Trajektorien-Positionssignals txs - also die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt te - ist gleich dem vorgegebenen Geschwindigkeits-Endwert ve. Der Beschleunigungs-Anfangswert des Trajektorien-Positionssignals txs - also die Beschleunigung zum Zeitpunkt t0 - ist gleich dem vorgegebenen Beschleunigungs-Anfangswert aa. Der Beschleunigungs-Endwert des Trajektorien-Positionssignals txs - also die Beschleunigung zum Zeitpunkt te - ist gleich dem vorgegebenen Beschleunigungs-Endwert ae.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, das Trajektorien-Positionssignal txs mit mehreren Beschleunigungsphasen zu erzeugen. Die Beschleunigungsphasen weisen jeweils eine positive, negative oder keine Steigung auf. Ferner weisen die Beschleunigungsphasen jeweils keine Krümmung auf.
  • Die Beschleunigungsphasen umfassen eine erste Beschleunigungsphase ap1, eine zweite Beschleunigungsphase ap2, eine dritte Beschleunigungsphase ap3, eine vierte Beschleunigungsphase ap4, eine fünfte Beschleunigungsphase ap5, eine sechste Beschleunigungsphase ap6 und eine siebte Beschleunigungsphase ap7. Die Beschleunigungsphasen folgen in der genannten Reihenfolge direkt aufeinander. Die erste Beschleunigungsphase ap1 beginnt bei dem Zeitpunkt t0 und die siebte Beschleunigungsphase ap7 endet bei dem Zeitpunkt te.
  • Exemplarisch ist die erste Beschleunigungsphase ap1 eine erste Anstiegsphase mit positiver Steigung, die zweite Beschleunigungsphase ap2 eine erste Plateauphase mit konstanter positiver Beschleunigung, die dritte Beschleunigungsphase ap3 eine erste Abfallphase mit negativer Steigung, die vierte Beschleunigungsphase ap4 eine zweite Plateauphase mit Nullbeschleunigung, die fünfte Beschleunigungsphase ap5 eine zweite Abfallphase mit negativer Steigung, die sechste Beschleunigungsphase ap6 eine dritte Plateauphase mit konstanter negativer Beschleunigung und die siebte Beschleunigungsphase ap7 eine zweite Anstiegsphase mit positiver Steigung.
  • Die dritte Ableitung des Trajektorien-Positionssignals txs - das Trajektorien-Rucksignal tjs - weist dementsprechend sieben Ruckphasen auf. Der Wert jeder Ruckphase ist konstant.
  • Zwischen den Ruckphasen erfolgt jeweils ein Signalsprung. Die Ruckphasen umfassen exemplarisch eine erste Ruckphase jp1 mit konstantem positiven Ruck, eine zweite Ruckphase jp2 mit konstantem Nullruck, eine dritte Ruckphase jp3 mit konstantem negativem Ruck, eine vierte Ruckphase jp4 mit konstantem Nullruck, eine fünfte Ruckphase jp5 mit konstantem negativen Ruck, eine sechste Ruckphase jp6 mit konstantem Nullruck und eine siebte Ruckphase jp7 mit konstantem positiven Ruck.
  • Im Folgenden soll näher darauf eingegangen werden, wie die Trajektorien-Planungseinheit 1 die Trajektorie tr erzeugt, so dass der wenigstens eine Grenzwert und der wenigstens eine Vorgabewert erfüllt werden. Die im Folgenden diskutierte Vorgehensweise ist insbesondere dazu geeignet, die Trajektorie tr in Echtzeit zu erzeugen, insbesondere auf einem Mikrocontroller.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, die Trajektorie tr unter Verwendung einer Trajektorien-Erzeugungsprozedur zu erzeugen. Im Rahmen der Trajektorien-Erzeugungsprozedur erzeugt die Trajektorien-Planungseinheit 1 zunächst einen ersten Beschleunigungsverlauf, der den wenigstens einen Grenzwert und den wenigstens einen Vorgabewert erfüllt.
  • Der erste Beschleunigungsverlauf kann auch als erster interner Beschleunigungsverlauf bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise ist der erste Beschleunigungsverlauf ein internes Zwischenergebnis und wird vorzugsweise nicht von der Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgegeben, insbesondere nicht als Trajektorie tr.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, den ersten Beschleunigungsverlauf auf Basis eines Beschleunigungsprofils zu erzeugen, das mehrere vorbestimmte Beschleunigungsphasen aufweist. Die Beschleunigungsphasen sind insbesondere dahingehend vorbestimmt, dass sie eine Steigung oder keine Steigung aufweisen, dass das Vorzeichen der Steigung positiv oder negativ ist und dass sie keine Krümmung aufweisen. Zweckmäßigerweise sind die Beschleunigungsphasen jeweils als Geraden ausgeführt.
  • Die Beschleunigungsphasen des Beschleunigungsprofils entsprechen exemplarisch den vorstehend diskutierten Beschleunigungsphasen des Trajektorien-Beschleunigungssignals tas. So umfasst das Beschleunigungsprofil als erste Beschleunigungsphase eine erste Anstiegsphase mit positiver Steigung, als zweite Beschleunigungsphase eine erste Plateauphase mit konstanter positiver Beschleunigung, als dritte Beschleunigungsphase eine erste Abfallphase mit negativer Steigung, als vierte Beschleunigungsphase eine zweite Plateauphase mit Nullbeschleunigung, als fünfte Beschleunigungsphase eine zweite Abfallphase mit negativer Steigung, als sechste Beschleunigungsphase eine dritte Plateauphase mit konstanter negativer Beschleunigung und als siebte Beschleunigungsphase eine zweite Anstiegsphase mit positiver Steigung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Beschleunigungsprofil wie vorstehend erläutert ausgeführt, weist jedoch als die erste Beschleunigungsphase eine Phase mit wahlweise positiver oder negativer Steigung auf und/oder als die dritte Beschleunigungsphase eine Phase mit wahlweise positiver oder negativer Steigung auf.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 begrenzt zweckmäßigerweise die Beschleunigung - also den Signalwert - des ersten Beschleunigungsverlaufs auf oder unter den Beschleunigungs-Grenzwert amax und auf oder über den Bremsbeschleunigungs-Grenzwert dmax. Ferner begrenzt die Trajektorien-Planungseinheit 1 die Steigung des ersten Beschleunigungsverlaufs auf oder unter den Ruck-Grenzwert jmax. Ferner begrenzt die Trajektorien-Planungseinheit 1 die Steigung des ersten Beschleunigungsverlaufs und/oder die Zeitdauern der Beschleunigungsphasen derart, dass die Summe des Geschwindigkeits-Anfangswerts va und des Integrals des ersten Beschleunigungsverlaufs kleiner gleich dem Geschwindigkeits-Grenzwert vmax ist.
  • Ferner setzt die Trajektorien-Planungseinheit 1 zweckmäßigerweise den Anfangswert des ersten Beschleunigungsverlaufs auf den Beschleunigungs-Anfangswert aa und den Endwert des ersten Beschleunigungsverlaufs auf den Beschleunigungs-Endwert ae. Ferner passt die Trajektorien-Planungseinheit 1 die Steigung des ersten Beschleunigungsverlaufs und/oder die Zeitdauern der Beschleunigungsphasen derart an, dass die Summe aus dem Geschwindigkeits-Anfangswert va und dem Integral des Beschleunigungsverlaufs gleich dem Geschwindigkeits-Endwert ve ist.
  • Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, bei der Erzeugung des ersten Beschleunigungsverlaufs den Soll-Positionsverlauf sx nicht zu berücksichtigen. Bei der Erzeugung des ersten Beschleunigungsverlaufs erfüllt die Trajektorien-Planungseinheit 1 zunächst nur den Grenzwert - exemplarisch den Geschwindigkeits-Grenzwert vmax, den Beschleunigungs-Grenzwert amax, den Bremsbeschleunigungs-Grenzwert dmax und den Ruck-Grenzwert jmax - und den wenigstens einen Vorgabewert - exemplarisch den Geschwindigkeits-Anfangswert va, Geschwindigkeits-Endwert ve, Beschleunigungs-Anfangswert aa und Beschleunigungs-Endwert ae. Der Soll-Positionsverlauf sx, insbesondere der Positions-Endwert xe, wird zweckmäßigerweise bei der Erzeugung des ersten Beschleunigungsverlaufs nicht berücksichtigt und insbesondere nicht erfüllt.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, im Rahmen der Trajektorien-Erzeugungsprozedur auf Basis des ersten Beschleunigungsverlaufs einen zweiten Beschleunigungsverlauf zu erzeugen. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 erzeugt den zweiten Beschleunigungsverlauf derart, dass der Positions-Endwert xe, und zweckmäßigerweise auch der Positions-Anfangswert xa, erfüllt wird.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist insbesondere ausgebildet, zur Erzeugung des zweiten Beschleunigungsverlaufs die Zeitdauern einer oder mehrerer der Beschleunigungsphasen anzupassen, so dass der im Soll-Positionsverlauf sx enthaltene Positions-Endwert xe, und zweckmäßigerweise auch der Positions-Anfangswert xa, erfüllt wird.
  • Beispielsweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, zur Erzeugung des zweiten Beschleunigungsverlaufs die Zeitdauer der vierten Beschleunigungsphase so anzupassen, dass der Positions-Endwert xe erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, die Zeitdauer einer oder mehrerer der ersten drei Beschleunigungsphasen anzupassen, um so die Geschwindigkeit während der vierten Beschleunigungsphase anzupassen, so dass der Positions-Endwert xe erreicht wird. Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, die Zeitdauer einer oder mehrerer der letzten drei Beschleunigungsphasen in Entsprechung zu den ersten drei Beschleunigungsphasen anzupassen, um so weiterhin den vorgegebenen Geschwindigkeits-Endwert ve bei dem Zeitpunkt te zu erreichen.
  • Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, bei der Erzeugung des zweiten Beschleunigungsverlaufs keine zusätzlichen Beschleunigungsphasen hinzuzufügen.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, auf Basis des zweiten Beschleunigungsverlaufs die Trajektorie tr zu erzeugen. Exemplarisch stellt die Trajektorien-Planungseinheit 1 das Trajektorien-Positionssignal txs als zweifaches Integral des zweiten Beschleunigungsverlaufs bereit. Zweckmäßigerweise stellt die Trajektorien-Planungseinheit 1 das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs als Integral des zweiten Beschleunigungsverlaufs bereit. Zweckmäßigerweise stellt die Trajektorien-Planungseinheit 1 den zweiten Beschleunigungsverlauf als das Trajektorien-Beschleunigungssignal tas bereit. Zweckmäßigerweise stellt die Trajektorien-Planungseinheit 1 das Trajektorien-Rucksignal tjs als Ableitung des zweiten Beschleunigungsverlaufs bereit.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist insbesondere ausgebildet, das Trajektorien-Positionssignal txs und/oder des Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs auf Basis des zweiten Beschleunigungsverlaufs numerisch und/oder unter Verwendung eines Approximationsverfahrens, insbesondere durch numerische Integration, bereitzustellen.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist insbesondere ausgebildet, das Trajektorien-Positionssignal txs und/oder das Trajektorien-Geschwindigkeitssignal tvs aus den Zeitdauern der Beschleunigungsphasen des zweiten Beschleunigungsverlaufs berechnen, insbesondere durch phasenabschnittsweise analytische Berechnung über Polynome.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist insbesondere ausgebildet, für die Bereitstellung des Trajektorien-Rucksignals tjs die einzelnen Ruck-Phasen wahlweise auf null, einen positiven Ruckmaximalwert +jmax oder einen negativen Ruckmaximalwert -jmax zu setzen.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, zu prüfen, ob der Positions-Endwert xe zusammen mit dem wenigsten einen Vorgabewert erfüllt werden kann. Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ferner ausgebildet, in dem Fall, in dem die Trajektorien-Planungseinheit 1 zu dem Prüfungsergebnis kommt, dass die gleichzeitige Erfüllung des Positions-Endwerts xe und des Vorgabewerts nicht möglich ist, eine Hilfs-Trajektorie bereitzustellen, die den Positions-Endwert xe erfüllt und den wenigstens einen Vorgabewert nicht erfüllt.
  • Beispielsweise kann der Fall auftreten, dass der Positions-Endwert xe bei jeder möglichen Anpassung des ersten Beschleunigungsverlaufs (unter Beibehaltung des wenigstens einen Vorgabewerts) überschritten wird.
  • Kann der Positions-Endwert xe nicht zusammen mit dem Vorgabewert erfüllt werden, so priorisiert die Trajektorien-Planungseinheit 1 zweckmäßigerweise den Positions-Endwert xe und stellt eine entsprechende Hilfs-Trajektorie bereit. Die Regelungseinheit 5 führt dann die Positionsregelung des Stellglieds 3 auf Basis der Hilfs-Trajektorie durch.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 stellt zweckmäßigerweise als die Hilfstrajektorie die Trajektorie tr gemäß dem zweiten Beschleunigungsverlauf bereit, und zwar bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Positions-Endwert xe erreicht wird. Dies kann exemplarisch zu einem Zeitpunkt passieren, zu dem die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung nicht dem jeweiligen Vorgabewert entsprechen.
  • Zweckmäßigerweise wird nach dem Positions-Endwert xe und/oder dem Zeit-Endwert te die Trajektorie entsprechend der Endwerte fortgeführt, solange nicht oder bis eine neue Trajektorie geplant wird.
  • Die 4 zeigt eine Trajektorie tr, die einen Kriechweg sk umfasst. Im rechten Schaubild der 4 ist das Trajektorien-Positionssignal txs über der Zeit t aufgetragen und im linken Schaubild der 4 ist die Geschwindigkeit des Trajektorien-Positionssignals txs über der Position x aufgetragen.
  • Der Kriechweg sk ist ein Abschnitt vor dem Positions-Endwert xe, bei dem sich das Trajektorien-Positionssignal txs mit vorbestimmter, insbesondere reduzierter, Geschwindigkeit, exemplarisch mit dem Geschwindigkeits-Endwert ve, dem Positions-Endwert xe nähert.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, die Trajektorie tr mit dem Kriechweg sk bereitzustellen, zweckmäßigerweise automatisch und/oder in Ansprechen auf eine Benutzereingabe und/oder in Ansprechen auf einen Befehl von der übergeordneten Steuerung 15.
  • Die Trajektorien-Planungseinheit 1 ist ausgebildet, zur Bereitstellung des Kriechwegs sk die Trajektorie tr mit einem Trajektorien-Positions-Endwert txe bereitzustellen, der gegenüber dem Positions-Endwert xe nach vorne - also insbesondere in Richtung in zu der Ist-Position und/oder dem Positions-Anfangswert xa - versetzt ist. Insbesondere ist der Trajektorien-Positions-Endwert txe um eine vorbestimmte und/oder per Benutzereingabe definierbare Distanz - dem Kriechweg sk - in Richtung hin zu dem Positions-Anfangswert xa versetzt. Auf dem gesamten Abschnitt zwischen dem Trajektorien-Positions-Endwert txe und dem Positions-Endwert xe ist die Geschwindigkeit der Trajektorie tr gleich dem Geschwindigkeits-Endwert ve.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet, eine erste Trajektorie und eine auf die erste Trajektorie folgende zweite Trajektorie bereitzustellen und als Geschwindigkeits-Anfangswert und/oder Beschleunigungs-Anfangswert der zweiten Trajektorie den Geschwindigkeits-Endwert und/oder den Beschleunigungs-Endwert der ersten Trajektorie zu verwenden. Zweckmäßigerweise ist die Trajektorien-Planungseinheit 1 ausgebildet eine Mehrzahl, insbesondere drei oder mehr, Trajektorien bereitzustellen, und als den Geschwindigkeits-Anfangswert und/oder Beschleunigungs-Anfangswert einer jeweiligen Trajektorie den Geschwindigkeits-Endwert und/oder den Beschleunigungs-Endwert der jeweils vorangegangenen Trajektorie zu verwenden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017102749 A1 [0002]

Claims (18)

  1. Trajektorien-Planungseinheit (1) zur Bereitstellung einer Trajektorie (tr) als Führungsgröße für eine Regelungseinheit (5) zur Positionsregelung eines Stellglieds (3) eines Aktors (2), wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, die Trajektorie (tr) auf Basis eines Soll-Positionsverlaufs (sx) bereitzustellen und die Trajektorie (tr) gemäß wenigstens einem Grenzwert, umfassend einen Geschwindigkeits-Grenzwert (vmax), einen Beschleunigungs-Grenzwert (amax), einen Bremsbeschleunigungs-Grenzwert (dmax) und/oder einen Ruck-Grenzwert (jmax), zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, die Trajektorie (tr) gemäß wenigstens einem vorgebbaren Vorgabewert, umfassend einen Geschwindigkeits-Anfangswert (va), einen Geschwindigkeits-Endwert (ve), einen Beschleunigungs-Anfangswert (aa) und/oder einen Beschleunigungs-Endwert (ae), bereitzustellen.
  2. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Vorgabewert den Geschwindigkeits-Endwert (ve) und den Beschleunigungs-Endwert (ae) umfasst.
  3. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Vorgabewert den Geschwindigkeits-Anfangswert (va) und den Beschleunigungs-Anfangswert (aa) umfasst.
  4. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, den wenigstens einen Vorgabewert von einer übergeordneten Steuerung (15) und/oder der Regelungseinheit (5) zu empfangen.
  5. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Vorgabewert ungleich null ist.
  6. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, die Trajektorie (tr) in Echtzeit auf Basis des Soll-Positionsverlaufs (sx) bereitzustellen.
  7. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, die Trajektorie (tr) durch Durchführen einer Trajektorien-Erzeugungsprozedur zu erzeugen, und im Rahmen der Trajektorien-Erzeugungsprozedur einen ersten Beschleunigungsverlauf erzeugen, der den wenigstens einen Grenzwert und den wenigstens einen Vorgabewert erfüllt.
  8. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach Anspruch 7, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, bei der Erzeugung des ersten Beschleunigungsverlaufs den Soll-Positionsverlauf (sx) nicht zu berücksichtigen.
  9. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, im Rahmen der Trajektorien-Erzeugungsprozedur auf Basis des ersten Beschleunigungsverlaufs einen zweiten Beschleunigungsverlauf zu erzeugen, der einen im Soll-Positionsverlauf (sx) enthaltenen Positions-Endwert (xe) erfüllt.
  10. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, den ersten Beschleunigungsverlauf auf Basis eines Beschleunigungsprofils zu erzeugen, das mehrere vorbestimmte Beschleunigungsphasen aufweist.
  11. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach Anspruch 10, wobei das Beschleunigungsprofil als erste Beschleunigungsphase eine erste Anstiegsphase mit positiver Steigung, als zweite Beschleunigungsphase eine erste Plateauphase mit konstanter positiver Beschleunigung, als dritte Beschleunigungsphase eine erste Abfallphase mit negativer Steigung, als vierte Beschleunigungsphase eine zweite Plateauphase mit Nullbeschleunigung, als fünfte Beschleunigungsphase eine zweite Abfallphase mit negativer Steigung, als sechste Beschleunigungsphase eine dritte Plateauphase mit konstanter negativer Beschleunigung und als siebte Beschleunigungsphase eine zweite Anstiegsphase mit positiver Steigung umfasst.
  12. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, zur Erzeugung des zweiten Beschleunigungsverlaufs die Zeitdauern einer oder mehrerer der Beschleunigungsphasen anzupassen, so dass der im Soll-Positionsverlauf (sx) enthaltene Positions-Endwert (xe) erfüllt werden.
  13. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, zu prüfen, ob der in dem Soll-Positionsverlauf (sx) enthaltene Positions-Endwert (xe) zusammen mit dem wenigsten einen Vorgabewert erfüllt werden kann, und, die Trajektorien-Planungseinheit (1) ferner ausgebildet ist, in dem Fall, in dem die Trajektorien-Planungseinheit (1) zu dem Prüfungsergebnis kommt, dass dies nicht möglich ist, eine Hilfs-Trajektorie bereitzustellen, die den Positions-Endwert (xe) erfüllt und den wenigstens einen Vorgabewert nicht erfüllt.
  14. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, zur Bereitstellung eines Kriechwegs (sk) die Trajektorie (sx) mit einem Trajektorien-Positions-Endwert (txe) bereitzustellen, der gegenüber einem in dem Soll-Positionsverlauf (sx) enthaltenen Positions-Endwert (xe) in Richtung hin zu einem Positions-Anfangswert (xa) versetzt ist.
  15. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trajektorie (tr) ein Trajektorien-Positionssignal (txs), ein Trajektorien-Geschwindigkeitssignal (tvs), ein Trajektorien-Beschleunigungssignal (tas) und/oder ein Trajektorien-Rucksignal (tjs) umfasst.
  16. Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trajektorien-Planungseinheit (1) ausgebildet ist, eine erste Trajektorie und eine auf die erste Trajektorie folgende zweite Trajektorie bereitzustellen und als Geschwindigkeits-Anfangswert und/oder Beschleunigungs-Anfangswert der zweiten Trajektorie den Geschwindigkeits-Endwert und/oder Beschleunigungs-Endwert der ersten Trajektorie zu verwenden.
  17. Ventilanordnung (14), umfassend einen Trägerkörper (20) und eine Mehrzahl von auf dem Trägerkörper (20) aneinandergereihten scheibenförmigen Ventilmodulen (17) sowie ein auf dem Trägerkörper (20) angeordnetes Steuermodul (19), das eine Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche umfasst.
  18. Verfahren zum Betreiben einer Trajektorien-Planungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder einer Ventilanordnung (14) nach Anspruch 15, umfassend den Schritt: Bereitstellen der Trajektorie (tr) auf Basis des Soll-Positionsverlaufs (sx), des wenigstens einen Grenzwerts und des wenigstens einen Vorgabewerts.
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