Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Drehzahl einer Maschine, insbesondere einer Belastungsmaschine eines Prüfstands, wobei aus einem Drehzahl- Sollwert eine Drehzahl-Führungsgröße für einen Regler erzeugt wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Regelungsanordnung zur Regelung der Drehzahl einer Maschine, insbesondere einer Belastungsmaschine eines Prüfstands.

Bei klassischen Drehzahlsensoren (insbesondere Inkrementalgebern), wie sie üblicherweise bei elektrischen Belastungsmaschinen am Prüfstand verwendet werden, ist der Messbereich um Null Upm und bei exakt Null Upm grundsätzlich nur unzureichend abgedeckt. Unterhalb einer bestimmten Mindestdrehzahl kann dabei die drehzahlabhängige Abweichung zwischen Absolutwert und Inkrementalsignal nicht mehr ohne Weiteres vernachlässigt werden. Das schlecht aufgelöste Drehzahlsignal führt in Folge zu Problemen bei der Regelung. Die geforderte Regelqualität kann nicht erreicht werden. Diese Problematik der Drehzahl- Regelung bei kleinen Drehzahlen stellt sich bei automotiven Prüfständen vor allem dann, wenn Versuche aus dem Stillstand heraus oder bei sehr kleinen Drehzahlen durchgeführt werden sollen. Das Problem ist auch von Antriebstrang-Prüfständen bekannt, bei denen die Belastungsmaschine auf Radniveau angreift. Seit der verstärkten Einführung von

elektrifizierten Komponenten (z.B. E-Motoren oder Hybrid-Antrieben) stellt sich das Problem zunehmend auch bei Motorprüfständen.

Die gegenständliche Erfindung hat die Aufgabe, die Regelung der Drehzahl einer Maschine hinsichtlich ihrer Performance auch bei Drehzahlen nahe Null oder bei Regelvorgängen aus dem oder in den Stilltand zu verbessern.

Erfindungsgemäß werden diese und weitere Aufgaben durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei unter Berücksichtigung eines Drehwinkel-Istwerts und eines anhand des Drehzahl-Sollwerts ermittelten Drehwinkel-Sollwerts ein adaptierter Drehzahl- Sollwert ermittelt wird, wobei die Drehzahl-Führungsgröße zwischen dem Drehzahl-Sollwert und dem adaptierten Drehzahl-Sollwert drehzahlabhängig umgeschaltet wird. Dadurch kann bei niedrigen Drehzahlen der Drehzahl-Sollwert für die Regelung in Abhängigkeit davon, wie die geregelte Maschine mit der Zeit der idealen (Wnkel-)Position folgt, angepasst werden.

Bei höheren Drehzahlen, beispielsweise wenn der Drehzahlsensor eine ausreichend hohe Auflösung aufweist, schaltet die Regelung auf das herkömmliche Regelverfahren um. Die Verwendung eines Positionssignals (d.h. Winkelsignals) bei niedrigen Umdrehungszahlen hat auch den Vorteil, dass bei einem Drehzahl-Sollwert von Null U/min die Drehzahl durch den Bezug auf den Absolutwert des Winkels nicht wegdriften kann. Die Drehzahl, bei der das Umschalten erfolgt, wird so hoch gewählt, dass die Regelung auch ohne adaptierten Drehzahl-Sollwert bereits ausreichend gut funktioniert. In diesem Bereich ist keine Abweichung des Drehwinkel-Istwerts vom Drehwinkel-Sollwert mehr zu erwarten, sodass beim Umschalten keine sprunghaften Änderungen der Drehzahl-Führungsgröße zu erwarten sind.

In vorteilhafter Weise kann das Umschalten gemäß einer Umschaltkennlinie mit einer vorzugsweise rampenartigen Übergangsphase ausgeführt werden, wobei in der

Übergangsphase die Drehzahl-Führungsgröße insbesondere einer Linearkombination von Drehzahl-Sollwert und adaptiertem Drehzahl-Sollwert entspricht. Der dadurch erzielte rampenartige Übergang der Regelung ist aus Gründen der Regelstabilität vorteilhaft, wobei das Auftreten von Drehmomentstößen vermieden wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der adaptierte Drehzahl-Sollwert aus einer Abweichung des Drehwinkel-Istwerts von dem Drehwinkel-Sollwert ermittelt werden. Dies lässt sich durch ein einfaches Summierglied in Verbindung mit einer entsprechenden Signalaufbereitung realisieren.

In vorteilhafter Weise kann der Drehwinkel-Sollwert als integrierter und normierter Wert aus dem Drehzahl-Sollwert ermittelt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Drehwinkel-Istwert als skalierter und normierter Werte aus einem Drehwinkel-Rohsignal ermittelt werden. Dadurch können der Drehwinkel-Sollwert und der Drehwinkel-Istwert auf einfache Weise miteinander in Beziehung gesetzt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann erfindungsgemäß eine Drehzahl-Rückführgröße der Regelung zwischen dem Allgemein-Drehzahlmesswert und einem Hochauflösungs- Drehzahlmesswert drehzahlabhängig umgeschaltet werden. Durch dieses Merkmal lässt sich die Regelgenauigkeit nochmals erhöhen, da im Bereich geringer Drehzahlen ein

hochauflösender Drehzahlmesswert verwendet wird.

In vorteilhafter Weise kann das Umschalten gemäß einer Umschaltkennline mit einer vorzugsweise rampenartigen Übergangsphase ausgeführt werden, wobei in der

Übergangsphase die Drehzahl-Rückführgröße insbesondere einer Linearkombination von Allgemein-Drehzahlmesswert und Hochauflösungs-Drehzahlmesswert entspricht. Dies dient wiederum der Regelstabilität und der Vermeidung von Drehmomentstößen.

Die Aufgaben der Erfindung werden weiters durch eine Regelungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Regelungsanordnung ein Integrierglied, welches aus einem Drehzahl-Sollwert einen Drehwinkel-Sollwert ermittelt, ein Adaptierglied, welches unter Berücksichtigung eines Drehwinkel-Istwerts und des Drehwinkel-Sollwerts einen adaptierten Drehzahl-Sollwert ermittelt, und ein Sollwert-Umschaltglied, welches eine Drehzahl- Führungsgröße zwischen dem Drehzahl-Sollwert und dem adaptierten Drehzahl-Sollwert drehzahlabhängig umschaltet, aufweist. Diese Regelungsanordnung erlaubt eine vorteilhafte Umsetzung des oben offenbarten Verfahrens.

In vorteilhafter Weise kann das Sollwert-Umschaltglied ausgebildet sein, den

Umschaltvorgang gemäß einer Umschaltkennlinie mit einer vorzugsweise rampenartigen Übergangsphase auszuführen, in der die Drehzahl-Führungsgröße insbesondere als eine Linearkombination aus dem Drehzahl-Sollwert und dem adaptiertem Drehzahl-Sollwert ermittelt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Regelungsanordnung ein Adaptierglied aufweist, welches den adaptierten Drehzahl-Sollwert aus einer Abweichung des Drehwinkel-Istwerts von einem Drehwinkel-Sollwert ermittelt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Regelungsanordnung ein

Integrierglied aufweisen, welches den Drehwinkel-Sollwert als integrierten und normierten Wert aus dem Drehzahl-Sollwert ermittelt.

Die Regelungsanordnung kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ein Winkelsignal-Aufbereitungsglied aufweisen, welches den Drehwinkel-Istwert als skalierten und normierten Wert aus einem Drehwinkel-Rohsignal ermittelt.

In vorteilhafter Weise kann die Regelungseinrichtung ein Istwert-Umschaltglied aufweisen, welches eine Drehzahl-Rückführgröße der Regelung zwischen dem Allgemein- Drehzahlmesswert und einem Hochauflösungs-Drehzahlmesswert drehzahlabhängig umschaltet.

In einer weiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann das Istwert- Umschaltglied ausgebildet sein, den Umschaltvorgang gemäß einer Umschaltkennlinie mit einer vorzugsweise rampenartigen Übergangsphase auszuführen, in der die Drehzahl- Rückführgröße insbesondere als eine Linearkombination aus dem Allgemein- Drehzahlmesswert und dem Hochauflösungs-Drehzahlmesswert ermittelt wird.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 2 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte

Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 eine schematische Darstellung einer Regelungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Sollwert-Umschaltglieds der Regelung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Teils der Regelung in einer detaillierteren Darstellung, Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Istwert-Umschaltglieds gemäß einer weitern Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelung und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Regelungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt die Regelung einer Belastungsmaschine 2 eines Prüfstandes, wobei die

Belastungsmaschine 2 über eine Welle mit einem Prüfling (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Drehzahl n, mit der die Welle an der Belastungsmaschine rotiert, ist die Regelgröße. Über eine Sensoranordnung 9 wird die Drehzahl n gemessen und als Drehzahl- Rückführgröße n _r zu einem Regler 3 zurückgeführt. Im Regler 3 wird die Abweichung der Drehzahl-Rückführgröße n _r von einer Drehzahl-Führungsgröße ni _ead ermittelt, und als Regeldifferenz einem Regelglied 10 zugeführt, welches gemäß einer definierten

Regelstrategie eine Stellgröße für die Belastungsmaschine 2 erzeugt.

Während des„normalen“ Betriebs, d.h. oberhalb einer gewissen Mindestdrehzahl n _m in, entspricht die Drehzahl-Führungsgröße ni _ead in herkömmlicher weise einem Drehzahl- Sollwert n _set , der beispielsweise von einer Systemsteuerung oder einer Simulation erzeugt wird.

Bei geringen Drehzahlen n, insbesondere beim Beschleunigen aus dem Stillstand und Verzögern in den Stillstand, kommt es bei bekannten Regelungsverfahren für

Belastungsmaschinen in Prüfständen zu Einbußen hinsichtlich der Regelqualität. Zur Verbesserung der Regelqualität wird daher erfindungsgemäß mit einem Sollwert- Umschaltglied 4, das dem Regler 3 vorgelagert ist, die Drehzahl-Führungsgröße ni _ead auf einen adaptierten Drehzahl-Sollwert n _ada umgeschaltet, wenn die Drehzahl n unter der Mindestdrehzahl n _m in liegt. Im dargestellten Fall erfolgt der Vergleich mit der Mindestdrehzahl n _min anhand des Drehzahl-Sollwerts n _set , der Vergleich könnte jedoch beispielsweise auch auf der Drehzahl-Rückführgröße n _r erfolgen. Der adaptierte Drehzahl-Sollwert n _adaP sorgt auch im langsamen Drehzahlbereich für eine hohe und stabile Regelqualität. Die

Mindestdrehzahl n _min wird dabei so gewählt, dass die kritischen Bereiche geringer

Drehzahlen vollständig umfasst sind, und dass Umschalten in einem möglichst unkritischen Drehzahlbereich erfolgt.

Der adaptierte Drehzahl-Sollwert n _ada wird von einem Adaptierglied 5 auf Basis einer Drehwinkelauswertung gebildet, wobei ein von einem Integrierglied 6 aus dem Drehzahl- Sollwert n _set ermittelter Drehwinkel-Sollwert cp _set mit einem auf Basis der Sensoranordnung 9 (oder einer entsprechenden anderen Messanordnung) ermittelten Drehwinkel-Istwert cp _act verglichen wird. Mithilfe dieses adaptierten Drehzahl-Sollwerts n _adap wird im niedrigen Drehzahlbereich die Drehzahl-Führungsgröße ni _ead in Abhängigkeit davon, wie die

Belastungsmaschine 2 mit der Zeit ihrer idealen (Winkel-)Position folgt, angepasst. Der Drehwinkel-Istwert cp _act wird im dargestellten Fall aus einem von der Sensoranordnung 9 gemessenen Drehwinkel-Rohsignal cp _raw ermittelt, wobei ein Winkelsignal-Aufbereitungsglied 7 den Drehwinkel-Istwert cp _act in einer zum Drehwinkel-Sollwert cp _set passenden Form aus dem Drehwinkel-Rohsignal cp _raw erzeugt.

Die Verwendung eines Positionssignals (d.h. Wnkelsignals) vermeidet das Problem der bei niedrigen Drehzahlen n zu geringen Auflösung des gemessenen Drehzahlsignals (d.h. dem Signal auf dem die Drehzahl-Rückführungsgröße n _r basiert) und hat auch den Vorteil, dass bei einem Drehzahl-Sollwert = 0 U/min die Drehzahl durch den Bezug auf den Absolutwert des Wnkels nicht wegdriften kann.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Sollwert-Umschaltglieds 4. Hierbei erfolgt das Umschalten der Drehzahl-Führungsgröße ni _ead zwischen dem Drehzahl-Sollwerts n _set und dem adaptierten Drehzahl-Sollwert n _adap gemäß einer Umschaltkennlinie 11 , die eine rampenartige Übergangsphase t vorsieht. Auch hierbei ist eine Mindestdrehzahl n _min definiert (sowohl für eine positive Drehrichtung n _min ⁺ , als auch für eine negative Drehrichtung n _min )·

Bei Drehzahlen n, deren Absolutwert oberhalb der Mindestdrehzahl n _min liegt, verwendet das Sollwert-Umschaltglied 4 wiederum den Drehzahl-Sollwert n _set als Drehzahl-Führungsgröße ni _eäd . Sobald der Absolutwert der Drehzahl die Mindestdrehzahl n _min unterschreitet, erstellt das Sollwert-Umschaltglied 4 innerhalb der Übergangsphase t die Drehzahl-Führungsgröße ni _ead als Linearkombination von Drehzahl-Sollwert n _set und adaptiertem Drehzahl-Sollwert n _adaP . Wenn der Absolutwert der Drehzahl unterhalb der Übergangsphase liegt, wird der adaptierten Drehzahl-Sollwert n _adap als Drehzahl-Führungsgröße ni _ead verwendet.

Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines Teils der in Fig. 1 skizzierten Regelung, wobei das Integrierglied 6, das Wnkelsignal-Aufbereitungsglied 7, und das Adaptierglied 5 detaillierter dargestellt sind. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun anhand dieses konkreten Ausführungsbeispiels die Erzeugung des adaptierten Drehzahl-Sollwerts n _adap erläutert.

Das Integrierglied 6 erzeugt den Drehwinkel-Sollwert cp _set aus dem Drehzahl-Sollwert n _set als einen integrierten und auf einen Wnkelbereich zwischen 0° und 360° normierten Wert. Um den Drehwinkel-Istwert cp _act mit diesem Wert direkt vergleichen zu können, wird das

Drehwinkel-Rohsignal cp _raw im Wnkelsignal-Aufbereitungsglied 7 skaliert (Skalierglied 12) und in einem Normierglied 13 ebenfalls auf einen Winkelbereich zwischen 0° und 360° normiert.

Im Adaptierglied 5 wird aus dem Drehwinkel-Sollwert cp _set und dem Drehwinkel-Istwert cp _act eine Drehwinkeldifferenz cp _deita gebildet. Die Drehwinkeldifferenz cp _deita wird in einem zweiten Normierglied 14 auf einen Wnkelbereich zwischen -180° und +180° normiert und in einem Verstärkerglied 15 verstärkt. Um den adaptierten Drehzahl-Sollwert n _ada zu erhalten, wird das Signal weiters einer Gradientenbereinigung 16 unterworfen und in einer

Wertebegrenzung 17 begrenzt.

Fig. 4 zeigt eine detaillierte Darstellung eines Istwert-Umschaltglieds 8, gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Das in Fig. 4 dargestellte Istwert-Umschaltglied 8 kann in Ergänzung zu der obenstehend beschriebenen Regelung oder gegebenenfalls auch„alleinstehend“, d.h. in Verbindung mit einer herkömmlichen Regelung, verwendet werden. Die Funktionalität des Istwert-Umschaltglieds 8 basiert auf der Idee, als Drehzahl- Rückführgröße n _r bei niedrigen Drehzahlen ein hochauflösendes Messsignal zu verwenden, dass die Probleme der normalerweise verwendeten, und von niedrigauflösenden

Messystemen stammenden Messsignale vermeidet. Dennoch sollen die Vorteile, die diese niedrigauflösenden Messysteme in höheren Drehzahlbereichen bieten, weiterhin nutzbar sein.

Das Istwert-Umschaltglied 8 weist zwei Eingangswerte auf, die jeweils von einer

Messvorrichtung, beispielsweise der Sensoranordnung 9, stammen, und einen

Ausgangswert, der als Drehzahl-Rückführgröße n _r in der Regelung zurückgeführt wird. Der erste Eingangswert ist ein Allgemein-Drehzahlmesswert n _sr , der beispielsweise von einer herkömmlichen Drehzahl-Messvorrichtung, etwa eines Encoders, stammt. Der Allgemein- Drehzahlmesswert n _sr kann beispielsweise von einem Encoder mit einer Strichzahl von 512 und der Erfassungsart„1-Flanken-Auswertung“ stammen. Bei geringen Drehzahlen werden die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Messpunkten naturgemäß immer größer und können hinsichtlich der Regelqualität schließlich zu Problemen führen. Beispielsweise erzeugt ein solcher Encoder bei einer Drehzahl von 1 U/min (dies entspricht einem Winkel, der mit 6°/s zu- bzw. abnimmt) nur mehr weniger als 9 Impulse pro Sekunde. Wenn der Absolutwert der Drehzahl unterhalb einer Mindestdrehzahl n‘ _m in liegt, schaltet das Istwert- Umschaltglied 8 daher von dem Allgemein-Drehzahlmesswert n _sr auf einen Hochauflösungs- Drehzahlmesswert n _hr um, der von einem hochauflösenden Messsensor stammt. Dies ist der zweite Eingangswert des Istwert-Umschaltglieds 8.

Der Hochauflösungs-Drehzahlmesswert n _hr kann beispielsweise von Drehzahlmesssystemen erhalten werden, die bereits bei einer Drehzahl von 0 U/min ein hochauflösendes Signal bereitstellen, beispielsweise ein Signal mit einer Frequenz von 100 kHz oder mehr. Zu Beispielen solcher hochauflösender Drehzahlmesssysteme zählen etwa ein Drehgeber HMCR16 in Verbindung mit einem Signalsplitter HEAG-158 oder HMCP 16A, die jeweils von der Firma Baumer-Hübner angeboten werden. Solche Sensoren haben zwar den Vorteil, dass sie auch bei sehr geringen Drehzahlen einen korrekten Messerwert erstellen, oberhalb einer gewissen Maximaldrehzahl sind sie jedoch nicht mehr verwendbar, da die Werte ungenau werden. Das Umschalten zwischen dem Hochauflösungs-Drehzahlmesswert n^ und dem Allgemein-Drehzahlmesswert n _sr erfolgt in einem Drehzahlbereich, in dem sich die zuverlässigen Arbeitsbereiche beider Sensoren überschneiden, sodass beim Umschalten an der Mindestdrehzahl n’ _min beide Werte, d.h. der Allgemein-Drehzahlmesswert n _sr und der Hochauflösungs-Drehzahlmesswert n _hr übereinstimmen. Dadurch werden beim Umschalten Wertsprünge der Drehzahl-Rückführungsgröße n _r vermieden. Zusätzlich kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem Sollwert-Umschaltglied 4 beschrieben wurde, der Umschaltvorgang mit einer rampenartigen Übergangsphase t‘ erfolgen, in der der Wert für die Drehzahl- Rückführungsgröße n _r als Linearkombination aus Hochauflösungs-Drehzahlmesswert n^ und Allgemein-Drehzahlmesswert n _sr erstellt wird.

Die vom Istwert-Umschaltglied 8 verwendete Mindestdrehzahl n’ _min kann mit der

Mindestdrehzahl n _min übereinstimmen, die vom Sollwert-Umschaltglied 4 verwendet wird (wenn diese beiden Komponenten in einer Regelung gemeinsam verwendet werden), die Werte können sich jedoch auch unterscheiden. Auch wird in der Darstellung der Figuren für die positive Mindestdrehzahl n _min ⁺ bzw. n und die negative Mindestdrehzahl n _min bzw. n’min ^' jeweils derselbe Absolutwert verwendet. Dies ist jedoch keine zwingende

Voraussetzung und auch diese Werte können sich voneinander unterscheiden. Die in den Figuren dargestellten rampenartigen Übergänge stellen aufgrund der einfachen

Realisierungsmöglichkeiten eine bevorzugte Ausführungsform dar, es ist jedoch klar, dass auch andere Arten von Übergängen bzw. Umschaltkennlinien verwendet werden können, etwa zur Realisierung einer stufenförmigen Umschaltung oder einer kurvenförmige

Umschaltung ohne Unstetigkeitsstellen, wenn dies vorteilhaft ist.

Fig. 5 zeigt eine Regelungsanordnung 1 , in welcher alle oben beschriebenen Varianten gemeinsam umgesetzt sind. Die Sensoranordnung 9 umfasst dabei mehrere Sensoren und erzeugt einen Allgemein-Drehzahlmesswert n _sr , einen Hochauflösungs-Drehzahlmesswert n _hr und ein Drehwinkel-Rohsignal cp _raw , um diese Werte dem Istwert-Umschaltglied 8 bzw. dem Winkelsignal-Aufbereitungsglied 7 bereitzustellen.

Variablen:

Drehzahl n

Drehzahl-Sollwert n _set

Drehzahl-Führungsgröße ni _ead adaptierter Drehzahl-Sollwert n _ada Drehzahl-Rückführgröße n _r

Allgemein-Drehzahlmesswert n _sr Hochauflösungs-Drehzahlmesswert n _hr Mindestdrehzahl n _min

Drehwinkel-Istwert cp _act

Drehwinkel-Sollwert cp _set

Drehwinkel-Rohsignal cp _raw

Drehwinkeldifferenz cp _deita

Bezugszeichen:

Regelungsanordnung 1

Belastungsmaschine 2

Regler 3

Sollwert-Umschaltglied 4

Adaptierglied 5

Integrierglied 6

Winkelsignal-Aufbereitungsglied 7 Istwert-Umschaltglied 8

Sensoranordnung 9

Regelglied 10

Umschaltkennline 11 , 1 1‘

Skalierglied 12

Normierglied 13

zweites Normierglied 14

Verstärkerglied 15

Gradientenbereinigung 16

Wertebegrenzung 17

Übergangsphase t, t‘