(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的な負荷の制御のための方法であって、
前記負荷を所定のデューティー比でクロック制御して駆動し、該デューティー比は前記負荷の抵抗値と電流目標値に依存して設定される形式の方法において、
前記負荷の抵抗値の適合化を行い、その際に前記抵抗値を、抵抗値の予制御値と補正係数（Ｋ）に基づいて設定可能であるようにし、
前記補正係数（Ｋ）は、電流実際値と電流目標値の間の比較に基づいて設定可能であるようにし、
前記補正係数は積分器によって設定可能であり、
前記負荷の抵抗値の計算に対しては補正係数と予制御値を乗算しこれを予制御値に加算し、さらに、
前記電流実際値を低域濾波器を用いてフィルタリングするようにしたことを特徴とする、電気的な負荷の制御のための方法。
【請求項２】
電気的な負荷が所定のデューティー比でクロック制御されて駆動され、前記デューティー比が制御により前記負荷の抵抗値と電流目標値に依存して設定される、電気的な負荷の制御のための装置において、
前記負荷の抵抗値の適合化を行い、その際に前記抵抗値を、抵抗値の予制御値と補正係数（Ｋ）に基づいて設定可能であるようにし、前記補正係数は、電流実際値と電流目標値の間の比較に基づいて設定可能であるようにし、前記補正係数は積分器によって設定可能であり、前記負荷の抵抗値の計算に対しては補正係数と予制御値を乗算しこれを予制御値に加算し、さらに、前記電流実際値を低域濾波器を用いてフィルタリングするための手段が設けられていることを特徴とする、電気的な負荷の制御のための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的な負荷を所定のデューティー比でクロック制御して駆動し、該デューティー比は前記負荷の抵抗値と電流目標値に依存して設定される、電気的な負荷の制御のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負荷の制御のための方法及び装置はドイツ連邦共和国特許出願公開 DE-OS 35 29 742 明細書から公知である。この負荷はクロック制御されて駆動されている。このデューティー比は負荷の抵抗値と、所望の電流目標値に依存して設定される。負荷を流れる電流は測定されて目標値と比較される。この比較結果に依存して制御器はデューティー比を所望の電流目標値が得られるように変更する。
【０００３】
しかしながらこの手法は、クロック制御されたドライブのもとでは、システムへの要求が矛盾している時に問題を引き起こす。駆動周波数は付着摩擦状態の回避のために可及的に低くする必要がある。比較的低い駆動周波数のもとでは負荷が定常的な動きを維持し、付着摩擦状態は何も生じない。しかしながら比較的低い駆動周波数は、電流が相応の周波数で変動する原因にもなる。適切な実際値を準備するためには、この実際値が低域濾波フィルタによってフィルタリングされる。しかしながら比較的低いクロック周波数の場合、この低域濾波フィルタに基づいて大きな無駄時間が生じる。このことは、実際値が、変更された目標値に非常に緩慢にしか反応できない結果に結び付く。これは必然的に動的に緩慢な制御器しか得られないこととなり、このような制御器は長い遅延時間の後でしか目標値の変更に反応できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は比較的低いクロック周波数でクロック制御された駆動される負荷の制御のための方法及び装置において、目標値の変更に非常に迅速に反応できる動的に迅速な制御器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、前記負荷の抵抗値の適合化を行い、その際に前記抵抗値を、抵抗値の予制御値と補正係数（Ｋ）に基づいて設定可能であるようにし、前記補正係数（Ｋ）は、電流実際値と電流目標値の間の比較に基づいて設定可能であるようにし、前記補正係数は積分器によって設定可能であり、前記負荷の抵抗値の計算に対しては補正係数と予制御値を乗算しこれを予制御値に加算し、さらに、前記電流実際値を低域濾波器を用いてフィルタリングするようにしたことによって解決される。
【０００６】
本発明の手法によれば、実際値が電流に対して非常に迅速に目標値の変更に追従することができる。これは小さなクロック周波数でのクロック制御された駆動の場合でも可能である。
【０００７】
本発明による手法では、迅速な予制御を伴うＰＩ制御器に対する迅速なパイロット制御特性が得られる。このことは小さなクロック周波数とそれに伴う制御区間での比較的大きな無駄時間のもとでも有効である。さらに本発明による手法では、電流制御回路の均一的で周期的な振動特性が負荷の目下の抵抗に依存することなく生じる。さらに負荷の温度補償のための補償抵抗の必要もない。それにより付加的な出力ロスも回避される。
【０００８】
本発明の別の有利な構成例及び改善例は従属請求項に記載される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明による装置のブロック回路図である。この場合負荷は一方では供給電圧源Ｕｂａｔに接続され、他方では電流測定手段１１０とスイッチング手段１２０を介してアースに接続されている。
【００１１】
電流測定手段１１０の両端子には、差動増幅器１３０が接続されており、その出力信号はローパスフィルタ１４１を介してＡＤ変換器１５０に送出される。このローパスフィルタは図示の実施例では抵抗１４０からなっており、この抵抗１４０はＡＤ変換器１５０と差動増幅器１３０の出力側の間に配設されている。抵抗１４０は、コンデンサ１４５を介してアースに接続されている。この抵抗１４０とコンデンサ１４５がローパスフィルタを形成している。
【００１２】
前記ＡＤ変換器１５０の出力信号は制御回路１６０に供給されている。この制御回路１６０は、スイッチング手段１２０に制御信号Ｕを印加する。
【００１３】
前記負荷１００は、例えば電磁弁のコイルである。特に比例動作式電磁弁の場合には、負荷１００を流れる電流Ｉが所定の値に設定される。負荷１００を流れる電流Ｉに依存して、比例動作式電磁弁が所定の位置に設定される。
【００１４】
そのような電磁弁は、例えば内燃機関に使用されている。この場合にはこの電磁弁は有利には圧力制御に用いられる。例えばコモンレール式システムの場合には、蓄積器内の圧力が所定の値に設定される。これに対しては比例動作式電磁点が適用される。負荷１００を流れる電流に依存して、電磁弁を流れる所定の燃料流量と、それに伴う所定の圧力変更が設定される。
【００１５】
しかしながら本発明による手法は、このような適用例に限定されるものではない。本発明による手法は、その電流が所定の値に設定される方式の全ての負荷において適用可能である。
【００１６】
スイッチング手段１２０は、有利にはトランジスタ、例えば電界効果トランジスタとして構成される。電流測定手段１１０は、有利にはオーム抵抗として構成される。この電流測定手段１１０とスイッチング手段１２０の図１の配置構成は１つの例として選択されたものである。電流測定手段１１０はアースに対して又は供給電圧源Ｕｂａｔに対して接続されてもよい。
【００１７】
次にこの装置の作用を、図２に示されている種々の信号に基づいて説明する。負荷１００に流すべき所望の電流に依存して制御回路１６０は、制御信号Ｕを定める。この制御信号によってスイッチング手段１２０は制御される。この信号は図２のａに示されている。この場合周波数ないし周期期間Ｔは、一定であり、作動パラメータに依存して設定される。周期期間Ｔは次のように選択される。すなわち電磁弁において付着摩擦状態が生じないように選択される。この付着摩擦状態は、弁ニードルを常時動かすことによって避けられる。そのためお前記周波数ないし周期期間Ｔは相応に設定される。
【００１８】
通常はこの負荷は誘導負荷である。このことは、電流が投入され、電圧Ｕが高い値をとると電流Ｉが上昇することを意味する。スイッチオフの状態では、電流Ｉは再び低下する。
【００１９】
電流は、負荷の誘導インダクタンスに基づいて設定される。これは図２ｂに示されている。この信号は差動増幅器１３０によって供給される。しかしながらこの信号は直接的な後続処理には適していない。そのためデジタル評価の場合には通常は瞬時値がサンプリングされる。この値はサンプリング時点に応じて非常に強く変化する。デジタル評価を可能にするためには、この信号がローパスフィルタ１４１を用いてフィルタリングされる。このローパスフィルタの出力側からは信号ＩＦが送出される。この信号は図２ｃに示されている。
【００２０】
図示のＲＣフィルタの代わりに他の適するフィルタが用いられてもよい。ここにおいて問題となるのは、フィルタリングに基づいて長い無駄時間が実際値検出の際に生じることである。電流値の変更は、比較的長い無駄時間の後で初めて信号ＩＦの変更につながる。しかしながらこの無駄時間は、一方では望まれるものでもある。というのは図２ｂに示されているような短期間の電流変動が補償されるからである。しかしながらこれは目標値の変更の際には、実際値検出の著しい無駄時間につながる。
【００２１】
平均的電流値の値ＩＦは、実質的には負荷の抵抗値Ｒと駆動制御のデューティ比ＴＶに依存する。このデューティー比は、スイッチング手段が電流を流す期間Ｅと、周期期間Ｔの比Ｅ／Ｔによって定められる。
【００２２】
フィルタリングされた電流値ＩＦは、ＡＤ変換器を介して制御回路１６０に供給される。制御回路１６０は、この信号ＩＦに基づいて制御信号Ｕを確定する。
【００２３】
この１６０は、図３に詳細に示されている。この場合既に図１で示した構成素子には相応の同じ符号が付されている。デューティー比設定回路３００は、スイッチング手段１２０に制御信号Ｕを印加する。
【００２４】
このデューティー比設定回路３００は、結合点３１０の出力信号Ｒを処理する。この結合点３１０の第１の入力側と結合点３２０の第１の入力側には、ＲＯ-設定回路３３０の出力信号が供給される。結合点３１０の第２の入力側には、結合点３２０の出力信号が供給される。この結合点３２０の第２の入力側にはリミッタ３４０の出力信号Ｋが供給される。このリミッタ３４０は積分器３５０から信号を供給される。この積分器３５０は、結合点３７０の出力信号を処理する。該結合点３７０の第１の入力側にはＡＤ変換器１５０の出力信号が印加される。この結合点３７０の第２の入力側には目標値フィルタ３８０の出力信号ＩＳＦが印加される。この目標値フィルタ３８０の入力側には目標値設定回路３６０の出力信号ＩＳが供給される。この目標値設定回路３６０はＲＯ-設定回路３３０にも目標値ＩＳを供給する。
【００２５】
本発明の構成では、場合によっては目標値フィルタ３８０を省くこともできる。
【００２６】
制御区間は波線で区切られている。負荷１００とローパスフィルタ１４１はＰＴ１機器として示されている。
【００２７】
この装置は、以下のように作動する。所望の電流値ＩＳと負荷１００の抵抗値Ｒに基づいて、デューティー比設定回路３００により主要なデューティー比が定められる。このデューティー比はスイッチング手段１２０に印加される。負荷１００のオーム抵抗Ｒ（Ｔ）は温度Ｔに依存している。この場合抵抗Ｒと温度Ｔの依存性に対する関係は次式で表される。
【００２８】
Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（ＴＯ）*（１＋ａ*（Ｔ-ＴＯ））＝ＲＯ*（1＋Ｋ）
前記値Ｋは負荷の抵抗Ｒの温度依存性を表した値である。前記値ＲＯは所定の温度ＴＯのもとでの負荷の抵抗値である。この場合は通常動作の際に生じる約２０゜の通常値が用いられる。
【００２９】
通常温度ＴＯのもとで生じる抵抗値ＲＯと係数Ｋに基づいて、デューティー比Ｕが確定される。この通常温度のもとでは係数Ｋは値ゼロをとる。スイッチング手段１２０の相応の制御のもとでは平均電流ＩＦが生じる。
【００３０】
電流に対してそのように確定された実際値ＩＩは、結合点３７０において目標値ＩＳと比較される。この値に基づいて積分器３５０は値Ｋを確定する。これは例えば以下のように行われる。実際値ＩＩが目標値よりも大きい場合には、値Ｋが所定値分だけ引き上げられる。この引き上げは実際値ＩＩが目標値ＩＳに等しくなるまで行われる。実際値ＩＩが目標値よりも小さい場合には、値Ｋが所定値分だけ低減される。この低減も実際値ＩＩが目標値ＩＳに等しくなるまで行われる。積分器に対する初期値として通常は値ゼロが適用される。
【００３１】
引き続きリミッタ３４０ではこの値Ｋが物理的に妥当な値まで制限される。そしてこの値Ｋは結合点３２０において値ＲＯと乗算される。この結果はその後結合点３１０において値ＲＯに加算される。これらの結合点３１０と３２０は、前記数式をシミュレートしたものである。
【００３２】
このように補正された値Ｒを用いてデューティー比が算出される。前述のように求められた値Ｋは、この抵抗Ｒの算出ないしは制御信号の算出に対して常時用いられる。
【００３３】
電流制御は、通常の抵抗値ＲＯと温度に依存した補正係数Ｋを用いた負荷抵抗値の予制御からなっている。目標値の変更が生じた場合には、この変更が予制御に基づいて直接デューディ比の変更に結び付けられ、それに伴って実際値のＩＩの変更にも結び付く。
【００３４】
負荷の抵抗の変更は、通常は非常に緩慢に行われる。この変更は、係数Ｋの適合化によって補償される。この係数Ｋの目下の大きさは、制御偏差（ＩＩ−ＩＳ）の積分から形成される。
【００３５】
積分器３５０の積分時定数に関しては、適合化速度がＲＣフィルタ１４１の時定数に適するように設定され得る。
【００３６】
デューティー比の計算は、固定のタイムパターンで行われる。それによりこの計算は例えば１０ｍｓ毎に実施される。実際値検出には大きな時定数が占められる。
【００３７】
調整部材、すなわち負荷１００は、変更された制御信号に対して非常に迅速に反応する。このことは制御区間が非常に小さな時定数しか占めないことを意味する。
【００３８】
非常に小さな制御周波数（これは有利には約２００Ｈｚの領域にある）に基づいて、実際値のフィルタリングの際には大きな時定数が生じる。それ故にこの実際値は無駄時間を伴って得られる。
【００３９】
通常はそのような、比較的長い無駄時間を伴う実際値検出の動的に良好な調整部材を有するシステムの制御は非常に問題となる。このことはフィルタリングの無駄時間が制御回路全体の制御時間を定めることを意味する。
【００４０】
本発明による手法は、抵抗に対する予制御値ＲＯと所望の電流値に依存してデューティー比を設定する予制御と、積分器を用いた抵抗の適合化の特別な構成によって、所与の条件のもとで目標電流の変更の際の非常に迅速かつ正確な実際値電流の設定が達成できる。この目標値に対する迅速な反応は、抵抗値の予制御によって保証され、制御精度は積分器３５０によって保証される。この積分器は所要の値に対する補正係数Ｋを設定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略的なブロック回路図である。
【図２】ａ，ｂ，ｃは種々の信号が時間に亘ってプロットされたダイヤグラムである。
【図３】負荷の制御を詳細に表した図である。
【符号の説明】
１００    負荷
１１０    電流測定手段
１２０    スイッチング手段
１３０    差動増幅器
１４０    抵抗
１４１    ローパスフィルタ
１５０    Ａ／Ｄ変換器
１６０    制御回路
【図１】
0004612126.tif 000002
【図２】
0004612126.tif 000003
【図３】
0004612126.tif 000004