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DE102007018805A1 - Regler zur Regelung zyklischer Prozesse - Google Patents

Regler zur Regelung zyklischer Prozesse Download PDF

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DE102007018805A1
DE102007018805A1 DE102007018805A DE102007018805A DE102007018805A1 DE 102007018805 A1 DE102007018805 A1 DE 102007018805A1 DE 102007018805 A DE102007018805 A DE 102007018805A DE 102007018805 A DE102007018805 A DE 102007018805A DE 102007018805 A1 DE102007018805 A1 DE 102007018805A1
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Universitaet Kassel
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Regler (F<SUP>o</SUP> und I<SUP>o</SUP>) zur Regelung zyklischer Prozesse, z. B. der Regelung der Laufruhe eines Hubkolbenmotors, mit dem eine zyklische Regelabweichung (e<SUP>o</SUP>) ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der zyklischen Regelabweichung (e<SUP>o</SUP>) der Mittelwert der tatsächlichen Regelabweichung (e) einer Periodendauer (T<SUB>p</SUB>) zu mindestens einer phasenverschobenen Grund- und/oder Oberwelle der tatsächlichen Regelabweichung (e) addiert wird, wobei die so ermittelte zyklische Regelabweichung (e<SUP>o</SUP>) durch einen Algorithmus mit periodisch integrierendem Verhalten weiter zu der Stellgröße (u) des Reglers verarbeitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Regler zur Regelung zyklischer Prozesse, z. B. zur Regelung der Drehzahl und der Laufruhe eines Hubkolbenverbrennungsmotors.
  • Aus dem Stand der Technik gemäß der DE 10 2005 047 829.8 ist eine Regelung der Laufruhe von Hubkolbenverbrennungsmotoren bekannt. Um bei solchen Motoren die Laufruhe zu regeln, wird vorgeschlagen, einen Algorithmus mit folgenden Schritten in das Regelungssystem zu implementieren:
  • Darstellung der Motordrehzahl:
    • a) Zur frequenzselektiven Darstellung der Motordrehzahl wird eine Fourierreihe mit Z-1 Summanden an, bn, benutzt, wobei n = 1, 2 .... Z ist, wobei Z die Anzahl der Zylinder des Motors darstellt. Hierbei wird für jeden Summanden der Reihendarstellung ein Einzelbeitrag zur Regelabweichung mittels eines vorbestimmten Wertes k = kn berechnet. Die Kenntnis von k stammt aus einer Voruntersuchung und ist vorzugsweise derjenige Wert, bei dem die maximale Ausprägung der Wirkung der letzten Zündung desjenigen Zylinders ermittelt wird, der als nächster zünden wird. Hierbei wird eine Gesamtregelabweichung aus den Einzelbeiträgen gebildet. Die Einzelwerte für k sind so zu wählen, dass ein bestimmter Nockenwellenwinkel betrachtet wird, um eine Kette zwischen Ursache und Wirkung bei der Regelung realisieren zu können.
  • Bei dieser Regelung sind vom Grundsatz her zwei Regler vorgesehen; der erste Regler regelt die Drehzahl. Allerdings ist dieser erste Regler nicht in der Lage, die dazugehörigen Schwingungen auszuregeln. Hierzu ist ein zweiter Regler vorgesehen, der bei der Drehzahl die Schwingungen ausregelt, zu der der erste Regler nicht in der Lage ist. Umgekehrt gilt, dass der zweite Regler aus dem Stand der Technik nicht in der Lage ist, die Drehzahl zu regeln, für die der erste Regler zuständig ist.
  • Das heißt, der Regler aus dem Stand der Technik ist in der Lage Störungen in Form von Schwingungen zu extrahieren, und diese Schwingungen auszuregeln. Der Regelkreis ist aus 1 ersichtlich.
  • Aus der Darstellung gemäß 1 ergibt sich Folgendes: Aus der Regelstrecke ergibt sich eine Regelgröße Y. Diese Regelgröße Y besitzt bei bestimmten Frequenzen unerwünschte Schwingungen. Zur Ausregelung dieser Schwingungen dient der Regler 2, der parallel zur Regelstrecke angeordnet ist. Dieser zweite Regler gibt eine zweite Stellgröße u2 auf die Regelstrecke auf, wobei die zweite Stellgröße u2 derart gewählt ist, dass durch sie das Ausregeln von Schwingungen erfolgt, die vom ersten Regler 1, der die erste Stellgröße u1 vorgibt, nicht ausgeregelt werden können. Das heißt, der Stand der Technik hat kein Führungsverhalten, und ist demzufolge auch nicht in der Lage, eine Führungsgröße zu regeln. Er kann somit nicht für beliebige zyklische Prozesse eingesetzt werden.
  • Das heißt, die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Regler zu konzipieren, der für beliebige zyklische Prozesse einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine zyklische Regelabweichung ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der zyklischen Regelabweichung der Mittelwert der tatsächlichen Regelabweichung einer Periodendauer zu mindestens einer Phasen-verschobenen Grund- und/oder Oberwelle der tatsächlichen Regelabweichung addiert wird, wobei die so ermittelte zyklische Regelabweichung durch einen Algorithmus mit periodisch integrierendem Verhalten weiter zu der Stellgröße des Reglers verarbeitet wird. Ein solcher Regler ist in der Lage, einen Prozess stationär genau zu regeln, und zwar sowohl in Bezug auf das Führungsverhalten als auch auf das Störungsverhalten bei periodischen Führungs- bzw. Störgrößen.
  • Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird der Mittelwert der tatsächlichen Regelabweichung mit einem Wichtungsfaktor g0 multipliziert, wobei g0 ≥ 0 ist. Hierdurch wird erreicht, dass im Regelkreis das Einschwingverhalten des Mittelwertes unabhängig von den übrigen Frequenzen eingestellt werden kann. Die Verstärkung für das Übertragungsverhalten des Mittelwerts im geschlossenen Regelkreis ist damit gezielt und separat einstellbar.
  • Weiterhin sind die Grund- und/oder Oberwellen mit N-frequenzselektiven Wichtungsfraktoren gn ≥ 0 zu multiplizieren [n = 1 bis N]. Hierdurch kann die Verstärkung einer bestimmten Frequenz separat eingestellt werden.
  • In Bezug auf die Wichtungsfaktoren g0 bis gN ergibt sich somit, dass der Regler als Filter für bestimmte Frequenzen fungieren kann. Ein solcher Regler kann somit als Sperrfilter oder auch als Durchlassfilter eingesetzt werden.
  • Vorteilhafte Merkmale und Varianten zu der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • So ist insbesondere vorgesehen, dass die zyklische Regelabweichung durch einen Algorithmus mit periodisch integrierendem Verhalten und proportional und/oder differenzierendem oder nichtlinearem Verhalten weiter zu der Stellgröße des Reglers verarbeitet wird. Hierdurch wird erreicht, dass der Regler insgesamt schneller wird, d. h. sich schneller auf den Sollwert einregelt und auch Störungen schneller ausregelt.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Regler einen parallelen Zweig aufweist, der die Regelabweichung proportional und/oder differenzierend oder nichtlinear zu einem Wert verarbeitet, der zu der Stellgröße des Reglers addiert wird. Zusätzlich zum parallelen Zweig kann die proportionale und/oder differenzierende Verarbeitung der zyklischen Regelabweichung erfolgen.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die zyklische Regelabweichung durch die Diskrete Fouriertransformation und die Inverse Diskrete Fouriertransformation aus der tatsächlichen Regelabweichung gewonnen wird. Hierbei werden aus den vorhandenen Signalen einzelne relevante Frequenzen selektiv ermittelt und gezielt einzelne Frequenzen ein- oder ausgeregelt. Das heißt, hierdurch werden die relevanten Frequenzanteile extrahiert. Diese gezielte Regelung ist dadurch möglich, dass bei der Inversen Diskreten Fouriertransformation eine frequenzselektive Phasenverschiebung ϕn stattfindet.
  • Vorteilhaft wird für den Regler die zeitliche Periodendauer des zu regelnden Prozesses vorgegeben, wobei im diskreten Fall die Periodendauer dem ganzzahligen Vielfachen von R der Abtastperiode entspricht. D. h. hierdurch kann der Regler auf jede beliebige Periodendauer eingestellt werden, da das ganzzahlige Vielfache sich als Parameter der Regelung darstellt. Die zeitliche Periodendauer ist variabel, wenn der Prozess in Bezug auf eine Zustandsgröße sich zyklisch verhält. D. h. hiermit sind auch Prozesse regelbar, bei dem die Zyklizität nicht auf die Zeit, sondern auf eine Zustandsgröße, z. B. den Drehwinkel einer Arbeitskraftmaschine bezogen wird.
  • Dieser Algorithmus wird hierbei durch eine lineare oder nichtlineare Differenzengleichung im Zeitbereich diskret darstellt, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, diesen Algorithmus als digitalen Regler in z. B. einem Mikroprozessor zu implementieren.
  • Im Fall einer linearen Ausführung des Reglers kann der diskrete Algorithmus durch eine diskrete Übertragungsfunktion dargestellt werden, die man als Z-Transformation der Differenzengleichung erhält, wobei durch die Beziehung zwischen Z-Transformation und Laplace-Transformation auch eine kontinuierliche Darstellung möglich ist.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Phasenverschiebung der einer bestimmten Frequenz zugehörige Phasenwinkel ϕn n = 1, 2 .... N < R/2 dem Phasengang der Regelstrecke gleichgesetzt wird, wodurch eine einfache Vorschrift zur Auslegung der Phasenwinkel ϕn gegeben ist. Hierbei wurde herausgefunden, dass das Regelverhalten dennoch stabil ist, auch wenn der Phasenwinkel nicht genau dem Phasengang entspricht.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass der parallele Zweig Kpar PD-Verhalten besitzt und dass der periodisch integrierende Teil sich linear verhält.
  • Dadurch wird erreicht, dass abgesehen von den Parametern ϕn, die wie oben beschrieben ausgelegt werden, auch die übrigen drei Parameter Kp, Kd und Ki so ausgelegt werden, als würde man einen üblichen PID-Regler auslegen wollen.
  • Anhand der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung näher erläutert.
  • Wie die 2 zeigt, besteht die Regelungsstruktur aus zwei parallelen Teilfunktionen Kzyk und Kpar, die die Regelabweichung e (Differenz aus Soll- und Istwert) zu einem zyklischen Stellgrößenanteil uzyk und einem parallelen Stellgrößenanteil upar verarbeiten, wobei die Summe aus uzyk und upar die gesamte Stellgröße u des Reglers, im folgenden ZykloRegler genannt, darstellt.
  • Der Algorithmus zur Berechnung des zyklischen Stellgrößenanteils uzyk extrahiert frequenzselektiv Informationen aus der zurückliegenden Periode vom aktuellen Zeitpunkt aus gemessen, und stellt den Schlüssel zur stationär genauen Regelung zyklischer Prozesse dar.
  • Der Algorithmus zur Berechnung des parallelen Stellgrößenanteils upar dient zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens und ggf. zur Stabilisierung des Regelkreises.
  • Wie aus 3 erkennbar ist, besteht der Algorithmus Kzyk aus zwei hintereinandergeschalteten Teilfunktionen Fo und (Io + Ko par).
  • Die Funktion Fo verarbeitet die tatsächliche Regelabweichung e zur zyklischen Regelabweichung eo. Dazu führt sie nacheinander zwei Transformationen der Regelabweichung aus dem zurückliegenden, eine Periodendauer Tp = RT (T: Abtastperiode im diskreten Fall) breiten Zeitintervall durch, wobei zunächst eine Diskrete Fouriertransformation und anschließend eine Inverse Diskrete Fouriertransformation durchgeführt wird. Bei der Inversen Diskreten Fouriertransformation findet eine frequenzselektive Phasenverschiebung Φn sowie eine frequenzselektive Wichtung durch die Faktoren g0, gn statt , wobei n = 1, 2, ..., N ist. D. h, eine Schwingung sin(nω0t) als Bestandteil der tatsächlichen Regelabweichung e wird zu dem Bestandteil sin(nω0t- Φn) der zyklischen Regelabweichung eo. Diese Transformationskette stellt eine lineare Verarbeitung der Regelabweichung dar und wird im Fall einer diskreten Regelung im Zeitbereich durch eine Differenzengleichung oder mittels Z-Transformation der Differenzengleichung durch eine Übertragungsfunktion im Frequenzbereich repräsentiert:
    Figure 00080001
  • Eo(z) ist die Z-Transformierte der zyklischen Regelabweichung; E(z) ist die Z-Transformierte der tatsächlichen Regelabweichung.
  • Die Funktion Io führt eine periodische Integration der zyklischen Regelabweichung durch. Sie kann linear oder nichtlinear ausgeführt sein. Im linearen diskreten Fall kann die folgende Übertragungsfunktion für die periodische Integartion angegeben werden:
    Figure 00080002
  • T ist die Abtastperiode, das Produkt RT ist die Periodendauer TP des Prozesses, KI ist die Verstärkung (Kehrwert der Integrationszeitkonstante) des linearen periodischen Integrators Ko.
  • Kpar und Ko par sind nichtlineare Funktionen oder lineare Funktionen und verarbeiten die tatsächliche Regelabweichung bzw. die zyklische Regelabweichung. Sie dienen ggf. zum stabilisieren und/oder zum Verbessern des dynamischen Verhaltens des Regelkreises.
  • Der ZykloRegler wird entsprechend der allgemeinen Regelungstheorie eingesetzt, so dass sich der geschlossene Kreis wie in 4 darstellt.
  • Dabei gilt:
    • W: Sollwert (Führungsgröße), Y: Istwert (Regelgröße), E: Regelabweichung, U: Stellgröße, D: Störung.
  • In der Regel werden in praktischen Anwendungen Mikrocontroller zur Implementierung von Steuerungen und Regelungen eingesetzt, so dass die diskrete Darstellung des Regelungsverfahrens von größerer Bedeutung ist als die kontinuierliche Darstellung. Der ZykloRegler kann jedoch auch als kontinuierlicher Regler dargestellt werden. Führt man den ZykloRegler z. B. linear aus, so kann aus der diskreten Übertragungsfunktion des Reglers durch die Beziehung „z = e(Ts )" zwischen Laplace-Transformation und Z-Transformation eine kontinuierliche Darstellung aus der diskreten Darstellung abgeleitet werden.
  • Bei Einsatz an zeitvarianten und/oder nichtlinearen Regelstrecken können freien Parameter des ZykloRegler während des Betriebs durch entsprechende Adaptionsverfahren an das sich ändernde Verhalten der Regelstrecke angepasst werden. In Motorsteuergeräten beispielsweise, können die Parameter des ZykloRegler durch Kennfelder oder Kennräume oder durch Modelle oder durch andere geeignete Adaptionsverfahren abhängig von relevanten Zustandsgrößen des Motors an den jeweiligen Betriebszustand adaptiert werden.
  • Ist die Zyklizität oder Periodizität nicht bezüglich der Zeit, sondern bezüglich einer Zustandsgröße x(t) gegeben, so ist die zeitliche Periodendauer variabel und verhält sich umgekehrt proportional zur zeitlichen Ableitung der Zustandsgröße x(t). Zum Beispiel verlaufen die innermotorischen Prozessgrößen eines Hubkolbenmotors zyklisch (bzw. bei konstanter Last/Drehzahl periodisch) bezüglich der Zustandsgröße „Nockenwellendrehwinkel".
  • Der ZykloRegler wird dann derart eingesetzt, dass er die bezüglich der Zustandsgröße x(t) periodischen oder zyklischen Verläufe stationär genau (auf Führungs- und Störgrößen bezogen) regelt, indem die tatsächliche Regelabweichung zur Weiterverarbeitung zur zyklischen Regelabweichung über dieser Zustandsgröße x(t) dargestellt wird, wobei dann die Abtastung der Regelabweichung äquidistant über x(t) und nicht zeitäquidistant durchgeführt wird. Die Abtastperiode T sowie die Periodendauer Tp des Prozesses sind dann variabel und verhalten sich umgekehrt proportional zur zeitlichen Ableitung der Zustandsgröße.
  • In der Funktion Fo sind als freie Parameter die frequenzselektiven Phasenverschiebungen Φn sowie die frequenzselektiven Wichtungsfaktoren g0, gn (n = 1, 2, ..., N) enthalten.
  • Zur Auslegung der Parameter Φn kann eine einfache Vorschrift angegeben werden, die zu einer robusten Auslegung des Reglers führt: Man entnimmt die Phasenverschiebungen Φn, wobei Φn die zur Frequenz n/Tp zugehörige Phasenverschiebung ist, dem Phasengang ΦG = arg(G(jω)) der Regelstrecke G, d. h. Φn = arg(G(j2πn/Tp)).
  • Die Wichtungsfaktoren g0, gn können zunächst zu Eins gesetzt werden und nach Auslegung der übrigen Parameter der Regelung zur weiteren Optimierung des Verhaltens des geschlossenen Kreises variiert, d. h. von Eins verschieden werden.
  • Die Parameter von Kpar kann man so auslegen, als würde man mit einem Regler ohne zyklischen Zweig regeln wollen. Z. B. kann man Kpar als PD-Regler auslegen und anschließend den zyklischen Zweig dazuschalten.
  • Zur beispielhaften Auslegung eines linearen ZykloRegler mit PD-Verhalten im parallelen Zweig Kpar („Zyklischer PID-Regler”) gilt folgendes:
    Kpar wird als PD-Regler ausgeführt und Io linear mit konstanter Verstärkung KI.
  • Man hat dann also zusätzlich zu den Phasenverschiebungen Φn und den Wichtungsfaktoren g0, gn, die wie oben beschrieben ausgelegt werden, drei Verstärkungsparameter KP, KD, KI: zwei für den parallelen PD-Zweig und einen für den periodischen Integrator. Die diskrete Übertragungsfunktion des ZykloRegler lautet in diesem Fall:
    Figure 00110001
  • Man legt nun einen üblichen PID-Regler
    Figure 00110002
    aus, um diese drei Parameter KP, KD, KI zu bestimmen.
  • Im folgenden wird der ZykloRegler anhand eines Beispiels diskutiert, wobei eine lineare Variante des ZykloRegler mit Proportionalverhalten im parallelen Zweig Kpar und ohne Ko par eingesetzt wird. Dies entspricht der obigen Ausführung, wobei jedoch KD = 0 ist. Das heißt, der ZykloRegler besitzt hier zusätzlich zu den Phasenverschiebungen Φn und den Wichtungsfaktoren g0, gn zwei Parameter KP, KI.
  • Die Übertragungsfunktion des ZykloReglers mit Kpar = KP und mit linearem periodischen Integrator sowie Ko par = 0 und g0 = gn = 1 lautet:
    Figure 00120001
    Der Regler wird nun an einer Regelstrecke mit integrierendem Verhalten untersucht. Es wird dabei mit einem PI-Regler verglichen, wobei beide Regler dieselben Parameter KP, KI besitzen.
  • In 5 wird das Verhalten des ZykloRegler mit R = 125 und einer Abtastperiode von T = 1 ms beim Einregeln eines periodischen Sollwertverlaufs gezeigt. Die Periodendauer des Sollwertverlaufs beträgt Tp = RT = 0.125s. Die Grundwelle hat also eine Frequenz von 8 Hz. Der ZykloRegler ist damit so ausgelegt, dass er neben konstanten Führungs/Störgrößen auch Schwingungen mit 8 Hz und deren Vielfache (bis 62·8Hz, d. h. N = 62) stationär genau regeln kann. In der Abbildung sind einige Perioden dargestellt und es ist erkennbar, wie sich der Istwertverlauf nach einigen Perioden dem Sollwertverlauf stationär genau annähert, wenn man den ZykloRegler einsetzt (dick gepunktete Linie). Zum Vergleich ist in der Abbildung der Verlauf der Istgröße dargestellt (dünn gepunktete Linie), wenn man den PI-Regler einsetzt. Hier wird der Sollwert nicht annähernd erreicht.
  • In 6 ist das Bode-Diagramm der Führungsübertragungsfunktion des mit dem ZykloRegler geschlossenen Regelkreises dargestellt. Dabei ist R = 17. Man erkennt, dass der Amplitudengang bei den Frequenzen fn = n/R/T, mit n = 0 ,1, 2, ..., 8, Eins beträgt und dass der Phasengang bei diesen Frequenzen Null ist. D. h., Signale mit diesen Frequenzen werden stationär genau eingeregelt.
  • In 7 ist der Amplitudengang des Bode-Diagramms des mit dem ZykloRegler geschlossenen Kreises für Abtastwerte R = 17 dem Amplitudengang des mit dem PI-Regler (selbe Parameter Kp, Ki) geschlossenen Kreises gegenübergestellt. Man erkennt, dass das stationäre Verhalten beider Regler zwischen den Frequenzen, die der ZykloRegler im Gegensatz zum PI-Regler stationär genau zu regeln vermag, annähernd identisch ist.
  • Verwendet man wie im hier dargestellten Beispiel den ZykloRegler als zyklischen PI-Regler, so erhält man also einen Regler, der sich wie der PI-Regler verhält, jedoch zusätzlich in der Lage ist bestimmte Frequenzen stationär genau regeln zu können.
  • Im folgenden werden die wesentlichen Schritte des Verfahrens anhand der diskreten Realisierung kurz dargestellt.
  • Zunächst werden die Reglerparameter ausgelegt, so dass sich im geschlossenen Kreis das gewünschte Verhalten ergibt. Dazu muss vom Verhalten der Regelstrecke ausgehend entschieden werden, wie die parallelen Zweige Kpar, Ko par des ZykloRegler auszuführen sind (linear oder nichtlinear) und wie der periodische Integrator Io auszuführen ist (linear oder nichtlinear). Der Parameter R wird abhängig von der Abtastperiode T so ausgelegt, dass der Regler die für den Prozess gewünschte Grundfrequenz f0 = 1/T/R und deren Vielfache stationär genau regelt.
  • Die Auslegung der freien Parameter geschieht nun entweder manuell oder mittels geeigneter Optimierungsverfahren (z. B. numerische Optimierungsverfahren wie Simplex-Verfahren oder Evolutionsstrategie-Verfahren) automatisiert direkt am Prozess oder an einem mathematischen Modell der Regelstrecke.
  • Die Schritte des Verfahrens stellen sich wie folgt dar:
  • 1. Aktuelle Regelabweichung ermitteln und abspeichern:
  • Es werden stets die letzten R Abtastwerte [ei-R+1, ei-R+2, ..., ei] der Regelabweichung gespeichert. Aus dem aktuellen Abtastsatz [ei-R+1, ei-R+2, ..., ei] = [ei-R+k] = [ek]i (mit k = 1, 2, 3, ..., R)der Regelabweichung (bestehend aus R Abtastwerten) wird der aktuelle Wert eo i der zyklischen Regelabweichung berechnet; i ist dabei der aktuelle Regeltakt zum aktuellen Zeitpunkt t = iT.
  • 2. Transformation in den Frequenzbereich:
  • Der Abtastsatz [ek]i wird zunächst auf einer verschobenen Zeitachse = t – (i – R)·T als [e ~k]i dargestellt mit e ~k = e ~(t ~ = k·T) = e(t = (i – R + k)·T).
  • Damit gilt für k = R: ei = eR = e ~(t ~ = R·T = TP).
  • Der Abtastsatz [e ~k]i wird nun über die Diskrete Fouriertransformation (oder über die Fourieranalyse) in den Frequenzbereich transformiert:
    Figure 00140001
  • 3. Rücktransformation in den Zeitbereich:
  • Die zyklische Regelabweichung e ~0(t ~) erhält man nun durch Inverse Diskrete Fouriertransformation (oder durch Fourierreihendarstellung) der Koeffizienten cn, wobei eine frequenzselektive Phasenverschiebung um den Winkel Φn stattfindet:
    Figure 00140002
  • 4. Aktuelle zyklische Regelabweichung ermitteln und abspeichern:
  • Die aktuelle zyklische Regelabweichung lautet
    Figure 00150001
  • 5. Berechnen des zyklischen Stellgrößenanteils:
    • 1. Durchführen der Periodischen Integration der zyklischen Regelabweichung;
    • 2. Verarbeiten der zyklischen Regelabweichung durch Kopar;
    • 3. Die Addition der Ergebnisse von 1. und 2 liefert zyklischen Stellgrößenanteil uzyk
  • 6. Berechnen des parallelen Stellgrößenanteils:
  • Verarbeiten der Regelabweichung mit Kpar liefert parallelen Stellgrößenanteil upar
  • 7. Berechnen der gesamten Stellgröße und Anlegen an die Regelstrecke:
  • Addition von uzyk und upar liefert gesamte Stellgröße des ZykloRegler, die nun über das Stellglied an die Regelstrecke angelegt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005047829 [0002]

Claims (13)

  1. Regler (Fo und IO) zur Regelung zyklischer Prozesse, z. B. der Regelung der Laufruhe eines Hubkolbenmotors, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklische Regelabweichung (eo) ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der zyklischen Regelabweichung (eo) der Mittelwert der tatsächlichen Regelabweichung (e) einer Periodendauer (Tp), zu mindestens einer phasenverschobenen Grund- und/oder Oberwelle der tatsächlichen Regelabweichung (e) addiert wird, wobei die so ermittelte zyklische Regelabweichung (eo) durch einen Algorithmus mit periodisch integrierendem Verhalten weiter zu der Stellgröße (u) des Reglers verarbeitet wird.
  2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklische Regelabweichung (eo) durch einen Algorithmus mit periodisch integrierendem Verhalten (Io) und proportional und/oder differenzierendem Verhalten oder nichtlinearem Verhalten (Ko par) weiter zu der Stellgröße u des Reglers verarbeitet wird.
  3. Regler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (FO, Io, Ko par) einen parallelen Zweig (Kpar) aufweist, der die Regelabweichung proportional und/oder differenzierend oder nichtlinear zu einem Wert verarbeitet, der zu der Stellgröße des Reglers addiert wird.
  4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklische Regelabweichung (eo) durch die Diskrete Fouriertransformation und die Inverse Diskrete Fouriertransformation aus der tatsächlichen Regelabweichung (e) gewonnen wird (Fo).
  5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Inversen Diskreten Fouriertransformation frequenzselektive Phasenverschiebungen ϕn stattfinden.
  6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Regler die zeitliche Periodendauer (Tp) des zu regelnden Prozesses vorgegeben wird, wobei im diskreten Fall die Periodendauer (Tc) dem ganzzahligen Vielfachen (R) der Abtastperiode (T) entspricht.
  7. Regler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Periodendauer (Tc) variabel ist, wenn sich der Prozess in Bezug auf eine Zustandsgröße zyklisch verhält.
  8. Regler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus durch eine lineare oder nichtlineare Differenzengleichung im Zeitbereich diskret dargestellt wird.
  9. Regler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der diskrete Algorithmus durch eine diskrete Übertragungsfunktion dargestellt wird, die man als Z-Transformation der Differenzengleichung erhält, wobei man durch die Beziehung zwischen Z-Transformation und Laplacetransformation zu einer kontinuierliche Darstellung gelangt.
  10. Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Phasenverschiebung der einer bestimmten Frequenz zugehörige Phasenwinkel (ϕn) den Phasengang der Regelstrecke gleichgesetzt wird, wodurch eine einfache Vorschrift zur Auslegung der Phasenwinkel (ϕn) gegeben ist.
  11. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der parallele Zweig (Kpar) PD-Verhalten besitzt, und dass der periodisch integrierende Teil sich linear verhält.
  12. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert der tatsächlichen Regelabweichung (e) mit einem Wichtungsfaktor (g0) multipliziert wird, wobei g0 ≥ o ist.
  13. Regler nach Anspruch 1 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grund- und/oder Oberwellen mit N-frequenzselektiven Wichtungsfaktoren gn ≥ o multipliziert werden.
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