DE202014003887U1 - Computer program for controlling a hysteresis actuator - Google Patents
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Abstract
Computerprogramm, umfassend einen Computercode, der geeignet ist, ein Verfahren zur Steuerung eines hysteresebehafteten Stellglieds (320, 330) einer Verbrennungskraftmaschine (110) auszuführen, wobei eine Position des Stellglieds mittels eines Proportional-Integral-Differenzial-Reglers (PID) gesteuert wird und wobei das Verfahren die folgenden Schritte ausführt: – Ermitteln eines Fehlers (ERR) zwischen einem Sollwert einer Position des Stellglieds und einer aktuellen Position des Stellglieds, – wenn der Fehler (ERR) größer ist als eine erste Fehlerschwelle (Max_Err), Berechnen eines Mindestwerts (UMIN_FW) eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal), bei dem das Stellglied seine Vorwärtsbewegung beginnen kann, als Funktion der aktuellen Position des Stellglieds und eines erlernten Hysteresezyklus des Stellglieds, wobei der PID-Regler diesen Minimalwert (UMIN_FW) zur Steuerung des Stellglieds verwendet, oder – wenn der Fehler kleiner ist als ein zweiter Fehler-Schwellenwert (Min_Err), Berechnen eines Maximalwerts (UMAX_BW) des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, als Funktion der aktuellen Position des Stellglieds und des erlernten Hysteresezyklus des Stellglieds, wobei der PID-Regler diesen Maximalwert (UMAX_BW) zur Steuerung des Stellglieds verwendet, oder – Prüfen, ob ein stationärer Zustand des Stellglieds erreicht ist, wenn der Fehler (ERR) kleiner als die erste Fehlerschwelle (Max_Err) und größer als die zweite Fehlerschwelle (Min_Err) ist, und – Einfrieren des PWM-Signals beim Maximalwert (UMAX_BW) des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, wobei der PID-Regler diesen Maximalwert (UMAX_BW) zur Steuerung des Stellglieds verwendet.A computer program comprising computer code adapted to perform a method of controlling a hysteretic actuator (320, 330) of an internal combustion engine (110), wherein a position of the actuator is controlled by a proportional-integral-derivative (PID) controller, and wherein the method performs the steps of: - determining an error (ERR) between a setpoint of a position of the actuator and a current position of the actuator, - if the error (ERR) is greater than a first error threshold (Max_Err), calculating a minimum value (UMIN_FW ) a pulse width modulated (PWM) signal at which the actuator can begin its forward motion as a function of the actuator's current position and a learned hysteresis cycle of the actuator, the PID controller using that minimum value (UMIN_FW) to control the actuator, or If the error is less than a second error threshold rt (Min_Err), calculating a maximum value (UMAX_BW) of the PWM signal at which the actuator can begin its reverse motion as a function of the actuator's current position and the learned hysteresis cycle of the actuator, the PID controller applying that maximum value (UMAX_BW) Control of the actuator used, or - Checking whether a steady state of the actuator is reached when the error (ERR) is less than the first error threshold (Max_Err) and greater than the second error threshold (Min_Err), and - freezing the PWM signal at the maximum value (UMAX_BW) of the PWM signal at which the actuator can start its reverse movement, the PID controller using this maximum value (UMAX_BW) to control the actuator.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hysteresebehafteten Stellglieds, insbesondere von Stellgliedern einer Verbrennungskraftmaschine, als Drosselklappen-Stellglied. Die Offenbarung betrifft auch ein Computerprogramm, das ein solches Verfahren ausführt.The present disclosure relates to a method of controlling a hysteretic actuator, particularly actuators of an internal combustion engine, as a throttle actuator. The disclosure also relates to a computer program that executes such a method.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Es ist bekannt, dass in modernen Verbrennungskraftmaschinen (VKM) die elektronische Steuereinheit (ECU) alle Betriebszustände des Motors steuert. Insbesondere empfängt die ECU Eingangssignale von verschiedenen Sensoren, die dafür ausgelegt sind, die Signale zu erzeugen, die proportional zu verschiedenen physikalischen Parametern in Zusammenhang mit der VKM sind, und erzeugt Ausgangssignale an verschiedene Steuerungseinrichtungen, die dafür ausgelegt sind, den Betrieb der VKM zu steuern, wie z. B. die Kraftstoffeinspritzdüsen, die Drosselklappe, das Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil).It is known that in modern internal combustion engines (VKM) the electronic control unit (ECU) controls all operating conditions of the engine. In particular, the ECU receives input signals from various sensors configured to generate the signals that are proportional to various physical parameters associated with the VKM and generates output signals to various controllers configured to control the operation of the VKM , such as As the fuel injectors, the throttle, the exhaust gas recirculation valve (EGR valve).
Diese Steuerungseinrichtungen sind mit einem entsprechenden Stellglied versehen, das typischerweise eine Art Motor zur Bewegung eines Mechanismus ist. So wird beispielsweise die Drosselbewegung der Drosselklappe, die den Durchsatz der Ansaugluft steuert, mittels eines elektrischen Gleichstrommotors (DC) über ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) gesteuert, das als relative Einschaltdauer in Prozent ausgedrückt wird. Wie dies bekannt ist, ist die Pulsweitenmodulation (PWM) eine Modulationstechnik, welche die Breite des Pulses, formal die Pulsdauer, auf Basis einer Modulatorsignalinformation anpasst. Der durchschnittliche Wert der Spannung (und des Stroms), die in die Last eingespeist wird, wird gesteuert, indem der Schalter zwischen Lastversorgung ”ein” und ”aus” in raschen Intervallen umgeschaltet wird. Je länger die Einschaltdauer des Schalters im Vergleich zur Ausschaltdauer ist, umso mehr Leistung wird der Last zugeführt. Der Begriff ”relative Einschaltdauer” beschreibt das Verhältnis der Einschaltdauer zum regulären Intervall oder zur regulären ”Zeitperiode”; eine geringe relative Einschaltdauer entspricht einer geringen Leistung, da die Leistung die meiste Zeit ausgeschaltet ist. Wie erwähnt, wird die relative Einschaltdauer gewöhnlich in Prozent ausgedrückt, wobei 100% ”vollständig eingeschaltet” und 0% ”vollständig ausgeschaltet” bedeutet. Im Folgenden wird für den Begriff ”relative Einschaltdauer” stets ein Prozentwert angegeben.These controls are provided with a corresponding actuator, which is typically a type of motor for moving a mechanism. For example, the throttling movement of the throttle valve, which controls the intake air flow rate, is controlled by a DC electric motor (PWM) via a pulse width modulated signal (PWM signal) expressed as a percentage duty cycle. As is known, pulse width modulation (PWM) is a modulation technique that adjusts the width of the pulse, formally the pulse duration, based on modulator signal information. The average value of the voltage (and current) that is fed into the load is controlled by switching the switch between on and off power supply at rapid intervals. The longer the turn-on time of the switch compared to the turn-off duration, the more power is supplied to the load. The term "duty cycle" describes the ratio of the duty cycle to the regular interval or to the regular "time period"; a low duty cycle corresponds to a low power since the power is turned off most of the time. As mentioned, the duty cycle is usually expressed as a percentage, where 100% means "fully on" and 0% means "completely off". In the following, the term "duty cycle" is always given as a percentage.
Die Steuerungsstrategie solcher Stellglieder besteht in der Verwendung eines herkömmlichen Frequenzreglers, nämlich eines Proportional-Integral-Differenzial-Reglers (PID-Regler) oder eines Proportional-Integral-Reglers (PI-Regler). Es ist übrigens eine Tatsache, dass viele Stellglieder ein komplexes hysteretisches Verhalten zeigen, das eine nichtlineare und mehrwertige Zuordnung zwischen der Ausgangsvariablen (zum Beispiel der Position des Stellglieds) und der Eingangsvariablen (zum Beispiel den Wert der relativen Einschaltdauer eines PWM-Signals) verursacht. Im Fall von hysteresebehafteten Stellgliedern ist daher die auf herkömmlichen Techniken (PID-Regler, PI-Regler) basierende Steuerungsstrategie aufgrund der Nichtlinearität der Stellglieder, des Kompromisses zwischen Stabilität und Zeitverhalten und der Schwierigkeiten, einen stationären Wert des PWM-Signals zu erreichen, nicht empfehlenswert.The control strategy of such actuators is to use a conventional frequency controller, namely a proportional-integral-derivative (PID) controller or a proportional-integral (PI) controller. Incidentally, it is a fact that many actuators exhibit a complex hysteretic behavior that causes a non-linear and multi-valued association between the output variable (for example, the position of the actuator) and the input variable (for example, the value of duty ratio of a PWM signal). Therefore, in the case of hysteresised actuators, the control strategy based on conventional techniques (PID controller, PI controller) is not recommended due to the nonlinearity of the actuators, the trade-off between stability and timing, and the difficulty of achieving a steady state value of the PWM signal ,
Daher besteht Bedarf nach einem Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens zur Steuerung eines hysteresebehafteten Stellglieds, das den oben genannten Mängeln abhilft.Therefore, a need exists for a computer program for carrying out a method of controlling a hysteretic actuator which remedies the above-mentioned deficiencies.
Ein Zweck einer Ausführungsform der Erfindung ist es, ein Computerprogramm zu schaffen, das ein Verfahren zur Steuerung eines hysteresebehafteten Stellglieds ausführt, das auf einem geschlossenen Regelkreis beruht und das besonderen Wert auf Leistung, Zeitverhalten und Robustheit legt.A purpose of an embodiment of the invention is to provide a computer program implementing a method of controlling a hysteresis-type actuator based on a closed-loop control, which places particular value on performance, timing and robustness.
Diese Ziele werden durch ein Computerprodukt und ein Antriebssystem erreicht, welche die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale aufweisen.These objects are achieved by a computer product and a drive system having the features described in the independent claims.
Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Aspekte.The dependent claims define preferred and / or particularly advantageous aspects.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Eine Ausführungsform der Offenbarung schafft ein Computerprogramm, umfassend einen Computercode, der geeignet ist, ein Verfahren zur Steuerung eines hysteresebehafteten Stellglieds einer Verbrennungskraftmaschine auszuführen, wobei eine Position des Stellglieds mittels eines Proportional-Integral-Differenzialreglers (PID) gesteuert wird und wobei das Verfahren die folgenden Schritte ausführt:
- – Ermitteln eines Fehlers zwischen einem Sollwert einer Position des Stellglieds und einer aktuellen Position des Stellglieds,
- – wenn der Fehler größer ist als ein erster Fehler-Schwellenwert, Berechnen eines Mindestwerts eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signals), bei dem das Stellglied seine Vorwärtsbewegung beginnen kann, und zwar als Funktion der aktuellen Position des Stellglieds und eines erlernten Hysteresezyklus des Stellglieds, wobei der PID-Regler diesen Minimalwert zur Steuerung des Stellglieds verwendet, oder
- – wenn der Fehler kleiner ist als ein zweiter Fehler-Schwellenwert, Berechnen eines Maximalwerts des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, und zwar als Funktion der aktuellen Position des Stellglieds und des erlernten Hysteresezyklus des Stellglieds, wobei der PID-Regler diesen Maximalwert zur Steuerung des Stellglieds verwendet, oder
- – Prüfen, ob ein stationärer Zustand des Stellglieds erreicht ist, wenn der Fehler kleiner als der erste Fehler-Schwellenwert und größer als der zweite Fehler-Schwellenwert ist, und
- – Einfrieren des PWM-Signals beim Maximalwert des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, wobei der PID-Regler diesen Maximalwert zur Steuerung des Stellglieds verwendet.
- Determining an error between a desired value of a position of the actuator and a current position of the actuator,
- If the error is greater than a first error threshold, calculating a minimum value of a pulse width modulated signal (PWM signal) at which the actuator can begin its forward motion as a function of the actuator's current position and a learned hysteresis cycle of the actuator, the PID controller uses this minimum value to control the actuator, or
- If the error is less than a second error threshold, calculating a maximum value of the PWM signal at which the actuator can begin its reverse movement as a function of the actuator's current position and the learned hysteresis cycle of the actuator, the PID Controller uses this maximum value to control the actuator, or
- - Checking whether a steady state of the actuator is reached when the error is less than the first error threshold and greater than the second error threshold, and
- Freezing the PWM signal at the maximum value of the PWM signal at which the actuator can start its reverse movement, the PID controller using this maximum value to control the actuator.
Folglich wird eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur Steuerung eines hysteresebehafteten Stellglieds einer Verbrennungskraftmaschine offenbart, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- – Mittel zum Ermitteln eines Fehlers zwischen einem Sollwert einer Position des Stellglieds und einer aktuellen Position des Stellglieds,
- – Mittel zum Berechnen eines Mindestwerts eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signals), bei dem das Stellglied seine Vorwärtsbewegung beginnen kann, wenn der Fehler größer ist als ein erster Fehler-Schwellenwert, und zwar als Funktion der aktuellen Position des Stellglieds und eines erlernten Hysteresezyklus des Stellglieds, wobei der PID-Regler diesen Minimalwert zur Steuerung des Stellglieds verwendet, oder
- – Mittel zum Berechnen eines Maximalwerts des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, wenn der Fehler kleiner ist als ein zweiter Fehler-Schwellenwert, und zwar als Funktion der aktuellen Position des Stellglieds und des erlernten Hysteresezyklus des Stellglieds, wobei der PID-Regler diesen Maximalwert zur Steuerung des Stellglieds verwendet, oder
- – Mittel zum Prüfen, ob ein stationärer Zustand des Stellglieds erreicht ist, wenn der Fehler kleiner als der erste Fehler-Schwellenwert und größer als der zweite Fehler-Schwellenwert ist, und
- – Mittel zum Einfrieren des PWM-Signals beim Maximalwert des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, wobei der PID-Regler diesen Maximalwert zur Steuerung des Stellglieds verwendet.
- Means for determining an error between a desired value of a position of the actuator and a current position of the actuator,
- - means for calculating a minimum value of a pulse width modulated signal (PWM signal) at which the actuator can begin its forward movement when the error is greater than a first error threshold, as a function of the current position of the actuator and a learned hysteresis cycle of the Actuator, where the PID controller uses this minimum value to control the actuator, or
- - means for calculating a maximum value of the PWM signal at which the actuator can begin its reverse movement when the error is less than a second error threshold, as a function of the current position of the actuator and the learned hysteresis cycle of the actuator, wherein the PID controller uses this maximum value to control the actuator, or
- - means for checking whether a steady state of the actuator is reached when the error is less than the first error threshold and greater than the second error threshold, and
- - means for freezing the PWM signal at the maximum value of the PWM signal at which the actuator can start its reverse movement, the PID controller using this maximum value to control the actuator.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Verfahren jedes Stellglied steuert, das ein hysteretisches Verhalten zeigt, wobei die gleiche Leistung und Robustheit wie mit einem linearen Stellglied erreicht wird. Tatsächlich beruht das Verfahren nicht nur auf einem geschlossenen Regelkreis, sondern reagiert auch prompt auf jede Veränderung der Position und Geschwindigkeit des Stellglieds, da es in der Lage ist, die benötigten Werte der PWM-Signale (sowohl zum Vorwärts- als auch zum Rückwärtsbewegen des Stellglieds) zu berechnen, da es den Hysteresezyklus des Stellglieds erlernt hat. Daher kann für jede Position des Stellglieds der Minimalwert des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Vorwärtsbewegung beginnen kann, und der Maximalwert des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, berechnet werden. Darüber hinaus ermöglicht es das Verfahren, den Wert des PWM-Signals zu bestimmen, wenn das Stellglied eine stationäre Position erreicht hat.An advantage of this embodiment is that the method controls each actuator exhibiting hysteretic behavior, achieving the same performance and robustness as with a linear actuator. In fact, the method not only relies on a closed loop, but also responds promptly to any change in the position and speed of the actuator, as it is able to provide the required values of the PWM signals (both for forward and reverse movement of the actuator ), since it has learned the hysteresis cycle of the actuator. Therefore, for each position of the actuator, the minimum value of the PWM signal at which the actuator can begin its forward movement and the maximum value of the PWM signal at which the actuator can begin its reverse movement can be calculated. In addition, the method allows the value of the PWM signal to be determined when the actuator has reached a stationary position.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Hysteresezyklus des Stellglieds erlernt, indem die folgenden Schritte angewendet werden:
- – Bestimmen einer Maximalposition des Stellglieds, die erreicht wird, indem der 100% betragende Prozentwert des PWM-Signals angesteuert wird,
- – Bestimmen einer Minimalposition des Stellglieds, die erreicht wird, indem der 0% betragende Prozentwert des PWM-Signals angesteuert wird,
- – Bestimmen eines ersten Werts des PWM-Signals, bei dem sich das Stellglied noch in seiner Minimalposition befindet, und eines zweiten Werts des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Maximalposition erreicht, wobei das PWM-Signal mit einer kalibrierten Neigung erhöht wird,
- – Bestimmen eines dritten Werts des PWM-Signals, bei dem sich das Stellglied noch in seiner Minimalposition befindet, und eines vierten Werts des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Maximalposition erreicht, wobei das PWM-Signal mit einer kalibrierten Neigung verringert wird.
- Determining a maximum position of the actuator which is achieved by controlling the 100% percentage value of the PWM signal,
- Determining a minimum position of the actuator which is achieved by controlling the 0% percentage value of the PWM signal,
- - Determine a a first value of the PWM signal, wherein the actuator is still in its minimum position, and a second value of the PWM signal, where the actuator reaches its maximum position, wherein the PWM signal is increased with a calibrated inclination,
- Determining a third value of the PWM signal at which the actuator is still in its minimum position and a fourth value of the PWM signal at which the actuator reaches its maximum position, wherein the PWM signal is reduced with a calibrated inclination.
Daher umfasst die Vorrichtung darüber hinaus:
- – Mittel zum Bestimmen einer Maximalposition des Stellglieds, die erreicht wird, indem der 100% betragende Prozentwert des PWM-Signals angesteuert wird,
- – Mittel zum Bestimmen einer Minimalposition des Stellglieds, die erreicht wird, indem der 0% betragende Prozentwert des PWM-Signals angesteuert wird,
- – Mittel zum Bestimmen eines ersten Werts des PWM-Signals, bei dem sich das Stellglied noch in seiner Minimalposition befindet, und eines zweiten Werts des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Maximalposition erreicht, wobei das PWM-Signal mit einer kalibrierten Neigung erhöht wird,
- – Mittel zum Bestimmen eines dritten Werts des PWM-Signals, bei dem sich das Stellglied noch in seiner Maximalposition befindet, und eines vierten Werts des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Minimalposition erreicht, wobei das PWM-Signal mit einer kalibrierten Neigung verringert wird.
- Means for determining a maximum position of the actuator, which is achieved by controlling the 100% percentage value of the PWM signal,
- Means for determining a minimum position of the actuator which is achieved by controlling the 0% percentage value of the PWM signal,
- - means for determining a first value of the PWM signal, wherein the actuator is still in its minimum position, and a second value of the PWM signal, at which the actuator reaches its maximum position, wherein the PWM signal increases with a calibrated inclination becomes,
- - means for determining a third value of the PWM signal, wherein the actuator is still in its maximum position, and a fourth value of the PWM signal, at which the actuator reaches its minimum position, wherein the PWM signal decreases with a calibrated inclination becomes.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass es die Lernphase ermöglicht, auf einfache Weise alle Parameter zu berechnen, die zum Erlernen des Hysteresezyklus des Stellglieds notwendig sind, und dass kein großer Aufwand für die Kalibrierung erforderlich ist.An advantage of this embodiment is that it allows the learning phase to easily calculate all the parameters necessary to learn the hysteresis cycle of the actuator, and that no great effort is required for the calibration.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Fehlerschwelle und die zweite Fehlerschwelle jeweils gleich folgenden Werten:
Daher sind die Mittel zum Ermitteln eines Fehlers zwischen einem Sollwert einer Position des Stellglieds und einer aktuellen Position des Stellglieds derart ausgelegt, dass die [erste Fehlerschwelle und die] zweite Fehlerschwelle jeweils gleich folgenden Werten sind:
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass in beiden Fällen, d. h. sowohl bei der Steuerung der Vorwärtsbewegung des Stellglieds als auch bei der Steuerung seiner Rückwärtsbewegung, das gleiche Verhalten des Steuerungsverfahrens erzielt wird.An advantage of this embodiment is that in both cases, i. H. both in the control of the forward movement of the actuator and in the control of its backward movement, the same behavior of the control method is achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der stationäre Zustand erreicht, wenn der Fehler während eines Zeitintervalls, das länger als eine Zeitintervallschwelle ist, kleiner als der erste Fehler-Schwellenwert und größer als der zweite Fehler-Schwellenwert ist.In another embodiment, the steady state condition is reached when the error is less than the first error threshold and greater than the second error threshold during a time interval that is longer than a time interval threshold.
Daher sind die Mittel zum Prüfen, ob ein stationärer Zustand des Stellglieds erreicht ist, derart ausgelegt, dass der stationäre Zustand festgestellt wird, wenn der Fehler während eines Zeitintervalls, das länger als eine Zeitintervallschwelle ist, kleiner als der erste Fehler-Schwellenwert und größer als der zweite Fehler-Schwellenwert ist.Therefore, the means for checking whether a stationary state of the actuator is achieved, are designed such that the steady state is detected when the error during a time interval that is longer than a time interval threshold, smaller than the first error threshold and greater than the second error threshold is.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein Standard-Frequenzregler aufgrund des Hystereseverhaltens des Stellglieds nicht den gleichen Wert des PWM-Signals nahe dem Sollwert beibehalten kann. Daher sollte das Erreichen des stationären Zustands des Stellglieds innerhalb eines gegebenen Zeitintervalls konsolidiert werden.An advantage of this embodiment is that a standard frequency controller can not maintain the same value of the PWM signal near the setpoint due to the hysteresis behavior of the actuator. Therefore, achieving the stationary state of the actuator should be consolidated within a given time interval.
Eine andere Ausführungsform der Offenbarung schafft ein Antriebssystem, umfassend einen Verbrennungsmotor und eine elektronische Steuereinheit, wobei der Motor mit wenigstens einem hysteresebehafteten Stellglied versehen ist, wobei die elektronische Steuereinheit derart ausgeführt ist, dass sie das Computerprogramm nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen ausführt, und wobei die elektronische Steuereinheit mit einem Proportional-Integral-Differenzial-Regler oder einem Proportional-Integral-Regler versehen sein kann.Another embodiment of the disclosure provides a drive system comprising an internal combustion engine and an electronic control unit, wherein the engine is provided with at least one hysteresis actuator, wherein the electronic control unit is adapted to execute the computer program according to any one of the preceding embodiments, and wherein the electronic control unit may be provided with a proportional-integral-differential controller or a proportional-integral controller.
Gemäß einem seiner Aspekte kann das Verfahren mit Hilfe eines Computerprogramms, das einen Programmcode zur Ausführung aller Schritte des oben beschriebenen Verfahrens umfasst, sowie in der Form eines Computerprogramm-Produkts, welches das Computerprogramm enthält, ausgeführt werden.According to one of its aspects, the method may be carried out by means of a computer program comprising a program code for carrying out all the steps of the method described above and in the form of a computer program product containing the computer program.
Das Computerprogramm-Produkt kann in eine Steuerungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eingebettet sein, die Folgendes umfasst: eine elektronische Steuereinheit (ECU), einen mit der ECU verbundenen Datenträger und das in einem Datenträger gespeicherte Computerprogramm, so dass die Steuerungseinrichtung die beschriebenen Ausführungsformen ebenso wie das Verfahren definiert. Wenn die Steuerungseinrichtung das Computerprogramm ausführt, werden somit alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausgeführt.The computer program product may be embedded in a control device for an internal combustion engine, comprising: an electronic control unit (ECU), a data carrier connected to the ECU, and the computer program stored in a data carrier, so that the controller means the described embodiments as well as the method Are defined. Thus, when the controller executes the computer program, all the steps of the method described above are performed.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Nun sollen die verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:Now, the various embodiments will be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Einige Ausführungsformen können ein Antriebssystem
Ein Kraftstoff-Luft-Gemisch (nicht dargestellt) ist im Verbrennungsraum
Jeder der Zylinder
Die Luft kann durch einen Ansaugkrümmer
Das Auspuffsystem
Das Antriebssystem
Was die ECU
Das in dem Speichersystem gespeicherte Programm wird von außen über ein Kabel oder auf drahtlose Weise übermittelt. Außerhalb des Antriebssystems
Ein Beispiel für ein vorübergehendes Computerprogrammprodukt ist ein Signal, z. B. ein elektromagnetisches Signal wie beispielsweise ein optisches Signal, bei dem es sich um einen vorübergehenden Träger für den Computerprogrammcode handelt. Das Tragen eines solchen Computerprogrammcodes kann erfolgen, indem das Signal durch eine herkömmliche Modulationstechnik moduliert wird, wie z. B. durch QPSK für digitale Daten, so dass die binären Daten, die den Computerprogrammcode darstellen, auf das vorübergehende elektromagnetische Signal aufgeprägt werden. Solche Signale werden z. B. verwendet, um einen Computerprogrammcode auf drahtlose Weise über eine WiFi-Verbindung an einen Laptop zu senden.An example of a transient computer program product is a signal, e.g. An electromagnetic signal, such as an optical signal, which is a temporary carrier for the computer program code. Carrying of such computer program code may be accomplished by modulating the signal by a conventional modulation technique, such as, e.g. By QPSK for digital data, so that the binary data representing the computer program code is impressed on the transient electromagnetic signal. Such signals are z. B. is used to wirelessly send computer program code to a laptop via a WiFi connection.
Im Fall eines nicht vorübergehenden Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem körperlichen Speichermedium ausgeführt. Das Speichermedium ist in diesem Fall der oben erwähnte nicht vorübergehende Träger, so dass der Computerprogrammcode permanent oder nicht permanent auf abrufbare Weise in oder auf diesem Speichermedium gespeichert ist. Das Speichermedium kann vom herkömmlichen Typ sein, wie er in der Computertechnologie bekannt ist, wie z. B. ein Flash-Speicher, ein Asic, eine CD oder dergleichen.In the case of a non-transitory computer program product, the computer program code is embodied in a physical storage medium. The storage medium in this case is the above-mentioned non-transitory carrier, so that the computer program code is stored permanently or not permanently in retrievable manner in or on this storage medium. The storage medium may be of the conventional type known in computer technology, such as e.g. As a flash memory, an Asic, a CD or the like.
Anstelle einer ECU
Das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung eines herkömmlichen Frequenzregers (PID- oder PI-Regler) mit einer zusätzlichen Laufzeitkompensation, um die hysteresebedingte Nichtlinearität zu eliminieren.The method according to an embodiment of the present invention is to use a conventional frequency (PID or PI) controller with additional delay compensation to eliminate the hysteresis nonlinearity.
Die Steuerungsstrategie besteht darin, die Hysterese, wenn sie vorhanden ist, zu kompensieren, indem jedes Mal, wenn die Steuerung die Geschwindigkeit des Stellglieds umkehren muss, der richtige Wert des PWM-Signals berechnet wird. Um dies ordnungsgemäß zu erreichen, ist es notwendig, durch eine eigene Lernphase ein Kennfeld der Hysterese des Stellglieds zu erstellen.The control strategy is to compensate for the hysteresis, if present, by calculating the correct value of the PWM signal each time the controller needs to reverse the speed of the actuator. To achieve this properly, it is necessary to create a map of the hysteresis of the actuator through its own learning phase.
Wie auch in
Nach der Ausführung dieser Lernphase können die Gleichungen der punktierten Linien A und B definiert werden. Diese punktierten Linien stellen den schematisierten Hysteresezyklus dar, der im realen Hysteresezyklus enthalten ist. Auf diese Weise legen die Gleichungen für jede Rückkopplungsposition YPSTN den Minimalwert UMIN_FW oder den Maximalwert UMAX_BW des zu liefernden PWM-Signals fest, um mit der Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung des Stellglieds beginnen zu können. Die Linien A und B sind umso näher an den realen Linien, je höher der Grad der Zuverlässigkeit der zum Erlernen durchgeführten Messungen ist.After the execution of this learning phase, the equations of the dotted lines A and B can be defined. These dotted lines represent the schematic hysteresis cycle that is included in the real hysteresis cycle. In this way, for each feedback position Y PSTN , the equations set the minimum value U MIN_FW or the maximum value U MAX_BW of the PWM signal to be supplied in order to be able to start the forward or backward movement of the actuator. The higher the degree of reliability of the measurements taken, the closer to the real lines the lines A and B are.
Vorzugsweise wird eine vorbestimmte Fehlerschwelle K verwendet, wobei:
Darüber hinaus wird eine Überprüfung auf einen stationären Zustand durchgeführt S550. Die Überprüfung auf den stationären Zustand wird durchgeführt, indem geprüft wird, wie lange sich die Position des Stellglieds innerhalb der kalibrierten Fehlerschwelle befindet. Anders ausgedrückt ist der stationäre Zustand erreicht, wenn der Fehler ERR während eines Zeitintervalls t, das länger als eine Zeitintervallschwelle tthr ist, kleiner als die erste Fehlerschwelle Max_Err und größer als die zweite Fehlerschwelle Min_Err ist.In addition, a check is performed for a steady state S550. The steady state check is performed by checking how long the position of the actuator is within the calibrated fault threshold. In other words, the steady state is reached when the error ERR is less than the first error threshold Max_Err and greater than the second error threshold Min_Err during a time interval t that is longer than a time interval threshold t thr .
Wenn ein stationärer Zustand erreicht ist, wird das PWM-Signal beim Maximalwert des PWM-Signals eingefroren S560, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kann, so dass die Mindestspannung angelegt werden kann, um eine feststehende Position beizubehalten.When a stationary state is reached, the PWM signal is frozen at the maximum value of the PWM signal S560 at which the actuator can begin its reverse motion so that the minimum voltage can be applied to maintain a fixed position.
Wie dies zu sehen ist, zeigt
Zusammenfassend bringt das vorliegende Verfahren erhebliche Vorteile. Tatsächlich steuert das Verfahren jedes Stellglied, das ein hysteretisches Verhalten zeigt, wobei die gleiche Leistung und Robustheit wie mit einem linearen Stellglied erzielt wird, das gewöhnlich teurer und schwieriger herzustellen ist. Darüber hinaus erfordert diese Strategie keine umfangreichen Kalibrierungsaktivitäten, da während der Lernphase alle benötigten Parameter berechnet werden. Die Lernphase ist auch notwendig, um eine leistungsstarke und robuste Steuerung zu erzielen.In summary, the present method brings significant benefits. In fact, the method controls each actuator exhibiting hysteretic behavior, achieving the same performance and robustness as with a linear actuator, which is usually more expensive and difficult to manufacture. In addition, this strategy does not require extensive calibration activities because all required parameters are calculated during the learning phase. The learning phase is also necessary to achieve a powerful and robust control.
In der vorstehenden Zusammenfassung und genauen Beschreibung wurde wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt; es sollte jedoch beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Abänderungsmöglichkeiten gibt. Es sollte auch beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau in welcher Weise auch immer einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende Zusammenfassung und genaue Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung von wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform bieten, wobei es sich von selbst versteht, dass verschiedene Abänderungen bei den Funktionen und Anordnungen der anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.In the foregoing summary and detailed description, at least one exemplary embodiment has been presented; however, it should be noted that there are a large number of modification options. It should also be noted that the exemplary embodiment or exemplary embodiments are only examples and are not intended to limit the scope, applicability, or construction in any way whatsoever. Rather, the foregoing summary and detailed description will provide those skilled in the art with a practical guide to implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes may be made in the functions and arrangements of the elements described with reference to an exemplary embodiment without departing from the spirit of the invention Scope of protection as defined in the appended claims and their legal equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 4040
- Datenträgerdisk
- 100100
- Antriebssystemdrive system
- 110110
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 120120
- Motorblockblock
- 125125
- Zylindercylinder
- 130130
- Zylinderkopfcylinder head
- 135135
- Nockenwellecamshaft
- 140140
- Kolbenpiston
- 145145
- Kurbelwellecrankshaft
- 150150
- Verbrennungsraumcombustion chamber
- 155155
- NockenwellenverstellerPhaser
- 160160
- Kraftstoffeinspritzdüsefuel Injector
- 165165
- KraftstoffeinspritzsystemFuel injection system
- 170170
- KraftstoffleisteFuel rail
- 180180
- KraftstoffpumpeFuel pump
- 190190
- KraftstoffquelleFuel source
- 200200
- Ansaugkrümmerintake manifold
- 205205
- Luftansaugleitungair intake
- 210210
- Ansaugöffnungsuction
- 215215
- Ventilevalves
- 220220
- Öffnungopening
- 225225
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 230230
- Turboladerturbocharger
- 240240
- Verdichtercompressor
- 245245
- Turboladerwelleturbocharger shaft
- 250250
- Turbineturbine
- 260260
- LadeluftkühlerIntercooler
- 270270
- Auspuffsystemexhaust system
- 275275
- Auspuffrohrexhaust pipe
- 280280
- Nachbehandlungsvorrichtungenaftertreatment devices
- 281281
- NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
- 282282
- Partikelfilterparticulate Filter
- 283, 284283, 284
- Sauerstoffsensoroxygen sensor
- 290290
- VTG-StellgliedVTG actuator
- 300300
- AbgasrückführungssystemExhaust gas recirculation system
- 310310
- AGR-KühlerEGR cooler
- 320320
- AGR-VentilAGR valve
- 330330
- Drosselklappethrottle
- 340340
- Luftmassen-, Druck-, Temperatur- und FeuchtigkeitssensorAir mass, pressure, temperature and humidity sensor
- 350350
- Sensor für Krümmerdruck und -temperaturSensor for manifold pressure and temperature
- 360360
- VerbrennungsdrucksensorCombustion pressure sensor
- 380380
- Sensoren für Kühlmitteltemperatur und -standSensors for coolant temperature and level
- 385385
- Sensor für Schmieröltemperatur und -standSensor for lubricating oil temperature and level
- 390390
- MetalltemperatursensorMetal temperature sensor
- 400400
- digitaler Kraftstoffleistendrucksensordigital fuel rail pressure sensor
- 410410
- NockenwellenpositionssensorCamshaft position sensor
- 420420
- KurbelwellenpositionssensorCrankshaft position sensor
- 430430
- Sensoren für Auspuffdruck und -temperaturSensors for exhaust pressure and temperature
- 440440
- AGR-TemperatursensorEGR temperature sensor
- 445445
- GaspedalpositionssensorAccelerator position sensor
- 446446
- Gaspedalaccelerator
- 450450
- ECUECU
- 710710
- Verhalten des PWM-SignalsBehavior of the PWM signal
- 720720
- Verhalten der Position des StellgliedsBehavior of the position of the actuator
- 730730
- Verhalten des SollwertsBehavior of the setpoint
- 740740
- Verhalten des oberen SchwellenwertsBehavior of the upper threshold
- 750750
- Verhalten des unteren SchwellenwertsBehavior of the lower threshold
- S510S510
- Schrittstep
- S520S520
- Schrittstep
- S530S530
- Schrittstep
- S540S540
- Schrittstep
- S550S550
- Schrittstep
- S560S560
- Schrittstep
- S610S610
- Schrittstep
- S620S620
- Schrittstep
- S630S630
- Schrittstep
- S640S640
- Schrittstep
- YMAX Y MAX
- erreichbare Maximalposition des Stellgliedsachievable maximum position of the actuator
- YMIN Y MIN
- erreichbare Minimalposition des Stellgliedsachievable minimum position of the actuator
- YPSTN Y PSTN
- generische Position des Stellgliedsgeneric position of the actuator
- U1, U2, U3, U4 U 1 , U 2 , U 3 , U 4
- Werte des PWM-SignalsValues of the PWM signal
- UMIN_FW U MIN_FW
- Minimalwert des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Vorwärtsbewegung beginnen kannMinimum value of the PWM signal at which the actuator can start its forward movement
- UMAX_BW U MAX_BW
- Maximalwert des PWM-Signals, bei dem das Stellglied seine Rückwärtsbewegung beginnen kannMaximum value of the PWM signal at which the actuator can start its reverse movement
- ERRERR
- Fehler zwischen einem Sollwert einer Position des Stellglieds und einer aktuellen Position des StellgliedsError between a target value of a position of the actuator and a current position of the actuator
- Max_ErrMAX ERR
- erste Fehlerschwellefirst error threshold
- Min_ErrMin_Err
- zweite Fehlerschwellesecond error threshold
- KK
- vorbestimmter Wert der Fehlerschwellenpredetermined value of the error thresholds
- AA
- schematisiertes Verhalten zur Vorwärtsbewegung des Stellgliedsschematic behavior for forward movement of the actuator
- BB
- schematisiertes Verhalten zur Rückwärtsbewegung des StellgliedsSchematic behavior for the backward movement of the actuator
- tt
- Zeitintervalltime interval
- tthr t thr
- ZeitintervallschwelleTime interval threshold
Claims (8)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202014003887.2U DE202014003887U1 (en) | 2014-05-09 | 2014-05-09 | Computer program for controlling a hysteresis actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202014003887.2U DE202014003887U1 (en) | 2014-05-09 | 2014-05-09 | Computer program for controlling a hysteresis actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202014003887U1 true DE202014003887U1 (en) | 2015-08-11 |
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ID=54010437
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202014003887.2U Expired - Lifetime DE202014003887U1 (en) | 2014-05-09 | 2014-05-09 | Computer program for controlling a hysteresis actuator |
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