DE10112995A1

DE10112995A1 - Method for adaptive control of gas exchange valve actuator e.g. for combustion engine, involves determining actual value of state variables during each cycle

Info

Publication number: DE10112995A1
Application number: DE10112995A
Authority: DE
Inventors: Konrad Reif; Ralf Cosfeld
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-03-17
Filing date: 2001-03-17
Publication date: 2002-09-19

Abstract

A method for adaptive control of an electromagnetic actuator, in which an armature of at least one electromagnetic-coil is attracted against the action of a spring by passing current through the coil. For each cycle, a desired trajectory for the state variables, is prescribed and during each cycle, the actual value of the state variables are determined (actual trajectory) and from the deviations from the actual trajectory to the desired trajectory a correction factor is generated with which the current flow through the electromagnet coil is corrected for the next cycle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Steuerung eines Aktors für ein Gaswechselventil gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for adaptive control of an actuator for a gas exchange valve according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mittels eines elektromagnetischen Ventiltriebes (Aktor) durch Hin- und Herbewegung des selben zu öffnen und zu schließen. Im Aktor ist üblicherweise ein Anker vor gesehen, der von zumindest einer Elektromagnet-Spule gegen die Wirkung einer Feder durch Bestromung dieser Spule angezogen wird. Wird die Bestromung der Spule aufgehoben, so wird der Anker unter anderem durch die Wirkung der zusammengedrückten Feder von der Elektromagnet-Spule wegbewegt.It is known to use a gas exchange valve of an internal combustion engine electromagnetic valve train (actuator) by reciprocating the to open and close the same. An anchor is usually in front of the actuator seen by at least one solenoid coil against the effect a spring is attracted by energizing this coil. Will the When the coil is de-energized, the armature is inter alia through the effect of the compressed spring from the solenoid coil moved away.

Es ist auch bekannt, wie beim nachfolgend beschriebenen Ausführungsbei spiel gezeigt, zwei voneinander beabstandete Elektromagnetspulen vorzuse hen, zwischen denen der Anker beweglich angeordnet ist und die den Anker jeweils gegen die Wirkung einer Feder durch alternierende Beaufschlagung hin- und herbewegen. It is also known, as in the embodiment described below game shown, vorzuse two spaced apart electromagnetic coils hen, between which the anchor is movably arranged and the anchor each against the action of a spring by alternating loading to move back and fourth.

Für die Funktionsweise des Aktors und damit auch des Gaswechselventils ist die Bestromung der Elektromagnet-Spulen bestimmend. Zur Erreichen von verschiedenen Effekten sind bereits einige Regel- und Steuerverfahren für die Bestromung der Elektromagnet-Spulen bekannt.For the functioning of the actuator and thus also the gas exchange valve determining the energization of the electromagnetic coils. To achieve Various effects are already some regulation and control procedures for the energization of the electromagnetic coils known.

Aus der DE 198 32 198 A1 ist ein Regelungsverfahren für eine Endphasen bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Aktors bekannt, bei der die Bestromung einer anziehenden Elektromagnet-Spule während der Annä herung des Ankers ausgesetzt wird, so dass eine Bremsphase realisiert wer den kann. In diesem Zusammenhang werden auch Zustandsgrößen, wie der Ventilhub, die Ankergeschwindigkeit und die Ankerbeschleunigung berück sichtigt. Diese Größen werden mittels eines Beobachtermodells ermittelt. Die Steuerung des Stromes erfolgt dann derart, dass eine Solltrajektorie, die in dem Raum der Zustandsgrößen definiert ist, eingehalten werden kann.DE 198 32 198 A1 describes a control method for a final phase Movement of an armature of an electromagnetic actuator is known in the the energization of an attracting electromagnetic coil during the Annä The armature is exposed, so that a braking phase is realized that can. In this context, state variables such as the Valve lift, armature speed and armature acceleration account. These variables are determined using an observer model. The Control of the current then takes place in such a way that a target trajectory which is in the space of the state variables is defined, can be observed.

Allerdings ist mit diesem Steuerverfahren unter Rückgriff auf ein Beobach termodell keine ausreichende Berücksichtigung von Parameterschwankun gen möglich. Im übrigen bedarf es einer Verbesserung des oben beschriebe nen Verfahrens für zeitkritische Echtzeitanwendungen. Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.However, using this control method is using an observer Term model does not take sufficient account of parameter fluctuations possible. Otherwise, an improvement of the above is needed NEN procedure for time-critical real-time applications. This is the job of present invention.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in claim 1.

Demgemäss liegt ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung dar in, eine adaptive Steuerung anzugeben, die für jeden Zyklus eine Korrektur der Bestromung der Elektromagnet-Spulen durchführt. Als Zyklus wird dabei eine vollständige Auf- und Abbewegung des Aktors bezeichnet.Accordingly, an essential idea of the present invention is in, to specify an adaptive controller that has a correction for each cycle performs the energization of the electromagnetic coils. As a cycle denotes a complete up and down movement of the actuator.

Für jeden Zyklus wird über die Zustandsgrößen eine Solltrajektorie - also ein bestimmter Verlauf der Zustandsgrößen im Zustandsraum je nach vorliegender Betriebssituationen während dieses Zykluses - bestimmt. Während der Durchführung eines Zykluses, also eines Öffnungs- und Schließvorganges, werden dann die gewählten Zustandsgrößen, wie die Ankerposition, die Be wegungsgeschwindigkeit des Ankers und/oder die Ankerbeschleunigung, erfasst oder aus erfassten Größen bestimmt. Nach Abschluss eines Zykluses werden die erfassten Zustandsgrößen, die eine Isttrajektorie bilden, mit den Zustandsgrößen der Solltrajektorie verglichen. Entsprechend der Abwei chung von Soll- und Isttrajektorie wird eine Korrektur bestimmt, mit der die Bestromung der Elektromagnetspulen im nächsten Zyklus geändert wird. Damit wird eine iterative Annäherung der Zustandsgrößen an den Sollzu stand erreicht.For each cycle, a target trajectory - that is, a - is entered using the state variables certain course of the state variables in the state space depending on the existing Operating situations during this cycle - determined. During the Execution of a cycle, i.e. an opening and closing process, the selected state variables, such as the anchor position, the loading movement speed of the armature and / or the armature acceleration, recorded or determined from recorded quantities. After completing a cycle the recorded state variables, which form an actual trajectory, with the State variables of the target trajectory compared. According to the rejection correction of the target and actual trajectory, a correction is determined with which the Current supply to the electromagnetic coils is changed in the next cycle. This makes iterative approximation of the state variables to the target reached.

Das hier beschriebene Verfahren kann mit der in der DE 198 32 196 A1 dar gelegten Methode kombiniert werden. Dabei dient das hier vorgestellte Ver fahren zur Berechnung eines Vorsteuersignals. Auf dieses Vorsteuersignal wird das nach DE 198 32 196 A1 berechnete Regelsignal hinzuaddiert. Mit dieser Summe der beiden Signale wird der Aktor angesteuert.The method described here can be compared with that in DE 198 32 196 A1 method can be combined. The Ver presented here serves drive to calculate a pilot control signal. On this pilot signal the control signal calculated according to DE 198 32 196 A1 is added. With This sum of the two signals controls the actuator.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die einzige beiliegende Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment and With reference to the only accompanying drawing explained.

Die Zeichnung zeigt ein schematisches Blockdiagramm gemäß der vorlie genden Erfindung. Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Regelstrecke, im vor liegenden Fall der Aktor für ein Gaswechselventil, dargestellt, auf die ver schiedene Einflüsse E einwirken, die Parameterschwankungen hervorrufen.The drawing shows a schematic block diagram according to the vorlie invention. The reference numeral 10 shows a controlled system, in the present case the actuator for a gas exchange valve, on which various influences E act, which cause parameter fluctuations.

Während des Betriebs des Aktors 10 werden einige Größen erfasst, die als Zustandsgrößen bezeichnet werden. Im vorliegenden Fall ist ein Wegsensor vorgesehen, der die Hubhöhe z des Ankers ermittelt. Aus der Hubhöhe z wird über eine Ableitung die Ankergeschwindigkeit sowie die Ankerbeschleunigung ermittelt. Die Ankergeschwindigkeit kann alternativ auch wie in der DE 198 34 548 beschrieben ermittelt werden. Diese in der DE 198 34 548 beschrieben ermittelt werden. Diese Zustandsgrößen- Istwerte werden in einem Zyklusspeicher 12 über einen gesamten Zyklus hinweg (Öffnungs- und Schließvorgang) abgelegt. Außer den Zustandsgrö ßen z, und können auch andere geeignete, gemessene oder errechnete Größen als Zustandsgrößen-Istwerte abgelegt werden.During operation of the actuator 10 , some variables are recorded, which are referred to as state variables. In the present case, a displacement sensor is provided which determines the lifting height z of the armature. The armature speed and the armature acceleration are determined from the lifting height z by means of a derivation. Alternatively, the anchor speed can also be determined as described in DE 198 34 548. These can be determined as described in DE 198 34 548. These actual state variable values are stored in a cycle memory 12 over an entire cycle (opening and closing process). In addition to the state variables z, and, other suitable, measured or calculated variables can also be stored as actual state variables.

Am Ende eines Zykluses werden die im Zyklusspeicher 12 abgelegten Zu standsgrößen zusammen mit Referenzgrößen z_ref, _ref und _ref - oder den anderen geeigneten Zustandsgrößen-Istwerten - einer adaptiven Steuerung 14 zugeführt, die aus den Ist-Zustandsgrößen eine Ist-Trajektorie bestimmt, aus den Soll-Zustandsgrößen z_ref, _ref und _ref eine Soll-Trajektorie be stimmt, eine Abweichung der Ist- und der Soll-Trajektorie ermittelt und aus der Abweichung eine korrigierte Spannung U erzeugt. Diese korrigierte Spannung U wird wiederum in einem zweiten Zyklusspeicher 16 zwischen gespeichert. Beim nächsten Zyklus des Aktors wird die im zweiten Zyklus speicher 16 abgelegte korrigierte Spannung U für die Bestromung des Aktors verwendet. Natürlich können alternativ auch andere geeignete Stellgrößen wir beispielsweise der Strom verwendet werden.At the end of a cycle, the state variables stored in the cycle memory 12 , together with reference variables z _ref , _ref and _ref - or the other suitable actual state variable values - are fed to an adaptive controller 14 , which determines an actual trajectory from the actual state variables from which Target state variables z _ref , _ref and _{ref determine} a target trajectory, determine a deviation of the actual and target trajectory and generate a corrected voltage U from the deviation. This corrected voltage U is in turn stored in a second cycle memory 16 . In the next cycle of the actuator, the corrected voltage U stored in the second cycle memory 16 is used for energizing the actuator. Of course, other suitable manipulated variables such as the current can alternatively be used.

Durch den Vergleich von Ist- und Soll-Trajektorien können die durch die Ein flüsse E generierten Parameterschwankungen auf einfache Weise berück sichtigt werden. Im übrigen ist das vorliegende Verfahren für zeitkritische Echtzeitanwendungen gut geeignet, da das Steuersignal für jeden Zyklus im Voraus berechnet werden kann.By comparing actual and target trajectories, the one through flows E generated parameter fluctuations in a simple manner be viewed. Otherwise, the present method is time-critical Real-time applications are well suited because the control signal for each cycle in the Can be calculated in advance.

Claims

1. A method for adaptive control of an electromagnetic actuator, in particular for use in a gas exchange valve, in which an armature is attracted by at least one electromagnetic coil against the action of a spring by energizing this coil, and as state variables the position of the armature, the Movement speed and / or the armature acceleration are taken into account, characterized in that
that a target trajectory is specified for the state variables for each cycle,
that the actual values of the state variables are determined during each cycle (actual trajectory) and
that a correction factor is generated from the deviation of the actual trajectory from the target trajectory, with which the energization of the electromagnetic coil is corrected for the next cycle or cycles.

2. The method according to claim 1, characterized, that the armature moves back and forth between two solenoid coils is, the electromagnet coils are alternately energized.