用于执行调节的方法
【专利摘要】本发明提出一种用于执行调节的方法和装置。
【专利说明】用于执行调节的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于执行调节的方法，尤其用于调节，其中将PWM信号作为操控 量发出，所述PWM信号的占空比是所述调节的操作量；并且本发明还涉及一种用于实施所 提出的方法的装置。
【背景技术】
[0002] 所提出的方法用于在带有调节对象的PT1特性的调节回路中执行调节。所述方法 尤其用于求取用于对电感进行操控的操作量。为了对电感进行操控通常使用经过脉冲宽度 调制（PWM)的电流信号。
[0003] 具有带有一阶滞后的比例传递特性的PT1环节示出PT1特性。
[0004] 所述脉冲宽度调制是一种调制类型，其中参量、例如电流在两个值、即接通状态和 切断状态之间变换。在此，在频率恒定的情况下对矩形脉冲的占空度或者说占空比进行调 制并且由此对形成所述矩形脉冲的脉冲的跨度或者说宽度进行调制。所述占空比(英语为： duty cycle)给出了在矩形信号中接通状态的时长与周期持续时间的比。如果利用PWM信 号对技术单元进行操控，那么为了对该技术单元的运行进行调节能够将所述占空比作为操 作量由调节器预先给定。
[0005] 为了对由如Η桥或者末级功能块一样的1C进行操控的电感例如DC电机、步进电 机和电磁阀进行电流调节，当今在大多数情况下在电路中使用集成的两点调节器。为此利 用电流在这段时间内的指数特性，以便在平均时间内调到期望的电流强度。缺点在于，在所 述两点调节中开关频率依赖于电流额定值、开关迟滞和干扰量。
【发明内容】
[0006] 在这种背景下提出了具有权利要求1所述特征的方法和根据权利要求7所述的装 置。实施方式由从属权利要求和说明书给出。
[0007] 所提出的方法普遍适用于具有调节对象的PT1特性的调节回路。所述方法尤其能 够结合将调节机构集成到1C (集成电路）中用于对电感进行操控。此外，所述方法以恒定 的开关频率实现了电流调节，而不会超过两点调节的复杂性。
[0008] 在所述方法中将状态自动机用作调节器，所述状态自动机例如通过五个状态实现 非常精确的电流调节。所述状态自动机能够作为简单并且成本低廉的逻辑单元集成到1C、 例如集成的Η桥或者末级功能块中。
[0009] 所述调节器通常包括调节量与参考量（FiihrungsgrSfie)的比较结点 (Vergleichstelle)(这也称为额定值-实际值比较)、相对于参考量的调节偏差的标准化单 元、标准化的调节偏差的限制单元、带有时间滞后的反馈的状态自动机和操作量的限制单 元。其他像执行机构（Ste 11 einrichtung)和测量机构一样的组件是调节回路的组成部分， 其中所述执行机构能够设定为半导体开关、例如M0SFET。所述测量机构必须以比较结点的 适当的形式提供调节量、即电流。
[0010] 调节器、即状态机或者说状态自动机(英语为：state machine)如在图2中详细 描述的那样处理下列参量：标准化的调节偏差、可调的常数如占空比增量ADC、操作量 (StellgdfldDCH的放大系数和时间滞后的反馈参量。所述调节器发出占空比，利用所述 占空比开关所述执行机构。恒定的开关频率被直接运用到所述执行机构上并且不依赖于状 态机的状态。
[0011] 所述状态机的状态根据调节偏差作用于占空比。所述状态在技术方案中通过第一 到第五状态条件实现。其中状态2、3和4、5仅通过第一状态条件就能够实现。
[0012] 状态1):调节偏差非常小、即处于相对于额定值例如+5%的范围内。占空比保持 不变。
[0013] 状态2):调节偏差在+5%到+50%之间。占空比在开关频率的每个新的节拍时以 常数ADC为幅度减小，直到达到状态1)。
[0014] 状态3):调节偏差大于50%。占空比在开关频率的每个新的节拍时以所述两个常 数的乘数ADC X放大系数为幅度减小，直到达到状态2)。
[0015] 状态4):调节偏差在-5%到-50%之间。占空比在开关频率的每个新的节拍时以 常数ADC为幅度提高，直到达到状态1)。
[0016] 状态5):调节偏差小于-50%。占空比在开关频率的每个新的节拍时以所述两个常 数的乘数Λ DC X放大系数为幅度提高，直到达到状态4)。
[0017] 实际值的扫描时刻（Abtastzeitpunkt)非常重要，对此参照图1。例如如此选择所 述实际值的扫描时刻，使得其以开关频率的倒数的一半为幅度滞后地获取测量值。该扫描 频率相当于开关频率。所述测量值直到下个开关事件一直保持存在。
[0018] 本发明的其他优点和技术方案由说明书和附图给出。
[0019] 要理解的是，之前所提到的和之后将要阐述的特征不仅能够以相应示出的组合使 用而且能够以其他组合或者单独使用，而不离开本发明的保护范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1以曲线图示出了扫描时刻； 图2以框图示出了所提出的装置的实施方式； 图3示出了所描述的状态机的流程图； 图4以曲线图示出了调节对象的阶跃响应。
【具体实施方式】
[0021] 本发明借助实施方式在附图中示意地示出并且下面参照附图对其进行详细阐述。
[0022] 图1以曲线图示出了参量和扫描时刻的曲线。在这段时间内描绘了电流10和额 定值12的曲线。在第一扫描时刻14、第二扫描时刻16和第三扫描时刻18读入电流的值并 且转换成PWM信号20的占空比。该PWM信号20具有固定的开关频率并且由此具有恒定的 周期持续时间22。所述占空比通过持续时间0(^24、0(： 226、0(：328来代表。该占空比由此随 着电流10上升。
[0023] 在图2中示出了用于实施所述方法的装置的实施方式，所述装置总体上以附图标 记50表示。该示图示出比较单元52,在该比较单元中将电流的实际值54与额定值56进行 比较。由此得到调节偏差57。此外，该示图还示出标准化单元58,其对相对于参考量、即实 际值54的调节偏差57进行标准化。由此得到标准化的调节偏差I_norm59。此外还描绘了 限制单元60、调节器62、测量机构64、发出原本的占空比68的另一限制单元66、执行机构 70、调节对象72 (在这种情况下为电感）和影响调节对象72的干扰量74。干扰量74例如 能够是电感由于温度和时间的阻抗变化。
[0024] 调节器62包括状态机80和用于时间滞后地反馈的滞后环节82。
[0025] 图3描绘了状态机的可能的流程图。该示图示出状态1 ACzDCg(附图标记100)、 状态2 - ADC (附图标记102)、状态3 -放大系数X ADC (附图标记 104)、状态^DCzDU ADC (附图标记106)以及状态5 1=0(^+放大系数X ADC (附 图标记108)。
[0026] I_norm相当于标准化的调节偏差。一开始110时确定： I_norm=(I_ist - I_soll)/I_soll。
[0027] 在第一步骤112中检验所述第一状态条件： -〇.05 ^ l_norm<0. 05〇
[0028] 如果满足该第一状态条件，则占据状态1 100。基于状态1 100再次检验第一状态 条件112。如果没有满足该第一状态条件，则检验第二状态条件114,如下： 0.05〈I_norm〈0. 5。
[0029] 如果满足该第二状态条件，则占据状态2 102,如果不满足该第二状态条件，则检 验第三状态条件116,如下： I-norm ^ 5〇
[0030] 如果满足该第三状态条件，则占据状态3 104。如果不满足该第三状态条件，则再 次检验第二状态条件114。如果也不满足该第二状态条件，则检验第四状态条件118,如下： -〇.05>I_norm>-〇. 5〇
[0031] 如果满足该第四状态条件，则占据状态4 106。如果不满足该第四状态条件，则检 验第五状态条件120,如下： I_norm < -〇· 5〇
[0032] 如果满足该第五状态条件，则占据状态5 108。如果不满足该第五状态条件，则 在此检验第四状态条件118。如果还不满足该第四状态条件，则跳回到检验第一状态条件 112。
[0033] I_norm作为标准化的调节偏差是用于所述调节偏差的量度。由此，根据调节偏差 占据不同的状态，在这些状态中占空比通过不同的DC值(对此参见图1)确定。调节器由此 根据调节偏差接收不同的离散的状态，在这些状态中根据调节偏差对占空比进行不同地调 整或者说作为操作量进行调校。
[0034] 在图4中描绘了不同的曲线。该示图示出没有调节器而接通干扰量的阶跃响应 (Sprungantwort) 150、干扰量152的曲线、带有调节器且接通干扰量的阶跃响应的曲线、更 确切地说是额定值154和实际值155以及操作量156的曲线、占空比。
[0035] 能够看到，利用调节器能够对干扰量152的影响进行补偿。
[0036] 所提出的方法能够集成在对1C的新研究中，其中执行环节和测量机构设置用于 对电感进行操控。这例如是用于运行DC电机和步进电机的Η桥、高集成化的末级功能块和 除了逻辑元件和传感器元件还具有功率元件的多功能1C。
【权利要求】
1. 用于在调节回路中执行调节的方法，所述调节回路的调节对象（72)具有PT1特性， 其中使用调节器（62)，所述调节器发出操纵量，所述操纵量是具有固定的开关频率的PWM 信号（20)的占空比（68)，其中将状态机（80)用作调节器（62)，所述状态机根据通过将实际 值（54)与额定值（12、56)进行比较所求取到的调节偏差来占据不同的状态并且根据所占 据的状态发出所述操作量。
2. 按权利要求1所述的方法，其中所述状态机（80)能够占据五个不同的状态（100、 102、104、106、108)。
3. 按权利要求1或者2所述的方法，所述方法用于对电感进行电流调节。
4. 按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中考虑标准化的调节偏差。
5. 按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中将所述占空比（68)作为操作量时间 滞后地发出。
6. 按权利要求1到5中任一项所述的方法，其中以所述开关频率的倒数的一半为幅度 滞后地选择所述实际值（54)的扫描点（14、16、18)。
7. 用于在调节回路中执行调节的装置、尤其用于实施按权利要求1到6中任一项所述 的方法的装置，具有调节器（62)、比较单元（52)、执行机构（70)和测量机构（64)，其中所述 调节器（62)包括状态机（80)。
8. 按权利要求7所述的装置，所述装置被集成到集成电路中。
9. 按权利要求7或者8所述的装置，其中所述调节器（62)额外地包括滞后环节（82)。
【文档编号】H03K3/017GK104124944SQ201410167304
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】A.奥厄, M.W.哈斯 申请人:罗伯特·博世有限公司