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Patent Searching and Data


Title:
MODEL-BASED DETERMINATION AND EVALUATION OF FUNCTIONAL STATES OF A SENSORLESS ELECTROMAGNETIC ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/081600
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for model-based determination and evaluation of functional states of a sensorless electromagnetic actuator (3) with at least one movable armature (4), the method comprising the following steps: - providing a reference characteristic curve (K1), - detecting a current i(t) and a voltage u(t) of an exciter circuit (8) of the electromagnetic actuator (3), - calculating at least one modelled characteristic curve (K1') by means of a model (11) and the at least one reference characteristic curve (K1), wherein the model (11) forms the at least one modelled characteristic curve (K1') by an adaptation with at least one hysteresis modelling (M1) depending on the measured current i(t) and the measured voltage u(t) of the reference characteristic curve (K1), and - evaluating and determining the functional states by comparing the measurement signals (i(t), u(t)) with the at least one modelled characteristic curve (K1').

More Like This:
WO/2023/187062AIR SPRING OPERATION
Inventors:
HERMANN ROLF (DE)
SABITOV NAIL (DE)
KIREEV VLADIMIR (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/079204
Publication Date:
May 02, 2019
Filing Date:
October 24, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ILMENAUER MECHATRONIK GMBH (DE)
International Classes:
H01F7/18; G01R31/34
Foreign References:
DE102016204054B32017-02-23
DE102008054877A12010-07-01
DE102014224321A12016-06-02
DE102010063009A12012-06-14
DE102011075935A12012-11-22
DE102009042777A12011-04-07
DE102011075935B42017-04-13
DE102008054877A12010-07-01
Other References:
MACKENZIE IAN ET AL: "Real-Time Hysteresis Modeling of a Reluctance Actuator Using a Sheared-Hysteresis-Model Observer", IEEE / ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 21, no. 1, 1 February 2016 (2016-02-01), pages 4 - 16, XP011599603, ISSN: 1083-4435, [retrieved on 20160217], DOI: 10.1109/TMECH.2015.2513769
Attorney, Agent or Firm:
WESTPHAL, MUSSGNUG & PARTNER, PATENTANWÄLTE M.B.B. (DE)
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Claims:
Ansprüche

Verfahren zur modellbasierten Bestimmung und Auswertung von Funktions zuständen eines sensorlosen

elektromagnetischen Aktors (3) mit mindestens einem bewegbaren Anker (4) umfassend :

- Bereitstellen von mindestens einer Referenzkennlinie (Kl) ,

Erfassen eines Stroms i (t) und einer Spannung u(t) eines Erregerkreises (8) des elektromagnetischen Aktors (3) ,

-- Berechnung von mindestens einer modellierten

Kennlinie (Kl Λ ) mittels eines Modells (11) und der mindestens einen Referenzkennlinie (Kl), wobei das Modell (11) die mindestens eine modellierte Kennlinie (KP) durch eine Anpassung mit mindestens einer

Hysteresemodellierung (Ml ) in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom i (t ) und der gemessenen Spannung u(t) und der mindestens einen Referenzkennlinie (Kl ) bildet , und

Auswerten und Bestimmen der Funktions zustände durch einen Vergleich der aus den Messsignalen (i (t) , u (t ) ) ermittelten Kennlinie mit mindestens einer modellierten Kennlinie (Kl Λ ) .

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine Referenzkennlinie (Kl ) bereitgestellt ist, und dass die Referenzkennlinie (Kl ) den verketteten magnetischen Fluss (Ψ) in Abhängigkeit vom Strom (I) und der Position (δ) des Ankers (4 ) beschreibt . 3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Referenzkennlinie (Kl ) als tabellarische /

analytische Funktion in dem Modell (11) beschrieben ist . Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Modell (11) durch Messung von Strom i (t) , Spannung u (t ) und/oder einer Temperatur θ (t ) angepasst ist .

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das Modell (11) unter Einbeziehung einer WirbelStrommodellierung (M2 ) und/oder

Reibmodellierung (M3 ) und/oder einer Federmodellierung (M4 ) und/oder eines Impulserhaltungssatzmodells (M5 ) und/oder eines hydrodynamischen Modells (M6 ) gebildet ist .

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Modell (11) einen

Nullpunktversatz der mindestens einen modellierten

Kennlinie (Kl Λ , ) beinhaltet .

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Funktions zustände eine Position (δ) , und/oder eine Kraft , und/oder eine Geschwindigkeit und/oder einen Fehlerzustand des Ankers (4) umfasst b z w . umfassen .

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Funktions zustände beim Betrieb des Aktors (4) zeitgleich oder zeitlich versetzt

berechnet sind .

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens eine

Referenzkennlinie (Kl ) gattungsspezifisch und/oder chargenspezifisch und/oder exemplarspezifisch ist . Vorrichtung (1) zum Betrieb wenigstens eines sensorlosen elektromagnetischen Aktors (3) mit einem Anker (4) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9

umfassend :

- wenigstens eine Steuer und Auswertungseinheit (5) , die mittels eines Erregerkreises (8) mit dem wenigstens einen elektromagnetischen Aktor (3) verbunden ist , wobei die Steuer- und Auswertungseinheit (5) einen

Strom i (t) und eine Spannung u (t ) eines Erregerkreis (8) des elektromagnetischen Aktors (3) erfasst ,

- wobei eine Referenzkennlinie (Kl ) auf einem

Speichermedium (10) für die Steuer- und

Auswertungseinheit (5) bereitgestellt ist .

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet ,

dass ein Temperaturfühler (9) vorgesehen ist , und dass durch den Temperaturfühler (9) die Temperatur (&) des elektromagnetischen Aktors (3) erfasst ist .

Description:
Modellbasierte Bestimmung und Auswertung von Funktions zustän ¬ den eines sensorlosen elektromagnetischen Aktors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur modellbasierten Be ¬ stimmung und Auswertung von Funktions zuständen eines sensorlo ¬ sen elektromagnetischen Aktors , insbesondere eines komplexen, elektromagnetischen Aktors , sowie eine Vorrichtung zum Betrieb wenigstens eines solchen sensorlosen elektromagnetischen

Aktors .

Elektromagnetische Aktoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt . Oftmals sind elektromagnetische Aktoren mit Sensoren ausgestattet , welche zur Funktionsüberprüfung verwendet werden . Ein solcher

elektromagnetischer Aktor ist beispielsweise aus der DE 10 2009 042 777 AI vorbekannt , welcher eine StrommessVorrichtung und einen Magnetfeldsensor aufweist . Während des Betriebs des elektromagnetischen Aktors werden die gemessenen Daten mit abgespeicherten Werten einer Kennlinie verglichen, um eine Ankerposition zu ermitteln .

DE 10 2011 075 935 B4 offenbart ein Verfahren und eine Vor ¬ richtung zur Ermittlung von Funktions zuständen eines elektro ¬ magnetischen Aktors , durch das eine sensorlose Funktionsüber- prüfung des elektromagnetischen Aktors realisiert ist , welche auf eine Erfassung und Auswertung von Messdaten für Feldgrö ¬ ßen, wie beispielsweise einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Feldstärke , verz ichtet . Hierzu ist der ver ¬ kettete magnetische Fluss mittels der Strom- und Spannungsmes- sung im Erregerkreis des Magnetfelds erfasst und anhand eines Vergleiches zwischen einer magnetischen Referenzkennlinie und einer Ist-Kennlinie werden Funktionszustände ermittelt . Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elekt ¬ romagnetischen Aktors sind aus der DE 10 2008 054 877 AI vor ¬ bekannt, das ein mathematisches Modell umfasst , welches mit ¬ tels der im Erregerkreis gemessenen Strom- und Spannungswerte Informationen über eine Bewegung und/oder Ausdehnung

ermittelt .

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist , dass sensorbasier ¬ te elektromagnetische Aktoren einen großen Bedarf an Bauraum haben und zusätzliche Anschlussleitungen für den oder die Sensoren benötigt werden . Sensoren sind empfindlich gegenüber Umwelt- und Einsat zbedingungen und somit fehleranfällig .

Sensorlose elektromagnetische Aktoren ermöglichen dagegen eine Reduzierung des benötigten Bauraums , jedoch sind derartige Systeme oft empfindlich gegenüber Umwelt- und

Einsatzbedingungen des elektromagnetischen Aktors und sind fehleranfällig insbesondere im Hinblick auf Verschleiß .

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel , ein Verfahren zur modellbasierten Bestimmung und Auswertung von

Funktions zuständen eines sensorlosen elektromagnetischen

Aktors, insbesondere eines komplexen, elektromagnetischen Aktors , sowie eine Vorrichtung zum Betrieb wenigstens eines solchen sensorlosen elektromagnetischen Aktors

bereitzustellen, bei dem relevante Betriebsgrößen des

elektromagnetischen Aktors durch einen Vergleich der

Messgrößen Strom und Spannung mit einem in einer Steuer- und Auswertungseinheit hinterlegten Modell des elektromagnetischen Aktors ohne Einsatz eines Sensors ermittelt werden können .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur modellbasierten Bestimmung und Auswertung von Funktionszuständen eines sensorlosen elekt ¬ romagnetischen Aktors, insbesondere eines komplexen, elektro ¬ magnetischen Aktors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass eine Po ¬ sitionserkennung und -regelung, eine Kraftregelung, eine Ge- schwindigkeitsmessung und -regelung, eine Hysteresekompensati ¬ on, eine ZuStandsüberwachung, eine Geräuschreduzierung und eine Verschleißkontrolle realisierbar sind . Dies wird

erfindungsgemäß dadurch erreicht , dass das Verfahren zum

Bestimmen und Auswerten von Funktions zuständen eines

sensorlosen elektromagnetischen Aktors mit mindestens einem bewegbaren Anker das Bereitstellen von mindestens einer

Referenzkennlinie, das Erfassen eines Stroms und einer

Spannung in einem Erregerkreis des elektromagnetischen Aktors , die Berechnung von mindestens einer modellierten Kennlinie mittels eines Modells, wobei das Modell die mindestens eine modellierte Kennlinie durch eine Anpassung mit mindestens einer Hysteresemodellierung in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung und der Referenzkennlinie bildet, und das Auswerten und Bestimmen der Funktions zustände durch einen Vergleich der Messsignale mit der mindestens einen auf dem Modell basierenden Kennlinie umfasst . Hierdurch ist ein gegenüber Umwelt- und Einsat zbedingungen unempfindliches Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der Funktions zustände eines elektromagnetischen Aktors bereitgestellt , das zuver- lässig eine permanente Zustands- und Verschleißüberwachung ermöglicht , eine Miniaturisierung des elektromagnetischen Aktors ermöglicht und aufgrund einer Kraftregelung und/oder Geschwindigkeitsmessung und -regelung eine verschleißarme Anwendung des elektromagnetischen Aktors ermöglicht .

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der

Erfindung .

Vorzugsweise ist eine Referenzkennlinie bereitgestellt . Die Referenzkennlinie beschreibt den verketteten elektromagnetischen Fluss in Abhängigkeit von dem Strom im Erregerkreis und der Position des Ankers .

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Referenzkennlinie als tabellarische Funktion in dem Modell hinterlegt ist . Daraus ergibt sich der Vorteil , dass im normalen Betriebs zustand des elektromagnetischen Aktors kein zusätzlicher Abgleich durchgeführt werden muss . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die modellierten Kennlinien mittels des Modells in Abhängigkeit von den im Erregerkreis gemessenen Strom und Spannung und einer

Temperatur berechnet werden . Die Temperatur hat einen

wesentlichen Einfluss auf das Betriebsverhalten des

elektromagnetischen Aktors , da vor allem der Wicklungs ¬ widerstand und ggf . die auf den Anker wirkenden Reib und Gegenkräfte stark von dieser abhängig sind . Darüber hinaus ist es vorteilhaft , wenn das Modell eine Feder ¬ modellierung und/oder eine Reibmodellierung und/oder ein Im ¬ pulserhaltungssat zmodell und/oder ein hydrodynamisches Modell umfasst , wodurch das Verhalten des elektromagnetischen Aktors nachgebildet ist . Die vollständige Nachbildung des elektromag- netischen Aktors in dem Modell ermöglicht beispielsweise eine Positionserkennung und -regelung, sowie eine Kraftregelung, eine Geschwindigkeitsmessung und -regelung, durch die der Anker besonders verschleißarm betrieben werden kann, und die Geräuschentstehung, beispielsweise beim schlagartigen

Schließen oder Öffnen eines Ventils , reduziert werden kann .

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass eine Hysteresemodellierung implementiert ist . Das Hysteresemodell ermöglicht die Verbindung mit physikalischen Parametern des magnetischen Materials des elektromagnetischen Aktors und ermöglicht eine Berechnung der Hystereseschleifen für

Magnetfluss- und Kraftverläufe in Abhängigkeit vom

Erregerstrom und von der Ankerposition . In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist vorge ¬ sehen, dass das Modell einen Nullpunktversat z mindestens einer Kennlinie berücksichtigt . Der Nullpunktversat z der Re- ferenzkennlinie bzw. der modellierten Kennlinie des

verketteten magnetischen Flusses in Abhängigkeit von dem Strom und der Position soll die Vormagnetisierung und die Restmag ¬ netkraft durch Remanenz Br des Magnetmaterials berücksich ¬ tigen . Sie hängen nur von der VorbeStrömung ab und bleiben ab dem zweiten Schalt- bzw . Bestromungszyklus nahezu konstant . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorlie ¬ genden Erfindung umfassen die bestimmten Funktions zustände eine Position, und/oder eine Kraft des Ankers , und/oder eine Geschwindigkeit des Ankers und/oder eine Erfassung von

Fehlerzuständen und/oder eine Verschleißkontrolle .

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft , wenn die Funktionszu- stände mit Hilfe des Modells beim Betrieb des elektromagneti ¬ schen Aktors zeitgleich oder zeitversetzt berechnet sind . Bei einer zeitgleichen Bestimmung und Auswertung der Funktionszu- stände sind nach Art eines regelungstechnisehen Beobachters auch Funktions zustände verifizierbar, die im normalen Betrieb des elektromagnetischen Aktors nicht gemessen werden können . Somit ist eine Erfassung der Funktions zustände bei Aktoren, deren Anker aufgrund der Einsatz- und/oder Umgebungsbedin- gungen nicht unmittelbar zugänglich ist , allein durch den regelungstechnisehen Beobachter möglich . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Referenzkennlinie

gattungsspezifisch (gemittelt für alle Aktoren gleichen Typs ) und/oder chargenspezifisch (gemittelt über eine

FertigungsCharge) erfasst . Diese gattungsspezifischen oder chargenspezifischen Referenzkennlinie ermöglicht eine

Anpassung an die spezifischen und individuellen Eigenschaften des verwendeten elektromagnetischen Aktors , wodurch das Modell den individuellen elektromagnetischen oder mechanischen

Eigenschaften des elektromagnetischen Aktors , wie insbesondere einer Material- oder Verarbeitungsqualität , gerecht wird . Ab einem gewissen Streuungsniveau ist eine individuelle

Referenzkennlinie für jeden einzelnen Aktor unter definierten Bedingungen (Temperatur, Einbaulage, Gegenkraft ) zu erfassen .

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Betrieb wenigstens eines solchen sensorlosen

elektromagnetischen Aktors mit einem Anker, die wenigstens eine Steuer- und Auswertungseinheit umfasst , die mittels eines Erregerkreises mit dem elektromagnetischen Aktor verbunden ist , wobei in der Steuer- und Auswertungseinheit ein Modell hinterlegt ist , wobei die Steuer und Auswertungseinheit einen Strom I und eine Spannung U des Erregerkreises des

elektromagnetischen Aktors erfasst , wobei dem Modell

mindestens eine Referenzkennlinie bereitgestellt ist und wobei die Steuer- und Auswertungseinheit mittels des Modells eine modellierte Kennlinie beim Betrieb des elektromagnetischen Aktors zur Bestimmung des oder der Funktions zustände

berechnet . Die Funktions zustände werden anhand eines

Vergleichs zwischen der wenigstens einen modellierten und einer messtechnisch ermittelten Kennlinie bestimmt . Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn ein

Temperaturfühler vorgesehen ist , und dass durch den Temperaturfühler die Temperatur des elektromagnetischen Aktors erfasst ist , wodurch der Einfluss der Temperatur auf das

Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktors kompensiert werden kann . Im Betrieb kann die Aktortemperatur durch

Widerstandsmessung der Erregerwicklung anhand der Strom und Spannungswerte periodisch mit erfasst werden (Reu = U/ I , dabei müssen Spannung und Strom während der Widerstandsmessung vorzugsweise konstant bleiben) . Da der Wicklungswiderstand fertigungsbedingt höheren Schwankungen unterliegen kann, ist ein Abgleich der Starttemperatur des Aktors mit der Fühlertem ¬ peratur im thermisch eingeschwungenen Zustand notwendig .

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der

Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung

Detail beschrieben . In der Zeichnung ist :

Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung mit einer Steuer und Auswerteeinheit, die durch einen Erregerkreis mit einem

elektromagnetischen Aktor verbunden ist ,

Figur 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines ersten

Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 ,

Figur 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zweiten

Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 mit einem zusätzlichen Temperaturfühler, und Figur 4 eine vereinfachte Darstellung einer Referenzkennlinie des verketteten magnetischen Flusses in Abhängigkeit von einem im Erregerkreis gemessenen Strom und der Position des Ankers des elektromagnetischen Aktors , sowie einer mittels eines mathematischen Modells berechneten modellierten Kennlinie . Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 eine Vorrichtung 1 gemäß zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung im Detail beschrieben.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuer- und Auswertungseinheit 5 , einen elektromagnetischen Aktor 3 sowie einen elektrischen Erregerkreis 8 , durch den der elektromagnetische Aktor 3 mit der Steuer- und Auswertungseinheit 5 elektrisch verbunden ist . Der elektromagnetische Aktor 3 weist zumindest eine Spule L zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf . Gemäß dem spezifischen Ausführungsbeispiel weist der elektromagnetische Aktor 3 zudem einen beweglichen Anker 4 auf, dessen eine Position δ abhängig von dem erzeugten Magnetfeld veränderbar ist . Der elektromag ¬ netische Aktor 3 ist beispielsweise in einem Magnetventil zur Betätigung des Ventilelementes zur Regulierung einer Gas- oder Flüssigkeits zufuhr oder dergleichen, eingesetzt .

Die Steuer- und Auswertungseinheit 5 und der elektromagneti ¬ sche Aktor 3 sind beabstandet - also räumlich getrennt

zueinander angeordnet, wobei durch die Steuer- und

Auswertungseinheit 5 der elektromagnetische Aktor 3 mittels elektrischer AnSteuergrößen, nämlich eines Stroms I und einer Spannung U, angesteuert ist . Der Erregerkreis 8 wird aus mindestens einer elektrischen Leitung 7 gebildet , die die elektrischen AnSteuergrößen überträgt und durch die der Anker 4 in eine Bewegung bzw . Ausdehnung zu einer Position δ

überführt ist . Eine entsprechende Bewegung oder Ausdehnung ist mit dem Pfeil symbolisiert .

Wie in Figur 2 dargestellt ist , erfasst die Steuer- und

Auswertungseinheit 5 den Strom i (t) und die Spannung u (t ) zeitaufgelöst, wobei die zeitliche Auflösung ausreichend hoch gewählt ist , um das Verstellen des Ankers 4 des

elektromagnetischen Aktors 3 hinreichend aufzulösen .

Zur modellbasierten Bestimmung und Auswertung der

Funktions zustände des elektromagnetischen Aktors 3 werden im Erregerkreis 8 des Magnetfelds eine Stromstärke i (t ) und eine Spannung u (t ) in Abhängigkeit von der Zeit t gemessen . Bei einem bekannten elektrischen Widerstand R wird aus den

gemessenen Größen für die Stromstärke i (t ) und der Spannung u (t ) mittels der Gleichung

άΨ

u(t) = i(t) x R +— der verkettete magnetische Fluss Ψ (i, δ) ermittelt , welcher von der Stromstärke I und der Position δ des Ankers 4 abhängig ist .

Zur Bestimmung des verketteten magnetischen Flusses Ψ in

Abhängigkeit von der Stromstärke I und der Position δ ist die Spannung u(t) und der Strom i (t) im Erregerkreis 8 des

Magnetfelds mittels einer geeigneten MessVorrichtung in der Steuer- und Auswertungseinheit 5 erfasst .

Die erfassten Messdaten oder Messreihen u (t ) und i (t) werden anschließend nach der oben genannten Gleichung mittels einer geeigneten numerischen Methode integriert , um den verketteten magnetischen Fluss Ψ zu berechnen .

Analog zu der Erfassung und Berechnung des verketteten magne ¬ tischen Flusses Ψ des elektromagnetischen Aktors 3 im fortlau- fenden Betrieb ist eine Referenzkennlinie Kl in einer

Kalibration bestimmt , welche den verketteten magnetischen Fluss Ψ in einer bekannten, bzw . standardisierten Umgebung in Abhängigkeit von dem Strom I im Erregerkreis und der Position des Ankers 4 beschreibt. Eine solche Referenzkennlinie Kl ist Figur 4 zu entnehmen .

Bei der Kalibration werden ein oder mehrere funktionsfähige gattungs- und/oder chargenspezifische elektromagnetische

Aktoren 3 ausgewählt und vermessen, um eine Chargen- und/oder gattungstypische magnetische Referenzkennlinie Kl zu

ermitteln .

Darüber hinaus sind während der Kalibration weitere Modellpa ¬ rameter wie beispielsweise Wirbelströme, Erwärmung, Reibung und Gegenkräfte für ein mathematisches Modell 11 bestimmt . Das mathematische Modell 11 wird mit einem SimulationsSystem wie beispielsweise MATLAB-Simulink erstellt und in der Steuer- und Auswertungseinheit 5 der jeweiligen Vorrichtung 1 hinterlegt . Die Referenzkennlinie Kl wird als tabellarische Funktioneft auf einem Speichermedium 10 in der Steuer- und Auswertungseinheit 5 gespeichert und dient neben der gemessenen Stromstärke i (t ) und der Spannung u(t) als Eingangsgrößen für das mathematische Modell 11 , anhand welchem die modellierte Kennlinien

Kl 'berechnet wird .

Das mathematische Modell 11 umfasst mindestens eine Hysterese ¬ modellierung Ml . Weiterhin kann das mathematische Modell 11 eine WirbelStrommodellierung M2 , eine Reibmodellierung M3 , eine Federmodellierung M4 , ein Impulserhaltungsmodell M5 und/oder ein hydrodynamisches Modell M6 beinhalten, um bei ¬ spielsweise den elektromagnetischen Aktor 3 eines Magnetven ¬ tils bestmöglich nachzubilden . Modulartig kann das mathemati ¬ sche Modell 11 an das Einsatzgebiet des elektromagnetischen Aktors 3 angepasst werden, so dass das mathematische Modell 11 unterschiedliche Module und Ausbaustufen je nach Art der gewünschten und zu regelnden Größe und des zu erfassenden Funktions zustandes besitzt . Ein Netzwerk mit eigenen konstanten und veränderlichen

Parametern beschreibt in dem Modell 11 die einzelnen

Modellierungen M, um beim Betrieb des elektromagnetischen Aktors 3 dessen Verhalten realitätsnah abzubilden und anhand der modellierten Kennlinie Kl Λ die Betriebsgröße zu erfassen . Die modellierte Kennlinien Kl λ entspricht einer Angleichung der bei der Kalibration gewonnen Referenzkennlinie Kl an die realen Umgebungsbedingungen .

Beim Betrieb des elektromagnetischen Aktors 3 sind die Funkti- onszustände in der Steuer- und Auswertungseinheit 5 zeitgleich berechnet . Die Funktions zustände umfassen die Position δ, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Ankers 4. In der Terminologie der Regelungstechnik ist die Steuer und Auswer ¬ tungseinheit 5 somit ein „Beobachter" . Neben den Funktions- zuständen können Fehlerzustände durch einen Vergleich der gemessenen Größen mit den durch die modellierte Kennlinie Kl λ , vorgegebene« Soll-Größen erfasst werden . Fehlerzustände können beispielsweise ein nicht ordnungsgemäßes Erreichen der

Position, sowie das Verklemmen in einer Position sein .

Insbesondere die zeitgleiche bzw . in Echt zeit erfolgende

Berechnung der Funktions zustände ermöglicht eine Positions-, Kraft- und Geschwindigkeitsregelung des Ankers 4 und somit die Ermittlung der dynamischen Kennwerte des Ankers 4 zu jedem Zeitpunkt der Bewegung . Ein derart geregelter und kontrol ¬ lierter Anker 4 kann beispielsweise vor dem Erreichen einer Endposition abgebremst werden, um ein schlagartiges Abbremsen bei Auftreffen auf einen Anschlag zu mindern . Durch die aktive Regelung des Ankers 4 können Kollisionsgeräusche und der

Verschleiß der betroffenen Bauteile reduziert werden . Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist Figur 3 zu entnehmen, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugs zeichen wie im ersten

Aus führungsbei spiel bezeichnet sind .

Die Vorrichtung 1 gemäß Figur 3 umfasst ferner einen Tempera ¬ turfühler 9 durch den die Temperatur T des elektromagnetischen Aktors 3 erfasst ist . Durch den Temperaturfühler 9 und die kontinuierliche Erfassung der Temperatur i9(t) , kann der Tempera- tureinfluss in dem mathematischen Modell 11 berücksichtigt werden . So ist beispielsweise die Viskosität des den Anker 4 umgebenden Mediums stark temperaturabhängig . Die Temperatur muss hierzu nicht zwingend direkt an dem elektromagnetischen Aktor 3 erfasst werden . Die Baugröße des elektromagnetischen Aktors 3 ist somit klein gehalten .

Als Eingangsgrößen des mathematischen Modells 11 sind gemäß dieses Aus führungsbeispiel s der Strom i (t) , die Spannung u (t ) , die Temperatur $(t) und die Referenzkennlinie Kl vorgesehen .

Der Figur 4 ist eine vereinfachte Referenzkennlinie Kl zu entnehmen, sowie die mittels des mathematischen Modells 11 berechnete erste modellierte Kennlinie Kl Λ . Die Chargen und oder gattungsspez ifische magnetische Referenzkennlinie Kl des verketteten magnetischen Flusses Ψ in Abhängigkeit von dem Strom I und der Position δ des Aktors 4 ist in Figur 4 als durchgehende Linie dargestellt , währenddessen die mittels des mathematischen Modells 11 berechnete modellierte Kennlinie Kl Λ gestrichelt dargestellt ist und das mathematische Modell 11 einen Nullpunktversat z der ersten Kennlinie berücksichtigt . Der Verlauf der magnetischen Referenzkennlinie Kl und der modellierten Kennlinie Kl Λ entspricht dabei dem Verlauf des elektromagnetischen Aktors, wobei der Anker 4 von einer ersten

Position 51 zu einer zweiten Position 52 bewegt ist .

Die Referenzkennlinie Kl bzw . die modellierte Kennlinie Kl λ des verketteten magnetischen Flusses kann dabei in vier Ab ¬ schnitte AI , A2, A3 und A4 unterteilt werden, wobei der erste Abschnitt AI der ersten Ankerposition 51 entspricht, der Ab ¬ schnitt A2 einem Anzugvorgang des Ankers 4 zwischen der ersten Position 51 und der zweiten Position 52 , der dritte Abschnitt der zweiten Position 52 und der vierte Abschnitt A4 einem Ab ¬ fallvorgang des Ankers 4 , bei dem der Anker 4 zurück von der zweiten Position 52 zu der ersten Position 51 wechselt .

Der zweite Abschnitt A2 und der vierte Abschnitt A4 stellen beispielsweise bei einem mit einem elektromagnetischen Aktor 3 betriebenen Magnetventil das Öffnen und Schließen des Ventils dar . Im Abschnitt AI ist das Ventil verschlossen, und im

Abschnitt A3 geöffnet, wobei der AbfallVorgang typischerweise durch eine Rückstellfeder bewirkt ist .

Durch einen Vergleich der gemessenen Größen mit der

modellierten Kennlinie Kl Λ kann einerseits die Position des Ankers 4 eindeutig bestimmt werden, andererseits können beispielsweise Fehlerzustände eindeutig bestimmt werden .

Somit kann erfindungsgemäß ein Verfahren zur modellbasierten Bestimmung und Auswertung von Funktions zuständen eines sensor ¬ losen elektromagnetischen Aktors 3 sowie eine Vorrichtung 1 mit einem solchen sensorlosen elektromagnetischen Aktor 3 zur Verfügung gestellt werden, welche eine Positionserkennung und -regelung, eine Kraftregelung des Ankers , eine Geschwindig- keitsmessung und -regelung des Ankers 4 ermöglichen, sowie ei ¬ ne Hysteresekompensation, ein Condition Monitoring, eine

Geräuschreduzierung und eine Verschleißkontrolle . Bezugszeichenliste 1 Vorrichtung

3 elektromagnetischer Aktor

4 Anker

5 Steuer- und Auswertungseinheit

7 Leitung

8 Erregerkreis

9 Temperaturfühler

10 Speicher

11 mathematisches Modell Ψ verketteter magnetischer Fluss

I Strom

U Spannung

T Temperatur

i (t ) Strom (in Abhängigkeit von der Zeit) u (t ) Spannung (in Abhängigkeit von der Zeit ) d(t) Temperatur (in Abhängigkeit von der Zeit ] δ Position