Eckel, M. (2020). Entwicklung einer Kaskadenregelung zur Positionsregelung von Gleichstrommotoren im Automobilbereich [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2020.77403
position control; automotive electronics; throttle valve
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Abstract:
Bei der Entwicklung von Motorsteuergeraten fur Verbrennungskraftmaschinen müssen die unterschiedlichen Einsatzgebiete der Fahrzeuge und die daraus resultierenden Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Diese Vielfalt stellt sowohl an die Hardware als auch an die Software immer wieder neue Anforderungen. Vor allem die Komplexität der Software steigt daher mehr und mehr an. So müssen zum Beispiel Alterungseffekte der Komponenten, welche fur den Antrieb eines Fahrzeuges benötigt werden, ausgeglichen werden können. Nicht nur Hardwareschutz und Stabilität sind ein wichtiger Aspekt bei der Softwareentwicklung, auch das Haushalten mit den begrenzten Ressourcen des Steuergerätes wie Laufzeit oder Speicherkapazität spielen eine entscheidende Rolle. Im Zuge dieser Arbeit wurde die Regelung der elektronischen Drosselklappe um einen Stromregelkreis als innere Kaskade der Lageregelung erweitert. Durch die Messung des Stromes soll auf Schwankungen der Regelparameter besser reagiert werden können. Dieses Konzept soll unter den Gesichtspunkten von Aufwand zum Nutzen mit bereits bestehenden Regelungskonzepten wie der Lageregelung als PID-Regler alleine, einer Temperaturkompensation der erwähnten PID Regelung und einer selbstadaptierenden Regelung fur H-Brücken gespeisten DC-Motoren untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich durch die Anforderungen des Stromregelkreises an die Dynamik der Berechnung vor allem die Laufzeit erheblich ansteigt. Der wesentliche Anteilentfallt auf die Messung des Iststroms und nicht auf die neu eingeführte Kaskade. Auch anhand von Gütekriterien fur die Regelungskenngrößen ist kein Vorteil durch die Regelung des Stroms zu erzielen. Die Stromregelung stellt somit keine sinnvolle Erweiterung fur die Lageregelung der elektronischen Drosselklappe dar; auch unter dem Gesichtspunkt der Anpassungsfähigkeit für Parameterschwankungen ist kein Vorteil nachzuweisen. Fur andere Steller, die mit dem Motorsteuergerat gesteuert werden, ist jedoch eine neue Bewertung aufgrund unterschiedlicher Rahmenbedingungen durchzufuhren.
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When developing engine control units for combustion engines, different areas of application of vehicles and the resulting environmental conditions should be taken into account. This variety leads to new demands on both the hardware and the software. Especially the complexity of the software increases more and more. For example, aging effects of the components, required to drive a vehicle, shall be covered. Not only hardware protection and stability are an important aspect in software development, also handling limited resources of the control unit such as runtime or memory capacity play a decisive role. The goal of the thesis is the extension of the control of the electrical throttle valve by a current control as an inner cascade of the position control. Impacts based on fluctuations in the control parameters shall be reduced, by measuring the current. Under the aspect of benefit-cost-analysis the concept shall be investigated with existing control concepts such as position control as PID controller, a temperature compensation of the mentioned PID-control and a self-adapting control for H-bridge fed DC motors. The results show an increase of runtime. This is based on the dynamic needs of the current control loop. The main part is accounted by the measurement of the actual current and not by the newly introduced cascade. In respect of quality criteria for the control parameters, no advantage can be obtained by controlling the current. The current control is therefore not a useful extension for the position control of the electronic throttle valve; also under the aspect of adaptability to parameter fluctuations, no advantage can be proven. For other actuators, controlled by the engine control unit, a new evaluation must be carried out due to different conditions.
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Zusammenfassung in englischer Sprache Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers