用于執(zhí)行調(diào)節(jié)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于執(zhí)行調(diào)節(jié)的方法和裝置。
【專利說明】用于執(zhí)行調(diào)節(jié)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行調(diào)節(jié)的方法，尤其用于調(diào)節(jié)，其中將PWM信號作為操控 量發(fā)出，所述PWM信號的占空比是所述調(diào)節(jié)的操作量；并且本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施所 提出的方法的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 所提出的方法用于在帶有調(diào)節(jié)對象的PT1特性的調(diào)節(jié)回路中執(zhí)行調(diào)節(jié)。所述方法 尤其用于求取用于對電感進(jìn)行操控的操作量。為了對電感進(jìn)行操控通常使用經(jīng)過脈沖寬度 調(diào)制（PWM)的電流信號。
[0003] 具有帶有一階滯后的比例傳遞特性的PT1環(huán)節(jié)示出PT1特性。
[0004] 所述脈沖寬度調(diào)制是一種調(diào)制類型，其中參量、例如電流在兩個值、即接通狀態(tài)和 切斷狀態(tài)之間變換。在此，在頻率恒定的情況下對矩形脈沖的占空度或者說占空比進(jìn)行調(diào) 制并且由此對形成所述矩形脈沖的脈沖的跨度或者說寬度進(jìn)行調(diào)制。所述占空比(英語為： duty cycle)給出了在矩形信號中接通狀態(tài)的時長與周期持續(xù)時間的比。如果利用PWM信 號對技術(shù)單元進(jìn)行操控，那么為了對該技術(shù)單元的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)能夠?qū)⑺稣伎毡茸鳛椴?作量由調(diào)節(jié)器預(yù)先給定。
[0005] 為了對由如Η橋或者末級功能塊一樣的1C進(jìn)行操控的電感例如DC電機(jī)、步進(jìn)電 機(jī)和電磁閥進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，當(dāng)今在大多數(shù)情況下在電路中使用集成的兩點(diǎn)調(diào)節(jié)器。為此利 用電流在這段時間內(nèi)的指數(shù)特性，以便在平均時間內(nèi)調(diào)到期望的電流強(qiáng)度。缺點(diǎn)在于，在所 述兩點(diǎn)調(diào)節(jié)中開關(guān)頻率依賴于電流額定值、開關(guān)遲滯和干擾量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在這種背景下提出了具有權(quán)利要求1所述特征的方法和根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝 置。實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求和說明書給出。
[0007] 所提出的方法普遍適用于具有調(diào)節(jié)對象的PT1特性的調(diào)節(jié)回路。所述方法尤其能 夠結(jié)合將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)集成到1C (集成電路）中用于對電感進(jìn)行操控。此外，所述方法以恒定 的開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)了電流調(diào)節(jié)，而不會超過兩點(diǎn)調(diào)節(jié)的復(fù)雜性。
[0008] 在所述方法中將狀態(tài)自動機(jī)用作調(diào)節(jié)器，所述狀態(tài)自動機(jī)例如通過五個狀態(tài)實(shí)現(xiàn) 非常精確的電流調(diào)節(jié)。所述狀態(tài)自動機(jī)能夠作為簡單并且成本低廉的邏輯單元集成到1C、 例如集成的Η橋或者末級功能塊中。
[0009] 所述調(diào)節(jié)器通常包括調(diào)節(jié)量與參考量（FiihrungsgrSfie)的比較結(jié)點(diǎn) (Vergleichstelle)(這也稱為額定值-實(shí)際值比較)、相對于參考量的調(diào)節(jié)偏差的標(biāo)準(zhǔn)化單 元、標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)偏差的限制單元、帶有時間滯后的反饋的狀態(tài)自動機(jī)和操作量的限制單 元。其他像執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Ste 11 einrichtung)和測量機(jī)構(gòu)一樣的組件是調(diào)節(jié)回路的組成部分， 其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠設(shè)定為半導(dǎo)體開關(guān)、例如M0SFET。所述測量機(jī)構(gòu)必須以比較結(jié)點(diǎn)的 適當(dāng)?shù)男问教峁┱{(diào)節(jié)量、即電流。
[0010] 調(diào)節(jié)器、即狀態(tài)機(jī)或者說狀態(tài)自動機(jī)(英語為：state machine)如在圖2中詳細(xì) 描述的那樣處理下列參量：標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)偏差、可調(diào)的常數(shù)如占空比增量ADC、操作量 (StellgdfldDCH的放大系數(shù)和時間滯后的反饋參量。所述調(diào)節(jié)器發(fā)出占空比，利用所述 占空比開關(guān)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)。恒定的開關(guān)頻率被直接運(yùn)用到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)上并且不依賴于狀 態(tài)機(jī)的狀態(tài)。
[0011] 所述狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)根據(jù)調(diào)節(jié)偏差作用于占空比。所述狀態(tài)在技術(shù)方案中通過第一 到第五狀態(tài)條件實(shí)現(xiàn)。其中狀態(tài)2、3和4、5僅通過第一狀態(tài)條件就能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0012] 狀態(tài)1):調(diào)節(jié)偏差非常小、即處于相對于額定值例如+5%的范圍內(nèi)。占空比保持 不變。
[0013] 狀態(tài)2):調(diào)節(jié)偏差在+5%到+50%之間。占空比在開關(guān)頻率的每個新的節(jié)拍時以 常數(shù)ADC為幅度減小，直到達(dá)到狀態(tài)1)。
[0014] 狀態(tài)3):調(diào)節(jié)偏差大于50%。占空比在開關(guān)頻率的每個新的節(jié)拍時以所述兩個常 數(shù)的乘數(shù)ADC X放大系數(shù)為幅度減小，直到達(dá)到狀態(tài)2)。
[0015] 狀態(tài)4):調(diào)節(jié)偏差在-5%到-50%之間。占空比在開關(guān)頻率的每個新的節(jié)拍時以 常數(shù)ADC為幅度提高，直到達(dá)到狀態(tài)1)。
[0016] 狀態(tài)5):調(diào)節(jié)偏差小于-50%。占空比在開關(guān)頻率的每個新的節(jié)拍時以所述兩個常 數(shù)的乘數(shù)Λ DC X放大系數(shù)為幅度提高，直到達(dá)到狀態(tài)4)。
[0017] 實(shí)際值的掃描時刻（Abtastzeitpunkt)非常重要，對此參照圖1。例如如此選擇所 述實(shí)際值的掃描時刻，使得其以開關(guān)頻率的倒數(shù)的一半為幅度滯后地獲取測量值。該掃描 頻率相當(dāng)于開關(guān)頻率。所述測量值直到下個開關(guān)事件一直保持存在。
[0018] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)方案由說明書和附圖給出。
[0019] 要理解的是，之前所提到的和之后將要闡述的特征不僅能夠以相應(yīng)示出的組合使 用而且能夠以其他組合或者單獨(dú)使用，而不離開本發(fā)明的保護(hù)范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1以曲線圖示出了掃描時刻； 圖2以框圖示出了所提出的裝置的實(shí)施方式； 圖3示出了所描述的狀態(tài)機(jī)的流程圖； 圖4以曲線圖示出了調(diào)節(jié)對象的階躍響應(yīng)。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明借助實(shí)施方式在附圖中示意地示出并且下面參照附圖對其進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0022] 圖1以曲線圖示出了參量和掃描時刻的曲線。在這段時間內(nèi)描繪了電流10和額 定值12的曲線。在第一掃描時刻14、第二掃描時刻16和第三掃描時刻18讀入電流的值并 且轉(zhuǎn)換成PWM信號20的占空比。該P(yáng)WM信號20具有固定的開關(guān)頻率并且由此具有恒定的 周期持續(xù)時間22。所述占空比通過持續(xù)時間0(^24、0(： 226、0(：328來代表。該占空比由此隨 著電流10上升。
[0023] 在圖2中示出了用于實(shí)施所述方法的裝置的實(shí)施方式，所述裝置總體上以附圖標(biāo) 記50表示。該示圖示出比較單元52,在該比較單元中將電流的實(shí)際值54與額定值56進(jìn)行 比較。由此得到調(diào)節(jié)偏差57。此外，該示圖還示出標(biāo)準(zhǔn)化單元58,其對相對于參考量、即實(shí) 際值54的調(diào)節(jié)偏差57進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。由此得到標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)偏差I(lǐng)_norm59。此外還描繪了 限制單元60、調(diào)節(jié)器62、測量機(jī)構(gòu)64、發(fā)出原本的占空比68的另一限制單元66、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 70、調(diào)節(jié)對象72 (在這種情況下為電感）和影響調(diào)節(jié)對象72的干擾量74。干擾量74例如 能夠是電感由于溫度和時間的阻抗變化。
[0024] 調(diào)節(jié)器62包括狀態(tài)機(jī)80和用于時間滯后地反饋的滯后環(huán)節(jié)82。
[0025] 圖3描繪了狀態(tài)機(jī)的可能的流程圖。該示圖示出狀態(tài)1 ACzDCg(附圖標(biāo)記100)、 狀態(tài)2 - ADC (附圖標(biāo)記102)、狀態(tài)3 -放大系數(shù)X ADC (附圖標(biāo)記 104)、狀態(tài)^DCzDU ADC (附圖標(biāo)記106)以及狀態(tài)5 1=0(^+放大系數(shù)X ADC (附 圖標(biāo)記108)。
[0026] I_norm相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)偏差。一開始110時確定： I_norm=(I_ist - I_soll)/I_soll。
[0027] 在第一步驟112中檢驗(yàn)所述第一狀態(tài)條件： -〇.05 ^ l_norm<0. 05〇
[0028] 如果滿足該第一狀態(tài)條件，則占據(jù)狀態(tài)1 100?；跔顟B(tài)1 100再次檢驗(yàn)第一狀態(tài) 條件112。如果沒有滿足該第一狀態(tài)條件，則檢驗(yàn)第二狀態(tài)條件114,如下： 0.05〈I_norm〈0. 5。
[0029] 如果滿足該第二狀態(tài)條件，則占據(jù)狀態(tài)2 102,如果不滿足該第二狀態(tài)條件，則檢 驗(yàn)第三狀態(tài)條件116,如下： I-norm ^ 5〇
[0030] 如果滿足該第三狀態(tài)條件，則占據(jù)狀態(tài)3 104。如果不滿足該第三狀態(tài)條件，則再 次檢驗(yàn)第二狀態(tài)條件114。如果也不滿足該第二狀態(tài)條件，則檢驗(yàn)第四狀態(tài)條件118,如下： -〇.05>I_norm>-〇. 5〇
[0031] 如果滿足該第四狀態(tài)條件，則占據(jù)狀態(tài)4 106。如果不滿足該第四狀態(tài)條件，則檢 驗(yàn)第五狀態(tài)條件120,如下： I_norm < -〇· 5〇
[0032] 如果滿足該第五狀態(tài)條件，則占據(jù)狀態(tài)5 108。如果不滿足該第五狀態(tài)條件，則 在此檢驗(yàn)第四狀態(tài)條件118。如果還不滿足該第四狀態(tài)條件，則跳回到檢驗(yàn)第一狀態(tài)條件 112。
[0033] I_norm作為標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)偏差是用于所述調(diào)節(jié)偏差的量度。由此，根據(jù)調(diào)節(jié)偏差 占據(jù)不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中占空比通過不同的DC值(對此參見圖1)確定。調(diào)節(jié)器由此 根據(jù)調(diào)節(jié)偏差接收不同的離散的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中根據(jù)調(diào)節(jié)偏差對占空比進(jìn)行不同地調(diào) 整或者說作為操作量進(jìn)行調(diào)校。
[0034] 在圖4中描繪了不同的曲線。該示圖示出沒有調(diào)節(jié)器而接通干擾量的階躍響應(yīng) (Sprungantwort) 150、干擾量152的曲線、帶有調(diào)節(jié)器且接通干擾量的階躍響應(yīng)的曲線、更 確切地說是額定值154和實(shí)際值155以及操作量156的曲線、占空比。
[0035] 能夠看到，利用調(diào)節(jié)器能夠?qū)Ω蓴_量152的影響進(jìn)行補(bǔ)償。
[0036] 所提出的方法能夠集成在對1C的新研究中，其中執(zhí)行環(huán)節(jié)和測量機(jī)構(gòu)設(shè)置用于 對電感進(jìn)行操控。這例如是用于運(yùn)行DC電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的Η橋、高集成化的末級功能塊和 除了邏輯元件和傳感器元件還具有功率元件的多功能1C。
【權(quán)利要求】
1. 用于在調(diào)節(jié)回路中執(zhí)行調(diào)節(jié)的方法，所述調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)對象（72)具有PT1特性， 其中使用調(diào)節(jié)器（62)，所述調(diào)節(jié)器發(fā)出操縱量，所述操縱量是具有固定的開關(guān)頻率的PWM 信號（20)的占空比（68)，其中將狀態(tài)機(jī)（80)用作調(diào)節(jié)器（62)，所述狀態(tài)機(jī)根據(jù)通過將實(shí)際 值（54)與額定值（12、56)進(jìn)行比較所求取到的調(diào)節(jié)偏差來占據(jù)不同的狀態(tài)并且根據(jù)所占 據(jù)的狀態(tài)發(fā)出所述操作量。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述狀態(tài)機(jī)（80)能夠占據(jù)五個不同的狀態(tài)（100、 102、104、106、108)。
3. 按權(quán)利要求1或者2所述的方法，所述方法用于對電感進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。
4. 按權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其中考慮標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)偏差。
5. 按權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其中將所述占空比（68)作為操作量時間 滯后地發(fā)出。
6. 按權(quán)利要求1到5中任一項所述的方法，其中以所述開關(guān)頻率的倒數(shù)的一半為幅度 滯后地選擇所述實(shí)際值（54)的掃描點(diǎn)（14、16、18)。
7. 用于在調(diào)節(jié)回路中執(zhí)行調(diào)節(jié)的裝置、尤其用于實(shí)施按權(quán)利要求1到6中任一項所述 的方法的裝置，具有調(diào)節(jié)器（62)、比較單元（52)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（70)和測量機(jī)構(gòu)（64)，其中所述 調(diào)節(jié)器（62)包括狀態(tài)機(jī)（80)。
8. 按權(quán)利要求7所述的裝置，所述裝置被集成到集成電路中。
9. 按權(quán)利要求7或者8所述的裝置，其中所述調(diào)節(jié)器（62)額外地包括滯后環(huán)節(jié)（82)。
【文檔編號】H03K3/017GK104124944SQ201410167304
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】A.奧厄, M.W.哈斯 申請人:羅伯特·博世有限公司