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DE10062107C1 - Regulation device for electromagnetic actuator uses 3-point regulators for regulating field currents of lifting magnets between which armature of electromagnetic armature is displaced - Google Patents

Regulation device for electromagnetic actuator uses 3-point regulators for regulating field currents of lifting magnets between which armature of electromagnetic armature is displaced

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DE10062107C1
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DE
Germany
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armature
actuator control
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solenoids
controller
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Reinhard Orthmann
Bernhard Wagner
Harald Straky
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Abstract

The regulation device uses a pair of 3-point regulators (61,62) for regulating the field currents for the lifting magnets (13,13s,13o) between which the armature (11) of the electromagnetic actuator (1) is displaced, with a measuring sensor (15) for detecting the actual armature position, coupled to a filter (2) providing a filtered armature stroke signal, armature velocity and armature acceleration, fed to a stroke regulator (3). The latter determines the required magnetic force of each lifting magnet, used for calculation of the corresponding field current via a magnetic force characteristic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a product with the features of the independent claim.

Die insbesondere beim vollvariablen elektromechanischen Ventiltrieb eingesetzten Aktoren arbeiten nach dem Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers und bestehen im wesentlichen aus zwei Hubmagneten, einem Anker (Magnetanker) und zwei Ferdern, wo­ bei beim Einsatz des Aktors in einer elektromechanischen Ventilsteuererung die untere Feder die konventionelle Ventilfeder ist. Gesteuert durch die beiden Hubmagnete und die vorge­ spannten Federn, bewegt sich der Anker zwischen seinen beiden Endlagen hin und her. Bei einer elektromagnetischen Ventilsteuerung sind die beiden Endlagen des Ankers gleichbe­ deutend mit den Ventilpositionen "Ventil offen" und "Ventil geschlossen".The actuators used in particular in the fully variable electromechanical valve train work on the principle of a weakly damped spring-mass transducer and exist essentially consisting of two solenoids, an armature (magnet armature) and two springs, where when using the actuator in an electromechanical valve control, the lower spring is the conventional valve spring. Controlled by the two solenoids and the pre tensioned springs, the anchor moves back and forth between its two end positions. at an electromagnetic valve control, the two end positions of the armature are the same meaningful with the valve positions "valve open" and "valve closed".

Ein Problem bei elektromagnetischen Aktoren ist das sogenannte Einfangen des Ankers an mindestens einer seiner Endpositionen. Der Anker wird in der Regel in seinen Endlagen ge­ gen einen festen Anschlag laufen. Dieser Anschlag ist in der Regel die Polfläche des einfan­ genden Hubmagneten. Auf diese Polfläche setzt die Ankerplatte beim Einfangen des Ankers in seiner Endposition auf. Bei Annäherung der Ankerplatte an die Polfläche des Hubmagne­ ten, d. h. mit kleiner werdendem Luftspalt zwischen Ankerplatte und Polfläche des Hubmag­ neten, wächst die auf den Anker einwirkende Magnetkraft exponentiell an, während die Ge­ genkraft der Rückstellfeder nur linear anwächst, so daß der Anker in seinen Endlagen immer stärker beschleunigt wird und mit zunehmender Geschwindigkeit auf die Polfläche auftrifft. Neben der Geräuschentwicklung kann es hierbei zu Prellvorgängen kommen, d. h. der Anker trifft zunächst auf der Polfläche auf, hebt dann aber zumindest kurzfristig ab, bis er endlich vollständig zur Anlage kommt. Hierdurch kann es zu Beeinträchtigungen der Funktion des an den Aktor angelenkten Stellgliedes kommen, was insbesondere bei Stellgliedern mit hoher Schaltfrequenz, wie z. B. bei Gaswechselventilen von Verbrennungsmotoren, zu erheblichen Störungen führen kann. A problem with electromagnetic actuators is the so-called capture of the armature at least one of its end positions. The anchor is usually in its end positions run against a firm stop. This stop is usually the pole face of the fan lifting solenoids. The anchor plate is placed on this pole face when the anchor is caught in its final position. When the anchor plate approaches the pole face of the lifting magnet ten, d. H. with a decreasing air gap between the anchor plate and the pole surface of the Hubmag neten, the magnetic force acting on the armature increases exponentially, while the Ge force of the return spring only grows linearly, so that the armature always in its end positions is accelerated more and hits the pole face with increasing speed. In addition to the development of noise, bouncing processes can occur. H. the anchor first hits the pole face, but then takes off at least briefly until it finally comes fully to the plant. This can impair the function of the the actuator articulated actuator, which is particularly the case with actuators with high Switching frequency, such as. B. in gas exchange valves of internal combustion engines, too significant Can cause interference.  

In der DE 199 09 109 A1 hat man deshalb ein Verfahren zur Erfassung der Ankerbewegung an einem elektromagnetischen Aktor vorgeschlagen, mit dem die Ankerauftreffgeschwindg­ keit auf die Polfläche des Hubmagneten geregelt werden kann. Der Aktor ist insbesondere zum Antrieb von Gaswechselventilen in Kraftfahzeugen geeignet. In dem Aktor, dessen An­ kerplatte mittels zweier Hubmagneten und zweier Federn zwischen zwei Endpositionen hin und her bewegbar ist, wird mit einem Meßaufnehmer ein von der Ankerbewegung abhängiges Meßsignal gewonnen. Aus dem Meßsignal wird in einer Signalaufbereitungseinheit ein Po­ sitionssignal für die aktuelle Position der Ankerplatte und ein Geschwindigkeitssignal für die aktuelle Geschwindigkeit der Ankerplatte errechnet. Die Signale werden in eine Wegregelung eingespeist, die die aktuellen Systemparameter mit den Sollvorgaben vergleicht und aus dem Vergleich ein Steuersignal für die Stromregler der Hubmagnete ableitet. Durch eine verbes­ serte Ortsauflösung des Meßaufnehmers in der Phase der Annäherung des Ankers an seine Endposition kann eine genauere Regelung der Ankergeschwindigkeit erfolgen, was auch zur Verminderung der Auftreffgeschwindigkeit der Ankerplatte auf die Polfläche des Hubmag­ neten genutzt werden kann. Die Ankerauftreffgeschwindigkeit wird mit unter 0,1 m/s ange­ geben.DE 199 09 109 A1 therefore has a method for detecting the armature movement proposed on an electromagnetic actuator with which the Ankeraufreffgeschwindg speed can be regulated on the pole face of the solenoid. The actuator is special Suitable for driving gas exchange valves in motor vehicles. In the actuator whose type kerplatte between two end positions by means of two solenoids and two springs and can be moved here, a sensor which is dependent on the armature movement becomes Measurement signal obtained. The measurement signal is turned into a Po in a signal processing unit position signal for the current position of the anchor plate and a speed signal for the current speed of the anchor plate is calculated. The signals are used in a path control which compares the current system parameters with the target specifications and from which Comparison derives a control signal for the current regulator of the solenoids. By a verbes Serte spatial resolution of the sensor in the phase of the armature approaching its End position can be more precise control of the anchor speed, which also leads to Reduction of the speed of impact of the anchor plate on the pole face of the Hubmag can be used. The anchor impact speed is given at less than 0.1 m / s give.

Aus der DE 199 22 969 A1 ist in Fortführung der DE 199 09 109 A1 vom selben Anmelder ein Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Ventiltriebs zur Betätigung eines Gaswech­ selventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine angesprochen. Mit einem an den Endlagen der Ankerplatte hochauflösenden Positionssensor wird eine ausschließlich auf niedrigste Ankerge­ schwindigkeit ausgelegte Zwangssteuerung, während der Annäherungsphase der Ankerplatte an ihre Endlage durchgeführt. Diese Zwangssteuerung ist jedoch nur im Bereich niedriger Motordrehzahlen praktikabel und muß bei höheren Drehzahlen abgeschaltet werden (siehe DE 199 22 969 A1, Spalte 5, Zeile 9-10). Gerade bei höheren Drehzahlen ist jedoch der Verschleiß am größten.DE 199 22 969 A1 is a continuation of DE 199 09 109 A1 by the same applicant Method for operating an electromagnetic valve train for actuating a gas exchange valve addressed to a piston internal combustion engine. With one at the end positions of the Anchor plate high-resolution position sensor is used exclusively on the lowest anchorge speed designed positive control during the approach phase of the anchor plate carried out to their end position. However, this forced control is only lower in the area Engine speeds are practical and must be switched off at higher speeds (see DE 199 22 969 A1, Column 5, lines 9-10). However, wear is especially at higher speeds the biggest.

Von der Anmelderin der inhaltlich zusammengehörenden Patentanmeldungen DE 198 50 687 A1, DE 198 34 548 A1, DE 198 32 198 A1 und DE 198 32 196 A1 wurde insbesondere in der DE 198 32 196 A1 bereits ein Verfahren zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators vorgeschlagen, bei dem mit Hilfe eines Beobach­ ter Modells wesentliche Bewegungsgrößen des Aktuators durch vom Beobachter errechnete Schätzwerte ersetzt werden. Eine detailierte Aktorregelung selbst, ist den Dokumenten nicht zu entnehmen. Der Beobachter ist vorzugsweise als erweitertes Kalman-Filter ausgebildet und hat die Aufgabe zwei der drei benötigten Zustandsgrößen zur Charakterisierung des Bewe­ gungszustandes der Ankerplatte, nämlich Geschwindigkeit und Beschleunigung, durch Schätzwerte zu ersetzen. Hierdurch können Geschwindigkeits- und Beschleunigungssensoren eingespart werden. (Vergleiche DE 198 32 198 A1, Spalte 9, Zeile 35-39 und DE 198 32 196 A1, Spalte 7, Zeile 44-52). Um die Schätzwerte an die realen im Aktor vorliegenden Zustände anpassen zu können, verfügt der Beobachter über eine Korrekturfunktion, mittels derer die geschätzten Werte an die gemessenen Werte angeglichen werden können. (Vergleiche DE 198 32 196 A1, Spalte 7, Zeile 52-Spalte 8, Zeile 9) Diese Korrekturfunktion dient der Überprüfung des Aktormodels, das im Beobachter abgelegt ist. Dynamische Störgrößen, die während des Aktorbetriebs auftreten, können weder mit besagtem Beobachter noch mit besagter Korrek­ turfunktion ausgeregelt werden.From the applicant of the patent applications DE 198 50 687 A1, which belong together, DE 198 34 548 A1, DE 198 32 198 A1 and DE 198 32 196 A1 were used in particular in the DE 198 32 196 A1 already describes a method for reducing the impact speed of a Armature of an electromagnetic actuator proposed, with the help of an observer ter model of the main movement variables of the actuator by calculated by the observer Estimates are replaced. A detailed actuator control itself is not in the documents refer to. The observer is preferably designed as an extended Kalman filter and has the task of two of the three state variables required to characterize the movement condition of the anchor plate, namely speed and acceleration To replace estimates. This allows speed and acceleration sensors be saved. (Compare DE 198 32 198 A1, column 9, lines 35-39 and DE 198 32 196 A1, Column 7, lines 44-52). The estimated values for the real conditions in the actuator to be able to adapt, the observer has a correction function by means of which the estimated values can be adjusted to the measured values. (Compare DE 198 32 196 A1, Column 7, line 52-column 8, line 9) This correction function is used for checking of the actuator model that is stored in the observer. Dynamic disturbances that occur during the Actuator operation can occur neither with said observer nor with said correction door function are regulated.

Die Regelung der Hubbewegung entlang einer Weg-Geschwindigkeits-Trajektorie führt im allgemeinen zu verbesserten Ergebnissen in dem Bemühen die Ankerauftreffgeschwindigkeit zu verringern. In beschränktem Umfang können mit dieser Regelstrategie auch Störgrößen verarbeitet werden. Störgrößen, die quasistationär und bewegungshemmend, wie z. B. er­ höhte Dämpfung, Reibung oder Gasgegenkräfte, hervorgerufen durch den Gasgegendruck bei einem an den Aktor angelenkten Gaswechselventils, auf den Ankerflug einwirken, führen bei ihrem Auftreten bei den bekannten Regelstrategien zu keiner erhöhten Ankerauftreffge­ schwindigkeit. Dynamische, bewegungsfördernde Störkräfte jedoch sind mit den bekannten. Regelstrategien nur auszugleichen, wenn sie im Vergleich mit den Zeitkonstanten für die Re­ gelung hinreichend langsam, eben quasistationär, auftreten. Hochdynamische, bewegungsför­ dernde Störgrößen, die während der Annäherung des Ankers in eine seiner Endlagen auftre­ ten, können mit den bekannten Regelstrategien nicht hinreichend schnell verarbeitet und aus­ geglichen werden. Bei Gaswechselventilen, die an einen Aktor angelenkt sind, sind solche hochdynamischen, bewegungsfördernde Störkräfte zum Beispiel in einem Verbrennungsmo­ tor die Luftströmung am Ansaugventil in der Kompressionsphase beim späten Schließen des Einlaßventil. Eine verschlechterte Motorakustik, ein hoher Verschleiß der Ventilsitze, sowie ein sehr schlechtes Fangen des Ankers in den entsprechenden Endpositionen, sind die Folgen.The regulation of the lifting movement along a path-speed trajectory leads in general to improved results in an effort to achieve anchor strike speed to reduce. With this control strategy, disturbance variables can also be used to a limited extent are processed. Disturbances that are quasi-stationary and motion-inhibiting, such as B. he increased damping, friction or gas counter forces caused by the gas back pressure a gas exchange valve articulated on the actuator, which acts on the anchor flight, lead to their occurrence in the known control strategies to no increased anchor meeting speed. Dynamic, movement-promoting disturbing forces, however, are known with the. Compensate control strategies only if they compare with the time constants for the re Sufficiently slow, quasi-stationary. Highly dynamic, dynamic interfering variables that occur during the approach of the armature in one of its end positions ten, cannot be processed and processed sufficiently quickly with the known control strategies be compared. With gas exchange valves that are articulated to an actuator, such are  highly dynamic, movement-promoting disturbing forces, for example in a combustion engine Tor the air flow at the intake valve in the compression phase when the valve is closed late Inlet valve. A deteriorated engine acoustics, a high wear of the valve seats, as well The consequences are a very bad catching of the anchor in the corresponding end positions.

Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe eine Aktorregelung anzugeben, die auch hochdynamische Störkräfte auszuregeln vermag, selbst wenn diese Störkräfte bei der Annäherung des Aktors in eine seiner Endlagen in bewegungsfördernder Weise auftreten.Starting from the previously described state of the art, the inventive method emerges The task is to specify an actuator control system that also regulates highly dynamic interference forces capable, even if these disturbing forces when the actuator approaches one of its end positions occur in a movement-promoting manner.

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

Die Lösung gelingt mit einer Aktorregelung für einen elektromagnetischen Aktor, der nach dem Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers arbeitet und zwischen des­ sen beiden Hubmagneten sich ein Anker, angetrieben durch die beiden Hubmagnete und die vorgespannten Federn des Feder-Masse-Schwingers, zwischen seinen beiden Endlagen hin und her bewegt, umfassend:
The solution is achieved with an actuator control for an electromagnetic actuator that works on the principle of a weakly damped spring-mass oscillator and an armature between the two lifting magnets, driven by the two lifting magnets and the preloaded springs of the spring-mass oscillator, moved back and forth between its two end positions, comprising:

  • - zwei Dreipunktregler zur Regelung der Feldströme in den beiden Hubmagneten,- two three-point controllers for regulating the field currents in the two solenoids,
  • - einen Meßwertaufnehmer zur Positionsbestimmung des Ankers und zur Erzeugung eines Positionssignals als Maß für die aktuelle Position des Ankers,- A transducer for determining the position of the armature and for generating a Position signal as a measure of the current position of the anchor,
  • - ein Zustandsvariablenfilter zur Berechnung von Zustandsvariablen des Ankers umfassend ein gefiltertes Ankerhubsignal, die Ankergeschwindigkeit und die Ankerbeschleunigung,- Including a state variable filter for calculating state variables of the armature a filtered armature stroke signal, armature speed and armature acceleration,
  • - einen Hubregler, der als PI-Regler ausgebildet ist und der aus den Zustandsvariablen des Ankers und einer vorgegebenen Sollposition des Ankers die aktuell notwendige Soll-Magnet­ kraft für die Hubmagnete berechnet,- A stroke controller, which is designed as a PI controller and which is based on the state variables of the Armature and a predetermined target position of the armature, the currently required target magnet force calculated for the solenoids,
  • - ein Auswahlglied, das die Soll-Magnetkraft einem Hubmagneten zuordnet,A selection element which assigns the target magnetic force to a lifting magnet,
  • - eine nichtlineare Kompensation, die aus der Soll-Magnetkraft über ein die Hubmagnete cha­ rakterisierendes Magnetkraftkennfeld den der Soll-Magnetkraft entsprechenden Soll- Feldstrom berechnet,- A nonlinear compensation, the cha from the target magnetic force via a solenoid characterizing magnetic force map the target magnetic force corresponding to the target magnetic force  Field current calculated,
  • - je einen Stromsensor für jeden der beiden Hubmagnete zur Messung der aktuellen Spulen­ ströme in den Hubmagneten,- One current sensor for each of the two solenoids for measuring the current coils currents in the solenoids,
  • - einen Beobachter, der aus der Ankerbeschleunigung und den aktuellen, gemessenen Spulen­ strömen je einen Soll-Feldstrom für jeden der beiden Hubmagneten berechnet,- An observer, which consists of the armature acceleration and the current, measured coils a target field current is calculated for each of the two solenoids,

wobei,
die vom Beobachter berechneten Soll-Feldströme, die gemessenen Spulenströme und die von der nichtlinearen Kompensation berechneten Soll-Feldströme jeweils als Eingangsgrößen an die beiden Dreipunktregler angelegt sind und in den Dreipunktreglern aus diesen Eingangs­ größen eine Ausgangsspannung eingeregelt wird und diese Ausgangsspannung an die Hub­ magnete angelegt ist.
in which,
The target field currents calculated by the observer, the measured coil currents and the target field currents calculated by the non-linear compensation are each applied as input variables to the two three-point controllers and an output voltage is regulated in the three-point controllers from these input variables and this output voltage is applied to the lifting magnets is.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:
Die Aktorregelung ermöglicht zuverlässig ein weiches Landen der Magnetankerplatte auf der Ankergegenplatte bzw. dem entsprechenden Magnetjoch der Hubmagneten auch dann, wenn hochdynamische Störkräfte auf den Ankerflug einwirken. Die Auftreffgeschwindigkeiten liegen unter 0,02 m/s.
The main advantages of the invention are as follows:
The actuator control reliably enables the magnetic armature plate to land softly on the armature counterplate or the corresponding magnetic yoke of the lifting magnets even when highly dynamic interference forces act on the armature flight. The impact speeds are below 0.02 m / s.

Störkräfte, die auf den Ankerflug in bewegungsfördernder Weise einwirken, wie eventuell auftretende Saugkräfte durch Gaskräfte infolge des Gemischwechsels in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, können wirksam und zuverlässig ausgeregelt werden.Interference forces that act on the anchor flight in a movement-promoting manner, such as possibly suction forces due to gas forces due to the mixture change in a cylinder Internal combustion engine, can be regulated effectively and reliably.

Ein Beobachter erfaßt die Spulenströme durch die beiden Hubmagnete des Magnetankers und die aktuelle Beschleunigung des Hubankers. Durch die Spulenströme in den Hubmagneten wird die auf den Ankerflug einwirkende Magnetkraft und damit dessen Beschleunigung be­ stimmt. Die Magnetfeldverteilung wird hierbei für jeden Aktor experimentell ermittelt und in einem rechnergestützten Modell in Form eines sogenannten Zustandsraumentwurf abgebildet. Zu einer vorgegebenen und bekannten Magnetfeldverteilung ist daher auch die daraus resul­ tierende Beschleunigung des Magnetankers bekannt. Ein elektromagnetischer Aktor läßt sich daher modellgestützt in Form eines Zustandsraumes mit den Parametern Ankerbeschleuni­ gung, Spulenstrom des Schließermagneten und Spulenstrom des Öffnermagneten rechnerisch abbilden und in Form eines Softwareprogrammes in einem Mikrocontroller auf dem Beob­ achter implementieren. Entspricht die aktuelle Beschleunigung nicht dem aus dem Zustands­ raum zu erwartenden Wert für die Beschleunigung so wird von dem Beobachter eine Kor­ rektur für die Spulenströme berechnet und diese korrigierten Spulenströme ifS_beob, ifO_beob über Summationsglieder direkt auf den Eingang der beiden Dreipunktregler für die Hubmag­ neten für den Ankerflug gegeben, d. h. ohne den kompletten Regelkreis zu durchlaufen. Der Hubregler, das Auswahlglied und die nichtlinerare Kompensation werden von den korrigier­ ten Spulenströmen des Beobachters umgangen. Hierdurch ist es möglich Abweichungen in der Ankerbeschleunigung, hervorgerufen durch Störkräfte, sehr schnell auszuregeln, ohne daß der komplette Regelkreis mit der damit verbundenen Zeitverzögerung durchlaufen werden muß.An observer detects the coil currents through the two lifting magnets of the armature and the current acceleration of the armature. The coil currents in the solenoids determine the magnetic force acting on the anchor flight and thus its acceleration. The magnetic field distribution is determined experimentally for each actuator and mapped in a computer-based model in the form of a so-called state space design. For a given and known magnetic field distribution, the resulting acceleration of the magnet armature is therefore known. An electromagnetic actuator can therefore be model-based in the form of a state space with the parameters armature acceleration, coil current of the closing magnet and coil current of the opening magnet, and can be implemented in the form of a software program in a microcontroller on the observer. If the current acceleration does not correspond to the value for the acceleration to be expected from the state space, the observer calculates a correction for the coil currents and these corrected coil currents i fS_beob , i fO_beob via summation elements directly to the input of the two three-point controllers for the lifting magnets given for the anchor flight, ie without going through the complete control loop. The stroke regulator, the selection element and the non-linear compensation are bypassed by the corrected coil currents of the observer. This makes it possible to correct deviations in the armature acceleration caused by disturbing forces very quickly without having to go through the complete control loop with the associated time delay.

Der modellgestützte Zustandsraum ist in Form eines Softwareprogramms auf einem Mikrocontroller des Beob­ achters implementiert. Durch Austausch des Softwareprogramms kann die Aktorregelung auf verschiedene Ak­ toren oder auf verschiedene an den Aktor angelenkte Stellglieder angepaßt werden, z. B. auf verschiedene Mag­ netventile unterschiedlicher Verbrennungsmotoren. Die übrigen Bestandteile des Regelkreises, wie das Zustandsvariablenfilter, die Hubregler, das Auswahlglied, die beiden Dreipunktregler u. s. w. sind vorteilhafter­ weise als Hardware realisiert. Hierdurch brauchen die übrigen Bestandteile des Regelkreises bei einer Anpas­ sung an eine neue Anwendung nicht verändert werden. Auch können die vorgenannten Hardwarebestandteile in einer vorteilhaften Ausführungsform als analoge Hardwarebestandteile ausgeführt sein. Analoge Hardwarebe­ standteile benötigen keine Rechenleistung, was insbesondere hinsichtlich einer höheren Regelgeschwindigkeit Vorteile bietet.The model-based state space is in the form of a software program on a microcontroller of the observ implemented aft. By replacing the software program, the actuator control can be set to different Ak gates or be adapted to various actuators articulated to the actuator, e.g. B. on different mag net valves of different internal combustion engines. The rest of the loop, like that State variable filter, the stroke regulator, the selection element, the two three-point regulator u. s. w. are more advantageous wisely implemented as hardware. As a result, the remaining components of the control loop need to be adjusted not be changed to a new application. The aforementioned hardware components in an advantageous embodiment can be designed as analog hardware components. Analog hardware Components do not require any computing power, which is particularly true with regard to a higher control speed Offers advantages.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen darge­ stellt und näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated below with reference to drawings provides and explained in more detail. Show it:  

Fig. 1 schematisch die Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Aktorregelung, Fig. 1 shows schematically the overall structure of the Aktorregelung invention,

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

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

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

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

Die drei rechnerisch gebildeten Zustandsvariablen für die Ankerposition, die Ankerge­ schwindigkeit und die Ankerbeschleunigung werden dem Hubregler 3 zugeführt. Der Hub­ regler 3 ist realisiert als PI-Zustandsregler (Proportional Integral Zustandsregler) mit vier ein­ stellbaren Regelparametern ri, r1, r2, r3. Mit den Regelparametern werden die zu beeinflus­ senden Aufgabengrößen des Gesamtsystems gezielt verstärkt. Dazu werden vorzugsweise analoge Operationsverstärker eingesetzt. Die Regelparameter des Hubreglers 3 werden für den jeweiligen Aktor, der mit der Aktorregelung geregelt werden soll, über einen modellge­ stützten Zustandsraumentwurf ermittelt und enthalten die wichtigsten Informationen über das dynamische Verhalten des Aktors, wie z. B. Massenträgheit, Federsteifigkeit, Dämpfung, Zeitkonstanten usw. Dieser Zustandsraumentwurf ist in dem Hubregler in Form eines Softwareprogramms auf einem Mikrocontroller implementiert. Die Auswahl der Regelpara­ meter erfolgt mit Vorteil derart, daß das geregelte Gesamtsystem, also im wesentlichen der Ankerflug des Magnetankers bei Annäherung an die Endlagen des Magnetankers, frei von Überschwingvorgängen ist. Überschwingvorgänge würden zu einem mehrfachen Aufsetzen des Magnetankers in seiner Endposition führen. Um dieses Überschwingen zu vermeiden, wird der Magnetanker asymptotisch in seine Endposition geführt. Die asymptotische Annähe­ rung des Magnetankers in seine Endposition wird mit einem Hubregler realisiert, dessen Reglerparameter ri, r1, r2, r3 beispielsweise so gewählt werden, daß das Gesamtsystem ein Verzögerungsverhalten 4-ter Ordnung mit einem 4-fachen Pol in der Soll-Zeitkonstanten Tsoll des geregelten Gesamtsystems aufweist. Die Soll-Zeitkonstante bleibt ein frei wählbarer Pa­ rameter und ermöglicht im Rahmen des Regler-Grundentwurfs eine Adaption der Gesamtre­ gelung auf die jeweiligen an den Aktor gestellten Anforderungen hinsichtlich dessen zeitli­ chem Verhalten.The three arithmetically formed state variables for the armature position, the armature speed and the armature acceleration are fed to the stroke regulator 3 . The stroke controller 3 is implemented as a PI status controller (proportional integral status controller) with four adjustable control parameters r i , r 1 , r 2 , r 3 . With the control parameters, the task parameters of the overall system to be influenced are specifically strengthened. Analog operational amplifiers are preferably used for this. The control parameters of the stroke controller 3 are determined for the respective actuator, which is to be controlled with the actuator control, via a model-based state space design and contain the most important information about the dynamic behavior of the actuator, such as, for. B. inertia, spring stiffness, damping, time constants etc. This state space design is implemented in the stroke controller in the form of a software program on a microcontroller. The selection of the control parameters is advantageously carried out in such a way that the controlled overall system, ie essentially the armature flight of the magnet armature when approaching the end positions of the magnet armature, is free from overshoot processes. Overshoots would result in the magnetic armature being placed in its end position several times. In order to avoid this overshoot, the magnet armature is moved asymptotically to its end position. The asymptotic approach of the magnet armature to its end position is realized with a stroke controller whose controller parameters r i , r 1 , r 2 , r 3 are selected, for example, so that the overall system has a 4th order deceleration behavior with a 4-fold pole in the desired time constant T set having the controlled overall system. The target time constant remains a freely selectable parameter and, within the framework of the basic controller design, enables the overall control to be adapted to the respective requirements of the actuator with regard to its temporal behavior.

Für eine Aktorregelung eines elektromagnetischen Ventiltriebs für Gaswechselventil haben sich für die Verstärkung der Aufgabengrößen des Hubreglers 3 folgende Regelparameter als vorteilhaft erwiesen:
For an actuator control of an electromagnetic valve train for gas exchange valve, the following control parameters have proven to be advantageous for amplifying the task variables of the stroke controller 3 :

Darin sind:
m: Ankermasse + Ventilmasse
Tred: größte Summenzeitkonstante beider Hubmagnete
d: Dämpfungskoeffizient
c: resultierende Federkonstante
λ = -1/Tsoll: Soll-Eigenwert (Polstelle) des geregelten Systems
Tsoll: Soll-Zeitkonstante des geregelten Systems
In it are:
m: anchor mass + valve mass
T red : largest total time constant of both solenoids
d: damping coefficient
c: resulting spring constant
λ = -1 / T to: target eigenvalue (pole) of the controlled system
T set: target time constant of the controlled system

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

Der Hubregler 3 zeichnet sich als PI-Zustandsregler durch seine Robustheit gegenüber verän­ derlichen. Systemparametern, wie Reibung, Dämpfung oder zeitvarianten Zeitkonstanten des elektromagnetischen Teilsystems, und auftretenden Störgrößen, wie Strömungskräfte in ei­ nem Gaswechselventil, aus. Aus den Systemzuständen des Aktors 1, gegeben durch Ankerpo­ sition, Ankergeschwindigkeit und Ankerbeschleunigung sowie aus der Anker-Soll-Position x_soll berechnet der Hubregler 3 aus dem Zustandsraumentwurf des Aktors die augenblick­ lich am Anker notwendige Magnetkraft, die Soll-Magnetkraft FM_Soll, zur asymptotischen und schnellen Einregelung der Anker-Soll-Position x_soll. Diese Soll-Magnetkraft FM_soll wird als Ausgangsgröße des Hubreglers auf den Eingang eines Auswahlgliedes 4 gegeben. Da beide Hubmagnete des Aktors prinzipbedingt nur Anziehungskräfte erzeugen können, muß die Soll-Magnetkraft durch das Auswahlglied 4 je einem Hubmagneten zugeordnet werden. Das Auswahlglied 4 arbeitet nach folgendem Auswahlkriterium:
Wenn die Soll-Magnetkraft FM_soll < 0, Dann wird der Schließermagnet angesteuert.
Wenn die Soll-Magnetkraft FM_soll < 0, Dann wird der Öffnermagnet angesteuert.
Wenn die Soll-Magnetkraft FM_soll = 0, Dann wird kein Hubmagnet angesteuert.
The stroke controller 3 is characterized as a PI state controller by its robustness against changeable. System parameters, such as friction, damping or time-variant time constants of the electromagnetic subsystem, and occurring disturbance variables, such as flow forces in a gas exchange valve. From the system states of the actuator 1 , given by armature position, armature speed and armature acceleration, as well as from the armature target position x_soll, the stroke controller 3 calculates the magnetic force required at the armature, the target magnetic force F M_Soll , for asymptotic from the state space design of the actuator and rapid adjustment of the anchor target position x_soll. This target magnetic force F M_soll is given as the output variable of the stroke controller to the input of a selection element 4 . Since both lifting magnets of the actuator can only generate attractive forces, the target magnetic force must be assigned to a lifting magnet by the selection element 4 . The selection element 4 works according to the following selection criterion:
If the target magnetic force F M_soll <0, then the closer magnet is activated .
If the target magnetic force F M_soll <0, then the opening magnet is activated.
If the target magnetic force F M_soll = 0, then no lifting magnet is activated .

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

Die Aufgabegröße der beiden Dreipunktregler 61, 62 ist jeweils die Differenz zwischen dem jeweiligen Soll-Feldstrom ifS_soll, bzw. ifO_soll und einer mit Regelparametern Ki, Kif gewich­ teten Summe aus gemessenem Spulenstrom iS_mess, iO_mess und von einem Beobachter berech­ netem Spulenstrom ifO_beob, ifS_beob.The task variable of the two three-point controllers 61 , 62 is in each case the difference between the respective target field current i fS_soll , or i fO_soll and a sum of measured coil current i S_mess , i O_mess weighted with control parameters K i , K if and calculated by an observer net coil current i fO_beob , i fS_beob .

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

Analog wird für den Dreipunktregler 61 verfahren, der den Schließermagneten 13S regelt. Auch hier wird der im Schließermagneten gemessene Spulenstrom iS_mess reglereingangsseitig mit einem einstellbaren Reglerparameter Ki verstärkt. Ein vom nichtlinearen Beobachter be­ rechneter, korrigierter Spulenstrom ifs_beob für den Schließermagneten wird ebenfalls ein­ gangsseitig mit einem einstellbaren Reglerparameter Kif verstärkt. Der gewichtete, gemessene Spulenstrom und der gewichtete, berechnete, korrigierte Spulenstrom werden in einem Sum­ mationsglied 611 summiert und das Summensignal in einem weiteren Summationsglied 612 vom Soll-Feldstrom ifS_soll subtrahiert.The same procedure is followed for the three-point controller 61 , which controls the NO magnet 13 S. Here, too, the coil current i S_mess measured in the make magnet is amplified on the controller input side with an adjustable controller parameter K i . A corrected coil current i fs_beob calculated by the nonlinear observer for the make magnet is also amplified on the input side with an adjustable controller parameter K if . The weighted, measured coil current and the weighted calculated corrected coil current are mationsglied in a Sum summed 611 and the sum signal is subtracted in a further summing circuit 612 from the target field current i FS_soll.

Die Reglerparameter Ki, Kif sind vorzugsweise als einstellbare analoge Operationsverstärker realisiert und ermöglichen eine Adaption des Reglerverhaltens. Die praktischen Einstellwerte für die Operationsverstärker und damit für die Reglerparameter Ki. Kif müssen in Abhängigkeit von dem Einsatzzweck der Aktorregelung jeweils in Versuchen ermittelt und eingestellt werden.The controller parameters K i , K if are preferably implemented as adjustable analog operational amplifiers and enable the controller behavior to be adapted. The practical setting values for the operational amplifiers and thus for the controller parameters K i . Depending on the purpose of the actuator control, K if must be determined and set in tests.

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

Claims (10)

1. Aktorregelung für einen elektromagnetischen Aktor (1), der nach dem Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers arbeitet und zwischen dessen beiden Hubmagneten (13, 13S, 13o) sich ein Anker (11), angetrieben durch die beiden Hubmag­ neten und die vorgespannten Federn (14, 14S, 14o) des Feder-Masse-Schwingers, zwi­ schen seinen beiden Endlagen hin und her bewegt, umfassend:
zwei Dreipunktregler (61, 62) zur Regelung der Feldströme in den beiden Hubmagne­ ten,
einen Meßwertaufnehmer (15) zur Positionsbestimmung des Ankers (11) und zur Er­ zeugung eines Positionssignals als Maß für die aktuelle Position des Ankers,
ein Zustandsvariablenfilter (2) zur Erzeugung von Zustandsvariablen des Ankers um­ fassend ein gefiltertes Ankerhubsignal, die Ankergeschwindigkeit und die Ankerbe­ schleunigung,
einem Hubregler (3), der aus den Zustandsvariablen des Ankers und einer vorgegebe­ nen Sollposition des Ankers die aktuell notwendige Soll-Magnetkraft für die Hubmag­ neten (13S, 13o) erzeugt,
ein Auswahlglied (4), das die Soll-Magnetkraft einem Hubmagneten (13S, 13o) zuord­ net,
eine nichtlineare Kompensation (5), die aus der Soll-Magnetkraft über ein die Hubmag­ neten (13, 13S, 13o) charakterisierendes Magnetkraftkennfeld den der Soll-Magnetkraft entsprechenden Soll-Feldstrom berechnet,
je einen Stromsensor (16S, 16o) für jeden der beiden Hubmagnete (13S, 13o) zur Mes­ sung der aktuellen Spulenströme in den Hubmagneten,
einen Beobachter (7), der aus der Ankerbeschleunigung und den aktuellen, gemessenen Spulenströmen je einen korrigierten Soll-Feldstrom für jeden der beiden Hubmagneten (13S, 13o) berechnet,
wobei,
die vom Beobachter (7) berechneten, korrigierten Soll-Feldströme, die gemessenen Spu­ lenströme und die von der nichtlinearen Kompensation berechneten Soll-Feldströme je­ weils in Form eines Signalwertes als Eingangsgrößen an die beiden Dreipunktregler (61, 62) angelegt sind und in den Dreipunktreglern aus diesen Eingangsgrößen eine Aus­ gangsspannung erzeugt wird und diese Ausgangsspannung an die Hubmagneten (13S, 13o) angelegt ist.
1. Actuator control for an electromagnetic actuator ( 1 ) that works on the principle of a weakly damped spring-mass oscillator and between its two solenoids ( 13 , 13 S, 13 o) there is an armature ( 11 ), driven by the two lifting solenoids Neten and the preloaded springs ( 14 , 14 S, 14 o) of the spring-mass transducer, moved between its two end positions, comprising:
two three-point controllers ( 61 , 62 ) for regulating the field currents in the two lifting magnets,
a transducer ( 15 ) for determining the position of the armature ( 11 ) and for generating a position signal as a measure of the current position of the armature,
a state variable filter ( 2 ) for generating state variables of the armature comprising a filtered armature stroke signal, the armature speed and the armature acceleration,
a stroke controller ( 3 ), which generates the currently required target magnetic force for the stroke magnets ( 13 S, 13 o) from the state variables of the armature and a predetermined target position of the armature,
a selection element ( 4 ) which assigns the desired magnetic force to a lifting magnet ( 13 S, 13 o),
a non-linear compensation ( 5 ), which calculates the desired field current corresponding to the desired magnetic force from the desired magnetic force via a magnetic force map characterizing the lifting magnets ( 13 , 13 S, 13 o),
one current sensor ( 16 S, 16 o) for each of the two solenoids ( 13 S, 13 o) for measuring the current coil currents in the solenoids,
an observer ( 7 ) who calculates a corrected target field current for each of the two solenoids ( 13 S, 13 o) from the armature acceleration and the current measured coil currents,
in which,
the corrected target field currents calculated by the observer ( 7 ), the measured coil currents and the target field currents calculated by the nonlinear compensation are each applied in the form of a signal value as input variables to the two three-point controllers ( 61 , 62 ) and in the three-point controllers an output voltage is generated from these input variables and this output voltage is applied to the solenoids ( 13 S, 13 o).
2. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der das Zustandsvariablenfilter (2) als Tiefpassfilter 4-ter Ordnung ausgebildet ist.2. Actuator control according to claim 1, in which the state variable filter ( 2 ) is designed as a 4th order low-pass filter. 3. Aktorregelung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Zustandsvariablenfilter (2) mit verän­ derlichen Filterparametern (f0, f1, f2, f3) auf verschiedene Anwendungen einstellbar ist.3. Actuator control according to claim 1 or 2, in which the state variable filter ( 2 ) with variable filter parameters (f 0 , f 1 , f 2 , f 3 ) is adjustable to different applications. 4. Aktorregelung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Zustandsvariablenfilter (2) als Tiefpassfilter mit Butterworth-Charakteristik ausgebildet ist.4. Actuator control according to claim 1, 2 or 3, in which the state variable filter ( 2 ) is designed as a low-pass filter with Butterworth characteristic. 5. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der der Hubregler (3) als Proportional-Integral- Regler (PI-Regler) ausgebildet ist.5. Actuator control according to claim 1, wherein the stroke controller ( 3 ) is designed as a proportional-integral controller (PI controller). 6. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der der Hubregler (3) mit veränderlichen Reglerpa­ rametern (ri, r1, r2, r3) auf verschiedene Anwendungen einstellbar ist.6. Actuator control according to claim 1, wherein the stroke controller ( 3 ) with variable controller parameters (r i , r 1 , r 2 , r 3 ) is adjustable to different applications. 7. Aktorregelung nach Anspruch 1 mit einer vierfachen Polstelle in der Soll-Zeitkonstanten (Tsoll) des geregelten Gesamtsystems. 7. Actuator control according to claim 1 with a fourfold pole position in the target time constant (Tsoll) of the regulated overall system.   8. Aktorregelung nach Anspruch 7, bei der die Zeitkonstante (Tsoll) in veränderlicher Wei­ se vorgegeben werden kann.8. Actuator control according to claim 7, wherein the time constant (Tsoll) in variable Wei se can be specified. 9. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der der Beobachter (7) ein modellgestützter Zu­ standsraum in Form eines Softwareprogramms auf einem Mikrocontroller implementiert ist.9. Actuator control according to claim 1, in which the observer ( 7 ) implements a model-based state space in the form of a software program on a microcontroller. 10. Aktorregelung nach Anspruch 1, bei der der Hubregler (3), das Auswahlglied (4), das Zustandsvariablenfilter (2) und die beiden Dreipunktregler (61, 62) als analoge Hardware ausgebildet sind.10. Actuator control according to claim 1, in which the stroke controller ( 3 ), the selection element ( 4 ), the state variable filter ( 2 ) and the two three-point controllers ( 61 , 62 ) are designed as analog hardware.
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