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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems, insbesondere eines elektrohydrostatischen Aktuators, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie ein solches System.
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Hintergrund der Erfindung
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In vielen Bereichen können Systeme wie elektrohydrostatische Aktuator eingesetzt werden. Ein Anwendungsfall ist z.B. die Verwendung eines elektrohydrostatische Aktuators unter Wasser, z.B. um Ventile an Pipelines oder dergleichen zu betätigen. In diesem, aber auch anderen Anwendungsfällen ist eine möglichst hohe Verfügbarkeit des Systems wünschenswert.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Systems, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie ein solches System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit Systemen, bei denen Betriebsgrößen bzw. deren Werte erfasst werden, z.B. mittels Sensoren, um dann basierend darauf Ansteuergrößen bzw. Werte hierfür zu bestimmen, mittels welchen das System dann angesteuert wird. Dies kann z.B. im Rahmen einer Steuerung- oder Regelung erfolgen. In diesem Sinne können die erfassten Werte der Betriebsgrößen Istwerte sein, die Werte der Ansteuergrößen dann Stellwerte von Stellgrößen. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel ist ein System, das einen elektrohydrostatischen Aktuator aufweist oder als solcher ausgebildet ist. Ebenso kommen aber andere Steuerungssysteme als Systeme in Betracht, z.B. elektrische Aktuatoren oder allgemein elektrohydraulische Aktuatoren; unter einem Steuerungssystem ist dabei ein System oder eine Vorrichtung zu verstehen, mittels welcher bestimmte Funktionen gesteuert werden können, z.B. Ventile geöffnet und geschlossen werden können. Im Falle eines elektrohydrostatischen Aktuators z.B. kann der Aktuator das Ventil betätigen. Anstelle eines Ventils können mittels des Systems auch andere Vorrichtungen betätigt werden.
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Der erwähnte elektrohydrostatische Aktuator kann z.B. eine Recheneinheit zur Steuerung- oder Regelung (Steuer- oder Regeleinheit) umfassen, einen elektrischen Antrieb (z.B. Elektromotor), einen Hydraulikkreis mit Stellventilen, den eigentlichen Aktuator sowie ggf. Sicherheitsfedern oder dergleichen. Der Aktuator kann dann an das eigentliche zu betätigende Ventil gekoppelt werden, z.B. durch eine geeignete Schnittstelle. Zudem sind dann typischerweise mehrere Sensoren vorhanden, um verschiedene Betriebsgrößen zu messen, also Werte der Betriebsgrößen zu erfassen. Als solche Betriebsgrößen kommen z.B. eine Position des Aktuators sowie einer oder mehrere Drücke in dem System in Betracht, d.h. es können z.B. ein Positionssensor (oder Winkelsensor, je nach Art des Aktuators) sowie Drucksensoren vorgesehen sein.
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Basierend auf den Werten der Betriebsgrößen können dann Werte für die Ansteuergrößen bestimmt werden. Als Ansteuergrößen kommen dann z.B. eine Geschwindigkeit des elektrischen Antriebs, sowie eine Stellung eines oder mehrerer Steuerventile (oder Stellventile) in Betracht. Insoweit kann es sich um eine übliche Steuerung oder Regelung des Aktuators handeln.
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Insbesondere komplexe und kompakte Systeme oder Steuerungssysteme erfordern häufig ein hohes Maß an Integration, Zuverlässigkeit und Sicherheit. Dies gilt insbesondere dann, wenn sie an abgelegenen und unzugänglichen Orten eingesetzt werden, wie z.B. im Meer oder allgemein unter Wasser. Um all diese Faktoren zu erreichen, kann vorgesehen sein, Redundanz in Steuerungen, Sensorsystemen und Aktoren des Systems zu implementieren.
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Eine physikalische Redundanz führt zu einer höheren Komplexität des Systems, zu größerem Platzbedarf und zu höheren Kosten, insbesondere wenn teure Materialien wie Edelstahl verwendet werden müssen, um empfindliche Hardware vor Umwelteinflüssen zu schützen. In der Unterwasserverarbeitungs- und Unterwasserproduktionsindustrie ist es beispielsweise üblich, Steuereinheiten oder Steuerplatinen, Sensoren und Antriebe redundant auszuführen, um einen zuverlässigen Betrieb über eine geplante Lebensdauer von z.B. mindestens 25 Jahren in extrem tiefen Gewässern zu gewährleisten.
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Die oftmals geforderte Größenbeschränkung grenzt bei solch komplexen Systemen jedoch die Möglichkeiten der Redundanz von Komponenten ein und erfordert daher alternative Strategien zur Erhöhung der Systemzuverlässigkeit, wenn dies erforderlich ist.
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Vor diesem Hintergrund wird die Verwendung eines sog. digitalen Zwillings zu Zwecken der Redundanz vorgeschlagen. Bei diesem digitalen Zwilling handelt es sich um ein realitätsgetreues Modell oder Simulationsmodell, das insbesondere so konzipiert ist, dass es in der Recheneinheit bzw. Steuer- oder Regeleinheit (auch als Antriebssteuerung bezeichnet) läuft, also dort integriert bzw. implementiert ist. Denkbar ist auch, dass Modell zwar in einer anderen, d.h. von der Steuer- oder Regeleinheit verschiedenen, Recheneinheit integriert oder vorgesehen ist, wobei diese andere Recheneinheit dann aber lokal bei der Steuer- oder Regeleinheit vorgesehen ist, also z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse oder dergleichen. Dies kann dann zweckmäßig sein, wenn die Rechenkapazität einer üblichen Steuer- oder Regeleinheit nicht ausreicht.
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Ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Systems wie z.B. des vorstehend erläuterten elektrohydrostatischen Aktuators kann also insbesondere in einer Recheneinheit bzw. Steuer- oder Regeleinheit oder einer von der Steuer- oder Regeleinheit verschiedenen Recheneinheit ausgeführt werden und umfasst folgende Schritte.
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Es werden Werte einer oder mehrerer Betriebsgrößen des Systems von dem System, insbesondere von einem oder mehreren Sensoren des System, bereitgestellt oder erhalten, z.B. in der ausführenden Recheneinheit. Bei diesen Werten kann es sich um Messwerte der Sensoren handeln. Im Rahmen einer Steuerung oder Regelung werden, basierend auf den Werten der einen oder zumindest eine der mehreren Betriebsgrößen, Werte einer oder mehrerer Ansteuergrößen für das System bestimmt, die ebenfalls bereitgestellt werden. Die Werte der einen oder der mehreren Ansteuergrößen können an das System, insbesondere einen Antrieb des Systems, ausgegeben werden. Insoweit kann es sich um eine übliche Steuerung oder Regelung handeln.
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Zudem werden, basierend auf den Werten der einen oder zumindest einer der mehreren Betriebsgrößen, und der Werte des einem oder zumindest einer der mehreren Ansteuergrößen, mittels eines Modells des Systems (also z.B. dem sog. digitalen Zwilling), Werte einer oder mehrerer Überwachungsgrößen des Systems bestimmt, und zwar insbesondere geschätzt. Die eine oder die mehreren Überwachungsgrößen des Systems entsprechen dabei der einen oder jeweils einer der mehreren Betriebsgrößen des Systems. Mit anderen Worten können also mittels des Modells des Systems auf digitale Weise Vergleichswerte zu den Messwerten der Sensoren bestimmt werden.
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Bei Bedarf können dann die Werte der einen oder zumindest einer der mehreren Überwachungsgrößen, bei der Steuerung oder Regelung, anstelle der Werte der entsprechenden jeweiligen Betriebsgröße verwendet werden. Mögliche und bevorzugte Kriterien, ob und wann die Werte der Überwachungsgrößen anstelle der Werte der Betriebsgrößen verwendet werden, sollen später näher erläutert werden. Ein einfaches Beispiel wäre ein erkannter Defekt eines Sensors.
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Auf diese Weise kann das System nicht nur überwacht werden, sondern es wird zudem auch eine digitale Redundanz für z.B. die im System vorhandenen Sensoren geschaffen, sodass zumindest einer von mehreren Sensoren durch das Modell bzw. die digital mittels des Modells ermittelten Werte bei Bedarf ersetzt werden kann. Damit kann die Zuverlässigkeit bzw. die Verfügbarkeit des Systems ohne Hinzufügen neuer Komponenten erhöht werden.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass die erläuterten Schritte den generellen Betrieb des Systems beschreiben, d.h. diese Schritte werden wiederholt über einen längeren Zeitraum durchgeführt. Es versteht sich, dass damit z.B. zunächst die Werte der Überwachungsgrößen nicht bei der Steuerung oder Regelung verwendet werden, jedoch basierend auf dabei erhaltenen Ansteuergrößen bzw. deren Werten laufend bestimmt werden. Später können dann Werte einer oder ggf. mehrerer Überwachungsgrößen anstelle entsprechender Betriebsgrößen bei der Steuerung bzw. Regelung verwendet werden. Die dann ersetzten Betriebsgrößen können, müssen aber nicht, bei der weiteren Bestimmung der Überwachungsgrößen berücksichtigt werden. Wenn z.B. ein Defekt eines Sensors erkannt wurde, kann vorgesehen sein, dass die Werte der betreffenden Betriebsgröße nicht weiter verwendet werden, vielmehr können z.B. die Werte der betreffenden Überwachungsgrößen zusammen mit den Werten weiterer Betriebsgrößen verwendet werden, um mittels des Modells die Werte aller Überwachungsgrößen zu bestimmen. In diesem Sinne werden die Werte Überwachungsgröße nicht nur bei der Steuerung oder Regelung, sondern auch beim Bestimmen der Werte der Überwachungsgrößen, anstelle der Werte der entsprechenden jeweiligen Betriebsgröße verwendet.
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Das Modell oder Simulationsmodell des Systems kann auf verschiedene Arten gestaltet oder realisiert werden. So kann z.B. ein rein physikalisch motiviertes Modell verwendet werden, bei dem die Zusammenhänge des Systems z.B. durch Differentialgleichungen abgebildet werden. Hier wird dann auch von einem sog. „First Principles Model“ gesprochen. Ebenso kann das System über ein rein datenbasiertes oder datengetriebenes Modell abgebildet werden. Hier kann z.B. eine sog. künstliche Intelligenz wie ein neuronales Netz in Betracht kommen, das die Funktion des Systems nachbildet. Ein solches datenbasiertes Modell ist dann in der Regel vorab zu trainieren, also z.B. anhand bekannter Werte von Betriebs- und Ansteuergrößen (sog. Trainingsdaten). Ein solches Modell kann auch als Maschinenlern-Modell bezeichnet werden. Ebenso kann aber eine Kombination aus beiden Arten von Modellen, d.h. physikalisch motivierten und datenbasierten Modellen, verwendet werden. So könne z.B. manche Aspekte über Differentialgleichungen abgebildet werden, zusätzliche Aspekte, die z.B. schwierig über Gleichungen abzubilden sind, hingegen über einen datenbasierten Modellanteil. Hier kommen z.B. Reibungskräfte oder dergleichen in Betracht.
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In einer Ausführungsform wird, basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen und/oder basierend auf den Werten der einen oder der zumindest einen der mehreren Ansteuergrößen, das Modell aktualisiert (bzw. upgedatet). Hierbei kann auch von einem Lernen oder Anpassen des Modells gesprochen werden. Hierzu können z.B. Zustandsgrößen (oder Zustandsparameter) des Systems, wie z.B. eine Effizienz des Systems, sowie eine oder mehrere Reibungsfaktoren des Systems, immer wieder geschätzt (bzw. bestimmt) werden, um damit bei Bedarf das Modell des Systems zu aktualisieren. So kann z.B. ein über die Zeit immer größer werdender Wert einer Ansteuergröße bei gleichbleibendem Wert der Betriebsgröße darauf hindeuten, dass eine Reibung zugenommen hat. Dies stellt an sich keine Fehlfunktion des Systems dar, sondern lediglich eine Alterung. Diese sollte jedoch im Modell auch nachgebildet werden, um möglichst genaue Werte der Überwachungsgrößen währenden der gesamten Einsatzdauer zu erhalten. Es kommen aber auch eine oder mehrere Indikatoren von Verschleiß oder Alterungsprozessen oder andere Informationen in Betracht. Dabei müssen die Zustandsgrößen nicht notwendigerweise das System selbst beschreiben, sondern können z.B. auch die mittels des Systems zu betätigende Vorrichtung, also z.B. das erwähnte Ventil, beschreiben. Auch Änderungen der mittels des Systems zu betätigende Vorrichtung haben Auswirkung auf das System selbst.
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In einer Ausführungsform können auch Informationen zu solchen Größen der mittels des Systems zu betätigende Vorrichtung bestimmt und ausgegeben werden. Damit kann die zu betätigende Vorrichtung z.B. weiterentwickelt oder gewartet werden.
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In einer Ausführungsform wird zudem bestimmt, ob eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, und zwar basierend auf den Werten z.B. zumindest einer der folgenden Größen: der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen, der einen oder der zumindest einen der mehreren Betriebsgrößen, und der einen oder der zumindest einen der mehreren Ansteuergrößen. So kann z.B. laufend ein Vergleich zwischen den Werten einer Betriebsgröße und der entsprechenden Überwachungsgröße vorgenommen werden. Wenn eine Abweichung zwischen diesen Werten größer als ein vorgegebener Schwellwert ist oder zu erwarten ist, kann von einer Fehlfunktion ausgegangen werden. Ein defekter Sensor würde z.B. dauerhaft einen Wert von Null liefern, was zu einer Abweichung führen wird. Aber auch ein dauerhafter Offset könnte auf eine Fehlfunktion hindeuten. Wenn ein Sensor plötzlich ausfällt, wird die Fehlfunktion direkt erkannt werden können, wenn hingegen eine Abweichung mit der Zeit immer größer wird, kann z.B. davon ausgegangen werden, dass ein Ausfall des Sensors zu erwarten ist.
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Wenn eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, kann bestimmt werden, dass die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen bei der Steuerung oder Regelung zu verwenden sind, und dann insbesondere auch verwendet werden, also anstelle der Werte der eigentlichen Betriebsgröße. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Fehlfunktion in einem Sensor liegt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass, wenn eine Fehlfunktion des Systems vorliegt oder zu erwarten ist, geprüft wird, ob die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen gemäß einem Prüfkriterium an das Steuer- oder Regelmodul bzw. der Steuerung oder Regelung zu übergeben sind. Wenn das Prüfkriterium erfüllt ist, wird bestimmt, die Werte der einen oder der zumindest einen der mehreren Überwachungsgrößen bei der Steuerung oder Regelung zu verwenden sind, und dann insbesondere auch verwendet werden, um die Dienstleistungen des Systems aufrecht zu halten, bis durch eine geplante Wartung repariert werden kann.
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Mit dem Prüfkriterium kann z.B. abgeprüft oder entschieden werden, ob die Fehlfunktion in einem Sensor liegt, oder ggf. in einem Aktuator oder anderswo im System.
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Die Verwendung eines äußerst zuverlässigen digitalen Zwillings (bzw. Modells) eines Systems erlaubt also eine Kombination aller verfügbaren Sensoren, um eine virtuelle Redundanz zu erzeugen, die dem System keinen zusätzlichen Bauraum und keine zusätzliche physische Komplexität abverlangt. Der digitale Zwilling kann so eingerichtet werden, dass er das Systemverhalten während des Einsatzes automatisch erlernen kann. Er kann das Verhalten der Komponenten überwachen, Fehlfunktionen erkennen oder vorhersagen und auch Systemfunktionen übernehmen, wenn eine Fehlfunktion von Komponenten auftritt. Damit können sowohl erschwingliche, d.h. kostengünstige, und gleichzeitig zuverlässige Systeme bereitgestellt werden.
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Im Bereich der erneuerbaren Energien und der CO2-Abspeicherung in der Unterwasserindustrie werden beispielsweise kostengünstige Systeme bzw. Komponenten benötigt, die ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Kontrollierbarkeit bieten, da sie bis zu mehreren Kilometern unter dem Meeresspiegel und Hunderte von Kilometern von der Küste entfernt installiert sind. Aufgrund dieser extremen Anforderungen sollte ein dort verwendetes System selbst nach einer Fehlfunktion von Teilen des Systems noch mehrere Wochen oder Jahre lang Aufgaben erfüllen können, bevor es gewartet werden kann.
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Eine physische Redundanz kann vermieden und durch eine virtuelle Redundanz über einen digitalen Zwilling ersetzt werden, der z.B. bei einem relevanten Ereignis während des Einsatzes aktiviert werden kann, und das akkumulierte Wissen über das System vor dem Ausfall kann es einen Benutzer ermöglichen, das System auch nach dem Ausfall einer Komponente weiter zu betreiben. Dies führt zu einer Optimierung der Betriebskosten, da das System automatisch auf Fehlfunktionen reagieren und z.B. auch Informationen über die Dringlichkeit von Wartung und Reparatur geben kann.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine Steuer- oder Regeleinheit eines elektrohydrostatischen Aktuators, oder auch eine separate Recheneinheit, die zur lokalen Verwendung mit einer solchen Steuer- oder Regeleinheit vorgesehen ist, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Die Erfindung betrifft auch ein System mit einem oder mehreren Sensoren zum Erfassen von Werten einer oder mehrerer Betriebsgrößen des Systems, mit einem Antrieb, und mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit. Insbesondere kann das System einen elektrohydrostatischen Aktuator umfassen oder als solcher ausgebildet seien.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs, SD-Karte u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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- 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System in einer bevorzugten Ausführungsform.
- 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Beispielhaft handelt es sich bei dem System 100 um einen elektrohydrostatischen Aktuator, der hier schematisch mit einigen Komponenten angedeutet ist. Beispielhaft weist der elektrohydrostatische Aktuator eine als Steuer- oder Regeleinheit ausgebildete Recheneinheit 110, einen elektrischen Antrieb 120, einen Hydraulikkreis 122, umfassend Stell- oder Steuerventile (z.B. elektromagnetisch ansteuerbare Ventile), Sicherheitsfeder 124, ggf. inkl. Steuerung hierfür, den eigentlichen Aktuator 126 sowie eine mechanische Schnittstelle 128.
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Weiterhin weist der elektrohydrostatische Aktuator 100 Sensoren 130 auf, mittels welchen z.B. eine Position des Aktuators 126, sowie eine oder mehrere Drücke in dem Hydraulikkreis 122 erfasst bzw. gemessen werden können. Die Messwerte können an die Recheneinheit 110 übermittelt werden.
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Zudem ist ein Ventil 140 schematisch angedeutet, das mittels des elektrohydrostatischen Aktuators 100 betätigt werden soll. Hierzu kann der elektrohydrostatische Aktuator 100 über die mechanische Schnittstelle 128 an das Ventil 140 gekoppelt werden. Bei dem Ventil 140 kann es sich z.B. um ein Ventil in einer Pipeline, einem Rohr oder dergleichen handeln, das z.B. unter Wasser angeordnet ist und bei Bedarf betätigt werden können muss. Beispielhaft handelt es sich bei dem Ventil 140 um ein Rotationsventil, entsprechend kann der Aktuator 126 ebenfalls als Rotationsaktuator ausgebildet sein, oder auch als linearer Aktuator. Es sei erwähnt, dass das zu steuernde Ventil 140 von etwaigen, im System 100 integrierten Stell- oder Steuerventile als Teil der Hydraulik zu unterscheiden ist. Anstelle des Ventils 140 könnten auch andere Teile oder Komponenten mittels des Systems 100 gesteuert oder anderweitig betätigt werden. Weiterhin können ggf. Kommunikations- oder Datenleitungen vorgesehen sein, um Stellbefehle von extern an den elektrohydrostatischen Aktuator zu geben.
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In 2 ist schematisch ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu sind schematisch die Recheneinheit 110 sowie das System 100 aus 1 gezeigt, wobei das System 100 dann z.B. die in Figur gezeigten Komponenten mit Ausnahme der Recheneinheit 110 aufweisen kann.
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In der Recheneinheit 110 sind beispielhaft ein Steuer- oder Regelmodul 200 sowie ein Redundanzmodul 240 gezeigt. Diese beiden Module führen verschiedene Aufgaben aus, wobei die Darstellung als getrennte Module hier nur beispielhaft ist und auch anders sei könnte; vielmehr kommt es nur darauf an, dass bestimmte Aufgaben generell, z.B. von der Recheneinheit 110, ausgeführt werden können, unabhängig von der konkreten Implementierung. Allgemein kann hierbei aber von einer „Embedded Controller Application Software“ gesprochen werden. Wie ebenfalls bereits erwähnt, könnte das Redundanzmodul 240 auch in einer anderen oder separaten Recheneinheit ausgeführt werden, wobei dann eine geeignete Datenkommunikation vorgesehen sein wird.
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Beim Betrieb des System 100 können z.B. laufend Werte (Messwerte) von z.B. mehreren Betriebsgrößen 220 von dem System 100, hier dem elektrohydrostatischen Aktuator, erfasst werden; hierzu können die in 1 gezeigten Sensoren verwendet werden. Die Werte der Betriebsgrößen 220 werden in der Recheneinheit 110 erhalten; ggf. kann auch vorgesehen sein, dass die Recheneinheit die Sensoren zum Erfassen der Werte auf geeignete Weise ansteuert.
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Die erfassten Werte der Betriebsgrößen 220 können dann, ggf. nach einer Verarbeitung und/oder Integration in einem Übertragungsmodul 210, an das Steuer- oder Regelmodel 200 übergeben werden. Dort werden im Rahmen einer Steuerung oder Regelung, basierend auf den Werten der Betriebsgrößen 220, Werten von z.B. mehreren Ansteuergrößen 230 für das System 100 bestimmt. Diese Werte werden, ggf. nach einer Verarbeitung und/oder Integration im Übertragungsmodul 210, an das System 100 ausgegeben, d.h. das System 100 wird entsprechend der Werte der Ansteuergrößen 230 angesteuert. Hierbei kann auch von Ansteuersignalen gesprochen werden, die an System 100 ausgegeben werden. Insbesondere können hierbei z.B. der in 1 gezeigte elektrische Antrieb sowie die Stellventile auf geeignete Weise angesteuert werden.
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Dieser Ablauf einer Steuerung oder Regelung des Systems 100 kann einer üblichen Steuerung oder Regelung entsprechen, bei der z.B. das in 1 gezeigte Ventil 140 je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen wird, wozu der Aktuator 126 auf geeignete Weise bewegt werden muss.
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Zudem ist das erwähnte Redundanzmodul 240 vorgesehen, das einen digitalen Zwilling umfasst oder darstellt. Das Redundanzmodul 240 umfasst beispielhaft das Modell 242 des Systems 100, ein Schätzungsmodul 244 (um die Parameter oder Zustandsgrößen aus dem Modell 242 zu aktualisieren, z. B. Reibung, Wirkungsgrade, Widerstände), ein Fehlfunktionsmodul 246 sowie ein Entscheidungsmodul 248. Auch hier gilt, dass diese verschiedenen Module nicht notwendigerweise getrennt in der Software implementiert sein müssen, vielmehr kommt es auf deren Aufgaben bzw. Funktionen an.
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Bei dem Modell 242 kann es sich z.B. ein physikalisch motiviertes Modell, ein datenbasiertes Modell oder eine Kombination aus beidem handeln, wie vorstehend bereits erläutert. Mit dem Modell 242 wird das System 100, also hier der elektrohydrostatische Aktuator, abgebildet oder darstellt. Das Modell erhält dabei insbesondere die Betriebsgrößen 220 und die Ansteuergrößen 230 bzw. deren (aktuellen) Werte als Eingangswerte. Basierend darauf können mittels des Modells dann Werte von Überwachungsgrößen 250 bestimmt werden. Die Überwachungsgrößen 250 entsprechend insbesondere den Betriebsgrößen 220, werden jedoch nicht mittels Sensoren gemessen, sondern digital mittels des Modells bestimmt. So wie sich die realen Betriebsgrößen 220 durch Vorgabe von Werten der Ansteuergrößen 230 einstellen bzw. ergeben, können basierend auf den Werten der Ansteuergrößen 230 die Überwachungsgrößen 250 bzw. deren Werte mittels des Modells 242 bestimmt werden. Insofern sind die Werte der Betriebsgrößen 220 für das Bestimmen der Werte der Überwachungsgrößen nicht notwendig, können aber dennoch verwendet werden, um genauere Werte zu erhalten.
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In dem Modell 242 ist, wie erwähnt, das System 100 abgebildet. Dies umfasst insbesondere auch, dass dabei Zustandsgrößen (oder Zustandsparameter) wie Effizienzen oder Reibungsfaktoren in dem System abgebildet sind. Bei solchen Zustandsgrößen handelt es sich insbesondere um solche Größen, die sich über die Zeit, z.B. mit der Alterung des Systems ändern können. So kann z.B. die Effizienz mit der Zeit geringer werden oder eine Reibung kann höher werden, z.B. aufgrund von Abnutzung.
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Das Schätzungsmodul 244 kann als Eingangswerte ebenfalls die Betriebsgrößen 220 und die Ansteuergrößen 230 bzw. deren (aktuellen) Werte erhalten. Außerdem können die Zustandsgrößen 250 bzw. deren aktuellen Werte bekannt sein. Basierend auf den Betriebsgrößen 220 und die Ansteuergrößen 230 bzw. deren Werten können die Zustandsgrößen 252 kann z.B. laufend neu bestimmt bzw. geschätzt werden; bei Bedarf, also wenn sich die Zustandsgrößen 252 z.B. um einen gewissen Wert geändert haben, kann das Modell 242 entsprechend aktualisiert werden. Damit bildet das Modell 242 immer möglichst genau den aktuellen Zustand des Systems ab, insbesondere inkl. etwaiger Alterung des Systems. So kann z.B. ein über die Zeit immer größer werdender Wert einer Ansteuergröße bei gleichbleibendem Wert der Betriebsgröße darauf hindeuten, dass eine Reibung zugenommen hat.
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Das Fehlfunktionsmodul 246 erhalt als Eingangswerte z.B. die Werte der aktualisierten Modellvariablen bzw. Zustandsgrößen und/oder der Betriebsgrößen 220 und/oder der Ansteuergrößen 230, sowie z.B. auch der Zustandsgrößen 252. Basierend darauf kann dann bestimmt werden, ob eine Fehlfunktion vorliegt oder zumindest zu erwarten ist, also z.B. innerhalb einer gewissen Zeit in der Zukunft. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn eine mittels des Modells bestimmte Überwachungsgröße deutlich von den entsprechenden Betriebsgrößen abweicht oder ein solche Abweichung über die Zeit immer größer wird. Wenn dies der Fall ist, wird bestimmt, dass eine Fehlfunktion vorliegt oder zu erwarten ist.
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Das Entscheidungsmodul 248 erhält als Eingang die Feststellung, ob eine Fehlfunktion vorliegt oder erwartet wird. Basierend auf dieser Information kann dann bestimmt werden, ob im Steuer- oder Regelmodul 200 weiterhin die Werte der Betriebsgrößen verwendet werden oder ob ggf. bei einer Betriebsgröße die zu verwendenden Werte durch die Werte der entsprechenden Überwachungsgrößen - die digital mittels des Modells 242 bestimmt werden - ersetzt werden sollen. Falls ein Ersatz erfolgen soll, können im weiteren Verlauf die Werte der betreffenden Überwachungsgröße vom Redundanzmodul 240 an das Steuer- oder Regelmodul 200 übergeben werden, und das Steuer- oder Regelmodul 200 kann angewiesen werden, ab sofort die Werte der Überwachungsgröße anstelle der Betriebsgröße zu verwenden. Auf diese Weise ist der Betrieb des Systems 100 weiterhin mit akzeptabler Genauigkeit möglich, zumindest für eine gewisse Zeit. Ziel ist dabei insbesondere, die Haupt-Dienstleistungen des Systems zu einer minimal akzeptable Qualität fortzusetzen, bis eine Wartung möglich ist oder bis zum Ende der Lebensdauer des Systems, wenn ein sich z.B. dafür entscheidet. Diese Information kann z.B. über eine Kommunikationsschnittstelle (z.B. CAN oder Ethernet) mitgeteilt werden, und es kann dann entschieden werden, ob der Betrieb fortgesetzt oder ob ein Austausch der Geräte veranlasst werden soll. Das heißt, es werden zumindest die Fehler erkannt bzw. vorausgesetzt (wie bei einem „Condition Monitoring“), aber darüber hinaus wird der Betrieb des Systems, ggf. mit eingeschränkten Funktionalitäten, weiterhin ermöglicht