用于调节马达转速的方法.pdf

本发明涉及一种用于借助于转速调节器（4）调节马达（2）的转速的方法，其中，读入实际角加速度值（αIst）并且与理论角加速度值（αSoll）比较，并且基于实际角加速度值（αIst）和理论角加速度值（αSoll）的比较，确定转速调节器（4）的积分I-分量的调节器输出力矩（MI）。

权利要求书
1.   一种用于借助于转速调节器（4）调节马达（2）的转速的方法，具有步骤：
-读入实际角加速度值（αIst），
-比较实际角加速度值（αIst）和理论角加速度值（αSoll），和
-基于实际角加速度值（αIst）和理论角加速度值（αSoll）的比较，确定转速调节器（4）的积分I-分量的调节器输出力矩（MI）。

2.   根据权利要求1所述的方法，其中，在使用一个特征线（fSoll(Δω)）下由实际角速度和理论角速度之间的偏差确定理论角加速度值（αSoll）。

3.   根据权利要求1所述的方法，其中，通过实际角速度和理论角速度之间的偏差与一个常数相乘确定理论角加速度值（αSoll）。

4.   根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定转速调节器（4）的一个比例P-分量的调节器输出力矩（MP）并且由该比例P-分量的调节器输出力矩（MP）和积分I-分量的调节器输出力矩（MI）确定转速调节器（4）的总调节器输出力矩（MR）。

5.   根据引用权利要求3的权利要求4所述的方法，其中，所述常数是由转速调节器（4）的比例分量的一个调节器系数（KP）和马达（2）的质量惯性矩形成的商。

6.   根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以一个扫描步宽（Δt）扫描实际角速度和理论角速度之间的偏差，以便测定角速度调节偏差值（Δω（t）, Δω（t-1）），并且由两个测定的角速度调节偏差值（Δω（t）, Δω（t-1））和扫描步宽（Δt）形成一个微分值（ΔωD（t））。

7.   根据权利要求6所述的方法，其中，实施微分值（ΔωD（t））的低通滤波。

8.   根据权利要求6或7所述的方法，其中，由微分值（ΔωD（t））确定转速调节器（4）的积分I-分量的调节器输出力矩（MI）。

9.   根据引用至少权利要求5的权利要求8所述的方法，其中，由转速调节器（4）的积分I-分量的一个调节器系数和由所述常数确定积分I-分量的调节器输出力矩（MI）。

10.   根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由在一个第一时间点处的积分I-分量的调节器输出力矩（MI）确定在一个第二时间点处的积分I-分量的调节器输出力矩（MI），第一时间点早于第二时间点。

11.   计算单元（4），它被设计用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

12.   计算机程序，当它在一个计算机单元上执行时，它命令该计算单元（4）实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

13.   可机读的存储介质，具有存储在其上的根据权利要求12所述的计算机程序。

说明书用于调节马达转速的方法
技术领域
本发明涉及一种用于调节马达转速的方法。
现有技术
为了调节马达的转速，例如内燃机的电动机，使用PI调节器，它们具有用于不同的运行状态的不同的参数组，该参数组具有用于PI调节器的参数（比例和积分系数）。此外，PI 调节器可以以一个微分分量扩展成PID调节器。
转速调节回路中的最大的干扰参数是耦合在的马达上的负荷。它可以在运行中在短时间内在一个大的值域上变化，例如由于接入机动车的负载，如空调设备或伺服转向器或者由于在空载行驶中交变的行驶阻力。
为了避免留下的调节偏差，转速调节器具有积分I-分量，它补偿在负荷中的偏差。积分I-分量此时依据调节偏差确定。但是这导致通过积分的较大的相位延迟，它需要转速调节器的一个相位增益的微分D-分量。
因此需要揭示出如何能够比利用至今为止的PI(D)调节器实现更好的调节质量的途径。
发明内容
按照本发明建议具有独立权利要求的特征的一种用于调节马达的转速的方法和一种实施该方法的计算单元。有利的实施例是从属权利要求和下面的说明的内容。
本发明的一个主要方面在于，在一种用于调节马达的转子的转速或角速度的方法中，基于实际角加速度值和理论角加速度值的比较确定调节器输出力矩的积分I-分量。在此，该马达可以是机动车的内燃机或（例如混合动力驱动装置的）电动机。转速调节器例如可以设计成驱动装置的滑转调节装置。
马达通常具有I-环节(积分元件)的积分特性。由于使用加速度值而不是速度值，减小了由此产生的相位移。因此可以取消附加的微分D-分量。此外，理论角速度（亦即理论转速）仅仅取决于转速调节器的比例P-分量的已知的放大系数和马达（即转子）的只缓慢改变的并且容易适配的质量惯性矩。因此，该方法相对于参数偏差对干扰特别不敏感（高抗干扰性）。此外，按照本发明的转速调节器补偿作为干扰参数的负荷的速度快于常规的PI（D）调节器，因为该负荷在加速度的基础上被补偿。最后，该转速调节器可以简单地应用。因为，如上所述，理论角速度最好仅仅通过转速调节器的比例P-分量的放大系数和通过马达的质量惯性矩来确定，而负荷的补偿借助于积分I-分量的积分系数来确定。
按照一个实施方式，在使用一个特征线下由实际角速度和理论角速度之间的偏差（以下也称为调节偏差）确定理论角加速度值。由此实现，转速调节器也可以用于具有非线性特性的马达。
按照另一个实施方式，通过调节偏差与一个常数相乘确定理论角加速度值。由此实现，具有简单结构的转速调节器可以用于具有线性特性的马达的转速调节。
按照另一个实施方式，确定转速调节器的一个比例P-分量的调节器输出力矩，它然后与积分I-分量的调节器输出力矩相加形成转速调节器的总调节器输出力矩。比例P-分量的调节器输出力矩有利地由调节偏差，即角速度差，确定。由此实现调节的进一步改善，因为除了角加速度外还考虑角速度。
按照另一个实施方式，所述常数是由一个调节器系数和马达的质量惯性矩形成的商。在此处，调节器系数是转速调节器的一个比例P-分量的放大系数。由此实现，能够特别简单地测定理论角加速度值，不需要附加的微分环节（微分元件）和不需要附加的加速度传感器。
按照另一个实施方式，以一个扫描步宽（采样步距）调节偏差，以便由两个测定的调节偏差值和扫描步宽形成一个微分值。为此，由两个调节偏差值和该扫描步宽形成所述商。因此，通过该微分值提供对应于模拟的实际角加速度值的、时间上离散的参数，因此该方法也可以通过扫描调节器实施。
按照另一个实施方式，实施微分值（ΔωD（t））的低通滤波。由此实现，能够补偿形成微分值的微分环节的干扰敏感性。由此降低微分值的干扰敏感性。
一种按照本发明的计算单元，例如用于马达的转速调节器，尤其在程序技术上，被设置用于实施按照本发明的方法。
该方法以软件形式进行实施也是有利的，因为这产生的费用极低，尤其是在执行的计算单元还被用于其它的任务并且因此本来就存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD 等等。也可以通过计算机网络（互联网、局域网等等）下载程序。
本发明的其它的优点和实施例由说明书和附图给出。
不言而喻，上述的和下面还要解释的特征不仅能够在相应给出的组合中，而且能够在另外的组合中或者单独地应用，而不脱离本发明的范围。
本发明借助于实施例在附图中示意示出并且在下面参照附图进行详细描述。
附图说明
图1显示了按照本发明的一个优选实施方式的调节回路的示意图，和
图2显示了图1中的转速调节器。
具体实施方式
图1中示出按照本发明的一个优选实施方式的调节回路，具有马达2和转速调节器4。
本实施例中，马达2是用于驱动机动车的混合动力驱动装置的内燃机或电动机。转速调节器4可以设计成用于马达2的空转转速和最终转速调节或者转速调节器4是防打滑调节装置的一个部件。转速调节器4可以是一个计算单元的一部分，例如机动车的发动机控制器的一部分。
马达2具有转子（没有示出，例如电动机的转子或者内燃机的曲轴），其具有质量惯性矩J，转子在运行中以实际角速度值ωIst旋转，其中，在马达2上施加有负载力矩ML。转速调节器4为此被设置用于将实际角速度ωIst调节到理论角速度ωSoll。
只要转速调节器4的调节器输出力矩MR正好对应于施加的负载力矩ML，就不会产生角加速度并且马达2的转子以恒定的实际角速度值ωIst =ωSoll旋转。
因此角速度的改变由调节器输出力矩MR和负载力矩ML之间的差引起。按照角动量原理，这适用于在实际角速度和理论角速度之间的调节偏差（Δω=ωIst-ωSoll））的时间导数，它对应于一个角加速度：
      （1）
因此马达2具有一个积分特性，也就是说，它如积分器或者如调节回路中的I-环节一样运行。
转速调节器4的调节器输出力矩MR由一个积分I-分量MI和一个其它的、通常的比例P-分量MP组成：
       （2）
为了确定积分I-分量MI，转速调节器4具有I-转速调节器4a，和为了确定比例P-分量MP，转速调节器4具有P-转速调节器4b。
在这种调节中，（持续的或静态的）负载力矩ML理想地由I-分量MI精确地补偿。相应地由等式（1）得到：
           （3）
相应地，该理想地是一个理论角加速度值。
如果负载力矩ML是恒定的，那么其它的干扰可以通过P-分量调整。
如果P-转速调节器4b设计成线性调节器，那么由确定单元6通过角速度调节偏差Δω与一个常数相乘来确定理论角加速度αSoll作为P-转速调节器4b的输入参数，所述常数由转速调节器4的比例的分量MP的调节器系数KP和马达2的质量惯性矩J的商形成：

在本实施例中，P-转速调节器4b在广义上是非线性的调节器。相应的理论角加速度值αSoll作为P-转速调节器4b的输入参数由用于确定理论角加速度值αSoll的确定单元6依据角速度调节偏差Δω由储存的特征线fSoll(Δω)来设计或确定：

如果在运行中负载保持不变，即，调节回路不受负载干扰，那么负载力矩等于I-分量MI。但是在调节回路中最大的干扰参数是负载力矩ML。负载力矩ML可以在短的时间内在大的值范围上改变，例如由于接入用电器如机动车的空调设备或伺服转向机构，或者由于在空载行驶中改变的行驶阻力。在这些状况下，MI必须尽可能快速地匹配于改变的负载。在此情况下，转速调节器4的积分I-分量的调节器输出力矩MI依据理论角加速度值αSoll和实际角加速度值αIst之间的差来确定：

因此积分I-分量MI以积分放大系数KI作用。在本发明的范围中，因此该I-分量依据理论角加速度和实际角加速度之间的偏差来确定，这导致，它比在从实际角速度和理论角速度之间的调节偏差的确定期间更早地达到一个稳定的终值（对应于负载力矩）。
如果I-转速调节器4a设计成非线性调节器，那么可以使用在理论角加速度值αSoll和实际角加速度值αIst之间的差的一个非线性放大（系数）g：

如果I-转速调节器4a设计成线性调节器，那么转速调节器4a的积分I-分量MI的调节器输出力矩MI确定为：

I-转速调节器4a的积分I-分量MI的积分放大系数KI可以通过解这个微分方程式来确定，如本身已知的那样。
在图2中示出转速调节器4，它在本实施例中设计为时间离散的扫描调节器（探测调节器）。
转速调节器4具有微分环节（元件）8、低通（滤波器）10、积分环节（元件）12和比例环节（元件）14。转速调节器4本身、微分环节8、积分环节12、比例环节14和低通滤波器10可以具有硬件和/软件部件。
转速调节器4设计用于读入时间离散的角速度调节偏差值Δω（t）, Δω（t-1），它们通过扫描装置（没有示出）以扫描步宽Δt被扫描（采样）。
微分环节8被设计用于，由两个前后相继探测的角速度调节偏差值Δω（t）， Δω（t-1），通过形成探测的角速度调节偏差值Δω（t），Δω（t-1）的差和通过除以扫描步宽Δt，确定一个微分值ΔωD（t）：

微分值ΔωD（t）由低通滤波器10读入并且滤波，以提高微分环节8的干扰不敏感性（抗干扰性）。
滤波的微分值ΔωD（t）由积分环节12读入。依据在时间点t-1处积分环节12的一个储存的调节器输出力矩值MI(t-1)、转速调节器的积分分量的调节器系数KI和由转速调节器4的比例分量的调节器系数KP与质量惯性矩J形成的商，积分环节12确定在时间点t处积分环节10的当前的调节器输出力矩值MI(t) ：

比例环节14被设计用于读入在时间点t处的时间离散的角速度调节偏差值Δω（t）。 为了确定在时间点t处比例环节14的调节器输出力矩MP（t），执行与转速调节器4的比例分量的调节器系数KP的相乘：

积分环节10的当前的调节器输出力矩MI（t）和比例环节14的调节器输出力矩和MP（t）一起则给出在时间点t处的转速调节器4的总调节器输出力矩MR（t）。
在运行中，负载力矩ML的改变引起实际角加速度与理论角加速度αSoll的偏差。一旦在角加速度α中出现偏差，积分I-分量MI就被如此修正，即该修正抵抗角加速度α的偏差。因此增大的负载力矩ML导致角加速度α减小。如果实际角加速度值αIst小于理论角加速度αSoll，转速调节器4的比例P-分量MP调节器输出力矩MP或积分环节10的调节器输出力矩MI（t）与角加速度的偏差成比例地增大，这抵抗负载力矩ML的改变。