專利名稱：控制具有重復(fù)工作周期的控制對象的方法和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制試驗臺裝置的方法和控制裝置，所述試驗臺裝置包括具 有重復(fù)的工作周期的試驗件和通過傳動軸與所述試驗件連接的負(fù)載機械。
背景技術(shù)：
在試驗臺一例如發(fā)動機或傳動系試驗臺一上，試驗件一例如內(nèi)燃機、汽車傳動、傳 動系等一通過傳動軸與負(fù)載機械(測力計)一通常為電動機一連接，以此可以向試驗件施 加所希望的負(fù)載力矩，其中負(fù)載機械經(jīng)常也被用作驅(qū)動裝置。一般選擇常規(guī)的傳動軸使得 試驗臺結(jié)構(gòu)的固有頻率低于空載轉(zhuǎn)數(shù)，例如17Hz相對于四缸發(fā)動機大約20Hz的空載頻率。 由此避免在試驗件的運行區(qū)間發(fā)生共振，但這會限制負(fù)載力矩或驅(qū)動力矩的強度，因為傳 動軸的作用如同低通濾波器，高于極限頻率一例如高于約15Hz—的力矩分量被減弱。對于 某些測試來說，能夠傳遞具有明顯更高頻率一例如60Hz—的分量的扭矩是很重要的。這就 意味著，在發(fā)動機的工作區(qū)間，傳動可能被激勵而發(fā)生不希望的共振，因為設(shè)備運行于一個 關(guān)鍵的區(qū)間，例如在該區(qū)間點火頻率與傳動的固有頻率相同。如果固有頻率為60Hz，則例如 四缸發(fā)動機在ISOOrpm的區(qū)間時會出現(xiàn)共振。因此使用這種傳動軸就需要進行可以抑制此 時發(fā)生的共振的控制?；诋?dāng)前測量值的一種常規(guī)的控制可以部分地緩和這個問題，但整 體而言還不適合，因為這種控制總是只可以對當(dāng)前的實際值有時延地做出反應(yīng)。延時由內(nèi) 在的靜止時間和測量和控制裝置的低通特性形成，并且在下文中被記為系統(tǒng)延遲。在頻率 較高時系統(tǒng)延遲不可以再被忽略并使得試驗臺上快速的額定力矩變化只能有延時地被調(diào) 離
iF. ο“Development of Virtual and Real Simulator for Engine"( “弓白勺 ‘虛擬和實際仿真器，的發(fā)展”，K. Shirota，et al，SAE 2001fforld Congress, SAE Technical Paper Series 2001-01-1355)中描述了一個適合的控制的例子，該控制可以抑制在使用產(chǎn) 生較高固有頻率的傳動軸時發(fā)生的共振。此外，該控制基于一個熟知的控制概念，即H無窮 (H-infinity)控制器。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種控制方法和控制裝置，其可以在基于時間地控 制具有重復(fù)的工作周期的裝置時，尤其是在控制在試驗件和測力計(Dyno)之間使用傳動 的試驗裝置時，至少減輕上述的共振問題，其中所述傳動的固有頻率位于試驗件的工作區(qū) 間之內(nèi)。本任務(wù)對于方法和控制裝置根據(jù)本發(fā)明這樣解決，即由控制的當(dāng)前實際值和根據(jù) 之前工作周期的實際值得出的即將到來的無系統(tǒng)延遲的實際值的預(yù)測，來確定反饋給控制 的經(jīng)調(diào)整的實際值。因此不僅當(dāng)前的實際值被用于控制，還要用到根據(jù)之前工作周期得出 的即將到來的無系統(tǒng)延遲的實際值的預(yù)測，由此可以補償內(nèi)在的系統(tǒng)延遲。通過補償系統(tǒng) 延遲，控制可以在不存在系統(tǒng)延遲的情況下對實際值的改變做出響應(yīng)，由此頻率較高的共振同相衰減成為可能。有益地，可以將控制的當(dāng)前實際值分為表示當(dāng)前與之前工作周期間變化的有系統(tǒng) 延遲的暫態(tài)分量，和表示重復(fù)分量的預(yù)測的補償系統(tǒng)延遲的分量，并且由有系統(tǒng)延遲的暫 態(tài)分量和無系統(tǒng)延遲的預(yù)測分量確定反饋給控制的經(jīng)調(diào)整的實際值。預(yù)測分量有益地可以 由例如根據(jù)迭代模型結(jié)構(gòu)的模型得出，或直接由根據(jù)迭代控制原則形成的信號而確定。當(dāng) 前實際值的暫態(tài)分量有益地也可以利用與工作周期同步的均值濾波進行預(yù)處理，以便排除 信號中可能還存在的迭代分量。尤其有益的是通過下述內(nèi)容確定經(jīng)調(diào)整的實際值，即將設(shè)備之前工作周期的實際 值以分辨時間或角度的方式存儲于存儲單元，并將當(dāng)前實際值和所存儲的之前的實際值傳 輸?shù)接嬎銌卧鎯Φ闹暗膶嶋H值內(nèi)在系統(tǒng)延遲通過將系統(tǒng)延遲之前的所存儲的之 前的實際值用做預(yù)測的實際值而被補償，在用于確定暫態(tài)實際值的計算單元中由所存儲的 有延遲的之前的實際值和有延遲的當(dāng)前實際值形成差別，并將預(yù)測的實際值和暫態(tài)實際值 相加得到經(jīng)調(diào)整的實際值。如果存儲單元將所存儲的之前的實際值和所存儲的角度和時間都有系統(tǒng)延遲的 實際值傳送到計算單元，補償可以被尤其簡單執(zhí)行。在通常的沒有高動態(tài)測力計的發(fā)動機或傳動系試驗臺上選擇試驗裝置一例如內(nèi) 燃機-軸-測力計一的固有頻率，使得裝置的固有頻率在空轉(zhuǎn)的點火頻率和起動轉(zhuǎn)速的點 火頻率之間。該固有頻率根據(jù)內(nèi)燃機的缸數(shù)一般是15-30HZ。點火頻率(=控制性的激勵 頻率)在四沖程發(fā)動機中對應(yīng)于兩倍的旋轉(zhuǎn)頻率。由于發(fā)動機錯誤的點火方式，點火頻率 (=控制性的激勵頻率)在試驗件的工作區(qū)間內(nèi)可以進入固有頻率的區(qū)間。如果例如4缸 4沖程的發(fā)動機只有2個缸運轉(zhuǎn)，則控制性的激勵頻率接近旋轉(zhuǎn)頻率的一半并且可以因此 在固有頻率的區(qū)間內(nèi)接近特定的轉(zhuǎn)數(shù)(其現(xiàn)在可能高于空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速)。這導(dǎo)致了嚴(yán)重時可以 毀壞設(shè)備的共振(以固有頻率振動)。同樣這里有必要，通過合適的控制介入來抑制這種振 動。由于這種常規(guī)試驗臺中非高動態(tài)的測力計的受限的動力，本方法在沒有附加措施的情 況下將導(dǎo)致違反調(diào)整參數(shù)限制并且使測力計過載而導(dǎo)致關(guān)閉。為了避免必須為此實現(xiàn)另一 種控制方法，從當(dāng)前實際值中濾出高于1.4倍一優(yōu)選倍一的固有頻率的頻率分量，并且 經(jīng)調(diào)整的實際值利用該經(jīng)過濾的當(dāng)前的實際值確定。利用該附加的過濾可以將本控制方法 同樣應(yīng)用到常規(guī)的試驗臺上。也可以為現(xiàn)有的試驗臺加裝根據(jù)本發(fā)明的控制方法，加裝后 的試驗臺不僅可以適用于高動態(tài)的試驗也可以適用于一般動態(tài)的試驗。


下面結(jié)合附圖1至5對本發(fā)明進行描述，所述附示地、示例地顯示了不受局限 且有益的實施方式，其中，圖1示出了在反饋之路中設(shè)置了根據(jù)本發(fā)明的實際值計算單元的控制示意圖，圖2示出了控制對象的舉例，圖3示出了用于確定經(jīng)調(diào)整的實際值的計算單元的示意性框圖，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的控制示意圖的其他實施方式，以及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的控制示意圖的其他實施方式。
具體實施例方式圖1示出了具有一個待控制的控制對象G和控制器R的簡單的控制示意圖，這里 如圖2所示，試驗臺裝置具有試驗件1 (例如內(nèi)燃機、傳動系等)和負(fù)載機械2 (例如電動 機)，它們通過傳動軸3相連?？刂茖ο驡以熟知的方式是待控制裝置的控制技術(shù)模型，此 處為試驗臺裝置，并且控制器R控制控制對象G的一個特定的控制參數(shù)r，這里例如是軸轉(zhuǎn) 矩或轉(zhuǎn)速。為控制預(yù)先給定額定值！^皿并采集(例如測量)實際值rist，該實際值以公知 的方式被反饋到反饋回路并被從額定值中去除。然而由于測量和處理總是有延時地使用當(dāng)前的實際值rist akt。此外通過控制和設(shè) 備的反應(yīng)能力也引入了延時。處理、控制和特定于設(shè)備的延遲或靜止時間在下文中稱為系 統(tǒng)延遲。系統(tǒng)延遲可以通過對控制器R和設(shè)備的認(rèn)識提前確定并作為已知。由于系統(tǒng)延遲 只能總是有延時地響應(yīng)于實際值rist的變化。為了減輕這個問題，現(xiàn)在要確定反饋給控制 的將來的(預(yù)測的)沒有系統(tǒng)延遲的實際值。由于精確地預(yù)測將來的實際值當(dāng)然不可能， 確定將來的實際值的近似值。此外為了補償或減弱系統(tǒng)延遲，優(yōu)選地確定將來的相應(yīng)系統(tǒng) 延遲的時間的實際值或?qū)嶋H值分量。為了可以抑制控制對象G中可能出現(xiàn)的共振，現(xiàn)在反饋之路中設(shè)置實際值計算單 元F，其從實際值rist中計算出反饋給控制的經(jīng)調(diào)整的實際值&t m。d，下面將詳細(xì)描述。工作周期重復(fù)出現(xiàn)，例如內(nèi)燃機所有缸的完整的燃燒周期(例如4沖程720°曲軸 轉(zhuǎn)角)。這種情況根據(jù)本發(fā)明被應(yīng)用。此外在實際值計算單元F中設(shè)置存儲器M，其中存儲 至少一個當(dāng)前工作周期之前的工作周期的實際值rist。因此在該存儲單元M中總是存儲了 之前的一優(yōu)選之前緊鄰的一的工作周期。此外優(yōu)選分辨角度或時間地以離散地步驟進行， 例如每個曲軸轉(zhuǎn)角角度或每毫秒一個值。優(yōu)選地，存儲器M被構(gòu)造為循環(huán)的存儲器，即所存 儲的值總是由解算觸發(fā)(auflSsuiigsgetriggert)地被推入，直到該值又被從存儲器中 擠出。之前工作周期的實際值rist it現(xiàn)在時間同步(角度同步地)傳輸給計算單元S，即 在當(dāng)前時間(或角度)各個在同樣的時間(或角度)所存儲的之前的值被傳輸給計算單元 S。同樣地，當(dāng)前的實際值rist akt也傳輸給計算單元S。實際值rist從一個工作周期到下一 個工作周期發(fā)生可能存在的暫態(tài)分量的變化。如果負(fù)載或轉(zhuǎn)速在一個工作周期里不變，則 設(shè)備處于準(zhǔn)穩(wěn)定的每個工作周期重復(fù)的運行中，其中這個分量被稱為迭代分量。在這種情 況下，暫態(tài)分量為零。此外暫態(tài)分量的動態(tài)小于迭代分量的動態(tài)。當(dāng)前的實際值的暫態(tài)分 量也可以利用與工作周期同步的均值濾波進行與處理，以便消除信號中可能仍然存在的迭 代信號。如果高動態(tài)的分量不能完全地重復(fù)，則在信號中出現(xiàn)這個分量。在優(yōu)選的方法中，考慮所存儲的之前的工作周期的值rist it，用于確定預(yù)測的(將 來的)實際值并補償系統(tǒng)延遲。此外在計算單元S中，首先以暫態(tài)實際值形式計 算暫態(tài)分量，如圖3所示，通過將當(dāng)前的實際值rist akt時間同步(或角度同步)地從所存儲 的之前的實際值rist it中去除。但在這個暫態(tài)分量rist trans*始終包含系統(tǒng)延遲。此外在 補償單元K中，通過在所存儲的之前的實際值rist it中補償系統(tǒng)延遲來確定預(yù)測的實際值， 例如通過對于當(dāng)前的曲軸角度(或時間)不是傳送相應(yīng)的所存儲的值，而是傳送在前已知 的系統(tǒng)延遲時間的值一因此，在之前所存儲的值rist it中可以預(yù)測將來。如此補償(預(yù)測) 的實際值rist—it—k。mp (無系統(tǒng)延遲)和暫態(tài)實際值rist—it—teans (有系統(tǒng)延遲)現(xiàn)在被加和，由此形成。因此，經(jīng)調(diào)整的實際值rist m。d是和有系統(tǒng)延遲的暫態(tài)分量的混合。在預(yù)測的、目前無 系統(tǒng)延遲的分量中隱藏具有對同相控制必須的高度動態(tài)的信息。暫態(tài)分量的動態(tài)大大小于 預(yù)測的分量的動態(tài)，因此這里系統(tǒng)延遲不是問題。在計算單元S中也可以放棄補償單元K，如果存儲單元M具有兩個輸出端，其中一 個輸出屬于當(dāng)前角度(或時間)的值，而另一個輸出時間上推移了系統(tǒng)延遲的值，如圖4所 示。作為替代，也可以設(shè)置兩個循環(huán)的存儲單元，其中在一個存儲單元中分別以分辨時間或 角度的方式存儲整個工作周期，例如4沖程內(nèi)燃機720°曲軸轉(zhuǎn)角，并且在另一個，縮短了 系統(tǒng)延遲的工作周期，例如4沖程內(nèi)燃機690°曲軸轉(zhuǎn)角，以及30°的系統(tǒng)延遲。因此在第 二輸出端處始終是提前系統(tǒng)延遲的值的“將來的”值。圖5所示為本發(fā)明的其他的實施方式。這里在對象G和實際計算單元F之間連接 低通濾波器A，其從當(dāng)前的實際值rist akt中濾出頻率分量，所述頻率分量比裝置固有頻率的 1.4倍一優(yōu)選λ/ 倍-要高。經(jīng)調(diào)整的實際值rist m。d在下文中如上述那樣通過經(jīng)濾波的當(dāng) 前實際值rist 確定。控制器R如何構(gòu)造以及對象G如何建模對本發(fā)明而言沒有意義。盡管根據(jù)本發(fā)明 的具有實際值計算單元F的控制示意圖主要用于抑制共振，仍然要意識到，實際值計算單 元當(dāng)然也可以應(yīng)用于不期待共振-在這種情況下作為附加抑制-的控制中。
權(quán)利要求
1.一種用于控制試驗臺裝置的方法，所述試驗臺裝置包括具有重復(fù)的工作周期的試驗 件(1)和通過傳動軸C3)與所述試驗件連接的負(fù)載機械O)，其特征在于，由控制的當(dāng)前實 際值(rist akt)和根據(jù)之前工作周期的實際值得出的對即將到來的無系統(tǒng)延遲的實際值的 預(yù)測，來確定反饋給所述控制的經(jīng)調(diào)整的實際值(rist—m。d)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述當(dāng)前實際值(ristakt)分為表示當(dāng)前 工作周期相對于之前工作周期間的變化的有系統(tǒng)延遲的暫態(tài)分量(rist teans)、和表示重復(fù) 分量的補償了系統(tǒng)延遲的預(yù)測分量(rist it k。mp)，并且由有系統(tǒng)延遲的暫態(tài)分量(rist teans)和 無系統(tǒng)延遲的預(yù)測分量(rist—it—k。mp)確定反饋給所述控制的經(jīng)調(diào)整的實際值(rist—m。d)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)前實際值(ristakt)的暫態(tài)分量(rist trans)利用與工作周期同步的均值濾波進行預(yù)處理。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，將設(shè)備的之前工作周期的實際值(rist it)以分辨時間或角度的方式存儲于存儲單元(M)中，并將當(dāng)前實際值(rist akt)和所存儲的 之前的實際值(rist it)傳輸?shù)接嬎銌卧?S)，所存儲的之前的實際值(rist it)內(nèi)在系統(tǒng)延遲 通過將系統(tǒng)延遲之前所存儲的之前的實際值(rist it)用做預(yù)測的實際值(rist it k。mp)而被補 償，在用于確定暫態(tài)實際值(rist trans)的計算單元(S)中由所存儲的有延遲的之前的實際值 (rist_it)和有延遲的當(dāng)前實際值(rist—akt)求差，并將預(yù)測的實際值(rist—it—k。mp)和暫態(tài)實際值 (rist_trans)相加得到經(jīng)調(diào)整的實際值(rist—m。d)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述存儲單元(M)將所存儲的之前的實際值(rist—it)和所存儲的角度和時間都有系統(tǒng)延遲的實際值(rist it k。mp)傳送到所述計算單元 ⑶。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，從當(dāng)前實際值(ristakt)中濾出高 于1.4倍一優(yōu)選高于倍一的固有頻率的頻率分量，并且經(jīng)調(diào)整的實際值(rist m。d)利用該 經(jīng)過濾的當(dāng)前的實際值(rist—akt—filt)確定。
7.一種用于控制試驗臺裝置的控制裝置，所述試驗臺裝置包括具有重復(fù)的工作周期的 試驗件(1)以及控制器(R)和實際值計算單元(F)，其中所述試驗件通過傳動軸C3)與負(fù)載 機械(2)連接，所述實際值計算單元(F)設(shè)置于反饋路徑中，其特征在于，在所述實際值計算單元(F)中，能夠處理控制的當(dāng)前實際值(rist akt)和根據(jù)之前工作 周期的實際值得出的對即將到來的無系統(tǒng)延遲的實際值的預(yù)測，以確定反饋給所述控制的 經(jīng)調(diào)整的實際值(rist—m。d)。
8.如權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，控制的當(dāng)前實際值(ristakt)能夠分為 表示當(dāng)前工作周期相對于之前工作周期間的變化的有系統(tǒng)延遲的暫態(tài)分量(rist trans)、和 補償了系統(tǒng)延遲的預(yù)測分量(rist—it—k。mp)，并且由暫態(tài)分量(rist—trans)和預(yù)測分量(rist—it—k。mp) 能確定反饋給所述控制的經(jīng)調(diào)整的實際值(rist—m。d)。
9.如權(quán)利要求8所述的控制裝置，其特征在于，在所述實際值計算單元(F)中設(shè)置存 儲單元(M)和計算單元(S)，其中當(dāng)前實際值(ristakt)能夠傳送到所述實際值計算單元 (F)，并且在所述存儲單元(M)中能夠以分辨時間或角度的方式存儲之前工作周期的實際 值(rist it)，在用于確定暫態(tài)實際值(rist trans)的計算單元⑶中能由存儲在所述存儲單元 (M)中的有延遲的之前的實際值(rist it)和有延遲的當(dāng)前實際值(rist akt)求差，在所述實際 值計算單元(F)中，所存儲的之前的實際值的內(nèi)在系統(tǒng)延遲能夠通過將系統(tǒng)延遲之前所存儲的之前的實際值做為預(yù)測的實際值(rist it k。mp)傳送而被補償，以及在所述計算單元(S) 中，預(yù)測的實際值(rist—it—k。mp)和暫態(tài)實際值(rist—trans)能夠相加得到經(jīng)調(diào)整的實際值(rist—mod) °
10.如權(quán)利要求9所述的控制裝置，其特征在于，在所述存儲單元(M)處設(shè)置兩個輸出 端，其中一個輸出端能夠輸出所存儲的之前的實際值(rist—it)，而另一個輸出端能夠輸出所 存儲的角度和時間都有系統(tǒng)延遲的實際值(rist it k。mp)。
11.如權(quán)利要求7到10之一所述的控制裝置，其特征在于，設(shè)置低通濾波器(A)，所述 低通濾波器㈧從當(dāng)前實際值(rist akt)中濾出高于1.4倍一優(yōu)選高于倍一的固有頻率 的頻率分量，并且在所述實際值計算單元(F)中，經(jīng)調(diào)整的實際值(rist m。d)能夠利用該經(jīng)過 濾的當(dāng)前的實際值(rist—akt—filt)確定。
全文摘要
在控制具有重復(fù)的工作周期的裝置—例如發(fā)動機試驗臺—時，在裝置的工作區(qū)間內(nèi)經(jīng)常由于試驗件(例如內(nèi)燃機)而激起需要通過控制而抑制的共振。本發(fā)明對此提出一個控制概念，即由控制的當(dāng)前實際值rist_akt和根據(jù)之前工作周期的實際值得出的即將到來的無系統(tǒng)延遲的實際值的預(yù)測，來確定反饋給所述控制的經(jīng)調(diào)整的實際值rist_mod。
文檔編號G05B13/04GK102138109SQ200980133334
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者D·登格, H·科卡爾, J·邁爾霍費爾, L·德爾瑞, M·施密特 申請人:Avl里斯脫有限公司