DE4204047C2

DE4204047C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionierung eines Stellers in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4204047C2
Application number: DE19924204047
Authority: DE
Inventors: Chi-Thuan Cao
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2012-02-13
Also published as: GB9302697D0; DE4204047A1; JP3305392B2; GB2264369B; GB2264369A; JPH0628037A

Description

Stand der Technik

Aus der DE 37 31 984 A ist ein Verfahren zur adaptiven Stellregelung bei reibungsbehafteten elektromechanischen Antrieben bekannt. Bei diesem Verfahren wird der zeitliche Verlauf des Betrags der Reib kraft durch einen modellgestützten, nichtlinearen Beobachter ermit telt. Anschließend wird das auf anderem Weg erfaßte Vorzeichen der Reibkraft dem Betrag aufgeschaltet. Zur Kompensation der so erfaßten Reibkraft ist einem Regler ein Mittel parallel geschaltet, dessen Ausgangssignal dem Ausgangssignal des Reglers überlagert wird. Mit dem so erzeugten Signal wird die Regelstrecke beaufschlagt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ein Modell gefun den werden muß, das das Regelsystem möglichst genau beschreibt, um ein gutes Regelverhalten zu erhalten. Je besser das Regelsystem be schrieben werden soll, desto umfangreicher und komplizierter wird üblicherweise das für diese Beschreibung herangezogene Modell. Das erschwert die Übertragung des Regelverfahrens auf andere Systeme und die Fehlersuche und Fehlerbeseitigung.

Aus der DE 40 12 577 C1 ist ein Regelsystem für ein reibungsbehafte tes Stellwerk bekannt. Bei diesem Regelsystem ist einem Positions regler ein 2-Punkt-Regler nachgeschaltet. Die Hysteresebreite des 2-Punkt-Reglers kann abhängig von den Betriebsbedingungen einge stellt werden. Mit dieser Anordnung soll der Einfluß der Reibung verringert werden, um die Dynamik des Systems zu verbessern. Ein Nachteil dieses Regelsystems besteht darin, daß das Stellwerk infol ge der Ansteuerung durch den 2-Punkt-Regler ständig um die Soll-Po sition schwingt. Das hat einen erhöhten Verschleiß und Energiever brauch des Stellwerks zur Folge. Außerdem ist es nicht möglich, die Regelabweichung dauerhaft auf einen geringen Wert zu begrenzen, son dern es verbleibt eine zeitlich zwischen Null und der halben Hyste resebreite schwankende Regelabweichung.

Aus der DE 32 07 863 A1 ist eine ähnliche Regeleinrichtung bekannt. Dort ist einem nichtlinearem Regler ein 2-Punkt-Regler nachgeschal tet. Mittels einer Begrenzerstufe wird die Schalthäufigkeit des Zweipunktreglers begrenzt.

Aus der US 5 005 133 ist ein System zur Regelung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mittels Fuzzy-Logik bekannt. Dabei wird der Istwert der Geschwindigkeit ermittelt und ein Sollwert unter Berücksichti gung des Fahrerwunsches festgelegt. Je nach Fahrzustand (z. B. Ge triebegang) werden geeignete Zugehörigkeitsfunktionen gewählt. Auf der Grundlage der so gefundenen Zugehörigkeitsfunktionen und der Soll- und Istwerte der Fahrgeschwindigkeit wird eine Stellgröße zur Steuerung eines Stellers durch Anwendung von Fuzzy-Regeln ermittelt.

Aus der EP 0481 492 A2 ist eine Regelvorrichtung bekannt, bei der zumindest ein Proportional anteil, ein Integralanteil und ein Differenzialanteil vorgesehen sind. Abhängig von der Abwei chung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einer gesteuerten Variablen eines gesteuer ten Objekts wird eine erste manipulierte Variable erzeugt, die dem gesteuerten Objekt zugeführt wird. Es wird geprüft, ob die gesteuerten Variable innerhalb eines vorgegebenen Bereichs um den Sollwert als Zentrum liegt. Ist dies nicht der Fall, so wird eine Fuzzy-Regelung aktiviert als Antwort auf die gegebene Abweichung, um eine zweite manipulierte Variable zu erzeugen. Die zweite manipulierte Variable wird zu der erste manipulierte Variablen addiert, um eine dritte manipulierte Variable zu erhalten, die dann dem gesteuerten Objekt zugeführt wird. Wenn die gesteuerten Variable innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, dann wird die erste manipu lierte Variable dem gesteuerten Objekt zugeführt.

Aus der DE 38 11 086 A1 ist ein PID-Reglersystem bekannt, das einen PID-Regler zur PID- Regelung eines Prozesses hat, der für ein zu regelndes Objekt steht. Weiterhin ist ein automati scher Einsteller vorgesehen, der auf eine Variable reagiert, die sich auf die Beeinflussung des PID-Reglers und der Regelvariablen von dem Prozess bezieht, um notwendige Ausführungs werte zu erhalten, und der auf der Basis der Ausführungswerte optimale Regelparameter zum Abstimmender tatsächlichen Regelvariablen auf den Regelbefehlswert erstellt, wobei die opti malen Regelparameter vom automatischen Einsteller zurückgeführt werden zum PID-Regler.

Die obengenannten Verfahren und Vorrichtungen besitzen den Nachteil, daß sie keine optimale Regelung unter allen Betriebsbedingungen er möglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine präzise und schnelle Positionierung eines Stel lers in einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen. Dabei soll die Abweichung zwischen Soll- und Istwert unter möglichst vielen Betriebsbedingungen möglichst gering gehalten werden und das Regelverhalten auch in Extremfällen stabil bleiben. Insbesondere sollen auch kleine Regelab weichungen trotz vorhandener Reibung oder anderer Nichtlinearitäten zuverlässig ausgeregelt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 und des Anspruchs 1. gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die obengenannten Nachteile überwunden werden.

Besonders vorteilhaft wirken sich das schnelle Übergangsverhalten und das gute Störverhalten des Reglers aus. Die Reibungskompensation ermöglicht eine präzise Einregelung des Sollwerts. Ein weiterer Vorteil ist die Robustheit des Reglers auch in Extremsituationen. Das Adaptions prinzip des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ermöglicht eine problemlose Anpassung an den konkreten Einsatzbereich ohne Eingriff in die Struktur des Reglers.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind nach folgend dargestellt. Im Zusammenhang mit der Darstellung der Erfindung werden sowohl nor mierte als auch nicht normierte Größen verwendet. Zur Unterscheidung sind die Symbole für die nicht normierten Größen jeweils unterstrichen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsformen erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Re gelkreises mit Fuzzy-Regler, Fig. 2 den schematischen Aufbau eines einfachen Fuzzy-Reglers, Fig. 3 den schematischen Aufbau eines adap tiven Fuzzy-Reglers, Fig. 4 Zugehörigkeitsfunktionen für die nor mierte Regelabweichung e, die normierte zeitliche Ableitung e' der Regelabweichung und die normierte Stellgröße u, Fig. 5 eine Phasen ebene für die normierte Regelabweichung e und die normierte zeitli che Ableitung e' der Regelabweichung, Fig. 6 eine Tabelle für die Zuordnung von Gebieten der Phasenebene zu Kategorien der normierten Stellgröße u, Fig. 7 eine Auflistung von Fuzzy-Regeln und Fig. 8 eine graphische Darstellung der Anwendung von Fuzzy-Regeln.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Der Aufbau und die Funktionsweise der Erfindung werden beispielhaft für den Einsatz im Zusammenhang mit einer Kraftstoff-Zumeßanlage bei einer Diesel-Brennkraftmaschine beschrieben. Die Erfindung liefert bei diesem Ausführungsbeispiel Signale zur Ansteuerung des elektro magnetischen Stellwerks einer Einspritzpumpe, die die Kraftstoffzu messung vornimmt.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Regelkrei ses. Ein Block mit dem Bezugszeichen 10 stellt einen Sollwert w der Position eines elektromagnetischen Stellwerks einer Kraftstoff-Zu meßanlage als ein erstes Eingangssignal für einen Verknüpfungspunkt 11 bereit. In den Verknüpfungspunkt 11 geht als weiteres Eingangs signal ein Istwert y der Stellwerk-Position ein. Der Istwert y wird im Verknüpfungspunkt 11 vom Sollwert w subtrahiert. Das Ergebnis dieser Rechenoperation wird als Regelabweichung e bezeichnet und dem Regler 12 zugeführt, der daraus eine Stellgröße u₁ ermittelt und an einen weiteren Verknüpfungspunkt 13 weiterleitet. Der Verknü pfungspunkt 13 erhält als weiteres Eingangssignal eine von einem Fuzzy-Regler 14 ermittelte Stellgröße u₂ und liefert als Aus gangssignal u die Summe aus u₁ und u₂. Der Fuzzy-Regler 14 ist parallel zum Regler 12 angeordnet und besitzt 2 Eingänge. An einem 1. Eingang liegt die durch den Verknüpfungspunkt 11 bestimmte Regel abweichung e an und an einem 2. Eingang die zeitliche Ableitung e' der Regelabweichung e, die durch eine Differenzierstufe 15 aus der Regelabweichung e ermittelt wird.

Das Ausgangssignal u des Verknüpfungspunktes 13 wird dem elektro magnetischen Stellwerk 16 der Kraftstoff-Zumeßanlage zugeführt, die dementsprechend den Kraftstoff zumißt. Ein Sensor 17, der am Stell werk 16 angebracht ist, bestimmt die Ist-Position y des Stellwerks und meldet sie über eine Zuleitung 18 an den Verknüpfungspunkt 11 zurück.

Der Regler 12 enthält je nach Einsatzbereich wenigstens einen der Anteile P, I, D. Er wird so ausgelegt, daß er bei Vernachlässigung der Reibung des Stellwerks 16 eine optimale Regelung ermöglichen würde. Der Einfluß der Reibung wird durch den Fuzzy-Regler 14 kom pensiert. Der Fuzzy-Regler 14 ist so ausgelegt, daß er insbesondere bei kleinen Regelabweichungen, bei denen sich Reibungskräfte beson ders störend auswirken, stark in den Regelprozess eingreift, d. h. einen hohen Beitrag u₂ zur Stellgröße u liefert. Dadurch werden dauerhafte Regelabweichungen, die bei herkömmlichen Reglern in der artigen Situation meist auftreten, verhindert. Bei sehr großen Re gelabweichungen ist der Einfluß des Fuzzy-Reglers 14 vergleichsweise gering und das Regelverhalten wird hauptsächlich durch den Regler 12 bestimmt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Fuzzy-Regler 14 bei kleinen Regelabweichungen e zum Regler 12 zuschaltbar bzw. alterna tiv einschaltbar. Das Zuschalten bzw. alternative Einschalten des Fuzzy-Reglers 14 erfolgt dann, wenn ein vorgebbarer Wert der Regel abweichung e unterschritten wird und wird beim Überschreiten dieses Wertes wieder rückgängig gemacht. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, daß der Schaltvorgang nur dann erfolgt, wenn die Schalt bedingung mindestens eine vorgegebene Zeitspanne vorgelegen hat.

Zur Bestimmung der Soll-Position w des elektromagnetischen Stell werks 16 durch Block 10 können aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren eingesetzt werden. Üblicherweise wird aus verschiedenen Betriebsparametern unter Berücksichtigung des Fahrerwunsches die Soll-Position w des Stellwerks 16 mittels Kennlinien oder Kennfel dern bestimmt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Fuzzy-Reglers 14, der intern aus 3 hintereinantergeschalteten Funktionseinheiten 20, 22 und 24 besteht. Diese 3 Funktionseinheiten werden üblicherweise als Fuzzyfication (20), Fuzzy-Reasoning (22) und Defuzzyfication (24) bezeichnet.

Die 1. Funktionseinheit 20 erhält als Eingangssignale die Regelab weichung e und deren zeitliche Ableitung e'. Durch Normierung erhält man daraus die normierte Regelabweichung e und die normierte zeitli che Ableitung e' der Regelabweichung. Den Größen e und e' werden zwei Scharen von Zugehörigkeitsfunktionen µ_e und µ_e', die in Fig. 4 graphisch dargestellt sind, zugeordnet. In jeder Zugehörigkeitsfunk tion werden die aktuellen Werte für e bzw. e' vermerkt und anschlie ßend erfolgt die Weitergabe der Zugehörigkeitsfunktionen an die 2. Funktionseinheit 22.

In der 2. Funktionseinheit 22 werden die Fuzzy-Regeln auf die von der 1. Funktionseinheit 20 zur Verfügung gestellten Zugehörigkeits funktionen angewendet und als Ergebnis erhält man eine Zugehörig keitsfunktion µ_u für die Stellgröße. Eine graphische Darstellung dieser Operation, die üblicherweise als Fuzzy-Reasoning bezeichnet wird, zeigt die weiter unten beschriebene Fig. 8. Die Zugehörig keitsfunktion µ_u wird an die 3. Funktionseinheit 24 weitergeleitet, die daraus durch Mittelwertbildung eine normierte Stellgröße u er zeugt. Aus der normierten Stellgröße u wird eine an das System, in dem der Fuzzy-Regler 14 eingesetzt wird, angepaßte Stellgröße u₂ ermittelt und am Ausgang des Fuzzy-Reglers 14 bereitgestellt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fuzzy-Reglers 14, das zusätzlich Mittel zur Adaption des Fuzzy-Reglers enthält. In dem gestrichelt gezeichneten Block ist der eigentliche Fuzzy-Regler enthalten, außerhalb des Blocks sind Mittel zur Bestimmung einer statischen Regelbasis 32 und von Parametern K₁, K₂ und K₃ an geordnet. Diese Mittel können entweder nur während der Entwicklungs phase des Reglers vorhanden sein oder - falls eine ständige Adaption gewünscht wird - ganz oder teilweise auch während des Einsatzes des Reglers. Der Kern des hier dargestellten adaptiven Fuzzy-Reglers be steht wie der Fuzzy-Regler der Fig. 2 aus den Funktionseinheiten Fuzzyfication 30, Fuzzy-Reasoning 31, 32 und Defuzzyfication 33. Die Anordnung und Funktionsweise derartiger Funktionseinheiten wurde be reits im Text zu Fig. 2 beschrieben. Die Fuzzy-Reasoning-Einheit un terscheidet sich allerdings von der in Fig. 2 dargestellten inso weit, als die Fuzzy-Regeln in einer statischen Regelbasis 32 ausge lagert sind, um die Adaption zu erleichtern. Die in der Regelbasis 32 enthaltenen Regeln werden in Block 31 auf die Zugehörigkeitsfunk tionen angewendet.

In dem in Fig. 3 dargestellten adaptiven Fuzzy-Regler sind 2 Stufen der Adaption vorgesehen. In einer 1. Stufe werden die Eigenschaften des Reglers an ein Einsatzgebiet angepaßt. Dazu wird die statische Regelbasis 32 durch ein Expertenwissen-Modul 34 entsprechend beein flußt. Unter anderem wird die Theorie der strukturvariablen Systeme zur Bildung der Fuzzy-Regeln ausgenutzt. Im Expertenwissen-Modul 34 ist das Fachwissen, das für alle in Frage kommenden Einsatzgebiete relevant ist, enthalten.

In einer 2. Adaptionsstufe erfolgt eine Adaption an eine spezielle Regelstrecke durch die Auswahl geeigneter Parameter zur Beaufschla gung der Ein- und Ausgangssignale des adaptiven Fuzzy-Reglers. Die Regelabweichung e wird in einem Block 35 mit einem Parameter K₁ multipliziert und die so erzeugte normierte Regelabweichung e wird an den Block 30 weitergeleitet. Die zeitliche Ableitung e' der Re gelabweichung wird in einem Block 36 mit einem Parameter K₂ multi pliziert und die so erzeugte normierte zeitliche Ableitung e' der Regelabweichung wird an den Block 30 weitergeleitet. Die von Block 33 ausgegebene normierte Stellgröße u wird in einem Block 37 mit einem Parameter K₃ multipliziert und die so erzeugte Stellgröße u₂ stellt das Ausgangssignal des adaptiven Fuzzy-Reglers dar.

Die Bestimmung der Parameter K₁, K₂ und K₃ wird mittels eines Anpassungs-Moduls 38 durchgeführt. Die für die Anpassung benötigten Daten können entweder manuell mit Hilfe des Expertenwissen-Moduls 34 ermittelt werden oder automatisch durch Bewertung einer Vorhersage für die Regelabweichung mit einem Bewertungs-Modul 39. Die Vorhersa ge der Regelabweichung e(k + i) zur Zeit k + i wird von einem Block 40 zur Zeit k in Kenntnis des Sollwerts w(k + i) und des Istwerts y(k) getroffen.

Bei der Suche nach dem Parameter K₁ wird der Wert der Regelab weichung e bestimmt, ab dem es dem Regler 12 aus Fig. 1 nicht mehr möglich ist, dem Sollwert w zu folgen. Die so bestimmte Regelab weichung e₀ soll nach Multiplikation mit dem Parameter K₁ gerade die Hälfte der maximalen normierten Regelabweichung e_max ergeben. Es gilt also:

K₁ = e_max/2e₀

Zur Bestimmung von K₃ benötigt man die positive und negative Gren ze der Haftreibung F +|s und F -|s. Der Parameter K₃ wird so dimensioniert, daß die Kraft zur Reibungskompensation bei e_max/2 mindestens gleich dem Maximum aus F +|s und F -|s ist:

K₃ ≧ max (2F +|s/e_max, 2F -|s/e_max)

Der Parameter K₂ wird so dimensioniert, daß die Dynamik des Fuz zy-Reglers optimiert wird. Dies läßt sich entweder manuell auf der Basis des Expertenwissen-Moduls 34 oder automatisch durch die oben beschriebene Bewertung einer vorhergesagten Regelabweichung e(k + i) erreichen.

In Fig. 4 sind Zugehörigkeitsfunktionen dargestellt. Um die Zuge hörigkeitsfunktionen zu definieren, werden den Wertebereichen der normierten Regelabweichnug e, der normierten zeitlichen Ableitung e' der Regelabweichung und der normierten Stellgröße u jeweils mehre Kategorien zugeordnet, wobei jede Kategorie die Lage eines Unterbe reichs innerhalb des Wertebereichs qualitativ beschreibt. Die Stärke der Zuordnung jedes einzelnen Werts eines Wertebereichs zu einer Ka tegorie wird durch eine Zugehörigkeitsfunktion festgelegt. Beispiels weise die Stärke der Zuordnung der normierten Regelabweichung e zur Kategorie "negative small" wird durch die mit "NES" bezeichnete Zu gehörigkeitsfunktion µ_e der Fig. 4a beschrieben.

Fig. 4 zeigt Zugehörigkeitsfunktionen für die Kategorien "negative big" (NB), "negative small" (NS), "positive small" (PS) und "posi tive big" (PB). Auf den Abszissen sind die normierten Größen e (Fig. 4a), e' (Fig. 4b) und u (Fig. 4c) jeweils für den Bereich von einem minimalen Wert e_min, e'_min bzw. u, bis zu einem maximalen Wert e_max, e'_max bzw. u_max aufgetragen und auf den Ordinaten die Zugehörigkeitsfunktionen µ_e (Fig. 4a), µ_e' (Fig. 4b) und µ_u (Fig. 4c) für die verschiedenen Kategorien. Die Zugehörigkeitsfunk tionen nehmen jeweils Werte zwischen 0 und 1 an. Der Wert 0 gibt an, daß keine Zugehörigkeit zur betrachteten Kategorie vorliegt und der Wert 1 weist auf eine vollständige Zugehörigkeit hin. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Zugehörigkeitsfunktionen der normierten Regelabweichung e (siehe Fig. 4a) und der normierten zeitlichen Ableitung e' der Regelabweichung (siehe Fig. 4b) für die gleiche Kategorie identisch. Es können prinzipiell aber auch unter schiedliche Zugehörigkeitsfunktionen für jede dieser beiden Größen gewählt werden. Je nach Anwendung können auch andere Funktionsver läufe als die in Fig. 4 dargestellten gewählt werden.

In Fig. 5 ist eine Phasenebene für die normierte Regelabweichung e und die normierte zeitliche Ableitung e' der Regelabweichung darge stellt, die eine besonders effiziente und anschauliche Herleitung der Fuzzy-Regeln zur Bestimmung der normierten Stellgröße u aus der normierten Regelabweichung e und der normierten zeitlichen Ableitung e' der Regelabweichung ermöglicht. Auf der Abszisse ist die normier te Regelabweichung e und auf der Ordinate ist die normierte zeitli che Ableitung e' der Regelabweichung aufgetragen. Die Phasenebene ist in mehrere Gebiete unterteilt, die mit den Buchstaben A bis H bezeichnet sind. Diagonal durch die Phasenebene verläuft die Gerade "e + e' = 0" von links oben nach rechts unten. Die Fuzzy-Regeln werden mit Hilfe der Phasenebene erzeugt, indem jeweils einem Gebiet oder einer Kombination aus mehreren Gebieten der Phasenebene eine Katego rie der normierten Stellgröße u zugeordnet wird.

In Fig. 6 sind die Zuordnungen zwischen den Gebieten der Phasenebene (linke Spalte) und den Kategorien der normierten Stellgröße u (mitt lere Spalte) tabellarisch dargestellt. Aus diesen Zuordnungen erhält man Fuzzy-Regeln (rechte Spalte), indem man die Gebiete der Phasen ebene durch logische Verknüpfungen der Kategorien für die normierte Regelabweichung e und die normierte zeitliche Ableitung e' der Re gelabweichung beschreibt.

Fig. 7 zeigt eine Auflistung von Fuzzy-Regeln (R1 bis R8). Es ist je ein Satz von Regeln für die beiden Bereiche der Phasenebene "e' < -e" (R1 bis R4) und "e' ≦ -e" (R5 bis R8) definiert. Jede Fuzzy-Regel wird von dem Wort "IF" eingeleitet, dem eine Prämisse folgt. Der Prämisse schließen sich das Wort "THEN" und eine Folgerung an. Die Prämisse besteht aus einer Kategorieangabe oder mehreren, durch logische Ope ratoren verknüpften Kategorieangaben für die normierte Regelabwei chung e und/oder die normierte zeitliche Ableitung e' der Regelab weichung. Die Größe, auf die sich die jeweilige Kategorieangabe be zieht, steht dabei zwischen den beiden Kürzeln für die Kategorie, z. B. NEB bedeudet: Die normierte Regelabweichung e ist "negative big". Die Folgerung enthält eine Kategorieangabe für die normierte Stell größe u, z. B. "NUB".

In Fig. 8 ist die Anwendung von Fuzzy-Regeln für die Beispielwerte der normierten Regelabweichung e und e'₀ der normierten zeit lichen Ableitung e' der Regelabweichung dargestellt. Es werden die 4 Fuzzy-Regeln gezeigt, die für den Bereich "e' < -e" der Phasenebene definiert sind (R1 bis R4). Andere Fuzzy-Regeln werden nach dem gleichen Schema angewendet. Im oberen Teil der Fig. 8 sind die Zuge hörigkeitsfunktionen µ_e, µ_e' und µ_u aus Fig. 4 abgebildet. Darun ter ist die Anwendung der Fuzzy-Regeln R1 bis R4 dargestellt, wobei die Anwendung jeder einzelnen Regel von links nach rechts zu lesen ist, mit anderen Worten, die Ergebnisse der Regelanwendungen sind jeweils auf der rechten Seite der Fig. 8 abgebildet. Die Überlage rung der Ergebnisse der Regelanwendungen erfolgt von oben nach unten und führt zum Endergebnis, das rechts unten in Fig. 8 dargestellt ist.

Die Anwendung einer Fuzzy-Regel läuft folgendermaßen ab:
Es werden zunächst die Kategorieangaben der Prämisse (z. B. R3: PE'S AND NES) ausgewertet, indem zu jeder Kategorieangabe am Ort des Bei spielwerts e₀ bzw. e'₀ (vertikale, gestrichelte Linien) der Wert der Zugehörigkeitsfunktion µ_e bzw. µ_e' für die durch die Kategorie angabe bezeichnete Größe e bzw. e' ermittelt wird (schwarze Punkte). Besteht die Prämisse aus mehreren Kategorieangaben, so wird sukzes sive der größte Funktionswert der durch "OR" verknüpften Kategorie angaben bzw. der kleinste Funktionswert der durch "AND" verknüpften Kategorieangaben ausgewählt. Der so bestimmte Funktionswert wird auf die Kategorieangabe der Folgerung (z. B. R3: PUB) übertragen (ge strichelte, horizontale Linien), indem die entsprechende Zugehörig keitsfunktion µ_u der normierten Stellgröße u auf Höhe des Funkti onswerts horizontal abgeschnitten wird, so daß man die in Fig. 8 schraffiert dargestellten Flächen erhält. Bei den Regeln R1 und R2 wurde bei der Höhe Null abgeschnitten, so daß hier keine Flächen üb rig bleiben.

Diese Vorgehensweise wird für jede Regel durchgeführt und anschlie ßend wird die Vereinigungsmenge aller so erhaltenen Zugehörigkeits funktionen µ_u (schraffierte Flächen) der normierten Stellgröße u gebildet. Einen Zahlenwert u₂ für die normierte Stellgröße erhält man durch Mittelung über die durch die Vereinigungsoperation erhal tene Zugehörigkeitsfunktion (schraffierte Fläche) der normierten Stellgröße u (rechts unten dargestellt). Aus u₂ erhält man durch Anpassung an die Regelstrecke mittels des Parameters K₃ (siehe Fig. 3) eine Stellgröße u₂' die der Stellgröße u₁ eines herkömm lichen Reglers überlagert wird (siehe Fig. 1).

Neben dem hier beschriebenen Einsatzgebiet läßt sich die Erfindung in einem Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft zur Ansteuerung eines elektromotorischen oder hydraulischen Stellers einer Vorder- oder Hinterachslenkung oder eines Drosselstellers eines Fahrwerks ein setzen. Auch ein Einsatz außerhalb des Kraftfahrzeugs, z. B. in Werkzeugmaschinen oder Robotern ist möglich.

Claims

1. Verfahren zur Positionierung eines Stellers (16) mittels eines Regelkreises in einem Kraft fahrzeug, wobei eine Regelabweichung (e) zwischen einem Sollwert (w) und einem Istwert (y) ermittelt wird und einem ersten Regler (12), der als konventioneller Regler mit wenigs tens einer der Regelcharakteristiken (P, I, D) ausgeführt ist und eine erste Stellgröße (u1) liefert, als Eingangsgröße zugeführt wird, wobei dem ersten Regler (12) ein zweiter Regler (14) parallel liegt oder zuschaltbar bzw. alternativ einschaltbar ist und der zweite Regler (14) als Fuzzy-Regler realisiert ist, dem zusätzlich zur Regelabweichung (e) die zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung als Eingangsgröße zugeführt wird und der eine zweite Stellgröße (u2) liefert, wobei der Fuzzy-Regler (14) so ausgelegt ist, dass er bei kleinen Re gelabweichungen, bei denen sich Reibungskräfte störend auswirken, eine betragsmäßig gro ße Stellgröße (u2) liefert, während bei sehr großen Regelabweichungen die Stellgröße (u2) des Fuzzy-Reglers im Vergleich zur Stellgröße (u2) bei kleinen Regelabweichungen gering ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei pa ralleler Anordnung der beiden Regler (12, 14) oder bei Zuschaltung des Fuzzy-Reglers (14) die vom konventionellen Regler (12) und vom Fuzzy-Regler (14) ermittelten Stellgrößen (u₁, u₂) additiv über lagert werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Fuzzy-Regler (14) zugeschaltet bzw. alternativ eingeschaltet wird, wenn die Regelabweichung (e) einen wählbaren Wert für eine wählbare Zeitspanne unterschreitet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Fuzzy-Regler (14) durch Änderung der Fuzzy- Regeln an ein Einsatzgebiet angepaßt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangssignale des Fuzzy-Reg lers (14) mit Parametern multipliziert werden und der Fuzzy-Regler (14) durch manuelle oder automatische Änderung dieser Parameter an die Regelstrecke angepaßt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß

- die Wertebereiche der normierten Regelabweichnug (e), der nor mierten zeitlichen Ableitung (e') der Regelabweichung und der normierten Stellgröße (u) jeweils mehren Kategorien zugeordnet werden,
- jede Kategorie die Lage eines Unterbereichs innerhalb des Werte bereichs qualitativ beschreibt,
- für jede Kategorie eine Zugehörigkeitsfunktion bereitgestellt wird, die die Stärke der Zuordnung jedes einzelnen Werts des Wer tebereichs zu dieser Kategorie festlegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuge hörigkeitsfunktionen (µ_e und µ_e') der normierten Regelabweichung (e) und der normierten zeitlichen Ableitung (e') der Regelabweichung

- für eine Kategorie "negative big" von 1 auf 0 absinken, wenn die normierte Regelabweichung (e) bzw. die normierte zeitliche Ablei tung (e') der Regelabweichung den Bereich von einem minimalen Wert (e_min bzw. e'_min) bis 0 durchlaufen,
- für eine Kategorie "negative small" von 0 auf 1 ansteigen, wenn die normierte Regelabweichung (e) bzw. die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung den Bereich vom minimalen Wert (e_min bzw. e'_min) bis 0 durchlaufen,
- für eine Kategorie "positive small" von 1 auf 0 absinken, wenn die normierte Regelabweichung (e) bzw. die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung den Bereich von 0 bis zu einem maximalen Wert (e_max bzw. e'_max) durchlaufen,
- für eine Kategorie "positive big" von 0 auf 1 ansteigen wenn die normierte Regelabweichung (e) bzw. die normierte zeitliche Ablei tung der Regelabweichung (e') den Bereich von 0 bis zum maximalen Wert (e_max bzw. e'_max) durchlaufen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuge hörigkeitsfunktion (µ_u) der normierten Stellgröße (u)

- für eine Kategorie "negative big" zunächst von 0 bis 1 ansteigt und dann wieder auf 0 absinkt, wenn die normierte Stellgröße (u) den Bereich von einem minimalen Wert (u_min) bis 0 durchläuft,
- für eine Kategorie "negative small" von 0 nach 1 ansteigt, wenn die normierte Stellgröße (u) den Bereich von der Hälfte des mini malen Werts (u_min) bis 0 durchläuft,
- für eine Kategorie "positive small" von 1 auf 0 absinkt, wenn die normierte Stellgröße (u) den Bereich von 0 bis zur Hälfte eines maximalen Wertes (u_max) durchläuft, und
- für eine Kategorie "positive big" zunächst von 0 nach 1 ansteigt und dann wieder auf 0 absinkt, wenn die normierte Stellgröße (u) den Bereich von 0 bis zum maximalen Wert (u_max) durchläuft.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Fuzzy-Regler (14) die normierte Stellgröße (u) bestimmt, indem er Fuzzy-Regeln auf die normierte Regelabweichung (e) und die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung anwendet und anschließend die Ergebnisse dieser Regelanwendungen durch Mittelwertbildung überlagert.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß ein 1. Satz von 4 Fuzzy-Regeln angewendet wird, falls die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung größer als das Negative der normierten Regelabweichung (e) ist, wobei

- eine 1. Fuzzy-Regel (R1) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "positive big" ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "posi tive small" ist und eine weitere Bedingung erfüllt ist, wobei diese weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "negative small" oder "positive small" ist,
- eine 2. Fuzzy-Regel (R2) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "positive small" ist, wenn die Regelabweichung (e) "positive small" oder "positive big" ist und eine weitere Bedingung erfüllt ist, wobei diese weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "positive big" ist oder die normierte Regelabweichung (e) "positive big" ist,
- eine 3. Fuzzy-Regel (R3) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "positive big" ist, wenn die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "positiv small" ist und die Regelabweichung (e) "negative small" ist,
- eine 4. Fuzzy-Regel (R4) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "positive small" ist, wenn die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "positive big" ist und eine weitere Bedingung erfüllt ist, wobei diese weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "negative big" oder "negative small" ist,

und ein 2. Satz von 4 Fuzzy-Regeln angewendet wird, falls die nor mierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung kleiner oder gleich dem Negativen der normierten Regelabweichung (e) ist, wobei

- eine 5. Fuzzy-Regel (R5) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "negative big" ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "nega tive small" ist und eine weitere Bedingung erfüllt ist, wobei die weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "negative small" oder "posi tive small" ist,
- eine 6. Fuzzy-Regel (R6) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "negative small" ist, wenn eine erste und eine zweite Bedingung erfüllt sind, wobei die erste Bedingung dann erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "negative small" oder "negative big" ist, und die zweite Bedingung dann erfüllt ist, wenn die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "negative big" ist oder die normierte Regelabweichung (e) "negative big" ist.
- eine 7. Fuzzy-Regel (R7) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "negative big" ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "posi tive small" ist und die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "negative small" ist, und
- eine 8. Fuzzy-Regel (R8) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "negative small" ist, wenn die normierte zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung "negativ big" ist und eine weitere Bedingung erfüllt ist, wobei die weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "positive small" oder "positive big" ist,

11. Vorrichtung zur Positionierung eines Stellers (16) mittels eines Regelkreises in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Mittel (11) zur Bestimmung einer Regelabweichung (e) zwischen einem Sollwert (w) und einem Istwert (y) eines mit der Position des Stellers (16) zusam menhängenden Signals bereitgestellt wird, wobei ein erster Regler (12) bereitgestellt wird, der als konventioneller Regler mit wenigstens einer der Regelcharakteristiken P, I, D ausge führt ist, als Eingangsgröße die Regelabweichung (e) enthält und eine erste Stellgröße (u1) liefert, mit einem zweiten Regler (14) der als Fuzzy-Regler realisiert ist und der dem ersten Regler (12) parallel liegt oder zuschaltbar bzw. alternativ einschaltbar ist, der zusätzlich zur Regelabweichung (e) die zeitliche Ableitung (e') der Regelabweichung als Eingangsgröße erhält und der eine zweite Stellgröße (u2) liefert, der Fuzzy-Regler (14) so ausgestaltet ist, dass er bei kleinen Regelabweichungen, bei denen sich Reibungskräfte störend auswirken, eine betragsmäßig große Stellgröße (u2) liefert, während er bei großen Regelabweichungen vergleichsweise einen kleinen Stellgrößenbetrag liefert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei paralleler Anordnung der beiden Regler (12, 14) oder bei Zuschaltung des Fuzzy-Reglers (14) die vom konventionellen Regler (12) und vom Fuzzy-Regler (14) ermittelten Stellgrößen (u₁, u₂) additiv über lagert und anschließend an den Steller (16) weitergeleitet werden.