Titel

Verfahren zum Ermitteln eines reduzierten Trainingsdatensatzes für ein einem hydraulischen Zylinder zugeordnetes maschinelles Lernsystem

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Recheneinheit zum Ermitteln eines reduzierten Trainingsdatensatzes für ein einem hydraulischen Zylinder einer Arbeitsmaschine zugeordnetes maschinelles Lernsystem, ein Verfahren und eine Recheneinheit zum Trainieren eines einem hydraulischen Zylinder einer Arbeitsmaschine zugeordneten maschinellen Lernsystems, ein Verfahren und eine Recheneinheit zum Betreiben eines einen hydraulischen Zylinder und eine dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit umfassenden Systems einer Arbeitsmaschine sowie ein Verfahren und eine Recheneinheit zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders betreibbaren Arbeitseinheit einer Arbeitsmaschine. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein System mit dem hydraulischen Zylinder, der Ventileinheit und der Recheneinheit sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.

Moderne Arbeitsmaschinen ermöglichen zunehmend das Ausführen von automatisierten oder teilautomatisierten Arbeitsprozessen. Inhalt der Funktionalität ist dabei häufig das automatisierte Folgen einer gewünschten Trajektorie für den Tool Center Point (TCP) oder bei Assistenzfunktionen die Unterstützung des Fahrers beim Folgen einer gewünschten Trajektorie. Hierbei kommen bspw. für die Geschwindigkeitsregelung von Hydraulikzylindern datenbasierte Regelstrukturen zum Einsatz.

Ein datenbasierter Geschwindigkeitsregler für einen Hydraulikzylinder kann ein maschinelles Lernsystem wie z.B. eine Gauß-Prozess-Regression umfassen. Eine Güte des datenbasierten Geschwindigkeitsreglers hängt von den Eigenschaften der bereitgestellten Trainingsdaten ab. Für eine hohe Güte ist eine hinreichend hohe Abdeckung des Parameterbereichs der Eingangsdaten (englisch: „space-filling property“) ohne fehlerbehaftete Extrapolationen der Eingangsdaten hilfreich. Gleichzeitig sollten die Eingangsdaten eine möglichst hohe Informationsdichte bzw. eine geringe Redundanz an Information aufweisen, um eine Effizienz beim Generieren der Trainingsdaten (englisch: „Design of Experiment“) sowie beim Trainieren des maschinellen Lernsystems zu erhöhen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines reduzierten Trainingsdatensatzes für ein einem hydraulischen Zylinder einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zugeordnetes maschinelles Lernsystem, insbesondere mittels einer Recheneinheit, gemäß dem Anspruch 1.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trainieren eines einem hydraulischen Zylinder einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zugeordneten maschinellen Lernsystems insbesondere mittels einer Recheneinheit, gemäß dem Anspruch 9.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines einen hydraulischen Zylinder und eine dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit umfassenden Systems, insbesondere mittels einer Recheneinheit, gemäß dem Anspruch 10.

Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders betreibbaren Arbeitseinheit, insbesondere eines Anbaugeräts, einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine, insbesondere mittels einer Recheneinheit, gemäß dem Anspruch 11.

Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinheit gemäß dem Anspruch 12. Die Recheneinheit ist eingerichtet, zumindest eines der vorstehenden Verfahren auszuführen. Gemäß einem sechsten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System mit einem hydraulischen Zylinder, einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit und einer vorstehenden Recheneinheit gemäß dem Anspruch 13.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm oder mehrere Computerprogramme, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder das Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und/oder das Verfahren nach dem dritten Aspekt der Erfindung und/oder das Verfahren nach dem vierten Aspekt der Erfindung auszuführen und/oder zu steuern, sowie ein oder mehrere maschinenlesbare Speichermedien, auf dem bzw. denen das bzw. die Computerprogramme gespeichert ist bzw. sind. Das maschinenlesbare bzw. computerlesbare Speichermedium kann ein Datenträger wie ein Halbleiterspeicher, ein Festplattenspeicher oder ein optischer Speicher sein.

Die Arbeitsmaschine kann eine stationäre oder bevorzugt eine mobile Arbeitsmaschine sein. Die Arbeitsmaschine kann eine Arbeitsmaschine für bauwirtschaftliche, landwirtschaftliche, forstwirtschaftliche oder logistische Zwecke sein. Die mobile Arbeitsmaschine kann bspw. ein Bagger, ein Radlader, eine Planierraupe, ein Flurförderzeug oder eine Hubarbeitsbühne sein. Die stationäre Arbeitsmaschine kann bspw. ein hydraulisch angetriebener Industrieroboter sein.

Die Arbeitseinheit der Arbeitsmaschine kann eine Arbeitseinheit zum Bearbeiten und/oder Behandeln einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen und/oder bauwirtschaftlichen Fläche sein und/oder zum Transportieren einer Last sein. Die Arbeitseinheit kann ein Anbaugerät sein. Denkbar ist auch, dass die Arbeitseinheit einen Arbeitsarm, ein Hubrahmen oder ein Hubgerüst umfasst.

Das Anbaugerät kann bspw. ein Löffel, eine Schaufel oder ein Arbeitskorb sein. Das Anbaugerät kann bspw. an einem Arbeitsarm, einem Hubrahmen oder einem Hubgerüst der Arbeitsmaschine angeordnet sein. Der hydraulische Zylinder bzw. der Hydraulikzylinder ist bevorzugt ausgebildet, eine Relativbewegung zwischen der Arbeitseinheit oder dem Anbaugerät sowie einer Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine zu erzeugen. Die Maschinenhaupteinheit umfasst beispielsweise eine Bedienerkabine und/oder eine Antriebseinheit der Arbeitseinheit. Die Maschinenhaupteinheit kann beispielsweise ein Oberwagen eines Baggers oder ein Hinterwagen eines Radladers sein. Die Arbeitseinheit bzw. das Anbaugerät ist also mittels des hydraulischen Zylinders relativ zu der Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine bewegbar. Hierzu umfasst der hydraulische Zylinder ein Gehäuse und einen Kolben. Der Kolben ist mittels Druckbeaufschlagung eines hydraulischen Fluids, bevorzugt einer Hydraulikflüssigkeit, relativ zu dem Gehäuse bewegbar, insbesondere in das Gehäuse ein- und ausführbar.

Die dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit ist ausgebildet, einen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit durch die Ventileinheit einzustellen und/oder die Hydraulikflüssigkeit mit einem vorgegebenen und/oder vorgebbaren Druck zu beaufschlagen. Die dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit ist bevorzugt ausgebildet, eine Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse des Hydraulikzylinders zu erzeugen.

Die Ventileinheit kann ein oder mehrere Ventile umfassen. Das Ventil kann als Magnetventil oder pneumatisch betätigbares Ventil bzw. Pneumatikventil ausgebildet sein. Die Ventileinheit kann ein, insbesondere elektromagnetisches, Pilotventil und bevorzugt ein dem Pilotventil zugeordnetes, insbesondere pneumatisch betätigbares, Hauptventil umfassen.

Mittels Steuern der Ventileinheit kann eine Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse des Hydraulikzylinders gesteuert werden. Diese Relativbewegung kann basierend auf einer Anordnung des hydraulischen Zylinders an der Arbeitsmaschine eine Relativbewegung zwischen dem Anbaugerät und der Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine, insbesondere zwischen dem Anbaugerät und einem Arbeitsarm und/oder einem Hubrahmen der Arbeitsmaschine, erzeugen. Das maschinelle Lernsystem ist ausgebildet, basierend auf einem Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders einen Ventilsteuerparameter der Ventileinheit zu ermitteln. Hierzu kann einer Eingabe des maschinellen Lernsystems zumindest ein Wert des Bewegungsparameters bereitgestellt werden, zu welchem eine Ausgabe des maschinellen Lernsystems zumindest ein Wert des Ventilsteuerparameters ausgibt. Bevorzugt umfasst das maschinelle Lernsystem eine Gauß-Prozess-Regression, die ausgebildet ist, einen Wert des Ventilsteuerparameters in Abhängigkeit eines empfangenen Wertes des Bewegungsparameters zu ermitteln.

Denkbar ist, dass das maschinelle Lernsystem ausgebildet, basierend auf dem Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders der Arbeitsmaschine und basierend auf einem weiteren Bewegungsparameter eines weiteren hydraulischen Zylinders derselben Arbeitsmaschine den Ventilsteuerparameter der dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit und einen weiteren Ventilsteuerparameter einer weiteren dem weiteren hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit zu ermitteln. Bspw. kann der hydraulische Zylinder ein einem Arm eines Baggers zugeordneter hydraulischer Zylinder und der weitere hydraulische Zylinder ein einem Löffel des Baggers zugeordneter hydraulischer Zylinder sein. Eine Eingabe des maschinellen Lernsystems umfasst hierbei Werte für Geschwindigkeit und Beschleunigung sowohl für den hydraulischen Zylinder als auch den weiteren hydraulischen Zylinder. Eine Ausgabe des maschinellen Lernsystems umfasst Werte für den Ventilsteuerparameter der Ventileinheit und den weiteren Ventilsteuerparameter der weiteren Ventileinheit.

Vorteilhafterweise ist das maschinelle Lernsystem Teil eines Geschwindigkeitsreglers des hydraulischen Zylinders. Hierbei kann das maschinelle Lernsystem Teil einer Vorsteuerung des Geschwindigkeitsreglers sein, wobei die Vorsteuerung ein inverses Verhalten des hydraulischen Zylinders repräsentiert. Die Vorsteuerung kann zusätzlich zu dem maschinellen Lernsystem, insbesondere der Gauß-Prozess-Regression, eine Zuordnungsvorschrift, bspw. ein dem hydraulischen Zylinder zugeordnetes physikalisches Modell umfassen. Bevorzugt wird mittels der Gauß-Prozess- Regression ein unter Verwendung der Zuordnungsvorschrift ermittelter a-priori- Wert des Ventilsteuerparameters durch einen Korrekturterm angepasst bzw. korrigiert.

Der Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders ist ein Parameter einer Bewegung des hydraulischen Zylinders. Die Bewegung des hydraulischen Zylinders ist bevorzugt eine Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse des hydraulischen Zylinders. Die Bewegung des hydraulischen Zylinders kann eine gleichförmige oder, bevorzugt gleichmäßig, beschleunigte Bewegung sein.

Der Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders kann eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung sein. Bevorzugt ist der Bewegungsparameter eine Relativgeschwindigkeit und/oder eine Relativbeschleunigung zwischen Kolben und Gehäuse des hydraulischen Zylinders. Der Bewegungsparameter kann einen Betrag und eine Richtung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung umfassen.

Der Ventilsteuerparameter der Ventileinheit kann ein Parameter einer oder mehrerer Ventile der Ventileinheit sein, basierend auf welchem das bzw. die Ventile der Ventileinheit gesteuert werden. Der Ventilsteuerparameter kann eine Ventilbestromung bzw. eine Stromstärke eines Magnetventils sein. Der Ventilsteuerparameter kann auch ein Druck sein, mittels dessen ein pneumatisch betätigbares Ventil der Ventileinheit betätigt wird. Der Ventilsteuerparameter kann ferner ein geometrischer und/oder fluidischer Ventilparameter, wie bspw. eine Öffnungsfläche einer Ventilblende eines Ventils, der Ventileinheit sein. Denkbar ist auch, dass der Ventilsteuerparameter eine Stellung eines Bedienelements, insbesondere eines Joysticks, der Arbeitsmaschine ist. Das Bedienelement kann als Mittel zum Steuern der Bewegung des hydraulischen Zylinders dienen. Die Stellung des Bedienelements der Arbeitsmaschine kann eine Position oder ein Zustand des Bedienelements sein. Abhängig von der Stellung bzw. der Position bzw. des Zustands des Bedienelements wird die dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit gesteuert, um den hydraulischen Zylinder zu bewegen. Hierzu ist jeder Stellung des Bedienelements jeweils ein Steuersignal zum Steuern der Ventileinheit bzw. ein Zustand der Ventileinheit zugeordnet. Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst einen Schritt des Empfangens eines Trainingsdatensatzes. Das Empfangen kann ein Bereitstellen des Trainingsdatensatzes oder ein Auslesen des Trainingsdatensatzes aus einer Speichereinheit umfassen.

Der empfangene Trainingsdatensatz umfasst Trajektorien und den Trajektorien zugeordnete bzw. mit den Trajektorien korrespondierende zeitliche Verläufe des Ventilsteuerparameters. Eine Trajektorie repräsentiert hierbei einen zeitlichen Verlauf des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders.

Insbesondere umfasst der Trainingsdatensatz Wertetupel, insbesondere Wertepaare, von Werten der Trajektorie und dem jeweiligen Wert der Trajektorie entsprechenden Werten des zeitlichen Verlaufs des Ventilsteuerparameters. Hierbei umfasst ein zeitlicher Verlauf eines Parameters zumindest einen ersten Wert des Parameters zu einem ersten Zeitpunkt und zumindest einen zweiten Wert des Parameters zu einem von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt.

Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst einen Schritt des Ermittelns bzw. Berechnens eines reduzierten Trainingsdatensatzes basierend auf dem empfangenen Trainingsdatensatz mittels einer Recheneinheit. Das Ermitteln bzw. Berechnen des reduzierten Trainingsdatensatzes umfasst das Auswählen von Trajektorien aus dem empfangenen Trainingsdatensatz. Das Auswählen erfolgt insbesondere automatisiert unter Verwendung eines Auswahlalgorithmus.

In einem ersten Schritt des Ermittelns des reduzierten Trainingsdatensatzes wird eine erste Trajektorie aus dem empfangenen Trainingsdatensatz ausgewählt. Die erste Trajektorie kann bspw. zufällig ausgewählt werden. Denkbar ist auch, dass die erste Trajektorie in Abhängigkeit eines Informationsmaßes der ersten Trajektorie ausgewählt wird. Das Informationsmaß repräsentiert bevorzugt eine Information, insbesondere eine Kovarianz, zwischen der ersten Trajektorie und den von dem empfangenen Trainingsdatensatz umfassten Trajektorien. Denkbar ist, dass diejenige Trajektorie als erste Trajektorie ausgewählt wird, deren Informationsmaß relativ zu einem jeweiligen Informationsmaß der restlichen Trajektorien des empfangenen Trainingsdatensatzes extremal, d.h. abhängig von der Definition des Informationsmaßes maximal oder minimal ist. Beispiele für geeignete Informationsmaße sind unten aufgeführt, bspw. oder

In einem zweiten Schritt des Ermittelns des reduzierten Trainingsdatensatzes werden sukzessive weitere Trajektorien aus dem empfangenen Trainingsdatensatz ausgewählt. Das sukzessive Auswählen der weiteren Trajektorien erfolgt in Abhängigkeit eines auf der oder den bereits ausgewählten Trajektorien basierenden Informationsmaßes der jeweiligen weiteren Trajektorie.

Das Informationsmaß der Trajektorie repräsentiert ein Maß für einen von der Trajektorie abhängigen bzw. durch die Trajektorie bedingten Informationsgehalt. Hierbei basiert das Informationsmaß auf der oder den bereits ausgewählten Trajektorien.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Informationsmaß der Trajektorie eine Transinformation (englisch: „mutual information“) zwischen der Trajektorie und der oder den bereits ausgewählten Trajektorien und/oder eine numerisch effizienter berechenbare Approximation der Transinformation repräsentieren. Das heiß, mit anderen Worten, das Informationsmaß kann einen quantitativen Wert umfassen, welche eine statistische Abhängigkeit bzw. Korrelation zwischen der Trajektorie und der oder den bereits ausgewählten Trajektorien angibt.

Umfasst das maschinelle Lernsystem eine Gauß-Prozess-Regression, kann das Informationsmaß für eine Trajektorie T bspw. als Transinformation l I ausgebildet sein. Hierb ei bezeichnet die Menge der bereits ausgewählten Trajektorie(n), |K _T | die Determinante der Kovarianzmatrix der a-priori- Verteilung der Gauß-Prozess- Regression für die Trajektorie T als Eingangsgröße und die Determinante der Kovarianzmatrix der a-posteriori- Verteilung der Gauß-Prozess- Regression für die Trajektorie T und die Menge Tactive als Eingangsgrößen. In dem zweiten Schritt des Ermittelns des reduzierten Trainingsdatensatzes wird bevorzugt von den Trajektorien des empfangenen Trainingsdatensatz jeweils eine Trajektorie ausgewählt, für welche das jeweilige Informationsmaß ein vorgegebenes oder vorgebbares Kriterium erfüllt. Denkbar ist, dass diejenige weitere Trajektorie ausgewählt wird, deren Informationsmaß extremal, d.h. abhängig von der Definition des Informationsmaßes maximal oder minimal ist. Denkbar ist auch, dass diejenige weitere Trajektorie ausgewählt wird, deren Informationsmaß einen vorgegebenen Schwellenwert über- oder unterschreitet. Das heißt, mit anderen Worten, das Informationsmaß bzw. ermittelte Werte des Informationsmaßes werden als Auswahlkriterium zur Auswahl der weiteren Trajektorien verwendet. Dadurch kann eine Trajektorie ausgewählt werden, durch welche der Informationsgehalt der bereits ausgewählten Trajektorie(n) besonders stark erhöht wird.

Das Auswählen von weiteren Trajektorien in Abhängigkeit eines vorgegebenen oder vorgebbaren Abbruchkriteriums beendet werden. Das Abbruchkriterium kann bspw. eine Anzahl von ausgewählten Trajektorien, eine Zeitdauer für die Gesamtzeit des Auswählens der Trajektorien oder ein Konvergenzkriterium sein.

Der reduzierte Trainingsdatensatz umfasst die ausgewählten Trajektorien und die den ausgewählten Trajektorien zugeordneten zeitlichen Verläufe des Ventilsteuerparameters. Insbesondere besteht der reduzierte Trainingsdatensatz aus den ausgewählten Trajektorien und den den ausgewählten Trajektorien zugeordneten zeitlichen Verläufen des Ventilsteuerparameters. Der reduzierte Trainingsdatensatz ist also ein gegenüber dem empfangenen Trainingsdatensatz in seiner Größe wesentlich, in seinem Informationsgehalt jedoch nur unwesentlich, reduzierter Trainingsdatensatz.

Das Verfahren zum Trainieren eines maschinellen Lernsystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst einen Schritt des Ermittelns eines reduzierten Trainingsdatensatzes und/oder eines angepassten reduzierten Trainingsdatensatzes gemäß dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bevorzugt umfasst das maschinelle Lernsystem eine Gauß-Prozess- Regression, die ausgebildet ist, einen Wert des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit in Abhängigkeit eines empfangenen Wertes des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders zu ermitteln.

Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ferner einen Schritt des Trainierens des maschinellen Lernsystems unter Verwendung des reduzierten Trainingsdatensatzes oder eines unten beschriebenen angepassten reduzierten Trainingsdatensatzes mittels einer Recheneinheit.

Das Verfahren zum Betreiben eines einen hydraulischen Zylinder und eine dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit umfassenden Systems gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst einen Schritt des Empfangens eines Sollwerts eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des Ermittelns eines Sollwerts eines Ventilsteuerparameters der Ventileinheit basierend auf dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders unter Verwendung eines gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren trainierten maschinellen Lernsystems. Hierbei ist das maschinelle Lernsystem ausgebildet, basierend auf dem Bewegungsparameter, insbesondere dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters, des hydraulischen Zylinders den Ventilsteuerparameter, insbesondere den Sollwert des Ventilsteuerparameters, der Ventileinheit zu ermitteln. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ausgebens eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert des Ventilsteuerparameters mittels einer Recheneinheit, insbesondere mittelbar oder unmittelbar an die Ventileinheit, um das System umfassend den hydraulischen Zylinder und die Ventileinheit zu betreiben.

Das Verfahren zum Betreiben einer Arbeitseinheit gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung umfasst einen Schritt des Empfangens einer Sollposition der Arbeitseinheit. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des Ermittelns eines Sollwerts eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders in Abhängigkeit von der bereitgestellten Sollposition der Arbeitseinheit. Das Verfahren umfasst außerdem einen Schritt des Ermittelns eines Sollwerts eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit basierend auf dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders unter Verwendung eines gemäß dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung trainierten maschinellen Lernsystems. Hierbei ist das maschinelle Lernsystem ausgebildet, basierend auf dem Bewegungsparameter, insbesondere dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters, des hydraulischen Zylinders den Ventilsteuerparameter, insbesondere den Sollwert des Ventilsteuerparameters, der Ventileinheit zu ermitteln. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ausgebens eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert des Ventilsteuerparameters mittels einer Recheneinheit, insbesondere mittelbar oder unmittelbar an die Ventileinheit, um mittels Betreiben eines den hydraulischen Zylinder und die Ventileinheit umfassenden Systems die Arbeitseinheit, insbesondere das Anbaugerät, der, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zu betreiben.

Eine Sollposition der Arbeitseinheit kann eine räumliche Relativposition der Arbeitseinheit relativ zu der die Arbeitseinheit umfassenden Arbeitsmaschine oder eine räumliche Position in einem externen Referenzkoordinatensystem, bspw. einem globalen Satellitennavigationssystem oder einem Referenzkoordinatensystem einer positionserfassenden Sensoreinheit sein. Die Sollposition eines Anbaugeräts ist bevorzugt eine räumliche Position des Tool Center Points (TCP) des Anbaugeräts. Die Sollposition der Arbeitseinheit bzw. des Anbaugeräts kann bspw. für einen mittels der Arbeitsmaschine auszuführenden Arbeitsschritt eines Arbeitsprozesses vorgegeben werden. Die Sollposition des Anbaugeräts kann auch eine räumliche Orientierung des Anbaugeräts, bspw. relativ zu der Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine, umfassen.

Das Ermitteln des Sollwerts des Bewegungsparameters in Abhängigkeit von der Sollposition der Arbeitseinheit kann mittels einer softwarebasierten Trajektorienplanung für die Arbeitseinheit bzw. das Anbaugerät bzw. für die Arbeitsmaschine erfolgen. Das Ermitteln des Sollwerts des Bewegungsparameters kann unter Berücksichtigung zumindest eines Teils einer Kinematik der Arbeitsmaschine erfolgen.

Unter einem Empfangen oder Ermitteln eines Sollwerts kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Empfangen oder Ermitteln von zumindest einem Sollwert verstanden werden. Hierbei ist der Sollwert ein vorgegebener und/oder vorgebbarer Wert und/oder zuvor ermittelter Wert. Bevorzugt umfasst das Empfangen oder Ermitteln des Sollwerts ein Empfangen oder Ermitteln einer Mehrzahl oder einer Menge von Sollwerten. Denkbar ist, dass die Mehrzahl bzw. Menge von Sollwerten eine zeitliche Abfolge bzw. ein zeitlicher Verlauf von Sollwerten repräsentiert. Der Sollwert des Bewegungsparameters ist entsprechend ein Wert oder ein zeitlicher Verlauf des Wertes des Bewegungsparameters, gemäß dem eine Bewegung des hydraulischen Zylinders erfolgen soll.

Denkbar ist, dass im Schritt des Empfangens oder Ermittelns des Sollwerts des Bewegungsparameters ein Sollwert eines als Geschwindigkeit ausgebildeten Bewegungsparameters und ferner ein Sollwert eines als Beschleunigung ausgebildeten weiteren Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders empfangen oder ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können Sollwerte für weitere bzw. höhere zeitliche Ableitungen von Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des hydraulischen Zylinders ermittelt oder bereitgestellt werden. Denkbar ist auch, dass ein oder mehrere Sollwerte eines oder mehrerer Bewegungsparameter eines oder mehrerer weiterer hydraulischen Zylinder empfangen oder ermittelt werden, wobei die ein oder mehreren weiteren hydraulischen Zylinder derselben Ventileinheit wie der hydraulische Zylinder zugeordnet sind bzw. mittels derselben Ventileinheit betrieben werden.

Unter einer Recheneinheit kann eine an oder abseits der Arbeitsmaschine angeordnete Computing-Einheit verstanden werden, welche unmittelbar oder mittelbar, insbesondere drahtlos oder drahtgebunden, mit der Ventileinheit und/oder dem hydraulischen Zylinder verbunden oder verbindbar ist.

Die erfindungsgemäßen Verfahren und die entsprechenden Recheneinheiten ermöglichen es, auf besonders recheneffiziente Weise die informativste Untermenge eines vorgegebenen Trainingsdatensatzes zu berechnen. Dadurch wird eine besonders effiziente statistische Versuchsplanung (englisch: „Design of Experiment“) ermöglicht. Insbesondere bleiben Redundanzen und Bereiche mit geringer Informationsdichte eines vorgegebenen Trainingsdatensatzes unberücksichtigt, ohne dass für das Training Informationen von wesentlicher Relevanz verloren gehen. Der vorliegende Ansatz ist besonders vorteilhaft, wenn das Ermitteln von Trainingsdaten eine Benutzung der Arbeitsmaschine, bspw. am Ende eines Produktionsprozesses der Arbeitsmaschine, erfordert, um ein maschinelles Lernsystem für die Arbeitsmaschine mit maschinenindividuellen Trainingsdaten zu trainieren. Mit dem vorliegenden Ansatz kann eine Dauer der Benutzung der Arbeitsmaschine zum Ermitteln dieser maschinenindividuellen Trainingsdaten deutlich reduziert werden.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn das Verfahren

- einen Schritt des Bereitstellens eines Rohtrainingsdatensatz umfasst, welcher Rohtrajektorien repräsentierend zeitliche Verläufe des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders und den Rohtrajektorien zugeordnete zeitliche Verläufe des Ventilsteuerparameters der Ventileinheit umfasst, und

- einen Schritt des Ermittelns der Trajektorien des Trainingsdatensatz basierend auf den Rohtrajektorien des Rohtrainingsdatensatzes umfasst, wobei das Ermitteln der Trajektorien ein Unterteilen der Rohtrajektorien umfasst.

Die Rohtrajektorien können mittels einer von der Arbeitsmaschine verschiedenen weiteren Arbeitsmaschine, bspw. während einer Entwicklung der weiteren Arbeitsmaschine, erzeugt werden. Denkbar ist auch, dass die Rohtrajektorien unter Verwendung eines Simulationsverfahrens zur Simulation der Arbeitsmaschine erzeugt werden. Das heißt, die Rohtrajektorien können simulierte und/oder mittels einer Arbeitsmaschine erzeugte Rohtrajektorien umfassen.

Beim Unterteilen einer Rohtrajektorie wird die Rohtrajektorie in zumindest zwei Teiltrajektorien unterteilt bzw. aufgeteilt. Denkbar ist, dass Teiltrajektorien verworfen werden, welche sich in einem vorgegebenen oder vorgebbaren Wertebereich des Bewegungsparameters verlaufen. Der Wertebereich kann bspw. durch einen oberen Grenzwert für einen Betrag der Geschwindigkeit des hydraulischen Zylinders vorgegeben oder vorgebbar sein. Der Wertebereich kann auch durch eine Grenze in geometrischer Form einer Ellipse in der Geschwindigkeits-Beschleunigungs-Ebene für die Bewegungsparameter Geschwindigkeit und Beschleunigung vorgegeben oder vorgebbar sein. Durch diese Ausgestaltung weisen die unterteilten Rohtrajektorien eine gegenüber den Rohtrajektorien verkürzte zeitliche Länge auf, sodass informative und redundante Trajektorien einfacher voneinander unterscheidbar sind.

Vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Verfahren im Schritt des Ermittelns der Trajektorien die unterteilten Rohtrajektorien mit jeweils einer Starttrajektorie und/oder einer Endtrajektorie erweitert werden. Das heißt, mit anderen Worten, den unterteilten Rohtrajektorien wird jeweils eine Start- bzw. Anfangstrajektorie und/oder eine Endtrajektorie hinzugefügt. Die Start- und/oder Anfangstrajektorie kann bspw. durch Funktionswerte einer polynomialen Funktion repräsentiert werden. Hierbei kann ein Übergang zwischen einer Starttrajektorie bzw. einer Endtrajektorie und einer unterteilten Rohtrajektorie stetig differenzierbar gewählt werden. Ein Anfangspunkt der Anfangstrajektorie und/oder ein Endpunkt der Endtrajektorie weist bevorzugt einen vorgegeben Wert des Bewegungsparameters, insbesondere den Wert 0, bspw. Geschwindigkeit und Beschleunigung gleich 0, auf. Der ermittelten Anfangs- und/oder Endtrajektorie wird bspw. mittels eines bereitgestellten Geschwindigkeitsreglers ein zeitlicher Verlauf des Ventilsteuerparameters zugeordnet. Durch diese Ausgestaltung können Trajektorien ermittelt werden, entlang derer der hydraulische Zylinder mit besonders geringer Abweichung bezüglich der Werte des Bewegungsparameters betrieben werden kann.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Informationsmaß eine Information zwischen

- der oder den bereits ausgewählten Trajektorien und

- der weiteren Trajektorie repräsentiert. Denkbar ist, dass das Informationsmaß ein Maß für eine Kovarianz zwischen der oder den bereits ausgewählten Trajektorien und der weiteren Trajektorie repräsentiert. In einer numerisch weniger aufwändigen Alternative können hierbei nur Diagonalelemente einer Kovarianzmatrix berücksichtigt werden. Je größer ein Wert des die Kovarianz repräsentierenden Informationsmaßes, desto informativer ist die weitere Trajektorie gegenüber bzw. relativ zu der oder den bereits ausgewählten Trajektorien. Umfasst das maschinelle Lernsystem eine Gauß-Prozess-Regression, kann das Informationsmaß für eine Trajektorie T bspw. als berechnet werden. Hierbei bezeichnet die Menge der bereits ausgewählten Trajektorie(n), die Spur der Kovarianzmatrix der a- priori-Verteilung der Gauß-Prozess-Regression für die Trajektorie als Eingangsgröße und die Spur der Kovarianzmatrix der a-posteriori-Verteilung der Gauß-Prozess-Regression für die Trajektorie T und die Menge als Eingangsgrößen.

Denkbar ist auch, dass die auszuwählenden, insbesondere bereits diskreten Trajektorien in ein vorgegebener oder vorgebbares Raster diskretisiert werden, um einer Überbewertung von Trajektorien mit sehr geringen Abständen zwischen einzelnen Trajektorienpunkten gegenüber Trajektorien mit größeren Abständen zwischen einzelnen Trajektorienpunkten entgegenzuwirken.

Umfasst das maschinelle Lernsystem eine Gauß-Prozess-Regression, kann das Informationsmaß für eine diskretisierte Trajektorie bspw. als berechnet werden. Hierbei bezeichnet T _active wiederum die Menge der bereits ausgewählten Trajektorie(n), die Spur der Kovarianzmatrix der a-posteriori-Verteilung der Gauß-Prozess-Regression für die Trajektorie und die Menge T _active als Eingangsgrößen sowie eine Schätzung für einen Rauschwert der Gauß-Prozess- Regression und eine vertikale Längenskala einer quadratisch-exponentiellen Kovarianzfunktion der Gauß-Prozess-Regression.

Durch diese Ausgestaltung kann das Informationsmaß numerisch besonders effizient berechnet werden.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn das Informationsmaß eine Information zwischen - der oder den bereits ausgewählten Trajektorien sowie der weiteren Trajektorie und

- den von dem empfangenen Trainingsdatensatz umfassten Trajektorien repräsentiert.

Denkbar ist, dass das Informationsmaß ein Maß für eine Kovarianz zwischen der oder den bereits ausgewählten Trajektorien sowie der weiteren Trajektorie, und den von dem empfangenen Trainingsdatensatz umfassten Trajektorien repräsentiert. Das heißt, mit anderen Worten das Informationsmaß gibt an, in welcher Güte bzw. in welchem Maß, bspw. repräsentiert durch eine Kovarianzmatrix, eine von dem empfangenen Trainingsdatensatz umfasste Information durch eine von der oder den bereits ausgewählten Trajektorien sowie der weiteren Trajektorie umfasste Information repräsentiert wird. In einer numerisch weniger aufwändigen Alternative können hierbei nur Diagonalelemente einer Kovarianzmatrix berücksichtigt werden. Je größer ein Wert des die Kovarianz repräsentierenden Informationsmaßes, desto vorteilhafter ist ein Auswählen der weiteren Trajektorie, um den Informationsgehalt der Trajektorien des empfangenen Trainingsdatensatzes zu repräsentieren.

Umfasst das maschinelle Lernsystem eine Gauß-Prozess-Regression, kann das Informationsmaß für eine Trajektorie T bspw. als berechnet werden. Hierbei bezeichnet T _active wiederum die Menge der bereits ausgewählten Trajektorie(n), die Spur der Kovarianzmatrix der a- priori-Verteilung der Gauß-Prozess-Regression für den empfangenen Datensatz als Eingangsgröße und die Spur der Kovarianzmatrix der a-posteriori-Verteilung der Gauß-Prozess-Regression für den empfangenen Datensatz T und die um die Trajektorie erweiterte Menge T _active als Eingangsgrößen.

Durch diese Ausgestaltung kann das Informationsmaß numerisch besonders effizient berechnet werden. Gleichzeitig wird eine Überwertung von Trajektorien mit besonders vielen und/oder besonders dichten Trajektorienpunkten verhindert. Dadurch können die informativsten Trajektorien besonders schnell und zuverlässig ausgewählt werden.

Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn das Verfahren einen Schritt des Ermittelns eines Werts des Informationsmaßes für, insbesondere eine Untermenge, von der oder den bereits ausgewählten Trajektorien verschiedenen Trajektorien des Trainingsdatensatzes umfasst, um die weitere Trajektorie in Abhängigkeit der ermittelten Werte des Informationsmaßes auszuwählen. Das heißt, mit anderen Worten, der Wert des Informationsmaßes wird für alle oder eine Teilmenge der noch nicht ausgewählten Trajektorien ermittelt. Denkbar ist, dass zum Auswählen einer weiteren Trajektorie die Werte des Informationsmaßes sukzessive bzw. sequentiell ermittelt werden und das Ermitteln der Werte abgebrochen wird, wenn ein ermittelter Wert ein vorgegebenes oder vorgebbares Kriterium erfüllt, bspw. größer oder gleich, oder kleiner oder gleich als ein Schwellenwert ist. Durch diese Ausgestaltung kann die Effizienz des Verfahrens weiter verbessert werden.

Vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn das Verfahren einen Schritt des Ermittelns eines angepassten reduzierten Trainingsdatensatzes basierend auf dem ermittelten Trainingsdatensatz umfasst. Hierbei umfasst der angepasste reduzierte Trainingsdatensatz Ist-Trajektorien, welche einen zeitlichen Ist-Verlauf des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders repräsentieren, und den Ist-Trajektorien zugeordnete zeitliche Verläufe des Ventilsteuerparameters. Die Ist-Trajektorien werden mittels des hydraulischen Zylinders und der Ventileinheit ansprechend auf die von dem reduzierten Trainingsdatensatz umfassten zeitlichen Verläufe des Ventilsteuerparameters erzeugt.

Das Ermitteln des angepassten reduzierten Trainingsdatensatzes kann einen Schritt des Ausgebens eines Signals, insbesondere eines Steuersignals, in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs des Ventilsteuerparameters mittels einer Recheneinheit an die Ventileinheit umfassen. Ansprechend auf das ausgegebene Signal kann eine Bewegung des hydraulischen Zylinders entlang der Ist-Trajektorie repräsentierend den zeitlichen Ist- Verlauf des Bewegungsparameters erzeugt werden. Der angepasste reduzierte Trainingsdatensatz ist also ein an eine individuelle Charakteristik der Arbeitsmaschine angepasster Trainingsdatensatz. Das heißt, mit anderen Worten, bspw. aufgrund von Fertigungstoleranzen, können die Ist- Trajektorien des angepassten reduzierten Trainingsdatensatzes von den entsprechenden Trajektorien des reduzierten Trainingsdatensatzes abweichen. Durch diese Ausgestaltung kann bei einem anschließenden Training eines weiteren maschinellen Lernsystems für die Arbeitsmaschine eine Individualität der Arbeitsmaschine, bspw. bedingt durch Fertigungstoleranzen, berücksichtigt werden.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Recheneinheit zum

Betreiben einer Arbeitseinheit einer Arbeitsmaschine;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorsteuerung für einen

Geschwindigkeitsregler;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines reduzierten Trainingsdatensatzes;

Fig. 4 beispielhafte Trainingsdaten aus dem empfangenen

Trainingsdatensatz für einen Bagger;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ermittelns des reduzierten

Trainingsdatensatzes; und

Fig. 6A,B,C je ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß dem zweiten, dritten und vierten Aspekt der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Recheneinheit 10 zum Betreiben einer mittels eines hydraulischen Zylinders 26 betreibbaren Arbeitseinheit einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine umfasst die Arbeitseinheit, den hydraulischen Zylinder 26, eine dem hydraulischen Zylinder 26 zugeordnete Ventileinheit 24 und die Recheneinheit 10. Hierbei wird die Arbeitseinheit mittels des hydraulischen Zylinders betrieben, insbesondere relativ zu einer Maschinenhaupteinheit der Arbeitsmaschine bewegt.

Die Arbeitsmaschine kann beispielsweise ein Bagger sein, der eine als einen Arbeitsarm ausgebildete Arbeitseinheit umfasst. Der Arbeitsarm weist einen Ausleger, einen Stiel und einen Löffel sowie einen Auslegerzylinder, einen Stielzylinder und einen Löffelzylinder auf. Jedem der Zylinder ist eine entsprechende Ventileinheit zum Bewegen des Zylinders zugeordnet.

Die Recheneinheit 10 ist eingerichtet, eine Sollposition r _R der Arbeitseinheit zu empfangen. Hierbei kann die Sollposition r _R ferner eine Angabe bezüglich einer räumlichen Orientierung der Arbeitseinheit umfassen. Zum Beispiel kann die Recheneinheit 10 eingerichtet sein, räumliche Soll-Koordinaten eines Tool Center Points (TCP) des Löffels des Baggers sowie ein Winkel des Löffels relativ zu einer vorgegebenen Bezugsrichtung zu empfangen.

Die Sollposition r _R kann Teil einer Soll-Trajektorie der Arbeitseinheit sein. Denkbar ist, dass die Soll-Trajektorie von einem Bediener der Arbeitsmaschine und/oder mittels der Recheneinheit 10 oder einer weiteren Recheneinheit 12 zur Generierung einer Soll-Trajektorie für die Arbeitsmaschine ermittelt und der Recheneinheit 10 bereitgestellt wird.

Bevorzugt wird die Sollposition r _R der Arbeitseinheit einem Posen-Modul 14 der Recheneinheit 10 bereitgestellt. Das Posen-Modul 14 ist bevorzugt als Teil eines Kaskaden reglers ausgebildet und eingerichtet, die Sollposition r _R der Arbeitseinheit und ferner die Istposition r der Arbeitseinheit von einer die Istposition r der Arbeitseinheit erfassenden Sensoreinheit 28 zu empfangen. Weiter ist das Posen-Modul 14 eingerichtet, basierend auf einer Abweichung von Sollposition r _R und Istposition r der Arbeitseinheit eine Sollgeschwindigkeit r _R der Arbeitseinheit zu ermitteln, mittels welcher die Istposition r in die Sollposition r _R übergeführt werden kann. Bspw. wird mittels des Posen-Moduls 14 die Sollposition r _R des TCP und die Istposition r des TCP empfangen und anhand der Abweichung eine Sollgeschwindigkeit r _R des TCP berechnet. Das Posen- Modul 14 kann auch eingerichtet sein, basierend auf der Abweichung von Sollposition r _R und Istposition r der Arbeitseinheit bzw. der ermittelten Sollgeschwindigkeit r _R eine Sollbeschleunigung r _R der Arbeitseinheit zu ermitteln.

Die Recheneinheit 10 umfasst ein Inverse-Kinematik-Modul 16, das eingerichtet ist, basierend auf der Sollgeschwindigkeit r _R der Arbeitseinheit einen Sollwert s _R eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26 zu ermitteln. Das Ermitteln des Sollwerts s _R des Bewegungsparameters erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung einer Kinematik der Arbeitseinheit der Arbeitsmaschine, insbesondere durch Lösen des inversen kinematischen Problems für die Arbeitsmaschine. Bspw. wird basierend auf der Sollgeschwindigkeit r _R des TCP des Baggers je eine Sollgeschwindigkeit s _R für den Auslegerzylinder, den Stielzylinder und den Löffelzylinder berechnet. Beispielsweise kann der Sollwert s _R des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26 eine Sollgeschwindigkeit s _R des hydraulischen Zylinders 26 sein. Denkbar ist, dass das Inverse-Kinematik-Modul 16 auch eingerichtet ist, alternativ oder zusätzlich eine Sollbeschleunigung s _R des hydraulischen Zylinders 26 als Sollwert eines, insbesondere weiteren bzw. zusätzlichen Bewegungsparameters zu ermitteln.

Die Recheneinheit 10 ist auch eingerichtet, mittels eines Geschwindigkeit-Moduls 18 einen Sollwert u eines Ventilsteuerparameters des hydraulischen Zylinders 26 in Abhängigkeit von dem Sollwert s _R des Bewegungsparameters zu ermitteln.

Das Geschwindigkeits-Modul 18 ist bevorzugt als Geschwindigkeitsregler 18 ausgebildet und eingerichtet, den Sollwert s _R des Bewegungsparameters und den Istwert s _R des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26, bevorzugt ferner auch den Sollwert s _R des weiteren Bewegungsparameters zu empfangen. Weiter ist das Geschwindigkeits-Modul 18 eingerichtet, basierend auf einer Abweichung zwischen dem Sollwert s _R und dem Istwert s des Bewegungsparameters den Sollwert u des Ventilsteuerparameters zu ermitteln. Bevorzugt ist das Geschwindigkeitsmodul 18 eingerichtet, zusätzlich ein oder mehrere der folgenden Einflussgrößen beim Ermitteln des Sollwert u des Ventilsteuerparameters zu berücksichtigen:

Istwert s und/oder Sollwert s _R einer Beschleunigung des hydraulischen Zylinders 26 und/oder eines oder mehrerer weiterer derselben Ventileinheit 24 zugeordneten hydraulischen Zylinder,

Istwert eines Drucks an einer Zylinderstange des hydraulischen Zylinders 26,

Istwert eines Drucks an einem Zylinderkopf des hydraulischen Zylinders 26, Differenz hp _cyi zwischen Istwert des Drucks an der Zylinderstange und Istwert des Drucks am Zylinderkopf 26, Istwert eines Lastdrucks der Arbeitseinheit,

Istwert eines Pumpendrucks einer dem hydraulischen Zylinder 26 zugeordneten Pumpeneinheit zur Druckbeaufschlagung einer den hydraulischen Zylinder 26 bewegenden Hydraulikflüssigkeit, Differenz zwischen Istwert des Lastdrucks und Istwert des Pumpendrucks,

Istwert einer Temperatur der Umgebung und/oder eines Motorenöls in einem Ölkreislauf der Arbeitsmaschine.

Das Geschwindigkeitsmodul 18 umfasst bevorzugt einen PI-Regler mit einer Vorsteuerung 18a (feedforward control). Dadurch kann auch bei komplexem und nichtlinearem Verhalten der PI-Regler dahingehend entlastet werden, dass dessen Rückführung 18b (feedback control) nur Störungen und Modellfehler berücksichtigen muss.

Die Vorsteuerung 18a repräsentiert ein inverses Verhalten der Arbeitseinheit betreffend den Zusammenhang zwischen Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders 26 und Ventilsteuerparameter der jeweiligen Ventileinheit 24. Das heißt, mit anderen Worten, die Vorsteuerung 18a ermittelt einen Wert υ des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders 26 basierend auf einem vorgegebenen Wert s _R des Ventilsteuerparameters. Hierbei erfolgt die Vorsteuerung 18a unter Verwendung einer Zuordnungsvorschrift, insbesondere eines physikalischen Modells, und einer Gauß-Prozess- Regression. Für den Bagger mit Auslegerzylinder, Stielzylinder und Löffelzylinder umfasst die Recheneinheit 10 je ein als PI-Regler ausgebildetes Geschwindigkeitsmodul 18 zum Ermitteln je eines Sollwerts u des Ventilsteuerparameters für die dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Ventileinheit. Hierbei umfasst jeder der PI- Regler jeweils eine eigene Vorsteuerung 18a.

Der Sollwert u des Ventilsteuerparameters wird als Stellgröße des Geschwindigkeitsmoduls 18 ausgegeben. Hierbei ist der Sollwert u des Ventilsteuerparameters insbesondere eine Summe von einer Ausgabegröße u _FB der Rückführung 18b und einer Ausgabegröße u _FF der Vorsteuerung 18a.

Die modellbasierte Vorsteuerung 18a basiert auf der Zuordnungsvorschrift m, insbesondere dem physikalischen Modell, und der Gauß-Prozess-Regression GPR wie beispielhaft in Fig. 2 aufgezeigt. Das heißt, mit anderen Worten, der zu ermittelnde Sollwert u des Ventilsteuerparameters wird basierend auf dem empfangenen Sollwert des Geschwindigkeitsparameters des hydraulischen Zylinders 26 unter Verwendung der Zuordnungsvorschrift m, insbesondere des physikalischen Modells und der Gauß-Prozess-Regression GPR ermittelt.

Die Stellgröße des Geschwindigkeitsreglers 18, nämlich der Sollwert u des Ventilsteuerparameters, kann basierend auf der Ausgangsgröße der modellbasierten Vorsteuerung 18a mittels des Feedbacks angepasst werden. Bevorzugt gilt

Die Recheneinheit 10 ist weiter eingerichtet, den ermittelten Sollwert u des Ventilsteuerparameters an das System 20 auszugeben. Das System 20 umfasst ein Steuermodul 22, die Ventileinheit 24 und den hydraulischen Zylinder 26. Das System 20 repräsentiert eine Regelstrecke des Geschwindigkeitsreglers 18.

Das Steuermodul 22 ist eingerichtet, die Ventileinheit 24 basierend auf dem von der Recheneinheit 10 ausgegebenen Signal zu betreiben. Die Ventileinheit 24 ist ausgebildet, ansprechend auf das an das Steuermodul 22 ausgegebene Signal einen Durchfluss einer Hydraulikflüssigkeit durch die Ventileinheit 24 einzustellen, um den hydraulischen Zylinder 26 zu bewegen. Das heißt, mit anderen Worten, mittels Ausgebens des Signals an die Ventileinheit 24 in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert u des Ventilsteuerparameters wird der hydraulische Zylinder 26 betrieben und damit die Arbeitseinheit bewegt.

Ein oder mehrere der an der Arbeitsmaschine angeordneten Sensoren 28 sind ausgebildet, die Istposition r der Arbeitseinheit, eine Istposition bzw. Iststellung s des hydraulischen Zylinders 26, sowie bevorzugt die oben aufgeführten Einflussgrößen, insbesondere , zu messen. Hierbei sind den Sensoren 28 bevorzugt geeignete modellbasierte Filter 30 zugeordnet.

Die modellbasierten Filter 30 sind eingerichtet, die Istposition r der Arbeitseinheit an das Posen-Modul 14 und an Inverse-Kinematik-Modul 16 auszugeben, die Istposition bzw. Iststellung s des hydraulischen Zylinders 26 an das Inverse- Kinematik-Modul 16 auszugeben, sowie bevorzugt die oben aufgeführten Einflussgrößen, insbesondere , an das Geschwindigkeits-Modul 18 auszugeben.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform der Vorsteuerung 18a für den in Fig. 1 beschriebenen Geschwindigkeitsregler 18. Die Vorsteuerung 18a umfasst die Zuordnungsvorschrift m(x) und die Gauß-Prozess-Regression GPR.

Die Zuordnungsvorschrift m(x) ist ausgebildet, einer Eingangsgröße x eine Ausgabegröße zuzuordnen. Die Ausgabegröße der Zuordnungsvorschrift m(x) repräsentiert eine a-priori-Größe für die Gauß- Prozess- Regression GPR.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Zuordnungsvorschrift m ein physikalisches Modell, das eingerichtet ist, den Sollwert des Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders unter Berücksichtigung der Druckdifferenzen einen vorläufigen bzw. unkorrigierten Sollwert u, des Ventilsteuerparameters zuzuordnen.

Die Gauß-Prozess-Regression GPR ist ausgebildet, der Eingangsgröße x eine Ausgabegröße zuzuordnen. Die Ausgabegröße der Gauß-Prozess- Regression GPR repräsentiert eine a-posteriori-Größe der Gauß-Prozess- Regression GPR. Hierbei ist die Ausgabegröße eine Korrekturgröße, mittels derer die Ausgabegröße der Zuordnungsvorschrift m(x) zu korrigiert wird. Die korrigierte Ausgabegröße repräsentiert den Sollwert u des Ventilsteuerparameters.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines reduzierten Trainingsdatensatzes für ein einem hydraulischen Zylinder einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zugeordnetes maschinelles Lernsystem. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 versehen.

In Schritt 110 wird ein Rohtrainingsdatensatz D _o ermittelt. Der Rohtrainingsdatensatz umfasst Rohtrajektorien repräsentierend zeitliche Verläufe der Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders und den Rohtrajektorien zugeordnete zeitliche Verläufe des Ventilsteuerparameters u der Ventileinheit.

In Schritt 120 wird ein Trainingsdatensatz D ₁ basierend auf dem ermittelten Rohtrainingsdatensatz D _o ermittelt, um den Trainingsdatensatz D ₁ zum Ermitteln des reduzierten Trainingsdatensatzes D ₂ bereitzustellen.

Hierbei werden in Schritt 122 Trajektorien des Trainingsdatensatz D ₁ basierend auf den Rohtrajektorien des Rohtrainingsdatensatzes D _o ermittelt. Das Ermitteln der Trajektorien umfasst einen Schritt des 122a des Unterteilens der Rohtrajektorien . Das Ermitteln der Trajektorien umfasst weiter einen Schritt 122b des Erweiterns der unterteilten Rohtrajektorien mit jeweils einer Starttrajektorie und/oder einer Endtrajektorie, siehe Fig. 4.

Der Trainingsdatensatz umfasst die ermittelten Trajektorien und die den ermittelten Trajektorien zugeordneten zeitlichen Verläufe des Ventilsteuerparameters u.

In Schritt 130 wird der ermittelte Trainingsdatensatz D ₁ empfangen, bspw. aus einer Speichereinheit ausgelesen. In Schritt 140 wird der reduzierte Trainingsdatensatz D ₂ basierend auf dem Trainingsdatensatz D ₁ ermittelt, wie in Fig. 5 gezeigt.

Hierbei wird in einem ersten Unterschritt 142 eine erste Trajektorie aus dem empfangenen Trainingsdatensatz D ₁ ausgewählt. Die Auswahl kann zufällig erfolgen. Denkbar ist auch, dass die erste Trajektorie auf analoge Weise wie die weiteren Trajektorien ausgewählt wird, d.h. in Abhängigkeit von ermittelten Werten eines Informationsmaßes, wie nachfolgend für das Auswählen einer weiteren Trajektorie beschrieben. Die erste Trajektorie T wird der von dem reduzierten Trainingsdatensatz D ₂ umfassten Menge an Trajektorien hinzugefügt.

In einem zweiten Unterschritt 144a wird je eine Wert des Informationsmaßes für die von der oder den bereits ausgewählten Trajektorien verschiedenen Trajektorien des Trainingsdatensatzes D ₁ ermittelt.

Das Informationsmaß ) repräsentiert eine Information zwischen der oder den bereits ausgewählten Trajektorien sowie der weiteren Trajektorie und den von dem empfangenen Trainingsdatensatz D ₁ umfassten Trajektorien

In einem dritten Unterschritt 146a wird eine weitere Trajektorie aus dem empfangenen Trainingsdatensatz D ₁ in Abhängigkeit der ermittelten Werte des Informationsmaßes ausgewählt. Hierbei wird diejenige weitere Trajektorie ausgewählt, für welche der ermittelte Wert des Informationsmaßes maximal ist. Die weitere Trajektorie wird der von dem reduzierten Trainingsdatensatz D ₂ umfassten Menge an Trajektorien hinzugefügt.

Zur Auswahl weiterer Trajektorien wird eine Abfolge des zweiten und dritten Unterschritts wiederholt ausgeführt. Der reduzierte Trainingsdatensatz umfasst die ausgewählten Trajektorien, d.h. die ausgewählte erste und die ausgewählten weiteren Trajektorien, und die den ausgewählten Trajektorien zugeordneten zeitlichen Verläufe des Ventilsteuerparameters.

In Schritt 150 wird ein angepasster reduzierter Trainingsdatensatz D ₃ basierend auf dem ermittelten reduzierten Trainingsdatensatz D ₂ ermittelt.

Hierzu wird in einem ersten Unterschritt ein Signal, insbesondere ein Steuersignal, umfassend den zeitlichen Verlauf u(t) des Ventilsteuerparameters an die Ventileinheit ausgegeben.

In einem zweiten Unterschritt erfolgt eine Bewegung des hydraulischen Zylinders ansprechend auf das ausgegebene Signal, wobei die Bewegung des hydraulischen Zylinders entlang einer Ist-Trajektorie repräsentierend den zeitlichen Ist-Verlauf des Bewegungsparameters erfolgt.

Der angepasste reduzierte Trainingsdatensatz umfasst die erzeugten Ist-Trajektorien und die den Ist-Trajektorien zugeordneten zeitlichen Verläufe u(t) des Ventilsteuerparameters.

Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Trainingsdaten aus dem empfangenen Trainingsdatensatz für eine als Bagger ausgebildete mobile Arbeitsmaschine. Die Trainingsdaten umfassen eine Trajektorie repräsentierend einen zeitlichen Verlauf einer Position einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung eines hydraulischen Zylinders eines Arms des Baggers und einen der Trajektorie zugeordneten zeitlichen Verlauf eines Ventilsteuerparameters Die Trajektorie umfasst eine Anfangstrajektorie in einem Bereich zwischen t = Os und t = 2s sowie eine Endtrajektorie in einem Bereich zwischen t = 42s und t = 45s.

Fig. 6 zeigt in Fig. 6A ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Trainieren eines einem hydraulischen Zylinder einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zugeordneten maschinellen Lernsystems. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 200 versehen. Das maschinelle Lernsystem ist ausgebildet, basierend auf einem Bewegungsparameter des hydraulischen Zylinders einen Ventilsteuerparameter einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit zu ermitteln.

Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 210 des Ermittelns eines reduzierten Trainingsdatensatzes D2 und/oder eines angepassten reduzierten Trainingsdatensatzes D3 gemäß dem anhand der Fig. 3 bis 6 beschriebenen Verfahrens 100.

Weiter umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 220 des Trainierens des maschinellen Lernsystems unter Verwendung des reduzierten Trainingsdatensatzes D2 oder des angepassten reduzierten Trainingsdatensatzes D3 mittels einer Recheneinheit.

Fig. 6 zeigt in Fig. 6B ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines einen hydraulischen Zylinder und eine dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit umfassenden Systems einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 300 versehen.

Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Empfangens eines Sollwerts eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders.

Das Verfahren 300 umfasst weiter einen Schritt 320 des Ermittelns eines Sollwerts eines Ventilsteuerparameters der Ventileinheit basierend auf dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders unter Verwendung eines gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren 200 trainierten maschinellen Lernsystems. Hierbei ist das maschinelle Lernsystem ausgebildet, basierend auf dem Bewegungsparameter, insbesondere dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters, des hydraulischen Zylinders den Ventilsteuerparameter, insbesondere den Sollwert des Ventilsteuerparameters, der Ventileinheit zu ermitteln.

Das Verfahren 300 umfasst ferner einen Schritt 330 des Ausgebens eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert des Ventilsteuerparameters mittels einer Recheneinheit, um das System umfassend den hydraulischen Zylinder und die Ventileinheit zu betreiben.

Fig. 6 zeigt in Fig. 6C ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines einen hydraulischen Zylinder und eine dem hydraulischen Zylinder zugeordnete Ventileinheit umfassenden Systems einer, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 400 versehen.

Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 410 des Empfangens einer Sollposition der Arbeitseinheit.

Das Verfahren 400 umfasst weiter einen Schritt 420 des Ermittelns eines Sollwerts eines Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders in Abhängigkeit von der bereitgestellten Sollposition der Arbeitseinheit.

Das Verfahren 400 umfasst außerdem einen Schritt 430 des Ermittelns eines Sollwerts eines Ventilsteuerparameters einer dem hydraulischen Zylinder zugeordneten Ventileinheit basierend auf dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters des hydraulischen Zylinders unter Verwendung eines gemäß dem Verfahren 200 trainierten maschinellen Lernsystems. Hierbei ist das maschinelle Lernsystem ausgebildet, basierend auf dem Bewegungsparameter, insbesondere dem empfangenen Sollwert des Bewegungsparameters, des hydraulischen Zylinders den Ventilsteuerparameter, insbesondere den Sollwert des Ventilsteuerparameters, der Ventileinheit zu ermitteln.

Das Verfahren 400 umfasst ferner einen Schritt 440 des Ausgebens eines Signals in Abhängigkeit von dem ermittelten Sollwert des Ventilsteuerparameters mittels einer Recheneinheit, um mittels Betreiben eines den hydraulischen Zylinder und die Ventileinheit umfassenden Systems die Arbeitseinheit, insbesondere das Anbaugerät, der, insbesondere mobilen, Arbeitsmaschine zu betreiben.