EP3781446A1 - Method for actuating a valve, and corresponding device - Google Patents

Method for actuating a valve, and corresponding device

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Publication number
EP3781446A1
EP3781446A1 EP19716873.5A EP19716873A EP3781446A1 EP 3781446 A1 EP3781446 A1 EP 3781446A1 EP 19716873 A EP19716873 A EP 19716873A EP 3781446 A1 EP3781446 A1 EP 3781446A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
signal
drive
control
valve drive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19716873.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Schanzenbach
Andreas Schmidtlein
Frank Haefele
Ruben Obenland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3781446A1 publication Critical patent/EP3781446A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/34—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition
    • B60T8/36—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition including a pilot valve responding to an electromagnetic force
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/4155—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by program execution, i.e. part program or machine function execution, e.g. selection of a program
    • G—PHYSICS
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
    • H01F2007/1866—Monitoring or fail-safe circuits with regulation loop

Definitions

  • Solenoid valves are controlled by means of an electrical voltage, and according to their design so that hydraulic or pneumatic media or mechanical components are controlled or regulated. As more and more demands are placed on these dynamic driving interventions
  • ABS and ESP systems are thus also more and more demands placed on their controller.
  • ABS and ESP systems are thus also more and more demands placed on their controller.
  • the method described herein for driving a valve with a magnetic valve drive through which electrical current is passed to open, close and hold the valve in an open or closed position comprises the steps of: a) receiving an opening signal,
  • the method if it further comprises the following step:
  • step c) in the calculation of the drive signal additionally the current signal received in step b3) is used.
  • Normally solenoid valves are used in brake control systems, which can be described by the behavior of a PTI element (R-L control loop).
  • a control of the solenoid valves This means that an actual current through the solenoid valves is measured and taken into account. This is necessary because there are very different loads depending on the operating conditions. Different loads, for example, by temperature-induced changes in the coil resistance or by
  • the problem is the susceptibility to vibration of a control. Need regulator One or more control cycles to adjust the setpoints. In the
  • controllers should therefore be ensured that they are stable over the series tolerances.
  • an opening signal is first received.
  • An opening signal is a signal which relates to the opening state of the valve. It can be a signal to open or a signal to close the valve.
  • a feedforward signal is determined / calculated.
  • the pilot signal is an estimated, particularly suitable control signal with which the valve drive is controlled.
  • Steps bl) and b2) form a two-stage process for determining the pilot control signal.
  • step b1) a determination is made of an adapted opening signal which is adapted to physical limits of the valve or of the valve drive.
  • step b2) a pre-control signal for pre-controlling an electric current for driving an electric valve drive for opening the valve is determined in response to the adapted opening signal
  • Pre-control can not swing. Thus, at least the stability would be almost independent of the series tolerances.
  • a control is necessary for a control of the valve, because the pilot control can not take into account all possible influences acting on the valve, sufficient.
  • step c) in the calculation of the drive signal additionally the current signal received in step b3) is used.
  • step c) in the calculation of the drive signal, the measured current (measured according to step b3)) and a modeled current (generated according to steps b1) and b2)) which corresponds very well to reality by the feedforward control are preferably compared with each other and a possible deviation in a change of system parameters (resistance) interpreted.
  • System parameters are determined by a deviation between the measured current and the calculated current.
  • the further process steps e) and f) can be described as follows. f) calculating a new set of feedforward system parameters (e.g., resistance).
  • the method steps e) and f) can be carried out before, after or parallel to method step d).
  • step c the pilot signal and the measured electric current signal flow together to under
  • the drive signal is provided to the valve drive.
  • the drive signal may be, for example, an output voltage that is applied to the valve drive.
  • the method is particularly advantageous if the pilot control signal is determined using a valve model.
  • a valve model simulates the behavior of the valve at the respective operating point. With the help of the valve model, the behavior of the valve in response to a drive signal can be predicted.
  • the valve model preferably consists of at least one linear differential equation which describes the time-delayed behavior of the valve on the drive signal. This time-delayed behavior relates in particular to the electric current through the valve drive, which is due to a change in the
  • Control signal changed with a time delay.
  • Delay behavior of the first order of the valve is modeled.
  • a first-order delay behavior is also referred to as PTI behavior.
  • PTI behavior the valve drive can be efficiently modeled as a valve model.
  • a PTI behavior can be simulated simply and cost-effectively in one. It has been found that a sufficiently good prediction of the valve behavior in response to the activation signal is possible by means of a PTI behavior.
  • the valve model may also include multiple delay elements with PTI behavior, which are linked together to simulate valve behavior.
  • the valve model may also include higher order lag elements (PT2, PT3, etc.).
  • Valve drive is modeled. If the valve actuator and the valve model have multiple time constants, these time constants will agree
  • Valve drive and valve model also preferably coincide with each other. It is also possible that the valve drive actually has a higher-order delay behavior, which in particular comprises a plurality of small time constants, and by a PTI element having a longer time constant
  • any other time constants can be stored, especially if the feedforward control
  • one of the time constants stored in the pilot control coincides with the time constant of the "real" valve drive.
  • this time constant is associated with the valve model, which simulates the behavior of the "real" valve drive.
  • the method is particularly advantageous when in the
  • Valve model is an estimate of the inductance of the valve drive is used.
  • Calculation step be re-estimated.
  • the state variable filter is connected upstream of a valve model.
  • the state variable filter is particularly preferred for
  • step bl) to generate the adjusted opening signal is Performing step bl) to generate the adjusted opening signal.
  • the valve model is used to carry out step b2) in order to directly generate the feedforward signal or, in the event that no additional controller is used, also the drive signal.
  • the state variable filter is a control-technical element, which is typically the same order as the controlled system itself. With the help of the state variable filter, it is possible to generate a desired waveform that the route should take (here preferably the opening state of the valve).
  • the state variables which are to be impressed on the line with the aid of the feedforward control are adapted with the state variable filter so that these take into account real physical conditions or in particular also physical limits.
  • Opening signal is, for example, a jump function.
  • the real valve however, can not be opened abruptly due to design-related physical limits. Preference is therefore in step bl) of the
  • State variable filter from the opening signal generates a customized opening signal, which takes into account the physical limits. From an opening signal, which is a jump function from 0 (closed) to 1
  • (Open) corresponds to the state variable filter, for example, generates a 0 to 1 corresponding opening signal, which corresponds to a course of a PT-1 behavior.
  • control device for controlling a valve with an electric valve drive, which for carrying out the
  • Such a control device preferably forms an independent module, which is provided or set up to generate a suitable drive signal for the valve drive in response to an opening signal.
  • Opening signal describes the specification of how the valve should behave and it is usually provided by a higher-level control unit.
  • the control unit discussed here receives the opening signal and furthermore prefers a current signal which represents the actual situation in the valve drive or the current actually present in the valve or in the valve drive.
  • FIG. 8 shows a state variable filter with an actuator limitation
  • FIG. 10 shows a step response behavior corresponding to FIG. 9 in another representation
  • Pilot control 17 and a controller 18 for controlling a distance 24 corresponds to the valve 5 and the valve drive.
  • control unit 13 is formed by the controller 18 and the pilot control 17.
  • An opening signal 8 is from the left to the controller 18 and the
  • the pilot control 17 acts directly on the track 24.
  • the track 24 is monitored by a sensor 19. This can be
  • a current sensor that generates a current signal 10, which is based on the electric current 7, which is considered here as the output of the distance 24. From the current signal 10 and the opening signal 8, a control error 20 is calculated, which serves as input to the controller 18.
  • a control signal 11 for the distance 24 (the valve 5 or the valve drive of the valve 5) is determined from the feedforward signal determined by the feedforward control 17 and the output of the controller 18.
  • the controller block includes the actuator ,
  • the controller 18 is shown in Fig. 3 as part of the overall circuit with.
  • Fig. 3 shows a variant of the control circuit of Fig. 2, wherein like elements are designated here by the same reference numerals.
  • the route 24 is assumed here as PTI element 21.
  • the precontrol here is a combination of state variable filter 23 and inverter 22. Such precontrol is also called predictive feedforward control.
  • the state variable filter 23 calculates a waveform, which may also be called “trajectory”. This signal curve or this trajectory corresponds to a desired course taking into account physical limits which the output variables 7 are to fulfill. With the inverter 22, the trajectory is converted into the actual manipulated variable.
  • FIG. 4 illustrates a pure feedforward control 17 for controlling a section 24 without a controller being provided.
  • a PTI behavior can be described as follows:
  • FIG. 5 shows a diagram of the electrical properties of a valve drive with resistance R, inductance L, applied voltage U and from the voltage resulting current i.
  • R resistance
  • L inductance
  • Fig. 6 The representation of distance and inverter block is shown in Fig. 6, where the feedforward control 17 is shown with the inverter 22 and the state variable filter 23 again. From the state variable filter 23, for example, adapted opening signals 27, which have been detected by the state variable filter 23 from opening signals 8, are passed on to the inverter 22 (step bll). The inverter 22 then performs step b2).
  • Desired behavior sets or that the attitude of the desired behavior is physically possible.
  • the block that does this is the
  • the state variable filter 23 which may also be referred to as a signal generator.
  • the state variable filter 23 has as input a signal y w (t) and calculates the outputs i (t) and so that these
  • This state variable filter 23 is shown in more detail in FIG. 7. If the rule distance has a PTI behavior, can for the
  • State variable filter 23 also PTL behavior can be used.
  • the manipulated variable in this case, the voltage in the vehicle
  • this manipulated variable limit ie the maximum possible voltage
  • the maximum possible voltage of the maximum possible gradients can form a vector, which is considered here as a whole as an adapted opening signal 27.
  • the adapted opening signal 27 may be a vector which relates to several individual variables includes the opening state of the valve. Basically (in all
  • the opening signal 8 may also be a vector which comprises a plurality of individual variables relating to the opening state of the valve.
  • Control concept and the control method described here consisting of state variable filter, inverter block and a route with PTI behavior.
  • Fig. 10 shows the same behavior as Fig. 9. However, Fig. 10 shows, in a straight line, the starting interval of the behavior shown in Fig. 9 in detail.
  • the dynamics can be selectively selected / adapted in situ, so that either very high dynamics or very low dynamics can be predetermined.
  • the targeted setting of low dynamics can for
  • Valve control with pilot control and controller (controller optimized for compensating the control deviation or disturbance variables)
  • Solenoid valves used. It is particularly useful when the
  • Step 1 calculates the desired trajectory of the current.
  • Step 2 calculates the required (drive) voltage for the setpoint trajectory of the current.
  • valve 11 shows the clear structure of real path 24 comprising the valve 5 and the valve 6 and adjacent valve model 12, which is implemented by this implementation in hardware in a control unit 13.
  • the valve model 12 may also be supplemented by a so-called observer, which permanently monitors the real route 24 and matches the valve model 12 and the real route 24.
  • the observer serves to observe the behavior of the path 24, or of the valve 5 or of the valve drive 6.
  • the observer is realized with in the valve model 12.
  • the current deviation is interpreted as a resistance deviation
  • the correction quantity and unit is contained in the amplifier gain K_Observ.
  • the AR is integrated and the term R + AR is formed. Now, by skillful transformation, a fracdidt is calculated which then enters the observer.

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Abstract

The invention relates to a method for actuating a valve (5) with an electromagnetic valve drive (6) through which electric current (7) is conducted to open or close the valve (5) or to hold the valve in an open or closed position, said method having at least the following steps: a) receiving an opening signal (8), b1) determining an adapted opening signal (27) which is adapted to physical limits of the valve or valve drive, and b2) determining a feed-forward signal (9) for feed-forward control of an electric current to drive an electrical valve drive to open the valve in reaction to the adapted opening signal (27), c) calculating an actuation signal (11) for actuating the valve drive using the feed-forward signal (9), and d) outputting the actuation signal (11).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren zum Ansteuern eines Ventils und entsprechende Vorrichtung  Method for driving a valve and corresponding device
Stand der Technik State of the art
Heutige Bremsregelsysteme nutzen elektromechanische Ventile um Today's brake control systems use electromechanical valves
Druckmodulationen in einem ABS oder ESP Eingriff (Fahrdynamik Pressure modulation in an ABS or ESP intervention (driving dynamics
Regeleingriffe) umzusetzen. Die eingesetzten Aktuatoren (zum Beispiel Control interventions) implement. The actuators used (for example
Magnetventile) werden mittels einer elektrischen Spannung angesteuert, und entsprechend ihrem Aufbau werden damit hydraulische oder pneumatische Medien oder auch mechanische Bauteile gesteuert oder geregelt. Da an diese fahrdynamischen Eingriffe immer mehr Anforderungen gestellt werden Solenoid valves) are controlled by means of an electrical voltage, and according to their design so that hydraulic or pneumatic media or mechanical components are controlled or regulated. As more and more demands are placed on these dynamic driving interventions
(Druckstellgüte, Reproduzierbarkeit, Dynamik, Geräusch beim Schalten, etc.) werden damit auch immer mehr Anforderungen an deren Steller gestellt. Ein sehr kritischer Punkt bei ABS- und ESP-Systemen ist unter anderem die (Druckstellgüte, reproducibility, dynamics, noise when switching, etc.) are thus also more and more demands placed on their controller. A very critical point in ABS and ESP systems is the
Bremsperformance (Bremsweg) und bei komfortrelevanten Funktionen das Schaltgeräusch. Je kleiner der Bremsweg werden soll, desto schneller und präziser müssen die Magnetventile Ihren Sollwert erreichen, um die Braking performance (braking distance) and in comfort-relevant functions the switching noise. The smaller the braking distance should be, the faster and more precisely the solenoid valves must reach their nominal value to the
Druckvorgaben des übergeordneten Bremsreglers zu erfüllen. Die Endstufen dieser Ventile werden über geregelte oder ungeregelte Spannungsendstufen betrieben. Pressure specifications of the parent brake controller to meet. The output stages of these valves are operated via regulated or unregulated voltage output stages.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Hier beschrieben werden soll ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils, welches so optimiert ist, dass ein Sollwert sich schnell (hier der Strom im To be described here is a method for driving a solenoid valve, which is optimized so that a setpoint is fast (here the current in
Magnetkreis des Ventils) einstellt, ohne dass ungewollte Überschwinger auftreten und ohne dass das System zu schwingen anfängt, oder dass das Ventil so langsam angesteuert werden kann, dass es möglichst sanft öffnet oder schließt. Das hier beschriebene System ist darüber hinaus robust gegen Quereinflüsse. Zudem ermöglicht das System über einen modellgestützten Ansatz eine relevante Systemgröße (Widerstand der Spule) zu schätzen und sich damit schnell an vorhandene Bedingungen zu adaptieren. Das hier beschriebene Verfahren zum Ansteuern eines Ventils mit einem magnetischen Ventilantrieb, durch welchen elektrischer Strom geleitet wird, um das Ventil zu öffnen, zu schließen und es in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung zu halten, weist folgende Schritte auf: a) Empfangen eines Öffnungssignals, Magnetic circuit of the valve) without unwanted overshoots occur and without the system begins to oscillate, or that the valve can be controlled so slowly that it opens or closes as gently as possible. The system described here is also robust against cross influences. In addition, the system allows a system-based approach to estimate a relevant system size (resistance of the coil) and thus adapt quickly to existing conditions. The method described herein for driving a valve with a magnetic valve drive through which electrical current is passed to open, close and hold the valve in an open or closed position comprises the steps of: a) receiving an opening signal,
bl) Ermitteln eines angepassten Öffnungssignals, welches an physikalische Grenzen des Ventils oder des Ventilantriebs angepasst ist, b1) determining an adapted opening signal which is adapted to physical limits of the valve or of the valve drive,
b2) Ermitteln eines Vorsteuerungssignals zur Vorsteuerung eines elektrischen Stroms zum Antrieb eines elektrischen Ventilantriebs zum Öffnen des Ventils in Reaktion auf das angepasste Öffnungssignal, b2) determining a pilot signal for precontrol of an electric current for driving an electric valve drive for opening the valve in response to the adapted opening signal,
c) Berechnen eines Ansteuerungssignals zur Ansteuerung des Ventilantriebs unter Verwendung des Vorsteuerungssignals, und c) calculating a drive signal for driving the valve drive using the pilot control signal, and
d) Ausgabe des Ansteuerungssignals. d) output of the drive signal.
Besonders bevorzugt ist das Verfahren, wenn es ferner folgenden Schritt umfasst: Particularly preferred is the method, if it further comprises the following step:
b3) Empfangen eines elektrischen Stromsignals, welches einen elektrischen Strom durch den Ventilantrieb repräsentiert, b3) receiving an electrical current signal representing an electric current through the valve drive,
wobei in Schritt c) bei der Berechnung des Ansteuerungssignals zusätzlich das in Schritt b3) empfangene Stromsignal verwendet wird. wherein in step c) in the calculation of the drive signal additionally the current signal received in step b3) is used.
Üblicherweise werden in Bremsregelsystemen Magnetventile verwendet, die durch das Verhalten eines PTl-Gliedes (R-L-Regelkreis) beschreibbar sind. Zusätzlich erfolgt eine Regelung der Magnetventile. Das bedeutet, dass ein Ist- strom durch die Magnetventile gemessen und berücksichtigt wird. Dies ist notwendig, weil je nach Betriebsbedingungen sehr unterschiedliche Lasten vorhanden sind. Unterschiedliche Lasten können beispielsweise durch temperaturbedingte Änderungen des Spulenwiderstandes oder durch Normally solenoid valves are used in brake control systems, which can be described by the behavior of a PTI element (R-L control loop). In addition, a control of the solenoid valves. This means that an actual current through the solenoid valves is measured and taken into account. This is necessary because there are very different loads depending on the operating conditions. Different loads, for example, by temperature-induced changes in the coil resistance or by
Änderungen des Drucks in den Leitungen ausgelöst werden. Änderungen des Drucks in den Leitungen umfassen insbesondere auch Abhängigkeiten des Drucks in den Leitungen, die durch das Ventil geschlossen oder freigegeben werden können. Daher kann der Strom durch das Magnetventil nicht mit einer reinen Steuerung eingestellt werden. Durch eine typische Strom-Regelung ist allerdings eine Rückkopplung in der Ansteuerung der Magnetventile vorhanden. Rückkopplungen bringen prinzipielle Probleme mit sich. Die relevanteste Changes in the pressure in the lines are triggered. In particular, changes in the pressure in the conduits also include dependencies on the pressure in the conduits, which may be closed or released by the valve. Therefore, the current through the solenoid valve can not be adjusted with a pure control. By a typical current control, however, a feedback in the control of the solenoid valves is present. Feedback brings with it fundamental problems. The most relevant
Problematik ist die Schwingungsanfälligkeit einer Regelung. Regler benötigen einen oder mehrere Regelzyklen um die Sollwerte einzuregeln. Bei der The problem is the susceptibility to vibration of a control. Need regulator One or more control cycles to adjust the setpoints. In the
Verwendung von Reglern sollte daher sichergestellt sein, dass diese über die Serientoleranzen stabil sind. Using controllers should therefore be ensured that they are stable over the series tolerances.
In Schritt a) des beschriebenen Verfahrens wird zunächst ein Öffnungssignal empfangen. Ein Öffnungssignal ist ein Signal, welches den Öffnungszustand des Ventils betrifft. Es kann sich um ein Signal zum Öffnen oder um ein Signal zum Schließen des Ventils handeln. In step a) of the described method, an opening signal is first received. An opening signal is a signal which relates to the opening state of the valve. It can be a signal to open or a signal to close the valve.
Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren wird nach dem Empfangen eines Öffnungssignals in Schritt a) und in Schritt bl) und b2) ein Vorsteuerungssignal ermittelt/berechnet. Je nach Art und Gestaltung des Öffnungssignals kann ein anderes Ansteuerungssignals notwendig sein. Das Vorsteuerungssignal ist ein geschätztes, besonders geeignetes Ansteuerungssignal mit welchem der Ventilantrieb angesteuert wird. According to the method described here, after receiving an opening signal in step a) and in step bl) and b2), a feedforward signal is determined / calculated. Depending on the type and design of the opening signal, a different drive signal may be necessary. The pilot signal is an estimated, particularly suitable control signal with which the valve drive is controlled.
Die Schritte bl) und b2) bilden einen zweistufigen Prozess zur Bestimmung des Vorsteuerungssignales. Steps bl) and b2) form a two-stage process for determining the pilot control signal.
In Schritt bl) erfolgt ein Ermitteln eines angepassten Öffnungssignals, welches an physikalische Grenzen des Ventils oder des Ventilantriebs angepasst ist. In step b1), a determination is made of an adapted opening signal which is adapted to physical limits of the valve or of the valve drive.
In Schritt b2) erfolgt ein Ermitteln eines Vorsteuerungssignals zur Vorsteuerung eines elektrischen Stroms zum Antrieb eines elektrischen Ventilantriebs zum Öffnen des Ventils in Reaktion auf das angepasste Öffnungssignal, In step b2), a pre-control signal for pre-controlling an electric current for driving an electric valve drive for opening the valve is determined in response to the adapted opening signal,
Ein Vorteil einer guten Vorsteuerung zu einer Regelung ist, dass die An advantage of a good feedforward to a scheme is that the
Vorsteuerung (für sich genommen) nicht schwingen kann. Damit wäre zumindest die Stabilität nahezu unabhängig von den Serientoleranzen. Zusätzlich ist allerdings für eine Ansteuerung des Ventils auch eine Regelung notwendig, weil die Vorsteuerung nicht sämtliche möglichen Einflüsse, die auf das Ventil wirken, ausreichend berücksichtigen kann. Pre-control (taken alone) can not swing. Thus, at least the stability would be almost independent of the series tolerances. In addition, however, a control is necessary for a control of the valve, because the pilot control can not take into account all possible influences acting on the valve, sufficient.
In Schritt c) erfolgt die Berechnung eines Ansteuerungssignals zur Ansteuerung des Ventilantriebs. In Schritt d) wird das berechnete Ansteuerungssignal ausgegeben - beispielsweise an den Ventilantrieb. Besonders bevorzugt ist das Verfahren, wenn es ferner folgenden Schritt umfasst: In step c), the calculation of a drive signal for controlling the valve drive takes place. In step d), the calculated drive signal is output - for example to the valve drive. Particularly preferred is the method, if it further comprises the following step:
b3) Empfangen eines elektrischen Stromsignals, welches einen elektrischen Strom durch den Ventilantrieb repräsentiert, b3) receiving an electrical current signal representing an electric current through the valve drive,
wobei in Schritt c) bei der Berechnung des Ansteuerungssignals zusätzlich das in Schritt b3) empfangene Stromsignal verwendet wird. wherein in step c) in the calculation of the drive signal additionally the current signal received in step b3) is used.
In Schritt c) wird zusätzlich ein gemessener elektrischer Strom bzw. ein In step c) is additionally a measured electric current or a
Parameter (ein Signal), welches für einen tatsächlich durch den Ventilantrieb fließenden Strom repräsentativ ist, empfangen. Dieser elektrische Storm bzw. dieser Parameter kann gemessen und/oder nur aus anderen Messgrößen berechnet werden. Parameter (a signal), which is representative of a current actually flowing through the valve drive, received. This electrical current or this parameter can be measured and / or calculated only from other measured variables.
In Schritt c) wird bei der Berechnung des Ansteuerungssignals bevorzugt der gemessene Strom (gemessen gemäß Schritt b3)) und eine modellierter Strom (erzeugt gemäß den Schritten bl) und b2)) , welcher durch die Vorsteuerung sehr gut der Realität entspricht, mit einander verglichen und eine mögliche Abweichung in einer Änderung der Systemparameter (Widerstand) interpretiert. In step c), in the calculation of the drive signal, the measured current (measured according to step b3)) and a modeled current (generated according to steps b1) and b2)) which corresponds very well to reality by the feedforward control are preferably compared with each other and a possible deviation in a change of system parameters (resistance) interpreted.
Bevorzugt erfolgt in weiteren Verfahrensschritten e) und f) eine Rückmeldung von Systemparameter an die Vorsteuerung. Wie beschrieben können Preferably, in further method steps e) and f), feedback of system parameters to the precontrol takes place. As described
Systemparameter (wie der Widerstand) durch eine Abweichung zwischen dem gemessenen Strom und dem berechneten Strom bestimmt werden. Bevorzugt können die weiteren Verfahrensschritte e) und f) wie folgt beschrieben werden. f) Berechnen bzw. Schätzen eines neuen Datensatz von Systemparametern der Vorsteuerung (z.B. Widerstand). System parameters (such as the resistance) are determined by a deviation between the measured current and the calculated current. Preferably, the further process steps e) and f) can be described as follows. f) calculating a new set of feedforward system parameters (e.g., resistance).
g) Rückmeldung von neu berechneten bzw. neu geschätzten g) Feedback from newly calculated or newly estimated
Systemparametern (insbesondere des Widerstandes) an die Vorsteuerung, insbesondere um Modellfehler auch in der Vorsteuerung zu  System parameters (in particular of the resistance) to the feedforward control, in particular to model error in the pilot control too
berücksichtigen.  consider.
Die Verfahrensschritte e) und f) können zeitlich vor, nach oder parallel zu Verfahrensschritt d) ausgeführt werden.  The method steps e) and f) can be carried out before, after or parallel to method step d).
Bevorzugt fließen durch die Berechnung in Schritt c) das Vorsteuerungssignal und das gemessene elektrische Stromsignal zusammen, um unter Preferably, by the calculation in step c), the pilot signal and the measured electric current signal flow together to under
Berücksichtigung beider Signale ein besonders geeignetes Ansteuerungssignal zur Ansteuerung des Ventilantriebs zu berechnen. Dieses Ansteuerungssignal wird dann in Schritt d) ausgegeben. Considering both signals a particularly suitable control signal to calculate the control of the valve drive. This drive signal is then output in step d).
Mit einer Ausgabe des Ansteuerungssignals ist bei allen Verfahrensvarianten des hier beschriebenen insbesondere gemeint, dass das Ansteuerungssignal dem Ventilantrieb zur Verfügung gestellt wird. Das Ansteuerungssignal kann beispielsweise eine Ausgangsspannung sein, die an den Ventilantrieb angelegt wird. With an output of the control signal is in all process variants of the described here in particular means that the drive signal is provided to the valve drive. The drive signal may be, for example, an output voltage that is applied to the valve drive.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn das Vorsteuerungssignal mit einem Ventilmodell ermittelt wird. The method is particularly advantageous if the pilot control signal is determined using a valve model.
Ein Ventilmodell bildet das Verhalten des Ventils im jeweiligen Betriebspunkt nach. Mit Hilfe des Ventilmodels kann das Verhalten des Ventils in Reaktion auf ein Ansteuerungssignal prognostiziert werden. Das Ventilmodell besteht bevorzugt aus mindestens einer linearen Differentialgleichung, welche das zeitverzögerte Verhalten des Ventils auf das Ansteuerungssignal beschreibt. Dieses zeitverzögerte Verhalten betrifft insbesondere den elektrischen Strom durch den Ventilantrieb, welcher sich in Folge einer Veränderung des A valve model simulates the behavior of the valve at the respective operating point. With the help of the valve model, the behavior of the valve in response to a drive signal can be predicted. The valve model preferably consists of at least one linear differential equation which describes the time-delayed behavior of the valve on the drive signal. This time-delayed behavior relates in particular to the electric current through the valve drive, which is due to a change in the
Ansteuerungssignal zeitverzögert verändert. Control signal changed with a time delay.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn das Ventilmodell ein Particularly advantageous is the method when the valve model a
Verzögerungsverhalten erster Ordnung des Ventils modelliert. Delay behavior of the first order of the valve is modeled.
Ein Verzögerungsverhalten 1. Ordnung wird auch als PTl-Verhalten bezeichnet. Mit einem PTl-Verhalten kann der Ventilantrieb effizient als Ventilmodell nachempfunden werden. Ein PTl-Verhalten kann einfach und kosteneffizient in einem simuliert werden. Es hat sich heraus gestellt, dass durch ein PTl- Verhalten eine ausreichend gute Prognose des Ventilverhaltens in Reaktion auf das Ansteuerungssignal möglich ist. Das Ventilmodell kann auch mehrere Verzögerungselemente mit PTl-Verhalten beinhalten, welche miteinander verknüpft sind, um das Ventilverhalten nachzubilden. Das Ventilmodell kann auch Verzögerungselemente höherer Ordnung (PT2, PT3, etc.) beinhalten. A first-order delay behavior is also referred to as PTI behavior. With a PTI behavior, the valve drive can be efficiently modeled as a valve model. A PTI behavior can be simulated simply and cost-effectively in one. It has been found that a sufficiently good prediction of the valve behavior in response to the activation signal is possible by means of a PTI behavior. The valve model may also include multiple delay elements with PTI behavior, which are linked together to simulate valve behavior. The valve model may also include higher order lag elements (PT2, PT3, etc.).
Weiterhin bevorzugt ist, wenn eine Zeitkonstante des Ventilmodells mit einer Zeitkonstante des Ventilantriebs übereinstimmt. Durch übereinstimmende Zeitkonstanten von Ventilmodell und Ventilantrieb wird erreicht, dass das Ventilmodell in seinem Verzögerungsverhalten dem It is further preferred if a time constant of the valve model coincides with a time constant of the valve drive. By matching time constants of valve model and valve drive is achieved that the valve model in its deceleration behavior of the
Ventilantrieb nachempfunden ist. Wenn der Ventilantrieb und das Ventilmodell mehrere Zeitkonstanten aufweisen, stimmen diese Zeitkonstanten bei Valve drive is modeled. If the valve actuator and the valve model have multiple time constants, these time constants will agree
Ventilantrieb und Ventilmodell bevorzugt ebenfalls miteinander überein. Es ist auch möglich, dass der Ventilantrieb tatsächlich ein Verzögerungsverhalten höherer Ordnung hat, welches insbesondere mehrere kleine Zeitkonstanten umfasst und durch ein PTl-Element mit einer längeren Zeitkonstante Valve drive and valve model also preferably coincide with each other. It is also possible that the valve drive actually has a higher-order delay behavior, which in particular comprises a plurality of small time constants, and by a PTI element having a longer time constant
approximiert wird. is approximated.
In der Vorsteuerung können allerdings auch beliebige andere Zeitkonstanten hinterlegt sein, insbesondere, wenn die Vorsteuerung einen In the pre-control, however, any other time constants can be stored, especially if the feedforward control
Zustandsvariablenfilter umfasst. Bevorzugt ist, das eine der in der Vorsteuerung hinterlegten Zeitkonstanten mit der Zeitkonstante des„realen“ Ventilantriebs übereinstimmt. Insbesondere diese Zeitkonstante ist dem Ventilmodell zugehörig, welches das Verhalten des„realen“ Ventilantriebs nachbildet. State variable filter. It is preferable that one of the time constants stored in the pilot control coincides with the time constant of the "real" valve drive. In particular, this time constant is associated with the valve model, which simulates the behavior of the "real" valve drive.
Auch besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in dem Ventilmodell eine Schätzung des elektrischen Widerstands des Ventilantriebs genutzt wird. The method is also particularly advantageous if an estimate of the electrical resistance of the valve drive is used in the valve model.
Darüber hinaus besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in dem Moreover, the method is particularly advantageous when in the
Ventilmodell eine Schätzung der Induktivität des Ventilantriebs genutzt wird. Valve model is an estimate of the inductance of the valve drive is used.
Der Widerstand kann sowohl fest hinterlegt werden, als auch in jedem The resistance can be deposited both firmly, and in each
Berechnungsschritt neu geschätzt werden. Je nach dem in welchem Umfeld das Ventil eingesetzt wird, ist es von Vorteil den Widerstand bei jedem Schritt zu schätzen um die Vorsteuerung möglichst effizient zu gestalten. Calculation step be re-estimated. Depending on the environment in which the valve is used, it is advantageous to estimate the resistance at each step in order to make the pilot control as efficient as possible.
Der elektrische Widerstand und die Induktivität des Ventilantriebs definieren ganz wesentlich das Verzögerungsverhalten (PT1- Verhalten) zwischen einer The electrical resistance and the inductance of the valve drive essentially define the deceleration behavior (PT1 behavior) between a
Veränderung des Ansteuerungssignals und dem elektrischen Strom durch den Ventilantrieb. Insofern ist es vorteilhaft die Schätzungen dieser Parameter in dem Ventilmodell zu berücksichtigen. Change of the drive signal and the electric current through the valve drive. In this respect, it is advantageous to consider the estimates of these parameters in the valve model.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in Schritt d) eine Vorsteuerung und ein Regler genutzt werden, um das Ansteuerungssignal zu bestimmen. Außerdem vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in der Vorsteuerung ein inverses PTl-Element angewendet wird. The method is particularly advantageous if, in step d), a pilot control and a controller are used to determine the drive signal. The method is also advantageous if an inverse PTI element is used in the precontrol.
Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in der Vorsteuerung ein Furthermore, the method is advantageous if in the feedforward control
Zustandsvariablenfilter angewendet wird. State variable filter is applied.
Besonders bevorzugt ist der Zustandsvariablenfilter einem Ventilmodell vorgeschaltet. Besonders bevorzugt wird der Zustandsvariablenfilter zur Particularly preferably, the state variable filter is connected upstream of a valve model. The state variable filter is particularly preferred for
Durchführung von Schritt bl) genutzt, um das angepasste Öffnungssignal zu erzeugen. Besonders bevorzugt wird das Ventilmodell zur Durchführung von Schritt b2) genutzt, um das Vorsteuerungssignal bzw. in dem Fall, dass kein zusätzlicher Regler verwendet wird, auch direkt das Ansteuerungssignal zu erzeugen. Performing step bl) to generate the adjusted opening signal. Particularly preferably, the valve model is used to carry out step b2) in order to directly generate the feedforward signal or, in the event that no additional controller is used, also the drive signal.
Der Zustandsvariablenfilter ist eine regelungstechnisches Element, welches typischerweise gleicher Ordnung ist wie die Regelstrecke selbst. Mit Hilfe des Zustandsvariablenfilters ist es möglich, einen gewünschten Signalverlauf zu erzeugen, den die Strecke einnehmen soll (hier bevorzugt der Öffnungszustand des Ventils) . Die Zustandsvariablen, die der Strecke mit Hilfe der Vorsteuerung aufgeprägt werden sollen, werden mit dem Zustandsvariablenfilter so angepasst, dass diese realen physikalischen Gegebenheiten bzw. insbesondere auch physikalischen Grenzen Rechnung tragen. Ein in Schritt a) empfangenes The state variable filter is a control-technical element, which is typically the same order as the controlled system itself. With the help of the state variable filter, it is possible to generate a desired waveform that the route should take (here preferably the opening state of the valve). The state variables which are to be impressed on the line with the aid of the feedforward control are adapted with the state variable filter so that these take into account real physical conditions or in particular also physical limits. One received in step a)
Öffnungssignal ist beispielsweise eine Sprungfunktion. Das reale Ventil kann allerdings aufgrund konstruktionsbedingter physikalischer Grenzen nicht schlagartig geöffnet werden. Bevorzugt wird daher in Schritt bl) von dem Opening signal is, for example, a jump function. The real valve, however, can not be opened abruptly due to design-related physical limits. Preference is therefore in step bl) of the
Zustandsvariablenfilter aus dem Öffnungssignal ein angepasstes Öffnungssignal erzeugt, welches den physikalischen Grenzen Rechnung trägt. Aus einem Öffnungssignal, welches einer Sprungfunktion von 0 (geschlossen) auf 1 State variable filter from the opening signal generates a customized opening signal, which takes into account the physical limits. From an opening signal, which is a jump function from 0 (closed) to 1
(geöffnet) entspricht wird von dem Zustandsvariablenfilter beispielsweise ein von 0 auf 1 entsprechendem Öffnungssignal erzeugt, welches ein Verlauf eines PT-1- Verhaltens entspricht. (Open) corresponds to the state variable filter, for example, generates a 0 to 1 corresponding opening signal, which corresponds to a course of a PT-1 behavior.
Hier auch beschrieben werden soll ein Steuergerät zur Ansteuerung eines Ventils mit einem elektrischen Ventilantrieb, welches zur Durchführung des Here also to be described is a control device for controlling a valve with an electric valve drive, which for carrying out the
beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Die im Zusammenhang mit dem beschriebenen Verfahren geschilderten Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf das beschriebene Steuergerät anwendbar und übertragbar. Gleiches gilt für die im Zusammenhang mit dem beschriebenen Steuergerät geschilderten Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale, die auf das beschriebene Verfahren anwendbar und übertragbar sind. is set up. The advantages and design features described in connection with the method described are applicable to the control unit described and transferable. The same applies to the described in connection with the control unit described advantages and design features that are applicable to the described method and transferable.
Ein solches Steuergerät bildet bevorzugt ein eigenständiges Modul, welches zur Erzeugung eines geeigneten Ansteuerungssignals für den Ventilantrieb als Reaktion auf ein Öffnungssignal vorgesehen bzw. eingerichtet ist. Das Such a control device preferably forms an independent module, which is provided or set up to generate a suitable drive signal for the valve drive in response to an opening signal. The
Öffnungssignal beschreibt die Vorgabe, wie sich das Ventil verhalten soll und es wird üblicherweise von einem übergeordneten Steuergerät bereitgestellt. Das hier behandelte Steuergerät erhält das Öffnungssignal und bevorzugt darüber hinaus ein Stromsignal, welches die tatsächliche Situation in dem Ventilantrieb bzw. den tatsächlich in dem Ventil bzw.in dem Ventilantrieb vorliegenden Strom repräsentiert. Opening signal describes the specification of how the valve should behave and it is usually provided by a higher-level control unit. The control unit discussed here receives the opening signal and furthermore prefers a current signal which represents the actual situation in the valve drive or the current actually present in the valve or in the valve drive.
Hier auch beschrieben werden soll ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren beziehungsweise alle Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Darüber hinaus soll ein Also to be described here is a computer program which is set up to carry out the method or all steps of the method according to one of the preceding claims. In addition, a should
maschinenlesbares Speichermedium vorgestellt werden, auf dem das machine-readable storage medium are presented on which the
Computerprogramm gespeichert ist. Computer program is stored.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen: The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that the figures and in particular the size ratios shown in the figures are only schematic. Show it:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines beschriebenen Ventils, 1 shows a schematic representation of a described valve,
Fig. 2: eine Regelung einer Strecke mit einem Regler und einer Vorsteuerung, 2 shows a control of a route with a controller and a pilot control,
Fig. 3: eine Regelung einer PTl-Strecke mit einem Regler und einer 3 shows a control of a PTL path with a controller and a
Vorsteuerung,  Pilot control,
Fig. 4: eine Steuerung einer Strecke, mit vorgegebenem Signalverlauf yt(t) 4 shows a control of a route, with a predetermined signal curve yt (t)
Fig. 5: ein Beispiel einer zu regelnden Strecke, Fig. 6: einen Invertierer mit einer Strecke, 5 shows an example of a route to be controlled, 6 shows an inverter with a track,
Fig. 7: einen ZustandsvariablenDilter ohne Stellgrößenbegrenzung, 7 shows a state variable filter without command value limitation,
Fig. 8: einen ZustandsvariablenDilter mit Stellerbegrenzung, FIG. 8 shows a state variable filter with an actuator limitation, FIG.
Fig. 9: ein Sprungantwortverhalten mit einer reinen Vorsteuerung (ohne Regler) aber unterschiedlich bedatete Zustandsvariablenfilter, 9 shows a step response behavior with a pure precontrol (without controller) but different condition variable filter,
Fig. 10: ein Fig. 9 entsprechendes Sprungantwortverhalten in einer anderen Darstellung, und FIG. 10 shows a step response behavior corresponding to FIG. 9 in another representation, and FIG
Fig. 11: ein Regelkonzept mit einer Streckenbeobachtung zur Vorsteuerung und Widerstandschätzung. 11 shows a control concept with a route observation for feedforward control and resistance estimation.
Fig. 1 zeigt ein Ventil 5 mit einem Steuergerät 13 zur Ansteuerung dieses Ventils 5. Das Ventil 5 hat einen Fluidblock 14, welcher beispielsweise eine Leitung, eine Engstelle und einen Ventilkörper umfasst, mit welchem das Ventil 5 geöffnet und geschlossen werden kann. Der Fluidblock 14 bzw. insbesondere der Ventilkörper des Fluidblocks 14 werden von einem Ventilantrieb 6 des Ventils 5 gesteuert. Der Ventilantrieb 6 ist insbesondere eine elektrische Spule bzw. ein Elektromagnet, der eine magnetische Kraft ausüben kann, die auf den Fluidblock 14 bzw. 1 shows a valve 5 with a control unit 13 for controlling this valve 5. The valve 5 has a fluid block 14 which comprises, for example, a conduit, a constriction and a valve body with which the valve 5 can be opened and closed. The fluid block 14 or in particular the valve body of the fluid block 14 are controlled by a valve drive 6 of the valve 5. The valve drive 6 is in particular an electrical coil or an electromagnet, which can exert a magnetic force acting on the fluid block 14 or
insbesondere auf einen beweglichen Ventilkörper in dem Fluidblick 14 wirkt, um das Ventil 5 zu öffnen oder zu schließen bzw. allgemein den Öffnungszustand des Ventils 5 zu verändern. in particular acts on a movable valve body in the fluid view 14 in order to open or close the valve 5 or to change the opening state of the valve 5 in general.
Das Steuergerät 13 ist dazu eingerichtet, ein Öffnungssignal 8 zu empfangen. In dem Öffnungssignal 8 ist bevorzugt eine Information enthalten wie der The control unit 13 is configured to receive an opening signal 8. In the opening signal 8 information is preferably included as the
Öffnungszustand des Ventils 5 verändert werden soll. Aus dem Öffnungssignal 8 erzeugt das Steuergerät 13 ein geeignetes Ansteuerungssignal 11, mit welchem der Ventilantrieb in Reaktion auf dieses Öffnungssignal 8 zielgerichtet Opening state of the valve 5 to be changed. From the opening signal 8, the control unit 13 generates a suitable drive signal 11, with which the valve drive in response to this opening signal 8 targeted
angesteuert wird. Um das Ansteuerungssignal 11 geeignet zu erstellen, sind in dem Steuergerät 13 ein Ventilmodell 12 und ein Zustandsvariablenfilter 23 hinterlegt. Weitere Details zur Verknüpfung von Ventilmodell 12 und is controlled. To create the drive signal 11 suitably, a valve model 12 and a state variable filter 23 are stored in the control unit 13. Further details on linking valve model 12 and
Zustandsvariablenfilter 23 sind im Folgenden anhand der weiteren Figuren beschrieben. Das Steuergerät 13 kann darüber hinaus dazu eingerichtet sein, Ventilparameter 15 zu erfassen. Ventilparameter 15 sind gemessene, State variable filters 23 are described below with reference to the further figures. The controller 13 may be further configured to Valve parameter 15 to capture. Valve parameters 15 are measured,
tatsächliche Parameter des Ventilbetriebs. Die Werte solcher Parameter können bei der Erstellung eines geeigneten Ansteuerungssignal 11 berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann das Steuergerät 13 ein Stromsignal 10 empfangen, welches den aktuell durch den Ventilantrieb 6 strömenden Strom repräsentiert. Ein Stromsignal 10 des Ventilantriebs 6 ist ebenfalls sehr vorteilhaft, um geeignete Ansteuerungssignale 11 für den Ventilantrieb 6 zu ermitteln. actual parameters of the valve operation. The values of such parameters may be taken into account when creating a suitable drive signal 11. In addition, the control unit 13 can receive a current signal 10, which represents the current flowing through the valve drive 6 current. A current signal 10 of the valve drive 6 is also very advantageous in order to determine suitable control signals 11 for the valve drive 6.
Fig. 2 zeigt eine allgemeine Darstellung eines Regelkreises mit einer Fig. 2 shows a general representation of a control loop with a
Vorsteuerung 17 und einem Regler 18 zur Steuerung einer Strecke 24. Die Strecke 24 entspricht dem Ventil 5 bzw. dem Ventilantrieb. Durch die Pilot control 17 and a controller 18 for controlling a distance 24. The distance 24 corresponds to the valve 5 and the valve drive. By the
Kombination von Vorsteuerung 17 und Regler 18 wird eine besonders schnelle, effiziente und genaue Regelung der Strecke 24 erreicht. Das in Fig. 1 Combination of feedforward control 17 and controller 18, a particularly fast, efficient and accurate control of the route 24 is achieved. That in Fig. 1
beschriebene Steuergerät 13 wird von dem Regler 18 und der Vorsteuerung 17 gebildet. Ein Öffnungssignal 8 wird von links auf den Regler 18 und die described control unit 13 is formed by the controller 18 and the pilot control 17. An opening signal 8 is from the left to the controller 18 and the
Vorsteuerung 17 aufgeschaltet. Die Vorsteuerung 17 wirkt direkt auf die Strecke 24. Die Strecke 24 wird mit einem Sensor 19 überwacht. Dies kann Feedforward 17 switched. The pilot control 17 acts directly on the track 24. The track 24 is monitored by a sensor 19. This can
beispielsweise ein Stromsensor sein, der ein Stromsignal 10 erzeugt, welches auf dem elektrischen Strom 7 basiert, welcher hier als Ausgangsgröße der Strecke 24 betrachtet wird. Aus dem Stromsignal 10 und dem Öffnungssignal 8 wird ein Regelfehler 20 berechnet, welcher als Eingangsgröße für den Regler 18 dient. Aus dem von der Vorsteuerung 17 ermittelten Vorsteuerungssignal und dem Ausgang des Reglers 18 wird ein Ansteuerungssignal 11 für die Strecke 24 (das Ventil 5 bzw. den Ventilantrieb des Ventils 5) bestimmt.) Hier wird angenommen, dass der Regler-Block das Stellglied mit beinhaltet. For example, be a current sensor that generates a current signal 10, which is based on the electric current 7, which is considered here as the output of the distance 24. From the current signal 10 and the opening signal 8, a control error 20 is calculated, which serves as input to the controller 18. A control signal 11 for the distance 24 (the valve 5 or the valve drive of the valve 5) is determined from the feedforward signal determined by the feedforward control 17 and the output of the controller 18. Here, it is assumed that the controller block includes the actuator ,
Der Regler 18 ist in Fig. 3 als Bestandteil der Gesamtschaltung mit abgebildet.The controller 18 is shown in Fig. 3 as part of the overall circuit with.
Es sind jedoch auch Ausführungsvarianten ohne Regler 18 möglich, However, it is also possible embodiments without controller 18,
insbesondere, wenn die Vorsteuerung ausreichend genau ist bzw. ggf. sogar eine Störgrößenkompensation aufweist, die es ermöglicht, Störgrößen so zu kompensieren, dass eine zusätzliche Regelung nicht mehr notwendig ist. in particular, if the precontrol is sufficiently accurate or if necessary even has a disturbance variable compensation, which makes it possible to compensate disturbance variables in such a way that additional regulation is no longer necessary.
Fig. 3 zeigt eine Variante des Regelkreises aus Fig. 2, wobei gleiche Elemente hier mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Strecke 24 wird hier als PTl-Element 21 angenommen. Die Vorsteuerung ist hier eine Kombination aus Zustandsvariablenfilter 23 und Invertierer 22. Eine solche Vorsteuerung wird auch prädiktive Vorsteuerung genannt. Der Zustandsvariablenfilter 23 berechnet einen Signalverlauf, der auch „Trajektorie“ genannt werden kann. Dieser Signalverlauf bzw. diese Trajektorie entspricht einem Wunschverlauf unter Berücksichtigung physikalischer Grenzen, welche die Ausgangsgrößen 7 erfüllen sollen. Mit dem Inverter 22 wird die Trajektorie in die eigentliche Stellgröße überführt. Fig. 3 shows a variant of the control circuit of Fig. 2, wherein like elements are designated here by the same reference numerals. The route 24 is assumed here as PTI element 21. The precontrol here is a combination of state variable filter 23 and inverter 22. Such precontrol is also called predictive feedforward control. The state variable filter 23 calculates a waveform, which may also be called "trajectory". This signal curve or this trajectory corresponds to a desired course taking into account physical limits which the output variables 7 are to fulfill. With the inverter 22, the trajectory is converted into the actual manipulated variable.
Die Fig 4 verdeutlicht eine reine Vorsteuerung 17 zur Steuerung einer Strecke 24 ohne dass ein Regler vorgesehen ist. Die Bezeichnungen der einzelnen FIG. 4 illustrates a pure feedforward control 17 for controlling a section 24 without a controller being provided. The names of the individual
Elemente entsprechen Fig. 2 und Fig. 3. Elements correspond to FIG. 2 and FIG. 3.
Die Wirkung des Zustandsvariablenfilter 23 soll anhand von Fig. 4 erläutert werden. Für den Zustandsvariablenfilter 23 sind folgende Größen relevant. yw(t) = zeitlicher Sollwertverlauf, den die Ausgangsgröße annehmen soll. Dies entspricht beispielsweise dem Öffnungssignal, The effect of the state variable filter 23 will be explained with reference to FIG. 4. For the state variable filter 23, the following variables are relevant. y w (t) = temporal setpoint curve, which the output variable should assume. This corresponds for example to the opening signal,
yt(£) = zeitlicher Verlauf, den die Ausgangsgröße physikalisch max. annehmen kann, und, dies entspricht beispielsweise dem angepassten y t (£) = time course that the output quantity physically max. and, for example, this corresponds to the adjusted one
Öffnungssignal  opening signal
u(t) = Stellgröße u(t) so dass y(t) = yt(£). Dies entspricht beispielsweise dem Vorsteuerungssignal bzw. dem Ansteuerungssignal u (t) = manipulated variable u (t) such that y (t) = y t (£). This corresponds for example to the pilot control signal or the control signal
Ein PTl-Verhalten kann wie folgt beschrieben werden: A PTI behavior can be described as follows:
Die in den Fig. 2 bis 4 beschriebene Strecke wird für den hier behandelten Fall eines Ventils bzw. eines Ventilantriebs als zu regelnde Strecke in Fig. 5 kurz erläutert. Fig. 5 zeigt ein Diagramm der elektrischen Eigenschaften eines Ventilantriebs mit Widerstand R, Induktivität L, anliegender Spannung U und aus der Spannung resultierendem Strom i. Damit wird die Magnetspule des The route described in FIGS. 2 to 4 is explained briefly in FIG. 5 for the case of a valve or a valve drive treated here as being to be regulated. 5 shows a diagram of the electrical properties of a valve drive with resistance R, inductance L, applied voltage U and from the voltage resulting current i. Thus, the magnetic coil of the
Ventilantriebs elektrisch beschrieben. Die Magnetventilspule kann wie in Fig. 5 dargestellt beschrieben werden. Somit ergibt sich folgende Differentialgleichung: Nun will man u(t) so wählen, dass sich das gewünschte Ausgangsverhalten einstellt. Somit benötigt man einen Block, der als Ausgang das gewünschte Signal u(t) ausgibt um y(t) zu erreichen. Dies wird durch einen Invertierer-Block erreicht, der als Ausgang u(t) hat aber dafür i(t) und - i(t) als Eingangsgrößen Valve drive described electrically. The solenoid valve coil may be described as shown in FIG. This results in the following differential equation: Now one wants to choose u (t) in such a way that the desired output behavior is established. Thus, one needs a block which outputs as output the desired signal u (t) to reach y (t). This is achieved by an inverter block having as output u (t) but i (t) and - i (t) as inputs
benötigt. needed.
Die Darstellung von Strecke und Invertierer-Block ist in Fig. 6 dargestellt, wo die Vorsteuerung 17 mit dem Invertierer 22 und dem Zustandsvariablenfilter 23 nochmal dargestellt ist. Von dem Zustandsvariablenfilter 23 werden an den Invertierer 22 beispielsweise angepasste Öffnungssignale 27 weiter gegeben, die von dem Zustandsvariablienfilter 23 aus Öffnungssignalen 8 ermittelt wurden (Schritt bll). Der Invertierer 22 führt dann Schritt b2) durch. The representation of distance and inverter block is shown in Fig. 6, where the feedforward control 17 is shown with the inverter 22 and the state variable filter 23 again. From the state variable filter 23, for example, adapted opening signals 27, which have been detected by the state variable filter 23 from opening signals 8, are passed on to the inverter 22 (step bll). The inverter 22 then performs step b2).
Es ist nun erforderlich, für ein gewünschtes Ausgangsverhalten y(t) die It is now necessary for a desired output behavior y (t) the
Eingangsgrößen i(t) und so zu berechnen, dass sich dasInput variables i (t) and to be calculated so that the
Wunschverhalten einstellt bzw. das die Einstellung des Wunschverhaltens überhaupt physikalisch möglich ist. Der Block, der dies leistet, ist der  Desired behavior sets or that the attitude of the desired behavior is physically possible. The block that does this is the
beschriebene Zustandsvariablenfilter 23, der auch als Signalgenerator bezeichnet werden kann. Der Zustandsvariablenfilter 23 hat als Eingang ein Signal y w (t) und berechnet die Ausgangsgrößen i(t) und so dass diese described state variable filter 23, which may also be referred to as a signal generator. The state variable filter 23 has as input a signal y w (t) and calculates the outputs i (t) and so that these
direkt in den oben genannten Invertierer-Block eingespeist werden kann. can be fed directly into the above-mentioned inverter block.
Dieser Zustandsvariablenfilter 23 ist in Fig. 7 nochmal detaillierter dargestellt. Wenn die Regel-Strecke ein PTl-Verhalten aufweist, kann für den This state variable filter 23 is shown in more detail in FIG. 7. If the rule distance has a PTI behavior, can for the
Zustandsvariablenfilter 23 auch ein PTl-Verhalten verwendet werden. Die Kreisverstärkung des Zustandsvariablenfilter 23 ist„1“, und die Dynamik des Verhaltens kann über eine Zeitkonstante des Zustandsvariablenfilter 23 „Tau_ZVF“ =„Zeitkonstante des Zustandsvariablenfilter“ festgelegt werden. Nun ist es im Regelfall so, dass die Stellgröße (in diesem Fall die Spannung im Fahrzeug) begrenzt ist. Berücksichtigt man diese Stellgrößenbegrenzung (also die maximal mögliche Spannung) direkt gleich im Zustandsvariablenfilter 23, so bewirkt dies eine Begrenzung der maximalen Gradienten des Stromes. Die maximal mögliche Spannung der maximal möglichen Gradienten können einen Vektor bilden, der hier als Ganzes als angepasstes Öffnungssignal 27 betrachtet wird. Grundsätzlich (in allen Ausführungsvarianten) kann das angepasste Öffnungssignal 27 ein Vektor sein, welcher mehrere Einzelgrößen betreffend den Öffnungszustand des Ventils umfasst. Grundsätzlich (in allen State variable filter 23 also PTL behavior can be used. The loop gain of the state variable filter 23 is "1", and the dynamics of the behavior can be set by a time constant of the state variable filter 23 "Tau_ZVF" = "Time constant of the state variable filter". Now, as a rule, the manipulated variable (in this case, the voltage in the vehicle) is limited. Taking into account this manipulated variable limit (ie the maximum possible voltage) directly equal in the state variable filter 23, this causes a limitation of the maximum gradient of the current. The maximum possible voltage of the maximum possible gradients can form a vector, which is considered here as a whole as an adapted opening signal 27. In principle (in all variants), the adapted opening signal 27 may be a vector which relates to several individual variables includes the opening state of the valve. Basically (in all
Ausführungsvarianten) kann das Öffnungssignal 8 ebenfalls ein Vektor sein, welcher mehrere Einzelgrößen betreffend den Öffnungszustand des Ventils umfasst. Embodiment variants), the opening signal 8 may also be a vector which comprises a plurality of individual variables relating to the opening state of the valve.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines Zustandsvariablenfilters 23, welcher aus dem Öffnungssignal 8 das angepasste Öffnungssignal 27 erzeugt. Bei dieser Variante eines Zustandsvariablenfilters 23 erfolgt eine FIG. 8 shows a further embodiment variant of a state variable filter 23, which generates the adapted opening signal 27 from the opening signal 8. In this variant of a state variable filter 23, a
Stellgrößenbegrenzung, die beispielsweise dem Zweck dient, physikalische Grenzen zu berücksichtigen. In Kombination des Zustandsvariablenfilter 23 mit dem Invertierer-Block bewirkt dies, dass die Stellgrößenbegrenzung maximal ausgenutzt werden kann. Manipulated variable limitation, which serves, for example, the purpose of considering physical limits. In combination with the state variable filter 23 with the inverter block, this has the effect that the manipulated variable limitation can be utilized to the maximum.
Die Verwendung einer Ansteuerung zum Ansteuern eines Ventilantriebs mit Zustandsvariablenfilter 23 ergibt die in Fig. 9 und in Fig. 10 dargestellten Sprungantwortverhalten. Gemäß Fig. 9 und Fig. 10 ist das Antwortverhalten jeweils ohne Verwendung eines Reglers neben der Vorsteuerung simuliert. Zum Vergleich ist jeweils das Verhalten mit einem Regler (3) in den Diagrammen geplottet. The use of a drive for driving a valve drive with state variable filter 23 results in the step response behavior illustrated in FIG. 9 and in FIG. 10. In accordance with FIGS. 9 and 10, the response behavior is simulated in each case without the use of a regulator in addition to the precontrol. For comparison, the behavior is plotted with a controller (3) in the diagrams.
Die Abbildungen Fig. 9 und Fig. 10 zeigen die Ergebnisse eines Figures 9 and 10 show the results of a
Gesamtsystemverhaltens unter Verwendung des hier beschriebenen Overall system behavior using the one described here
Ansteuerkonzeptes und des hier beschriebenen Regelverfahrens bestehend aus ZustandsvariablenDilter, Invertierer-Block und einer Strecke mit PTl-Verhalten. Control concept and the control method described here consisting of state variable filter, inverter block and a route with PTI behavior.
Der obere Teilbereich der Diagramme in den Figuren zeigt jeweils das zeitliche Verhalten der Stellgröße 4 bei verschiedenen Zeitkonstanten des The upper part of the diagrams in the figures shows in each case the temporal behavior of the manipulated variable 4 at different time constants of
Zustandsvariablenfilters. Der untere Teilbereich der Diagramme in den Figuren zeigt die folgenden Signale: State variable filter. The lower part of the diagrams in the figures shows the following signals:
den Sollsprung (1), welcher als Vorgabewert auf das System bestehend aus Vorsteuerung und Strecke aufgegeben wird.  the desired jump (1), which is given as a default value to the system consisting of feedforward control and distance.
den tatsächlichen Verlauf des Stromes (3), der sich als Antwort auf den Sollsprung (1) einstellt. Der Strom (3) wurde hier zum Vergleich der Dynamik geplottet und wurde mit einem Standard PI-Regler geregelt,  the actual course of the current (3), which occurs in response to the desired jump (1). The current (3) was plotted here to compare the dynamics and was controlled with a standard PI controller,
der berechnete Verlauf des Ausgangsstromes (2), der durch Simulation des Systems aus Vorsteuerung und Strecke erreicht wird. Fig. 9 und Fig. 10 zeigt die Darstellung von einer Sprungantwort mit the calculated course of the output current (2), which is achieved by simulation of the system of pilot control and distance. FIGS. 9 and 10 show the representation of a step response
verschiedenen Zeitkonstanten des Zustandsvariablenfilter ohne zusätzlichen Regler. Fig. 10 zeigt das gleiche Verhalten wie Fig. 9. Fig. 10 zeigt allerdings in einer gestreckten Darstellung ein das Startintervall des in Fig. 9 dargestellten Verhaltens im Detail. different time constants of the state variable filter without additional controller. Fig. 10 shows the same behavior as Fig. 9. However, Fig. 10 shows, in a straight line, the starting interval of the behavior shown in Fig. 9 in detail.
Die Darstellung der Sprungantworten soll zeigen, dass mit einer reinen The representation of the step responses should show that with a pure
Vorsteuerung die gleiche Dynamik zum Zeitpunkt des Ansteuerns erreicht wird wie mit einem Ansteuerkonzept mit P-I-Regler, welcher sehr dynamisch ausgelegt ist. Die Kurvenverläufe 4 zeigen jeweils das simulierte Precontrol the same dynamics at the time of driving is achieved as with a control concept with P-I controller, which is designed very dynamic. Curves 4 each show the simulated
Antwortverhalten mit einer Vorsteuerung. Die Kurvenverläufe 3 zeigen jeweils ein real gemessenes Antwortverhalten, welches mit einem PI-Regler erreicht werden kann. Response behavior with a feedforward control. Curves 3 each show a real measured response, which can be achieved with a PI controller.
Man sieht an den Simulationsergebnissen im unteren Plot, dass es möglich ist, durch eine entsprechende Vorsteuerung (Zustandsvariablenfilter und Invertierer der Strecke) die gleiche Dynamik zu erreichen, wie mit einem Regler üblichen Typs ohne Vorsteuerung, der sehr aggressiv ausgelegt ist. Dazu muss die Zeitkonstante am Zustandsvariablenfilter entsprechend gewählt werden. Der große Vorteil der Vorsteuerung ist hier allerdings, dass die vorgesteuerte Ausgangsgröße ohne Überschwinger den Sollwert einstellt. Dies kann mit einem konventionellen Regler mit dieser Geschwindigkeit nicht erreicht werden. It can be seen from the simulation results in the lower plot that it is possible to achieve the same dynamics by means of an appropriate precontrol (state variable filter and inverter of the line), as with a controller of conventional type without feedforward, which is designed to be very aggressive. For this, the time constant on the state variable filter must be selected accordingly. The big advantage of feedforward is here, however, that the pre-controlled output size without overshoot sets the target value. This can not be achieved with a conventional controller at this speed.
Zudem kann bei einem Konzept mit einer Vorsteuerung umfassend einen Zustandsvariablenfilter die Dynamik gezielt situativ gewählt/angepasst werden, so dass entweder sehr hohe Dynamik oder sehr geringe Dynamik vorgegeben werden kann. Das gezielte Einstellen einer geringen Dynamik kann zum In addition, in the case of a concept with a feedforward control comprising a state variable filter, the dynamics can be selectively selected / adapted in situ, so that either very high dynamics or very low dynamics can be predetermined. The targeted setting of low dynamics can for
Erreichen eines geräuschoptimiertem Schaltens von Vorteil sein. Achieving a noise-optimized switching advantageous.
Im oberen Plot der Fig 9 und der Fig. 10 sind verschiedene Stellgrößenverläufe 4 zu erkennen, die den Verlauf der Stellgröße bei verschiedenen Zeitkonstanten des Zustandsvariablenfilter zeigen. Hat der Zustandsvariablenfilter die gleiche Zeitkonstante wie die Strecke selbst, wird der Sprung am Eingang auch als Sprung am Ausgang ausgegeben, allerdings mit der entsprechenden In the upper plot of FIG. 9 and FIG. 10, various manipulated variable courses 4 can be seen which show the progression of the manipulated variable at different time constants of the state variable filter. If the state variable filter has the same time constant as the line itself, the jump at the input is also output as a jump at the output, but with the corresponding one
Verstärkung welche für das Erreichen des Endwertes nötig ist (hier u = R · y w ). Ist die Zeitkonstante des ZVF (mit Berücksichtigung der Stellerbegrenzung) kleiner als die Zeitkonstante der Strecke, so kann am oberen Plot erkannt werden, dass die Stellgröße nahezu automatisch so lange wie benötigt auf dem Maximum des Stellers gehalten wird. Gain which is necessary for reaching the final value (here u = R · yw). If the time constant of the ZVF (taking account of the controller limit) is smaller than the time constant of the distance, it can be recognized at the top plot be that the manipulated variable almost automatically held as long as needed at the maximum of the actuator.
Das hier beschriebene Konzept der Vorsteuerung für Ventilansteuerungen kann insbesondere für Bremsregelsysteme verwendet werden. Bei The concept of pilot control for valve actuators described here can be used in particular for brake control systems. at
Bremsregelsystemen ist es möglich, das Konzept insbesondere für folgende Zwecke zu nutzen: Brake control systems, it is possible to use the concept especially for the following purposes:
Ventilansteuerung mit reiner Vorsteuerung  Valve control with pure pilot control
Ventilansteuerung mit Vorsteuerung und Regler (Regler optimiert für das Ausregeln der Regelabweichung bzw. Störgrößen)  Valve control with pilot control and controller (controller optimized for compensating the control deviation or disturbance variables)
als Ventilansteuerung mit besonderen Anforderungen an den Stromverlauf (Trajektorienplanung des Stromes).  as valve control with special demands on the current flow (trajectory planning of the current).
Darüber hinaus ist dieses Konzept in nahezu allen Anwendungen mit In addition, this concept is used in almost all applications
Magnetventilen einsetzbar. Es bietet sich insbesondere an, wenn die Solenoid valves used. It is particularly useful when the
Anforderungen an die Zeitkonstante der Strecke hoch sind. Requirements for the time constant of the route are high.
Zudem von Vorteil ist die zusätzliche Durchführung der weiter oben Another advantage is the additional implementation of the above
beschriebenen zusätzlichen Verfahrensschritte f) und g). umfassend die described additional process steps f) and g). comprising the
Rückführung des geschätzten bzw. berechneten Systemparameters Return of the estimated or calculated system parameter
(insbesondere des Systemparameters Widerstand). Durch diese zusätzlichen Schritte kann sichergestellt werden, dass sich je nach Auslegung des (in particular the system parameter resistance). These additional steps can ensure that, depending on the design of the
Beobachters der Widerstand innerhalb von wenigen Millisekunden adaptiert. Das bedeutet, dass eine Abweichung des Widerstandes bereits innerhalb eines ABS- Ansteuerzyklus ausgeregelt werden kann. Ein solcher Ansteuerungszyklus hat beispielsweise eine Länge von ca. 200 Millisekunden. Observers adapted the resistor within a few milliseconds. This means that a deviation of the resistance can already be corrected within an ABS activation cycle. Such a drive cycle has, for example, a length of about 200 milliseconds.
Eine linearisierte Umsetzung des dem hier beschriebenen Verfahren zu Grunde liegenden Konzepts in Hardware kann durch folgende Gleichungen beschrieben werden. A linearized implementation of the hardware-based approach underlying the method described herein may be described by the following equations.
Schritt 1 berechnet die Soll-Trajektorie des Stromes. Schritt 2 berechnet die benötigte (Ansteuer-)Spannung für die Solltrajektorie des Stromes. Step 1 calculates the desired trajectory of the current. Step 2 calculates the required (drive) voltage for the setpoint trajectory of the current.
Der Dritte Schritt limitiert die Spannung auf die maximal verfügbare Spannung The third step limits the voltage to the maximum available voltage
Ulun = i / tH i II ) itl . Itl ü.l . ! ) Ul un = i / tH i II ) itl. Itl ü.l. ! )
Der vierte Schritt berechnet nun den maximal möglichen Strom, welcher durch die Begrenzung der Spannung möglich ist. The fourth step now calculates the maximum possible current, which is possible by limiting the voltage.
Da im realen Einsatz aufgrund Toleranzen und Bauteilstreuungen und natürlich auch durch Änderungen der Umgebungsbedingungen, welche nicht alle erfasst werden können, Abweichungen entstehen, empDiehlt sich eine Kombination aus Vorsteuerung und Regler, wie sie insbesondere in Fig. 3 auch dargestellt ist. Since deviations occur in real use due to tolerances and component scattering and of course also due to changes in the environmental conditions, which can not all be detected, a combination of feedforward control and regulator is recommended, as is also illustrated in particular in FIG.
Der hier vorgestellte Regelansatz soll bei einer Ventilansteuerung, wie sie in vielen Anwendungen vorkommt, die Änderungen (Widerstand, Spannung, etc.), welche durch die Vorsteuerung nicht kompensiert werden können, ausregeln.The control approach presented here is to control the changes (resistance, voltage, etc.) that can not be compensated by the pilot control in the case of a valve control, as occurs in many applications.
Im ersten Ansatz wird eine Luenberger- Beobachter- Struktur verwendet, welche jedoch durch eine Widerstandsschätzung ergänzt wird. In the first approach, a Luenberger observer structure is used, which is supplemented by a resistance estimation.
Fig. 11 zeigt die übersichtliche Struktur von realer Strecke 24 umfassend das Ventil 5 und das Ventil 6 und daneben stehendem Ventilmodell 12, die durch diese Umsetzung in Hardware in einem Steuergerät 13 realisiert ist. Das Ventilmodell 12 kann auch durch einen sogenannten Beobachter ergänzt werden, der die reale Strecke 24 permanent überwacht und das Ventilmodell 12 und die reale Strecke 24 in Übereinstimmung bringt. Der Beobachter dient dazu, das Verhalten der Strecke 24, bzw. des Ventils 5 bzw. des Ventilantriebs 6 zu beobachten. Der Beobachter ist mit in dem Ventilmodell 12 realisiert. Im ersten Schritt wird die Stromabweichung als Widerstandsabweichung interpretiert, die Korrekturgröße und Einheit ist im Verstärker-Gain K_Observ enthalten. Im Anschluss wird das AR integriert und der Term R + AR gebildet. Nun wird im weiteren durch geschickte Umformung daraus ein fracdidt berechnet welches dann in den Beobachter mit einDiießt. 11 shows the clear structure of real path 24 comprising the valve 5 and the valve 6 and adjacent valve model 12, which is implemented by this implementation in hardware in a control unit 13. The valve model 12 may also be supplemented by a so-called observer, which permanently monitors the real route 24 and matches the valve model 12 and the real route 24. The observer serves to observe the behavior of the path 24, or of the valve 5 or of the valve drive 6. The observer is realized with in the valve model 12. In the first step, the current deviation is interpreted as a resistance deviation, the correction quantity and unit is contained in the amplifier gain K_Observ. Afterwards the AR is integrated and the term R + AR is formed. Now, by skillful transformation, a fracdidt is calculated which then enters the observer.
Schritt 1: Step 1:
Schritt 2: Step 2:
Schritt 3: Step 3:
R · A i! r r i(i R · A i! r i (i
L R A R l. fl  L R A R l. fl

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Ansteuern eines Ventils (5) mit einem 1. A method for driving a valve (5) with a
elektromagnetischen Ventilantrieb (6), durch welchen elektrischer Strom (7) geleitet wird, um das Ventil (5) zu öffnen, zu schließen oder es in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung zu halten, aufweisend zumindest die folgenden Schritte:  electromagnetic valve drive (6) through which electrical current (7) is passed to open, close or hold the valve (5) in an open or closed position, comprising at least the following steps:
a) Empfangen eines Öffnungssignals (8),  a) receiving an opening signal (8),
bl) Ermitteln eines angepassten Öffnungssignals (27), welches an physikalische Grenzen des Ventils oder des Ventilantriebs angepasst ist, und  bl) determining a matched opening signal (27) which is adapted to physical limits of the valve or the valve drive, and
b2) Ermitteln eines Vorsteuerungssignals (9) zur Vorsteuerung eines elektrischen Stroms zum Antrieb eines elektrischen Ventilantriebs zum Öffnen des Ventils in Reaktion auf das angepasste  b2) determining a pilot signal (9) for the precontrol of an electric current for driving an electric valve drive to open the valve in response to the adapted
Öffnungssignal (27).  Opening signal (27).
c) Berechnen eines Ansteuerungssignals (11) zur Ansteuerung des Ventilantriebs unter Verwendung des Vorsteuerungssignals (9) , und  c) calculating a drive signal (11) for driving the valve drive using the pilot control signal (9), and
d) Ausgabe des Ansteuerungssignals (11).  d) output of the drive signal (11).
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend folgenden Schritt: 2. The method according to claim 1, further comprising the following step:
b3) Empfangen eines elektrischen Stromsignals (10), welches einen elektrischen Strom durch den Ventilantrieb (6) repräsentiert, wobei in Schritt c) bei der Berechnung des Ansteuerungssignals (11) zusätzlich das in Schritt b3) empfangene Stromsignal verwendet wird.  b3) receiving an electrical current signal (10), which represents an electric current through the valve drive (6), wherein in step c) in the calculation of the drive signal (11) additionally the current signal received in step b3) is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Vorsteuerungssignals (9) mit einem Ventilmodell (12) ermittelt wird. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the pilot control signal (9) with a valve model (12) is determined.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ventilmodell ein 4. The method of claim 3, wherein the valve model a
Verzögerungsverhalten erster Ordnung des Ventils modelliert.  Delay behavior of the first order of the valve is modeled.
5. Verfahren nach einem Ansprüche 3 und 4, wobei eine Zeitkonstante des Ventilmodells (12) mit einer Zeitkonstante des Ventilantriebs (6) übereinstimmt. 5. The method according to any one of claims 3 and 4, wherein a time constant of the valve model (12) coincides with a time constant of the valve drive (6).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in dem Ventilmodell (12) ein elektrischer Widerstand des Ventilantriebs geschätzt wird. 6. The method according to any one of claims 3 to 5, wherein in the valve model (12), an electrical resistance of the valve drive is estimated.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei in dem Ventilmodell (12) eine Induktivität des Ventilantriebs geschätzt wird. 7. The method according to any one of claims 3 to 6, wherein in the valve model (12) an inductance of the valve drive is estimated.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) eine Vorsteuerung (17) und ein Regler (18) genutzt werden, um das Ansteuerungssignal (11) zu bestimmen. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step c) a feedforward control (17) and a controller (18) are used to determine the drive signal (11).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in der Vorsteuerung (17) ein inverses PTl-Element (22) angewendet wird. 9. The method according to claim 8, wherein in the feedforward control (17) an inverse PTI element (22) is applied.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei in der Vorsteuerung (17) ein Zustandsvariablenfilter (23) angewendet wird. 10. The method according to claim 8 or 9, wherein in the feedforward control (17) a state variable filter (23) is applied.
11. Steuergerät (13) zur Ansteuerung eines Ventils (5) mit einem 11. Control device (13) for controlling a valve (5) with a
elektrischen Ventilantrieb (6), welches zur Durchführung des  electric valve drive (6), which is used to carry out the
beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.  is set up.
12. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren 12. Computer program, which is set up, the procedure
beziehungsweise alle Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.  or to carry out all steps of the method according to one of the preceding claims.
13. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist. 13. A machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 12 is stored.
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