BESCHREIBUNG

Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, Leistungsanordnung und Verfahren zur Regelung einer Leistungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung.

Eine solche Regeleinrichtung ist typischerweise eingerichtet, um eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und mittelbar darüber eine Generatorfrequenz des mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generators zu regeln. Dies ist insoweit problematisch, als eine vergleichsweise dynamische Größe zur Regelung herangezogen wird, wobei auch eine Verstärkung der Regelstrecke vergleichsweise groß ist. Somit ist die Regelung intrinsisch vergleichsweise wenig robust, worunter insbesondere ein stationäres Regelverhalten leidet. Dies gilt in ganz besonderem Maß, wenn die Leistungsanordnung im Verbund mit anderen Leistungsanordnungen in einem Inselparallelbetrieb oder Netzparallelbetrieb betrieben wird, wobei eine angeforderte Gesamtleistung durch ein externes Steuergerät auf die verschiedenen Leistungsanordnungen verteilt wird. Bei dieser Lastverteilung handelt es sich um einen vergleichsweise langsamen Vorgang, wobei die sich insoweit ergebende Verzögerung durch eine erhöhte Dynamik der Drehzahlregelung zumindest teilweise kompensiert werden kann. Der Drehzahlregler selbst kann allerdings erst reagieren, wenn ein Einbruch der Drehzahl erfasst wird, und nicht bereits dann, wenn die angeforderte Leistung erhöht wird. Jedenfalls insoweit ergibt sich eine mit dem skizzierten Konzept grundsätzlich nicht überwindbare Verzögerung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße zu erfassen, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll-Generatorleistung zu ermitteln, und um ein Soll-Drehmoment als Stellgröße - insbesondere zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine - in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung ist außerdem eingerichtet, um ein Regelgesetz zur Bestimmung des Soll-Drehmoments zu verwenden, und um das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Kreisverstärkung zu bestimmen. Indem die Generatorleistung als Regelgröße erfasst wird, ergibt sich eine dynamischere Anpassung an etwaige Lastwechsel. Insbesondere kann so die mit dem oben skizzierten Konzept nicht überwindbare Verzögerung überwunden werden. Ändert sich die angeforderte Leistung, weil beispielsweise ein oder mehrere Verbraucher zu- oder abgeschaltet werden, ändert sich auch die erfasste Generatorleistung sprunghaft, insbesondere instantan, während andere Größen, wie insbesondere die Drehzahl oder auch eine Generatorfrequenz, nur mit der oben beschriebenen Verzögerung reagieren. Wird daher die Generatorleistung als Regelgröße erfasst, kann auf eine Laständerung wesentlich schneller reagiert werden als bei einer Erfassung der Generatorfrequenz oder der Drehzahl als Regelgröße. Somit kann das Lastschaltverhalten einer Leistungsanordnung mit der hier vorgeschlagenen Regeleinrichtung signifikant verbessert werden. Es ergibt sich auch eine robustere Lastverteilung auf die einzelnen Leistungsanordnungen im Verbund, da eine Berechnung von Stellgrößen direkt erfolgen kann, anstelle - wie beispielsweise bei einer Drehzahlregelung - indirekt durch Hintereinanderreihung mindestens zweier Algorithmen. Insbesondere kann bei der hier vorgeschlagenen Regeleinrichtung vorteilhaft ein Drehzahlregler umgangen oder eingespart werden. Zur Verbesserung des dynamischen Regelverhaltens trägt weiterhin bei, dass das Soll-Drehmoment als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine unmittelbar in Abhängigkeit von der Leistungs-Regelung bestimmt wird.

Unter einem Regelgesetz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine mathematische Beziehung, insbesondere eine Gleichung verstanden, welche das Verhalten eines Reglers beschreibt. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz den Zusammenhang zwischen der Stellgröße und der Regelabweichung. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz, wie sich die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung verhält. In bevorzugter Ausgestaltung beschreibt das Regelgesetz das Verhalten eines Reglers, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem P-Regler, einem I-Regler, einem D-Regler, einem PI-Regler, einem PD- Regler, einem PD1 -Regeier, einem PD2-Regler, einem PID-Regler, einem PT 1 -Regler, einem PT2-Regler, einem PI(DTi)-Regler, und einer Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Regler. Regelgesetze, die das Verhalten dieser und anderer Regler beschreiben, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.

Das Regelgesetz ist bevorzugt in die Regeleinrichtung implementiert, vorzugsweise in eine Hardwarestruktur der Regeleinrichtung, oder in Form einer Software, die während des Betriebs der Regeleinrichtung auf der Regeleinrichtung ausgeführt wird. Insbesondere ist es einerseits möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung explizit durch softwaretechnisches Durchführen bestimmter Rechenschritte berechnet wird; es ist aber auch möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung aufgrund der bestimmten Verschaltung der Hardwarestruktur der Regeleinrichtung bestimmt, das heißt quasi indirekt berechnet wird.

Unter einer Leistungsanordnung wird hier insbesondere eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine, d.h. einem Generator, verstanden, wobei die Brennkraftmaschine mit dem Generator antriebs wirkverbunden ist, um den Generator anzutreiben. Somit ist die Leistungsanordnung insbesondere eingerichtet, um in der Brennkraftmaschine in mechanische Energie umgesetzte chemische Energie in dem Generator in elektrische Energie zu wandeln. Die Leistungsanordnung wird insbesondere mit einer Mehrzahl von - insbesondere wenigen - anderen Leistungsanordnungen gemeinsam in einem Verbund, das heißt in einem Inselparallelbetrieb betrieben, oder die Leistungsanordnung wird an einem insbesondere größeren Stromnetz oder Energieversorgungsnetz, insbesondere einem überregionalen Stromnetz, im Netzparallelbetrieb betrieben.

Die hier als Regelgröße erfasste Generatorleistung wird dabei insbesondere an jeder Leistungsanordnung eines Verbunds von Leistungsanordnungen für die jeweilige Leistungsanordnung separat erfasst und zur Regelung der jeweiligen Leistungsanordnung verwendet. Die als Regelgröße erfasste Generatorleistung ist also nicht eine Gesamtleistung des Verbunds der Leistungsanordnungen, sondern vielmehr die durch die einzelne Leistungsanordnung jeweils erbrachte Leistung. Insbesondere wird die Generatorleistung bevorzugt nicht an einer Sammelschiene erfasst, mit welcher eine Mehrzahl von Leistungsanordnungen elektrisch verbunden sind.

Bevorzugt wird die Generatorleistung an dem Generator der Leistungsanordnung erfasst.

Die Soll-Generatorleistung ist insbesondere ein von einem externen Steuergerät oder einem externen Regler für die jeweilige Leistungsanordnung, d. h. insbesondere für die jeweilige Regeleinrichtung, erzeugter Lastanteil, d. h. derjenige Anteil der Gesamtlast oder Gesamtleistung, der von der jeweiligen Leistungsanordnung erbracht werden soll. Hierzu wird durch das externe Steuergerät bevorzugt - insbesondere an der Sammelschiene - eine Gesamtlast erfasst, die dann nach einem in dem externen Steuergerät implementierten Algorithmus auf die einzelnen Leistungsanordnungen aufgeteilt wird. Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um mit dem externen Steuergerät verbunden zu werden, um die Soll- Generatorleistung von dem externen Steuergerät - als den ihr zugeordneten Lastanteil - zu empfangen. Insbesondere weist die Regeleinrichtung bevorzugt eine hierfür geeignete Schnittstelle auf.

Es wird aber auch eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die Soll-Generatorleistung selbst zu bestimmen, das heißt insbesondere die Gesamtleistung zu erfassen und auf eine Mehrzahl von Regeleinrichtungen - einschließlich ihrer selbst - aufzuteilen. Die Regeleinrichtung ist in diesem Lall bevorzugt als Master-Regeleinrichtung ausgebildet. Sie weist bevorzugt eine Schnittstelle auf, über die für andere Regeleinrichtungen berechnete Lastanforderungen, insbesondere an Slave-Regeleinrichtungen, ausgegeben werden können, beispielsweise eine Schnittstelle für einen CAN-Bus.

Dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von der vorbestimmten Kreisverstärkung zu bestimmen, bedeutet insbesondere, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das Regelgesetz abhängig von der vorbestimmten Kreisverstärkung festzulegen, vorzugsweise abhängig von der vorbestimmten Kreisverstärkung zu berechnen. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert des Regelgesetzes abhängig von der vorbestimmten Kreisverstärkung zu bestimmen, insbesondere festzulegen, vorzugsweise zu berechnen. Bevorzugt ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um den Proportionalbeiwert proportional zu der vorbestimmten Kreisverstärkung festzulegen, vorzugsweise zu berechnen.

Die vorbestimmte Kreisverstärkung ist bevorzugt die vorbestimmte Kreisverstärkung des offenen Regelkreises. Unter einer Kreisverstärkung des offenen Regelkreises wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere das Produkt des Proportionalbeiwerts des Regelgesetzes mit der statischen (s = 0) Verstärkung der Regelstrecke bei sprunghafter Anregung verstanden.

Die vorbestimmte Kreisverstärkung ist bevorzugt parametrierbar, d. h. insbesondere durch einen Anwender einstellbar oder vorgebbar. Auf diese Weise kann ein Anwender der Regeleinrichtung oder ein Anwender einer Leistungsanordnung, die mit der Regeleinrichtung betrieben wird, die Kreisverstärkung in gewünschter Weise einstellen. Bevorzugt wird dann der Proportionalbeiwert an die durch den Anwender gewählte Kreisverstärkung in geeigneter Weise angepasst. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass es keiner aufwändigen Abstimmung der Regeleinrichtung auf die Leistungsanordnung bedarf.

Wird das Regelgesetz in bevorzugter Ausgestaltung noch zusätzlich in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren, insbesondere im Betrieb der Leistungsanordnung variablen Anpassungsgröße angepasst, wird in diesem Zusammenhang die Abhängigkeit von der vorbestimmten Kreisverstärkung nicht weiter ausdrücklich betrachtet, da die vorbestimmte Kreisverstärkung bevorzugt einmalig der höchstens selten durch einen Anwender eingestellt und im Übrigen konstant gehalten wird. Sie kann somit insbesondere für den laufenden Betrieb der Leistungsanordnung als Konstante betrachtet werden.

Das Soll-Drehmoment dient insbesondere zur indirekten Ansteuerung der Brennkraftmaschine _·

In bevorzugter Ausgestaltung wird durch die Regeleinrichtung oder durch eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Soll-Drehmoment eine Bestromungsdauer für mindestens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der Brennkraftmaschine berechnet, wobei die Brennkraftmaschine mit der aus dem Soll-Drehmoment berechneten Bestromungsdauer angesteuert wird.

Unter einer Generatorfrequenz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere die Frequenz der in dem Generator induzierten elektrischen Spannung, insbesondere die Frequenz der elektrischen Ausgangsspannung des Generators, verstanden.

Unter einer Regeleinrichtung wird insbesondere eine Regelungseinrichtung verstanden. In entsprechender Weise wird unter einer Regelanordnung insbesondere eine Regelungsanordnung verstanden. Unter einer Steuereinrichtung wird entsprechend insbesondere eine Steuerungseinrichtung verstanden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen. Die wenigstens eine Anpassungsgröße ist ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung, einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorfrequenz. Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um das Regelgesetz zusätzlich zu dessen Bestimmung in Abhängigkeit von der vorbestimmten Kreisverstärkung noch in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße anzupassen. Dass das Regelgesetz in Abhängigkeit der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst wird, ermöglicht es vorteilhaft, die Kreisverstärkung in allen Betriebspunkten ähnlich, vorzugsweise über alle Betriebspunkte auf dem vorbestimmten Wert, insbesondere auf dem vom Anwender parametrierten Wert, konstant zu halten. Dies wiederum vereinfacht das Regelverhalten und damit zugleich auch die Einstellung der Regeleinrichtung auf den konkreten Anwendungsfall. Insbesondere ist die Regeleinrichtung auf diese Weise einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar, was nicht zuletzt auch Kosten in der Anwendung einspart.

Die Verwendung und insbesondere die Anpassung des Regelgesetzes ermöglicht es außerdem, die Regeleinrichtung in Kombination mit einer Vielzahl verschiedener Leistungsanordnungen, insbesondere mit einer Vielzahl verschiedener Brennkraftmaschinen zu betreiben, ohne dass es einer spezifischen Anpassung an die konkret betriebene Leistungsanordnung, insbesondere an die konkret betriebene Brennkraftmaschine, bedarf. Dadurch kann die Leistungsanordnung, insbesondere die Brennkraftmaschine, quasi einstellungsfrei betrieben werden, sodass ein ansonsten bei herkömmlichen Regeleinrichtungen und Verfahren nötiger Adaptierungsaufwand bei Verwendung der erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten technischen Lehre vorteilhaft minimal ist, vorzugsweise völlig entfällt.

Unter einer Anpassung des Regelgesetzes in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass wenigstens ein das Regelgesetz bestimmender Parameter in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. In bevorzugter Ausgestaltung wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst, indem der Proportionalbeiwert des Regelgesetzes in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. Das Regelgesetz wird dabei besondere durch den Proportionalbeiwert als Parameter bestimmt. Unter einer Anpassungsgröße wird entsprechend eine Größe verstanden, abhängig von der der wenigstens eine das Regelgesetz bestimmende Parameter verändert wird. Insbesondere ist eine Anpassungsgröße eine Größe, von welcher ein Wert des wenigstens einen das Regelgesetz bestimmenden Parameters abhängt.

Vorzugsweise wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße nachgeführt, wobei es insbesondere an sich ändernde Betriebspunkte der Leistungsanordnung - insbesondere automatisch - angepasst wird.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Soll-Drehmoment-Größe das - vorzugsweise um mindestens einen Abtastschritt verzögerte - Soll-Drehmoment selbst. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Soll-Drehmoment-Größe ein Integralanteil (I- Anteil) für das Soll-Drehmoment, oder eine von dem Soll-Drehmoment oder dem Integralanteil abgeleitete Größe.

Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die erfasste Generatorleistung nach unten, insbesondere auf einen vorbestimmten Leistungs-Grenzwert, zu begrenzen.

Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um die Soll- Drehmoment-Größe nach unten, insbesondere auf einen vorbestimmten Drehmoment- Grenzwert, zu begrenzen.

Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um die erfasste Generatorfrequenz nach unten, insbesondere auf einen vorbestimmten Frequenz-Grenzwert, zu begrenzen.

Zum Zweck der folgenden Herleitung wird ein stationärer Zustand betrachtet, weshalb die betroffenen Größen mit dem Index „stat“ versehen sind. Die auf diese Weise hergeleiteten Beziehungen, Zusammenhänge und Gleichungen sind aber auch in transienten Zuständen gültig.

Modelliert man die Regelstrecke der Leistungsanordnung als Zweimassen-Schwinger, ergibt sich folgende Übertragungsfunktion für die Leistungsregelung: mit der erfassten Generatorleistung P _G , dem Soll-Drehmoment M _s „ _/i der Brennkraftmaschine, dem Drehmoment M _m,stat der Brennkraftmaschine, der Generatorleistung Pc. _stat , und einem von der komplexen Variablen s abhängigen Term, dessen Größen im Folgenden benannt werden.

Aus Gleichung (1) ergibt sich dann die - insbesondere konstant - vorgebbare Kreisverstärkung v ^p des offenen Regelkreises, wenn ein Leistungsregler mit zumindest Proportionalverhalten, das heißt zum Beispiel ein P-Regler, ein PI-Regler, ein PID-Regler oder ein PI(DTi)-Regler, verwendet wird: und aufgelöst nach dem Proportionalbeiwert k _p :

Gleichung (3) zeigt, dass es in vorteilhafter Weise möglich ist, die vorzugsweise konstant gewählte Kreisverstärkung in allen Betriebspunkten der Leistungsanordnung konstant zu halten, indem der Proportionalbeiwert in geeigneter Weise verändert, insbesondere nachgeführt wird. Ein solcher Zusammenhang wie Gleichung (3) wird teilweise auch selbst kurz als Regelgesetz bezeichnet.

Die Übertragungsfunktion gemäß Gleichung (1) kann aus dem Modell der Regelstrecke als Zweimassen-Schwinger insbesondere auf folgende Weise hergeleitet werden:

Im Rahmen des Modells des Zweimassen-Schwingers nimmt man an, dass das Trägheitsmoment 9 _m der Brennkraftmaschine mit dem Trägheitsmoment 0 _L des Generators über eine Welle verbunden ist, wobei diese drehmomentübertragende Verbindung beschrieben wird durch eine Federsteifigkeit c und eine Dämpfung b (b beschreibt hier die dimensionsbehaftete Dämpfung, die später in die dimensionslose Dämpfung Y überführt wird). Mit dem Drehwinkel p _m der Brennkraftmaschine, dem Drehwinkel p _L des Generators, dem durch die Brennkraftmaschine aufgebrachten Drehmoment M _m , dem am Generator angreifenden Last-Drehmoment M _L und der bekannten Notation mit übergestellten Punkten für die zeitliche Ableitung ergeben sich dann folgende Gleichungen für die Momenten-Bilanz: Mit wobei mit der Anzahl l und der Fläche A der Leiterschleifen des Generators, der magnetischen Flussdichte B, und dem Scheinwider stand XL der mit dem Generator elektrisch verbundenen Last, wobei sich Gleichung (7) leicht aus einer Betrachtung des elektrodynamischen Lastverhaltens des Generators ergibt, ergibt sich nach Linearisierung in einem stationären Betriebszustand nach einigen Umformungen:

Dabei sind die mit vorangestelltem D bezeichneten Größen die bei der Linearisierung angesetzten Auslenkungen aus dem stationären Betriebspunkt. Mit womit zugleich die dimensionslose Dämpfung Y eingeführt wird, ergibt sich: mit der Adjunkten P(s) der Matrix (sl -A) und der Einheitsmatrix I.

Da die Drehzahlauslenkung D n _L des Generators im stationären Betriebspunkt gegeben ist durch setzt man zur Herleitung der Übertragungsfunktion für die Frequenzregelung an: und

Mit den Definitionen wobei n _{L stat} die Drehzahl des Generators im stationären Betriebspunkt ist, und, nach Übergang zur dimensionslosen Darstellung - bei Angabe der Drehzahl in 1/min, der Frequenz in Hz und der Feistung in kW, erhält man schließlich aus Gleichung (21) die folgende Übertragungsfunktion für die Generator- Drehzahl H _L in Abhängigkeit von dem Drehmoment M _so u:

Die Generatorleistung P _G hängt ab von der Generator-Drehzahl H _L und dem Last-Drehmoment ML- Mit den Gleichungen (6) und (25) erhält man nach Linearisierung im stationären Zustand und Übergang zur dimensionslosen Darstellung: und hieraus direkt die Übertragungsfunktion für die Generatorleistung Pc. _stat in Abhängigkeit von der Generator-Drehzahl nL _{, sta} t und schließlich, mit der Übertragungsfunktion der Regelstrecke: aus den Gleichungen (27), (29) und (30) direkt Gleichung (1).

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das Regelgesetz anzupassen, indem der Proportionalbeiwert des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung konstant ist, vorzugsweise - insbesondere über alle Betriebspunkte der Leistungsanordnung - konstant bleibt. Ganz besonders auf diese Weise ist die Regeleinrichtung einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar. Insbesondere ergibt sich aus Gleichung (3), dass es möglich ist, den Proportionalbeiwert stets so anzupassen, dass die Kreisverstärkung v ^p - insbesondere unabhängig von dem momentanen Betriebspunkt der Leistungsanordnung - konstant ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von der erfassten Generatorleistung und der Soll-Drehmoment-Größe zu bestimmen. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert k _p gemäß Gleichung (3) zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Proportionalbeiwert k _p flexibel und genau nachgeführt werden.

Der Proportionalbeiwert k _p wird bevorzugt insbesondere proportional zu der Soll-Drehmoment- Größe bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird der Proportionalbeiwert k _p umgekehrt proportional zu der erfassten Generatorleistung bestimmt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert nur in Abhängigkeit der Generatorfrequenz zu bestimmen. Dies stellt eine einfache und zugleich robuste Möglichkeit dar, um den Proportionalbeiwert zu bestimmen und damit das Regelgesetz anzupassen. Insbesondere ist die Regeleinrichtung in diesem Fall eingerichtet, um den Proportionalbeiwert nicht in Abhängigkeit von einer anderen im Betrieb der Leistungsanordnung variablen Größe zu bestimmen; jedoch - wie zuvor bereits ausgeführt - bevorzugt weiterhin abhängig von der vorbestimmten Kreisverstärkung, die allerdings im Betrieb der Leistungsanordnung typischerweise konstant gehalten wird. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert umgekehrt proportional zu der Generatorfrequenz zu bestimmen.

Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um den Proportionalbeiwert gemäß folgendem modifizierten Zusammenhang zu bestimmen: mit der Generatorfrequenz fc.stat.

Dies lässt sich leicht auf folgende Weise herleiten. Betrachtet man die Generatorleistung Pc.stat im stationären Zustand in dimensionsloser Darstellung, ergibt sich:

Gleichung (1) reduziert sich im stationären Zustand wegen 5 = 0 auf:

Setzt man nun Gleichung (32) in Gleichung (33) ein und berücksichtigt ergibt sich: woraus dann der modifizierte Zusammenhang gemäß Gleichung (31) folgt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die Generatorfrequenz zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts als konstant zu setzen. Dies erlaubt eine besonders einfache Bestimmung des Proportionalbeiwerts. Insbesondere wird dieser bevorzugt nur noch abhängig von der - bevorzugt im laufenden Betrieb der Leistungsanordnung konstanten - vorbestimmten Kreisverstärkung gewählt. Die entsprechende Vereinfachung ist insbesondere möglich, da die Generatorfrequenz im Generatorbetrieb typischerweise nur wenig variiert, sodass jedenfalls keine große Fehlanpassung zu befürchten ist, wenn die Generatorfrequenz als konstant angenommen wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass auf keine gemessene Größe mehr zurückgegriffen wird, sodass bei der Berechnung des Proportionalbeiwerts keinerlei Maßnahmen für einen möglichen Sensorausfall vorgesehen werden müssen. Somit ist die Berechnung des Proportionalbeiwerts vorteilhaft maximal robust.

In bevorzugter Ausgestaltung wird als konstante Generatorfrequenz ein vorbestimmter Norm- Frequenzwert gesetzt. Dieser kann beispielsweise - insbesondere je nach Einsatzgebiet der Leistungsanordnung - 50 Hz oder 60 Hz betragen.

Für 50 Hz ergibt sich folgender vereinfachter Zusammenhang: Für 60 Hz ergibt sich folgender vereinfachter Zusammenhang:

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um eine momentane Ist-Leistung des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Leistung als erfasste Generatorleistung zu verwenden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders ruhige und damit robuste Regelung. Die momentane Ist-Leistung wird vorzugsweise unmittelbar am Generator gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die momentane Ist-Leistung mit einem PTi-Filter oder Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorleistung aus dem PT i -Filter oder Mittelwertfilter resultiert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung als Steuereinrichtung zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar, wobei es insbesondere keiner zusätzlichen Steuereinrichtung über die ohnehin vorhandene Steuereinrichtung hinaus bedarf. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Funktionalität der Regeleinrichtung in Form eines Computerprogrammprodukts in die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine implementiert. Somit kann in besonders einfacher Weise eine vorhandene Steuereinrichtung mit der Funktionalität gemäß der hier vorliegenden technischen Lehre nachgerüstet werden.

Die Steuereinrichtung ist bevorzugt ein Motorregler der Brennkraftmaschine· Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Der Motorregler oder die ECU ist bevorzugt eingerichtet, um anhand des Soll-Drehmoments wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der Brennkraftmaschine zu berechnen.

Ist die Regeleinrichtung als Steuereinrichtung, insbesondere als Motorregler, ausgebildet und zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine eingerichtet, ist es möglich, dass eine Drehzahlregelung der Steuereinrichtung aktiv ist und insbesondere zur Berechnung einer Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, das zur Einbringung von Brennstoff in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, abhängig von dem berechneten Soll-Drehmoment verwendet wird. Es ist aber auch möglich, dass die Bestromungsdauer aus dem Soll-Drehmoment unter Umgehung eines Drehzahlreglers oder ohne Verwendung eines Drehzahlreglers berechnet wird.

Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildet ist. In diesem Fall weist die Regeleinrichtung bevorzugt eine Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine auf. Dies stellt eine besonders flexible Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar. Insbesondere kann die Regeleinrichtung ohne weiteres mit einer Vielzahl verschiedener existierender Leistungsanordnungen verwendet werden, insbesondere indem sie jeweils einer dort vorgesehenen Steuereinrichtung vorgeschaltet und über die Schnittstelle mit diesem verbunden wird. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um der Steuereinrichtung über die Schnittstelle das Soll-Drehmoment zu übermitteln. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um anhand des Soll-Drehmoments wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil zu berechnen.

Unter einem Generatorregler wird insbesondere ein von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine separates, das heißt insbesondere externes Steuergerät verstanden, welches eingerichtet ist, um die Generatorleistung des Generators durch Vorgabe des Soll-Drehmoments für die Brennkraftmaschine zu regeln, insbesondere das Soll-Drehmoment als Stellgröße an die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine zu übermitteln. Insbesondere ist ein Generatorregler selbst kein Steuergerät für die Brennkraftmaschine, insbesondere keine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Insbesondere ist der Generatorregler zusätzlich zu der Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine, das heißt zusätzlich zu dem Steuergerät, vorgesehen. Dass der Generatorregler bevorzugt übergeordnet ist, bedeutet, dass er bevorzugt der Steuereinrichtung vorgeschaltet ist.

Wird die als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildete Regeleinrichtung in Kombination mit einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine verwendet, wird die Steuereinrichtung bevorzugt mit deaktivierter Drehzahlregelung oder ohne Drehzahlregelung betrieben. In bevorzugter Ausgestaltung ist in der Steuereinrichtung allerdings ein Leerlauf- Enddrehzahlregler aktiviert. Bei aktivem Leerlauf-Enddrehzahlregler wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine geregelt, wenn eine untere Grenzdrehzahl unterschritten oder eine obere Grenzdrehzahl überschritten wird. Zwischen der unteren Grenzdrehzahl und der oberen Grenzdrehzahl entspricht das in der Steuereinrichtung verwendete Sollmoment dem von dem Generatorregler vorgegebenen und über die Schnittstelle übermittelten Soll-Drehmoment. Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung eine Momentenvorgabe der Steuereinrichtung aktiviert.

Ein geeigneter Leerlauf-Enddrehzahlregler ist insbesondere in DE 102 48 633 B4 offenbart.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung keine unterlagerte Drehzahlregelung aufweist.

Insbesondere weist die Regeleinrichtung bevorzugt keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine auf. Insbesondere erzeugt die Regeleinrichtung bevorzugt keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine· Dies stellt eine besonders einfache und funktionale Ausgestaltung dar, wobei insbesondere durch die Regeleinrichtung lediglich eine Momentenvorgabe für die Brennkraftmaschine erzeugt wird, was eine sehr robuste Regelung ermöglicht.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Regelanordnung zur Regelung einer Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebs wirkverbundenen Generator aufweist. Die Regelanordnung weist eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, die als - insbesondere übergeordneter - Generatorregler ausgebildet ist. Die Regelanordnung weist außerdem eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung auf, der eingerichtet ist zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine· Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um das als Stellgröße erzeugte Soll-Drehmoment an die Steuereinrichtung zu übergeben. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt keinen Drehzahlregler auf. Alternativ ist vorzugsweise ein in der Steuereinrichtung implementierter Drehzahlregler deaktiviert. Alternativ ist vorzugsweise in der Steuereinrichtung ein Leerlauf-Enddrehzahlregler aktiviert. In Zusammenhang mit der Regelanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung erläutert wurden.

Insbesondere weist die Steuereinrichtung bevorzugt lediglich einen Leerlauf-Enddrehzahlregler auf, oder es ist lediglich ein Leerlauf-Enddrehzahlregler aktiv. Ein geeigneter Leerlauf- Enddrehzahlregler ist insbesondere in DE 10248 633 B4 offenbart. Dabei ergeben sich insbesondere die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Leerlauf-Enddrehzahlregler offenbarten Vorteile.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Außerdem weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Alternativ weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regelanordnung oder eine Regelanordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Regeleinrichtung oder die Regelanordnung ist mit der Brennkraftmaschine und dem Generator der Leistungsanordnung wirkverbunden. In Zusammenhang mit der Leistungsanordnung verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung und/oder der Regelanordnung erläutert wurden.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Es wird eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße erfasst. Eine Regelabweichung wird als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll- Generatorleistung ermittelt. Ein Soll-Drehmoment wird als Stellgröße - insbesondere zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine - in Abhängigkeit von der Regelabweichung bestimmt. Dabei wird ein Regelgesetz zur Bestimmung des Soll-Drehmoments verwendet. Das zur Bestimmung des Soll-Drehmoments verwendete, insbesondere in die Regeleinrichtung implementierte Regelgesetz wird in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Kreisverstärkung bestimmt. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regelanordnung und der Leistungsanordnung erläutert wurden.

Vorzugsweise wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße angepasst, insbesondere nachgeführt, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung, einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorfrequenz.

In bevorzugter Ausgestaltung wird als die Soll-Drehmoment-Größe das - vorzugsweise um mindestens einen Abtastschritt verzögerte - Soll-Drehmoment selbst verwendet. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird als die Soll-Drehmoment-Größe ein Integralanteil (I- Anteil) für das Soll-Drehmoment, oder eine von dem Soll-Drehmoment oder dem Integralanteil abgeleitete Größe verwendet.

Vorzugsweise wird das Regelgesetz angepasst, indem ein Proportionalbeiwert des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung des offenen Regelkreises konstant ist, insbesondere konstant bleibt.

Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von der erfassten Generatorleistung und der Soll-Drehmoment-Größe bestimmt.

Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert nur in Abhängigkeit der Generatorfrequenz bestimmt.

Vorzugsweise wird die Generatorfrequenz zum Zweck der Bestimmung des Proportionalbeiwerts konstant gesetzt.

Vorzugsweise wird die erfasste Generatorleistung direkt - insbesondere elektrisch am Generator - gemessen, oder als gefilterte Generatorleistung mittels eines Filters, insbesondere eines PTi- Filters oder Mittelwertfilters, aus einer momentanen Ist-Leistung des Generators erhalten.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer

Leistungsanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung; Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer

Leistungsanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung und einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;

Figur 3 eine Detaildarstellung eines Regelkreises zur Leistungsregelung mit einem Leistungsregler;

Figur 4 eine Darstellung eines Leistungsreglers;

Figur 5 eine Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;

Figur 6 eine Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;

Figur 7 eine Detaildarstellung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;

Figur 8 eine Detaildarstellung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung, und Figur 9 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise eines Verfahrens zur Regelung einer Leistungsanordnung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3. Die Leistungsanordnung 1 ist Teil eines übergeordneten Verbundes einer Mehrzahl von Leistungsanordnungen, von denen nur die eine, hier näher betrachtete Leistungsanordnung 1 dargestellt ist. Insbesondere ist die Leistungsanordnung 1 mit einem Stromnetz 4, hier konkret mit einer Sammelschiene 6 elektrisch verbunden. Die Leistungsanordnung 1 kann insbesondere im Inselparallelbetrieb oder im Netzparallelbetrieb betrieben sein; insbesondere kann es sich bei dem Stromnetz 4 um ein lokales Stromnetz, insbesondere um ein Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Schifffahrzeugs, oder um ein überregionales Stromnetz handeln. Dem Stromnetz 4 ist ein externes Steuergerät 8 zugeordnet, welches eine an der Sammelschiene 6 angeforderte Gesamtleistung P s _chiene , die auch als Gesamtlast bezeichnet wird, auf die einzelnen Leistungsanordnungen 1 aufteilt, insbesondere indem für jede Leistungsanordnung 1 eine separate Soll-Generatorleistung P} ₀ u, Psoiu Psoiu usw., berechnet wird. Eine der hier konkret dargestellten Leistungsanordnung 1 zugeordnete erste Soll-Generatorleistung P} ₀ u wird im Folgenden der einfacheren Darstellung wegen kurz als Soll-Generatorleistung P _soii bezeichnet.

Die Leistungsanordnung 1 weist eine Brennkraftmaschine 5 und einen mit der Brennkraftmaschine 5 über eine Welle 7 antriebswirkverbundenen Generator 9 auf. Die Regeleinrichtung 3 ist einerseits mit der Brennkraftmaschine 5 und andererseits mit dem Generator 9 wirkverbunden. Insbesondere ist der Generator 9 mit der Sammelschiene 6 in hier nicht explizit dargestellter Weise elektrisch verbunden.

Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet zur Regelung der Leistungsanordnung 1, wobei sie eingerichtet ist, um eine Generatorleistung P _G des Generators 9 als Regelgröße zu erfassen, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung P _G ZU der Soll- Generatorleistung P _soii zu ermitteln, ein Soll-Drehmoment M _soll als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen, und um ein zur Bestimmung des Soll-Drehmoments M _soll verwendetes Regelgesetz in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Kreisverstärkung v ^p zu bestimmen. Auf diese Weise kann insbesondere eine sehr dynamische und zugleich stabile Regelung der Leistungsanordnung 1 bereitgestellt werden.

Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet, um das Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen. Die Anpassungsgröße ist dabei ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung P _G , einer Soll-Drehmoment-Größe, und einer Generatorfrequenz f _G des Generators 9.

Bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 3 als Steuereinrichtung 15, insbesondere als Motorregler, zur direkten, insbesondere unmittelbaren Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 ausgebildet.

Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet, um aus der Regelabweichung und dem daraus ermittelten Soll-Drehmoment M _soll eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung von Injektoren der Brennkraftmaschine 5 zu berechnen. Bei dieser Anordnung ist die Generatorleistung P _G die Regelgröße, und das in der Steuereinrichtung 15 berechnete Soll- Drehmoment M _soll ist die Stellgröße des Leistungs-Regelkreises. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regelanordnung 11 und einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3.

Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 3 als übergeordneter Generatorregler 13 ausgebildet. Der Generatorregler 13 weist insbesondere eine Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung 15 der Brennkraftmaschine 5 auf.

Der Generatorregler 13 berechnet aus der Soll-Generatorleistung P _soii und der erfassten Generatorleistung P _G wiederum das Soll-Drehmoment M _soll , welches die Stellgröße des Leistungs-Regelkreises darstellt und an die Steuereinrichtung 15 übermittelt wird. Die Steuereinrichtung 15 berechnet aus dem Soll-Drehmoment M _soll wiederum die Bestromungsdauer BD als Ansteuersignal für die Injektoren der Brennkraftmaschine 5.

Dabei ist bevorzugt ein Drehzahlregler der Steuereinrichtung 15 deaktiviert. Vorzugsweise ist ein Leerlauf-Enddrehzahlregler der Steuereinrichtung 15 aktiviert. Durch diesen wird die Motordrehzahl geregelt, wenn eine untere Drehzahlgrenze ti _Leer unter- bzw. eine obere Drehzahlgrenze ri _End durch eine momentane Drehzahl n _m ,ist der Brennkraftmaschine 5 überschritten wird. Zwischen diesen Drehzahlgrenzen ist ein in der Steuereinrichtung 15 berechnetes Sollmoment gleich dem von dem Generatorregler 13 vorgegebenen Soll- Drehmoment M _soll - Insbesondere ist dabei in der Steuereinrichtung 15 eine Momentenvorgabe aktiviert.

Vorzugsweise weist die Regeleinrichtung 3 keine unterlagerte Drehzahlregelung, insbesondere keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine 5 auf. Insbesondere erzeugt die Regeleinrichtung 3 keine unterlagerte Drehzahlregelung, insbesondere keine Drehzahlvorgabe für die Brennkraftmaschine 5. Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung eines Regelkreises zur Leistungsregelung mit der Regeleinrichtung 3 als Leistungsregler 17. Diese Darstellung ist unabhängig davon, ob die Regeleinrichtung 3 als Steuereinrichtung 15, insbesondere als Motorregler, oder als übergeordneter Generatorregler 13 ausgebildet ist. Insbesondere kann der dargestellte Leistungsregler 17 in der Steuereinrichtung 15 oder in dem Generatorregler 13 implementiert sein. Entsprechend ist ein ebenfalls dargestelltes Umrechnung sglied 19 entweder gemeinsam mit dem Leistungsregler 17 in der Steuereinrichtung 15 implementiert, oder es ist für sich genommen in der Steuereinrichtung 15 implementiert, wenn der Leistungsregler 17 in dem Generatorregler 13 implementiert ist.

Die Brennkraftmaschine 5 und der Generator 9 sind hier gemeinsam als Regelstrecke 21 dargestellt.

Figur 3 zeigt insbesondere den geschlossenen Leistungsregelkreis. Der Leistungsregler 17 hat dabei die sich als Differenz der erfassten Generatorleistung PG und der Soll-Generatorleistung P _so ii ergebende Regelabweichung ep als Eingangsgröße, und das Soll-Drehmoment M _soll als Ausgangsgröße. Der Leistungsregler 17 ist vorzugsweise - wie in Figur 3 dargestellt - als PI- Algorithmus umgesetzt; er kann aber auch in anderer bevorzugter Ausgestaltung als PID- oder PI(DTi)-Algorithmus umgesetzt sein. Die Übertragungsfunktion des PI-Frequenzreglers lautet:

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine momentane Ist-Leistung Pi _St des Generators 9 in einem ersten Filter 18 gefiltert, und die gefilterte Ist-Leistung wird als erfasste Generatorleistung P _G verwendet. Es ist aber auch eine Ausgestaltung möglich, bei welcher die momentane Ist-Leistung Pi _St des Generators 9 unmittelbar als erfasste Generatorleistung PG verwendet wird. Das als Ausgangsgröße des Leistungsreglers 17 resultierende Soll-Drehmoment M _so u wird dem Umrechnungsglied 19 als Eingangsgröße zugeleitet. Das Umrechnungsglied 19 berechnet hieraus die Bestromungsdauer BD für die Injektoren der Brennkraftmaschine 5.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Leistungsreglers 17 gemäß Figur 3, der - wie ausgeführt - bevorzugt als PI-Regler umgesetzt ist. Die Regelabweichung ep wird dabei zunächst mit dem Proportionalbeiwert kp multipliziert, sodass sich ein Proportionalanteil M ^p _oU ergibt. In einem Integrationsglied 23 wird aus dem Proportionalanteil M ^p _oll durch Division durch das Produkt der Nachstellzeit T mit der komplexen Variablen s ein Integralanteil Mi. _oü berechnet, der anschließend zu dem Proportionalanteil M ^p _oü addiert wird. Hieraus resultiert das Soll- Drehmoment M _soll als Ausgangsgröße. Die Übertragungsfunktion des Leistungsreglers 17 ist somit gegeben durch:

Die Berechnung des Proportionalbeiwerts k _p erfolgt bevorzugt gemäß Gleichung (3). Dieses ergibt sich durch Modellierung der Regelstrecke, bestehend aus der Brennkraftmaschine 5, der Welle 7 und dem Generator 9, wie oben dargestellt.

Das Regelgesetz wird dabei insbesondere angepasst, indem der Proportionalbeiwert k _p so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung v ^p konstant ist, insbesondere konstant bleibt.

Fig. 5 zeigt eine erste Möglichkeit der Berechnung des Proportionalbeiwerts k _p . Der Proportionalbeiwert k _p wird dabei streng nach Gleichung (3) berechnet, indem die vorbestimmte und insbesondere vorgebbare, das heißt bevorzugt parametrierbare Kreisverstärkung v ^p in einem ersten Multiplikationsglied 25 mit dem Faktor 15 und dem Drehmoment M _m , _st at als einer Soll- Drehmoment-Größe multipliziert wird. Das sich derart ergebende Produkt wird an einer ersten Multiplikationsstelle 27 mit dem in einem ersten Kehrwertglied 29 gebildeten Kehrwert der Generatorleistung Pc.stat multipliziert, das heißt im Ergebnis durch die Generatorleistung Pc.stat dividiert. Das Drehmoment M _m , _st at kann auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden: Gemäß einer ersten Ausgestaltung wird es aus dem um einen Abtastschritt t _a verzögerten Integralanteil Mΐ. _0ΐi , welcher anschließend in einem ersten Begrenzungsglied 31 auf einen vorbestimmten Drehmoment-Grenzwert , beispielsweise 100 Nm, nach unten begrenzt wird, ermittelt. In diesem Fall ist ein zur Umschaltung zwischen den beiden Berechnungs arten vorgesehener Schalter 33 in der oberen Schalter Stellung gemäß Figur 5.

Alternativ kann das Drehmoment M _m , _st at gemäß einer zweiten Ausgestaltung aus dem durch den Leistungsregler 17 berechneten Soll-Drehmoment M _so ii berechnet werden. Auch dieses wird zunächst um einen Abtastschritt t _a verzögert, danach durch einen zweiten Filter 35 gefiltert, wobei der zweite Filter 35 vorzugsweise ein PTi-Filter oder ein Mittelwertfilter ist, und schließlich ebenfalls in dem ersten Begrenzungsglied 31 auf den vorbestimmten Drehmoment- Grenzwert nach unten begrenzt. Diese Berechnung ist aktiv, wenn sich der Schalter 33 in der unteren Schalterstellung gemäß Figur 5 befindet.

Die Generatorleistung Pc.stat wird aus der erfassten Generatorleistung Po berechnet, wobei diese noch in einem zweiten Begrenzungsglied 37 auf einen vorbestimmten Leistungs-Grenzwert P ^min nach unten begrenzt wird.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Berechnung des Proportionalbeiwerts k _{p \} Hierbei wird dieser in Abhängigkeit von einer Generatorfrequenz fo.stat bestimmt.

Die Generatorfrequenz fo.stat resultiert dabei aus einer gemessenen und vorzugsweise gefilterten Frequenz f _mess des Generators 9, welche durch ein drittes Begrenzungsglied 39 auf einen vorbestimmten Frequenz-Grenzwert/” ¹ " nach unten begrenzt wird.

In einem zweiten Multiplikationsglied 41 wird die vorbestimmte Kreisverstärkung v ^p mit einem Faktor 15.000/p multipliziert, und der Proportionalbeiwert k _p wird erhalten, indem das resultierende Produkt durch die begrenzte Generatorfrequenz fo.stat dividiert wird. Hierzu wird in einem zweiten Kehrwertglied 45 deren Kehrwert gebildet, und dieser wird wiederum an einer zweiten Multiplikations stelle 47 mit dem Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 41 multipliziert. Somit wird der Proportionalbeiwert k _p gemäß Figur 6 insbesondere nach Gleichung (31) berechnet.

Da die Generatorfrequenz fc.stat im Generatorbetrieb nur wenig variiert, kann das Regelgesetz des Leistungsreglers 17 weiter vereinfacht werden, indem die Generatorfrequenz fc.stat als konstant angenommen wird, vorzugsweise zu 50 Hz oder zu 60 Hz, je nach Anwendungsfall. Dies ist vorteilhaft, weil dann die Berechnung des Proportionalbeiwerts k _p nur noch von der im Betrieb der Leistungsanordnung 1 typischerweise konstanten, vorbestimmten Kreisverstärkung v ^p abhängt, und nicht von einem Sensorsignal. Damit ist die Berechnung des Proportionalbeiwerts k _p maximal einfach und robust.

Fig. 7 zeigt dabei die entsprechende Variante für 50 Hz gemäß Gleichung (36), wobei sich hier im Unterschied zu Figur 6 anstelle des Faktors 15.000/p und zugleich als Ersatz für den unteren Zweig zur Berechnung der Generatorfrequenz fc.stat ein Faktor 300/p ergibt.

Fig. 8 zeigt die entsprechende Variante für 60 Hz als konstanten Wert der Generatorfrequenz fc.stat gemäß Gleichung (37). Hier lautet der entsprechende Faktor 250/p.

Ein Verfahren zur Regelung der Leistungsanordnung 1 umfasst insbesondere den Schritt der Erfassung der Generatorleistung Pc des Generators 9 als Regelgröße, weiter den Schritt der Ermittlung der Regelabweichung e als Differenz der erfassten Generatorleistung o zu der Soll- Generatorleistung P _soii , die Bestimmung des Soll-Drehmoments M _soll als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Regelabweichung e , und schließlich den Schritt der Wahl des zur Bestimmung des Soll-Drehmoments M _soll verwendeten Regelgesetzes in Abhängigkeit von der vorbestimmten Kreisverstärkung v ^p .

Fig. 9 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung des Verfahrens. Ein erstes Zeitdiagramm bei a) zeigt dabei die auf der Sammelschiene 6 gemessene Gesamtleistung Ps _chiene - Diese ist bis zu einem ersten Zeitpunkt t mit dem Wert 0 kW identisch. Zu dem ersten Zeitpunkt t ändert sich die Gesamtleistung Ps _chiene sprunghaft auf einen bestimmten Wert P und bleibt in der Folge auf diesem Wert stehen. Ein zweites Zeitdiagramm bei b) zeigt die Soll-Generatorleistung P _soii , welche der Regeleinrichtung 3 von dem externen Steuergerät 8 übermittelt wird. Da die Soll- Generatorleistung P _soii in dem externen Steuergerät 8 berechnet wird, kommt es zu einem Zeitverzug, bis die Soll-Generatorleistung P _soii in der Regeleinrichtung 3 verfügbar ist. Zur Verdeutlichung und Konkretisierung wird hier angenommen, dass ein Inselparallelbetrieb von vier identischen Leistungsanordnungen 1 vorliegt, wobei die Gesamtleistung Ps _chiene auf alle vier Leistungsanordnungen 1 gleichmäßig verteilt werden soll. Aus diesem Grund steigt die Soll- Generatorleistung P _soii zu einem zweiten Zeitpunkt h sprunghaft auf einen Wert PiJA an und bleibt in der Lolge identisch mit diesem Wert. Der Zeitverzug zwischen dem ersten Zeitpunkt ti und dem zweiten Zeitpunkt t2 beträgt bevorzugt zwei Abtastschritte, d. h. bei einer Abtastzeit von 5 ms insgesamt eine Zeitspanne von 10 ms.

Ein drittes Zeitdiagramm bei c) zeigt zwei Kurven: Eine erste, gestrichelte Kurve zeigt die von dem einzelnen Generator 9 der einzelnen Leistungsanordnung 1 erzeugte momentane Ist- Leistung Pi _st . Da die Gesamtleistung Ps _chiene von den Generatoren 9 der vier Leistungsanordnungen 1 gemeinsam zu gleichen Teilen zur Verfügung gestellt werden muss, steigt die Ist-Leistung Pi _{St -} ebenfalls zum ersten Zeitpunkt ti - sprunghaft auf den Wert P _/ J4. Eine zweite, durchgezogene Kurve zeigt die erfasste Generatorleistung P _G , die durch Lilterung aus der Ist-Leistung Pi _St erhalten wird. Da die erfasste Generatorleistung P _G die Ausgangsgröße eines Lilters ist, steigt sie - ausgehend von dem ersten Zeitpunkt ti - zeitverzögert an und ist zu einem dritten Zeitpunkt ti auf den Wert P _/ J4 eingeschwungen.

Ein viertes Zeitdiagramm bei d) zeigt das Soll-Drehmoment M _soll als Stellgröße des Leistungsregelkreises. Von dem ersten Zeitpunkt ti bis zu dem zweiten Zeitpunkt h ist die Soll- Generatorleistung P _soii identisch mit 0 kW. Während dieser Zeitspanne steigt die erfasste Generatorleistung P _G leicht an, sodass sich eine negative Regelabweichung ep als Differenz aus der erfassten Generatorleistung P _G und der Soll-Generatorleistung P _soii ergibt. Dies führt dazu, dass das Soll-Drehmoment M _soll negativ ist und leicht abfällt. Da die Soll-Generatorleistung P _soii zu dem zweiten Zeitpunkt t2 sprunghaft auf einen Wert ansteigt, der größer ist als die erfasste Generatorleistung P _G ZU diesem Zeitpunkt, ergibt sich eine sprunghafte Änderung der Regelabweichung ep auf einen positiven Wert, sodass auch das Soll-Drehmoment M _soll entsprechend sprunghaft ansteigt. Das Soll-Drehmoment M _soll steigt in der Lolge weiter an und ist zu dem dritten Zeitpunkt ti schließlich auf einen stationären Wert M _L eingeschwungen. Aus den Zeitdiagrammen ergibt sich, dass die Regelung der Generatorleistung insbesondere möglich ist, wenn diese mithilfe eines Filters verzögert wird. Ohne diese Filterung wäre gegebenfalls die erfasste Generatorleistung Po zu jedem Zeitpunkt mit der Ist-Leistung P, _i identisch. Von dem ersten Zeitpunkt ti bis zu dem zweiten Zeitpunkt h würde sich dann eine ebenfalls negative, jedoch betragsmäßig wesentlich größere Regelabweichung ep ergeben, sodass das Soll-Drehmoment M _soll zu dem zweiten Zeitpunkt h einen negativen, jedoch betragsmäßig wesentlich größeren Wert annehmen würde. Ab dem zweiten Zeitpunkt h wären dann die erfasste Generatorleistung Po - und entsprechend die Ist-Leistung P, _{i -} identisch mit der Soll- Leistung P _soii , und die Regelabweichung ep wäre somit identisch mit 0 kW. Als Folge würde das Soll-Drehmoment M _soll auf dem zum zweiten Zeitpunkt h vorliegenden negativen Wert verharren. Die aus dem Soll-Drehmoment M _soll berechneten Bestromungsdauern wären identisch mit Null, sodass die Injektoren oder Brennstoffeinbringventile der Brennkraftmaschine 5 nicht bestromt würden. Eine Brennstoffzufuhr würde somit nicht stattfinden, sodass die Generatorleistung nicht geregelt werden könnte.