用於執行調節的方法

2023-10-10 07:34:59 1

用於執行調節的方法
【專利摘要】本發明提出一種用於執行調節的方法和裝置。
【專利說明】用於執行調節的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於執行調節的方法，尤其用於調節，其中將PWM信號作為操控 量發出，所述PWM信號的佔空比是所述調節的操作量；並且本發明還涉及一種用於實施所 提出的方法的裝置。

【背景技術】
[0002] 所提出的方法用於在帶有調節對象的PT1特性的調節迴路中執行調節。所述方法 尤其用於求取用於對電感進行操控的操作量。為了對電感進行操控通常使用經過脈衝寬度 調製（PWM)的電流信號。
[0003] 具有帶有一階滯後的比例傳遞特性的PT1環節示出PT1特性。
[0004] 所述脈衝寬度調製是一種調製類型，其中參量、例如電流在兩個值、即接通狀態和 切斷狀態之間變換。在此，在頻率恆定的情況下對矩形脈衝的佔空度或者說佔空比進行調 制並且由此對形成所述矩形脈衝的脈衝的跨度或者說寬度進行調製。所述佔空比(英語為： duty cycle)給出了在矩形信號中接通狀態的時長與周期持續時間的比。如果利用PWM信 號對技術單元進行操控，那麼為了對該技術單元的運行進行調節能夠將所述佔空比作為操 作量由調節器預先給定。
[0005] 為了對由如Η橋或者末級功能塊一樣的1C進行操控的電感例如DC電機、步進電 機和電磁閥進行電流調節，當今在大多數情況下在電路中使用集成的兩點調節器。為此利 用電流在這段時間內的指數特性，以便在平均時間內調到期望的電流強度。缺點在於，在所 述兩點調節中開關頻率依賴於電流額定值、開關遲滯和幹擾量。


【發明內容】

[0006] 在這種背景下提出了具有權利要求1所述特徵的方法和根據權利要求7所述的裝 置。實施方式由從屬權利要求和說明書給出。
[0007] 所提出的方法普遍適用於具有調節對象的PT1特性的調節迴路。所述方法尤其能 夠結合將調節機構集成到1C (集成電路）中用於對電感進行操控。此外，所述方法以恆定 的開關頻率實現了電流調節，而不會超過兩點調節的複雜性。
[0008] 在所述方法中將狀態自動機用作調節器，所述狀態自動機例如通過五個狀態實現 非常精確的電流調節。所述狀態自動機能夠作為簡單並且成本低廉的邏輯單元集成到1C、 例如集成的Η橋或者末級功能塊中。
[0009] 所述調節器通常包括調節量與參考量（FiihrungsgrSfie)的比較結點 (Vergleichstelle)(這也稱為額定值-實際值比較)、相對於參考量的調節偏差的標準化單 元、標準化的調節偏差的限制單元、帶有時間滯後的反饋的狀態自動機和操作量的限制單 元。其他像執行機構（Ste 11 einrichtung)和測量機構一樣的組件是調節迴路的組成部分， 其中所述執行機構能夠設定為半導體開關、例如M0SFET。所述測量機構必須以比較結點的 適當的形式提供調節量、即電流。
[0010] 調節器、即狀態機或者說狀態自動機(英語為：state machine)如在圖2中詳細 描述的那樣處理下列參量：標準化的調節偏差、可調的常數如佔空比增量ADC、操作量 (StellgdfldDCH的放大係數和時間滯後的反饋參量。所述調節器發出佔空比，利用所述 佔空比開關所述執行機構。恆定的開關頻率被直接運用到所述執行機構上並且不依賴於狀 態機的狀態。
[0011] 所述狀態機的狀態根據調節偏差作用於佔空比。所述狀態在技術方案中通過第一 到第五狀態條件實現。其中狀態2、3和4、5僅通過第一狀態條件就能夠實現。
[0012] 狀態1):調節偏差非常小、即處於相對於額定值例如+5%的範圍內。佔空比保持 不變。
[0013] 狀態2):調節偏差在+5%到+50%之間。佔空比在開關頻率的每個新的節拍時以 常數ADC為幅度減小，直到達到狀態1)。
[0014] 狀態3):調節偏差大於50%。佔空比在開關頻率的每個新的節拍時以所述兩個常 數的乘數ADC X放大係數為幅度減小，直到達到狀態2)。
[0015] 狀態4):調節偏差在-5%到-50%之間。佔空比在開關頻率的每個新的節拍時以 常數ADC為幅度提高，直到達到狀態1)。
[0016] 狀態5):調節偏差小於-50%。佔空比在開關頻率的每個新的節拍時以所述兩個常 數的乘數Λ DC X放大係數為幅度提高，直到達到狀態4)。
[0017] 實際值的掃描時刻（Abtastzeitpunkt)非常重要，對此參照圖1。例如如此選擇所 述實際值的掃描時刻，使得其以開關頻率的倒數的一半為幅度滯後地獲取測量值。該掃描 頻率相當於開關頻率。所述測量值直到下個開關事件一直保持存在。
[0018] 本發明的其他優點和技術方案由說明書和附圖給出。
[0019] 要理解的是，之前所提到的和之後將要闡述的特徵不僅能夠以相應示出的組合使 用而且能夠以其他組合或者單獨使用，而不離開本發明的保護範圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1以曲線圖示出了掃描時刻； 圖2以框圖示出了所提出的裝置的實施方式； 圖3示出了所描述的狀態機的流程圖； 圖4以曲線圖示出了調節對象的階躍響應。

【具體實施方式】
[0021] 本發明藉助實施方式在附圖中示意地示出並且下面參照附圖對其進行詳細闡述。
[0022] 圖1以曲線圖示出了參量和掃描時刻的曲線。在這段時間內描繪了電流10和額 定值12的曲線。在第一掃描時刻14、第二掃描時刻16和第三掃描時刻18讀入電流的值並 且轉換成PWM信號20的佔空比。該PWM信號20具有固定的開關頻率並且由此具有恆定的 周期持續時間22。所述佔空比通過持續時間0(^24、0(： 226、0(：328來代表。該佔空比由此隨 著電流10上升。
[0023] 在圖2中示出了用於實施所述方法的裝置的實施方式，所述裝置總體上以附圖標 記50表示。該示圖示出比較單元52,在該比較單元中將電流的實際值54與額定值56進行 比較。由此得到調節偏差57。此外，該示圖還示出標準化單元58,其對相對於參考量、即實 際值54的調節偏差57進行標準化。由此得到標準化的調節偏差I_norm59。此外還描繪了 限制單元60、調節器62、測量機構64、發出原本的佔空比68的另一限制單元66、執行機構 70、調節對象72 (在這種情況下為電感）和影響調節對象72的幹擾量74。幹擾量74例如 能夠是電感由於溫度和時間的阻抗變化。
[0024] 調節器62包括狀態機80和用於時間滯後地反饋的滯後環節82。
[0025] 圖3描繪了狀態機的可能的流程圖。該示圖示出狀態1 ACzDCg(附圖標記100)、 狀態2 - ADC (附圖標記102)、狀態3 -放大係數X ADC (附圖標記 104)、狀態^DCzDU ADC (附圖標記106)以及狀態5 1=0(^+放大係數X ADC (附 圖標記108)。
[0026] I_norm相當於標準化的調節偏差。一開始110時確定： I_norm=(I_ist - I_soll)/I_soll。
[0027] 在第一步驟112中檢驗所述第一狀態條件： -〇.05 ^ l_norm<0. 05〇
[0028] 如果滿足該第一狀態條件，則佔據狀態1 100。基於狀態1 100再次檢驗第一狀態 條件112。如果沒有滿足該第一狀態條件，則檢驗第二狀態條件114,如下： 0.05〈I_norm〈0. 5。
[0029] 如果滿足該第二狀態條件，則佔據狀態2 102,如果不滿足該第二狀態條件，則檢 驗第三狀態條件116,如下： I-norm ^ 5〇
[0030] 如果滿足該第三狀態條件，則佔據狀態3 104。如果不滿足該第三狀態條件，則再 次檢驗第二狀態條件114。如果也不滿足該第二狀態條件，則檢驗第四狀態條件118,如下： -〇.05>I_norm>-〇. 5〇
[0031] 如果滿足該第四狀態條件，則佔據狀態4 106。如果不滿足該第四狀態條件，則檢 驗第五狀態條件120,如下： I_norm < -〇· 5〇
[0032] 如果滿足該第五狀態條件，則佔據狀態5 108。如果不滿足該第五狀態條件，則 在此檢驗第四狀態條件118。如果還不滿足該第四狀態條件，則跳回到檢驗第一狀態條件 112。
[0033] I_norm作為標準化的調節偏差是用於所述調節偏差的量度。由此，根據調節偏差 佔據不同的狀態，在這些狀態中佔空比通過不同的DC值(對此參見圖1)確定。調節器由此 根據調節偏差接收不同的離散的狀態，在這些狀態中根據調節偏差對佔空比進行不同地調 整或者說作為操作量進行調校。
[0034] 在圖4中描繪了不同的曲線。該示圖示出沒有調節器而接通幹擾量的階躍響應 (Sprungantwort) 150、幹擾量152的曲線、帶有調節器且接通幹擾量的階躍響應的曲線、更 確切地說是額定值154和實際值155以及操作量156的曲線、佔空比。
[0035] 能夠看到，利用調節器能夠對幹擾量152的影響進行補償。
[0036] 所提出的方法能夠集成在對1C的新研究中，其中執行環節和測量機構設置用於 對電感進行操控。這例如是用於運行DC電機和步進電機的Η橋、高集成化的末級功能塊和 除了邏輯元件和傳感器元件還具有功率元件的多功能1C。
【權利要求】
1. 用於在調節迴路中執行調節的方法，所述調節迴路的調節對象（72)具有PT1特性， 其中使用調節器（62)，所述調節器發出操縱量，所述操縱量是具有固定的開關頻率的PWM 信號（20)的佔空比（68)，其中將狀態機（80)用作調節器（62)，所述狀態機根據通過將實際 值（54)與額定值（12、56)進行比較所求取到的調節偏差來佔據不同的狀態並且根據所佔 據的狀態發出所述操作量。
2. 按權利要求1所述的方法，其中所述狀態機（80)能夠佔據五個不同的狀態（100、 102、104、106、108)。
3. 按權利要求1或者2所述的方法，所述方法用於對電感進行電流調節。
4. 按權利要求1到3中任一項所述的方法，其中考慮標準化的調節偏差。
5. 按權利要求1到4中任一項所述的方法，其中將所述佔空比（68)作為操作量時間 滯後地發出。
6. 按權利要求1到5中任一項所述的方法，其中以所述開關頻率的倒數的一半為幅度 滯後地選擇所述實際值（54)的掃描點（14、16、18)。
7. 用於在調節迴路中執行調節的裝置、尤其用於實施按權利要求1到6中任一項所述 的方法的裝置，具有調節器（62)、比較單元（52)、執行機構（70)和測量機構（64)，其中所述 調節器（62)包括狀態機（80)。
8. 按權利要求7所述的裝置，所述裝置被集成到集成電路中。
9. 按權利要求7或者8所述的裝置，其中所述調節器（62)額外地包括滯後環節（82)。
【文檔編號】H03K3/017GK104124944SQ201410167304
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2013年4月25日
【發明者】A.奧厄, M.W.哈斯 申請人:羅伯特·博世有限公司