DE102019218497A1

DE102019218497A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Fördereinrichtung

Info

Publication number: DE102019218497A1
Application number: DE102019218497.9A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Spitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-02
Also published as: CN114730166A; US11942885B2; WO2021104829A1; US20220399845A1

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Fördereinrichtung (200), wobei ein Istwert für eine Pose (Pist) einer von der Fördereinrichtung (200) durch eine magnetische Kraftwirkung bewegbaren Einrichtung (100) empfangen wird, wobei abhängig vom Istwert für die Pose (Pist), abhängig von einem Sollwert für ein Moment (Tsoll) mit dem die Einrichtung (100) von der Fördereinrichtung (200) bewegt werden soll, abhängig von einem Sollwert für eine Kraft (Fsoll) mit der die Einrichtung (100) von der Fördereinrichtung (200) bewegt werden soll und abhängig von einem Modell (402) ein Sollwert (asoll) für das Ansteuern wenigstens eines Aktuators (202) der Fördereinrichtung (200) bestimmt wird, wobei das Modell (402) trainiert ist, abhängig von Istwerten für Posen der Einrichtung (100) und abhängig von Sollwerten für Momente und Sollwerten für Kräfte, mit denen die Einrichtung (100) bewegt werden soll, Sollwerte für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators (202) zu bestimmen.

Description

Stand der Technik
Magnetische Kräfte können dazu eingesetzt werden, Objekte, die mittels magnetischer Kraftwirkung beeinflussbar sind, schweben zu lassen oder zu bewegen. Fördereinrichtungen, die diese Eigenschaften benutzen, ermöglichen eine Bewegung dieser Objekte ohne mechanische Reibung. Eine Regelung derartiger Bewegungsvorgänge ist äußerst komplex und daher aufwändig. Es ist daher wünschenswert, dafür mit möglichst geringem Aufwand an Rechenleistung und Rechenzeit einen robusten Regler bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern einer Fördereinrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
Das Verfahren sieht vor, dass ein Istwert für eine Pose einer von der Fördereinrichtung durch eine magnetische Kraftwirkung bewegbaren Einrichtung empfangen wird, wobei abhängig vom Istwert für die Pose, abhängig von einem Sollwert für ein Moment mit dem die Einrichtung von der Fördereinrichtung bewegt werden soll abhängig von einem Sollwert für eine Kraft mit der die Einrichtung von der Fördereinrichtung bewegt werden soll und abhängig von einem Modell ein Sollwert für das Ansteuern wenigstens eines Aktuators der Fördereinrichtung bestimmt wird, wobei das Modell trainiert ist, abhängig von Istwerten für Posen der Einrichtung und abhängig von Sollwerten für Momente und Sollwerten für Kräfte, mit denen die Einrichtung bewegt werden soll, Sollwerte für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators zu bestimmen. Das trainierte Modell, z.B. ein künstliches neuronales Netzwerk, bildet die Istwerte für die Pose, die Sollwerte für das Moment und die Sollwerte für die Kraft effizient auf einen jeweiligen Sollwert für die Aktuatoren ab. Dadurch werden die ansonsten nur durch aufwändige Berechnungen erhältlichen Sollwerte modellbasiert schnell bestimmt.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Aktuator bezüglich der Fördereinrichtung drehbar ausgebildet, wobei der Sollwert für den wenigstens einen Aktuator einen Drehwinkel für den Aktuator bezüglich der Fördereinrichtung oder ein Inkrement für diesen Drehwinkel ausgehend von einem momentanen Drehwinkel des Aktuators charakterisiert, und wobei der wenigstens eine Aktuator abhängig vom Sollwert für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators angesteuert wird. Die Ausgangsgrößen des künstlichen neuronalen Netzwerks stellen in diesem Aspekt die Drehwinkel dar. Dadurch wird das Ergebnis der Abbildung direkt, d.h. ohne Zwischenrechnungen, für einzelne Aktuatoren verwendbar. Dies ermöglicht es, die Berechnungen besonders schnell umzusetzen.
Vorzugsweise umfasst der wenigstens eine Aktuator wenigstens einen Permanentmagneten insbesondere eine Halbach Anordnung, wodurch ein Magnetfeld zur Beeinflussung einer Bewegung der Einrichtung erzeugbar ist, wobei das Modell trainiert ist, eine Vielzahl Sollwerte für Drehwinkel verschiedener Aktuatoren zu bestimmen. Die Ausgangsgrößen des künstlichen neuronalen Netzwerks stellen in diesem Aspekt alle relevanten Drehwinkel dar. Dies ermöglicht es, die Berechnungen auf die erforderliche Anzahl der Aktuatoren zu skalieren. Dadurch wird das Modell für unterschiedliche Fördereinrichtungen mit unterschiedlichen Aktuatoren flexibel einsetzbar.
Vorzugsweise ist ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung durch eine Überlagerung von Magnetfeldern einer Vielzahl der wenigstens einen Permanentmagneten verschiedener Aktuatoren mit Magnetfeldern von wenigstens einem Elektromagnet oder Permanentmagnet an der Einrichtung erzeugbar, wobei das Modell trainiert ist, die Vielzahl der Sollwerte für die Drehwinkel der verschiedenen Aktuatoren derart zu bestimmen, dass das Magnetfeld die Einrichtung im Wesentlichen mit dem vom Sollwert für das Moment vorgegebenen Moment und der vom Sollwert für die Kraft vorgegebenen Kraft bewegt. Das Magnetfeld wird durch die Abbildung der Sollwerte mit dem künstlichen neuronalen Netzwerk direkt beeinflusst. Dies reduziert den Rechenaufwand signifikant und ermöglicht kürzere Regelzyklen.
In einem anderen Aspekt umfasst der wenigstens eine Aktuator ein elektromagnetisches Element, durch das ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung erzeugbar ist, wobei das das Modell trainiert ist, eine Vielzahl Sollwerte für verschiedene Aktuatoren zu bestimmen. Wenn der Aktuator kein Permanentmagnet, sondern beispielsweise eine Spule ist, wird diese nicht rotiert, sondern mit einem Strom bestromt, der durch Sollwert vorgegeben wird.
In diesem Aspekt ist ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung durch eine Überlagerung von Magnetfeldern einer Vielzahl der elektromagnetischen Elemente verschiedener Aktuatoren mit einem Magnetfeld von wenigstens einem Elektromagnet oder Permanentmagnet an der Einrichtung erzeugbar, wobei das Modell trainiert ist, die Vielzahl der Sollwerte für die verschiedenen Aktuatoren derart zu bestimmen, dass das Magnetfeld die Einrichtung im Wesentlichen mit dem vom Sollwert für das Moment vorgegebenen Moment und der vom Sollwert für die Kraft vorgegebenen Kraft bewegt.
Vorzugsweise wird abhängig von dem Istwert für die Pose eine Mehrzahl von Aktuatoren einer Gruppe von Aktuatoren zugeordnet, wobei das Magnetfeld zur Beeinflussung einer Bewegung der Einrichtung nur durch die Gruppe von Aktuatoren erzeugt wird. Dadurch kann das künstliche neuronale Netzwerk entsprechend einer Anzahl Aktuatoren in der Gruppe kleiner dimensioniert werden. Dies reduziert den Rechenaufwand signifikant und ermöglicht kürzere Regelzyklen.
Vorzugsweise wird eine Regelabweichung für einen Regler abhängig vom Istwert für die Pose und einem Sollwert für die Pose bestimmt, wobei der Regler den Sollwert für das Moment und den Sollwert für die Kraft abhängig von der Regelabweichung bestimmt. Der Regler kann ein PID Regler sein, mit dem die Regelung der Pose nach einer Solltrajektorie einfach möglich ist. Die demgegenüber komplexe Ansteuerung der Aktuatoren für die Bewegung der Einrichtung entlang der Solltrajektorie wird in diesem Fall vom künstlichen neuronalen Netzwerk besonders effizient umgesetzt.
Vorzugsweise ist der Regler ein Zustandsregler, insbesondere ein LQ-Regler, wobei eine Trajektorie für Sollwerte für die Pose vorgegeben wird und wobei der Sollwert für das Moment und der Sollwert für die Kraft abhängig von der Trajektorie bestimmt werden.
Vorzugsweise wird abhängig von einer auf die Einrichtung wirkenden Schwerkraft ein Vorsteuerwert für den Sollwert für das Moment und/oder den Sollwert für die Kraft bestimmt, der die Schwerkraft zumindest teilweise kompensiert.
Für ein Training des Modells kann abhängig vom Sollwert für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators der Fördereinrichtung und abhängig von einem insbesondere stochastischen oder deterministischen Vorwärtsmodell der Fördereinrichtung und der Einrichtung ein modellierter Wert für das Moment und ein modellierter Wert für die Kraft bestimmt werden, wobei abhängig vom modellierten Wert für das Moment, vom modellierten Wert für die Kraft, von einem gewünschten Wert für das Moment und von einem gewünschten Wert für die Kraft wenigstens ein Parameter des Modells bestimmt wird. Das Vorwärtsmodell kann im Training sehr komplex und sehr Rechenzeitaufwändig oder sehr Rechenleistungsaufwändig gestaltet werden. Insbesondere kann ein sehr genaues Vorwärtsmodell eingesetzt werden. Dadurch kann das so trainierte Modell eine besonders präzise Abbildung vornehmen, die die Regelgüte insgesamt signifikant verbessert.
Vorzugsweise werden eine Vielzahl Tupel umfassend eine Pose, einen gewünschten Wert für das Moment und einen gewünschten Wert für die Kraft bereitgestellt, wobei der wenigstens eine Parameter des Modells abhängig von der Vielzahl Tupel in einem Gradientenabstiegsverfahren bestimmt wird
Eine entsprechende Vorrichtung umfasst wenigstens eine Recheneinrichtung und wenigstens einen Speicher für ein Modell und einen Regler, die ausgebildet sind, das Verfahren auszuführen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung in einer Draufsicht,
2 eine schematische Darstellung einer Fördereinrichtung in einer Draufsicht,
3 eine schematische Darstellung der Einrichtung und der Fördereinrichtung in einer Seitenansicht,
4 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Ansteuerung der Fördereinrichtung mit einer Trainingseinrichtung,
5 eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Ansteuerung der Fördereinrichtung ohne Trainingseinrichtung,
6a eine schematische Ansicht von Aspekten einer Ansteuerung einer ersten Gruppe von Aktuatoren der Fördereinrichtung,
6b eine schematische Ansicht von Aspekten einer Ansteuerung einer zweiten Gruppe von Aktuatoren der Fördereinrichtung,
7 Schritte in einem Verfahren zur Ansteuerung der Fördereinrichtung,
8 Schritte in einem Verfahren zur Ansteuerung einer Gruppe von Aktuatoren der Fördereinrichtung,
9 Schritte in einem Verfahren zum Training für die Ansteuerung der Fördereinrichtung.

1 stellt schematisch eine Einrichtung 100 in einer Draufsicht. Die Einrichtung 100 weist im Beispiel eine Aufnahme 102 zum Transport von Gegenständen auf. Die Aufnahme 102 kann als Fläche, Wanne oder Gitter ausgebildet sein. Die Einrichtung 100 ist im Beispiel dazu ausgebildet, einen oder mehrere Gegenstände in einer Bewegungsrichtung 104 der Einrichtung 100 zu bewegen.
In 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem mit x-Achse, y-Achse und z-Achse dargestellt. Eine Position der Einrichtung 100 wird im Beispiel mit Bezug auf einen Ursprung des kartesischen Koordinatensystems angegeben. Im Beispiel wird als Position der Einrichtung 100 eine Position eines Punktes 106 definiert, der im Beispiel im Zentrum eine als Fläche ausgebildeten Aufnahme 102 liegt. Andere Definitionen der Position, beispielsweise basierend auf Polar- oder Zylinderkoordinaten sind ebenfalls möglich. Der Punkt 106 kann an anderer Stelle der Einrichtung 100 angeordnet sein. Die Einrichtung 100 ist im Beispiel bezüglich dieses Koordinatensystems beweglich.
Eine Pose der Einrichtung 100 wird im Beispiel durch die Position, einen Wankwinkel ϕ um die x-Achse, einen Nickwinkel θ um die y-Achse und einen Gierwinkel Ψ um die z-Achse definiert. Es kann vorgesehen sein, dass ein bezüglich der Einrichtung 100 ortsfestes kartesisches Koordinatensystem definiert ist, wobei der Wankwinkel ̇ϕ um eine x-Achse, der einen Nickwinkel θ um eine y-Achse und der Gierwinkel Ψ um eine z-Achse dieses ortsfesten kartesischen Koordinatensystems definiert sind.
Die Einrichtung 100 umfasst wenigstens ein Triebelement 110. Das Triebelement 110 umfasst im Beispiel einen Permanentmagnet. Statt einem Permanentmagnet kann auch eine Magnetspule vorgesehen sein.
Das wenigstens eine Triebelement 110 ist im Beispiel als Permanentmagnet ausgebildet. Optional kann wenigstens eine Magnetspule anstelle oder zusätzlich zum Permanentmagnet als Triebelement 110 vorgesehen sein. In diesem Fall kann eine Steuereinrichtung 112 vorgesehen sein, die in diesem Aspekt ausgebildet ist, das wenigstens eine Triebelement 110 für eine Bewegung der Einrichtung 100 anzusteuern. Elektrische Leitungen für die Ansteuerung verbinden die Steuereinrichtung 112 mit dem wenigstens einen Triebelement 110. Diese sind in 1 nicht dargestellt.
Die Einrichtung 100 kann einen Energiespeicher 114 umfassen, der ausgebildet ist, die Steuereinrichtung 112und das wenigstens eine Triebelement 110 mit elektrischer Energie zu versorgen. Elektrische Leitungen für die Energieversorgung verbinden den Energiespeicher 114 mit der Steuereinrichtung 112 und dem wenigstens einen Triebelement 110. Diese sind in 1 nicht dargestellt. Der Energiespeicher 114 ist im Beispiel eine Batterie. Anstelle einer Batterie kann auch ein Kondensator vorgesehen sein. Anstelle des Energiespeichers 114 kann auch ein Stromabnehmer zur permanenten Energieversorgung der Einrichtung 100 vorgesehen sein.
Im Beispiel umfasst die Einrichtung 100 eine Mehrzahl Triebelemente 110, die in einer in 1 in der Draufsicht schematisch dargestellten, matrixförmige Anordnung angeordnet sind. Im Beispiel sind zwei Reihen mit je 13 Permanentmagneten vorgesehen, die sich in x-Richtung erstrecken und in y-Richtung Spalten bilden, d.h. insgesamt sind 26 Permanentmagnete vorgesehen.
Sofern die Einrichtung 100 sich bezüglich des Koordinatensystems bewegt, ändert sich die Pose, d.h. die matrixförmige Anordnung der Triebelemente 110 bewegt sich im Koordinatensystem und kann sich drehen, kann wanken, nicken und/oder gieren.
In 2 ist eine Draufsicht einer Fördereinrichtung 200 schematisch dargestellt. In 2 ist das kartesische Koordinatensystem dargestellt. Die Fördereinrichtung 200 ist bezüglich des kartesischen Koordinatensystems ortsfest. Die Fördereinrichtung 200 umfasst eine Vielzahl Aktuatoren 202. Im Beispiel sind die Aktuatoren in der Draufsicht gesehen matrixförmig in Reihen angeordnet, die sich in x-Richtung erstrecken und in y-Richtung Spalten bilden. Im Beispiel umfasst jeder der Aktuatoren 202 wenigstens einen Permanentmagneten. Im Beispiel ist eine Halbach Anordnung oder ein Halbach Element vorgesehen. Die Halbach Anordnung umfasst im Beispiel drei Permanentmagnete unterschiedlicher magnetischer Ausrichtung. Im Beispiel sind die drei Permanentmagnete in einer Reihe angeordnet. Eines der äußeren Permanentmagnetelemente ist im Beispiel so orientiert, dass der magnetische Nordpol in negative z-Richtung zeigt. Dies ist in 2 mit einem Kreis gekennzeichnet. Das andere der äußeren Permanentmagnetelemente ist im Beispiel so orientiert, dass der magnetische Nordpol in positive z-Richtung zeigt. Dies ist in 2 mit einem Punkt gekennzeichnet. Ein zwischen den beiden äußeren Permanentmagneten angeordnetes mittleres Magnetelement ist derart orientiert, dass sein Nordpol zum in positiver z-Richtung weisenden Element hinzeigt. Eine andere magnetische Orientierung ist ebenfalls möglich. Es ist auch möglich, statt der Permanentmagnete Elektromagnete vorzusehen.
Im Beispiel umfasst die Fördereinrichtung 200 wenigstens eine Empfangseinrichtungen 204, die in einer in 1 in der Draufsicht schematisch dargestellt ist. Die wenigstens eine Empfangseinrichtung 204 ist im Beispiel ausgebildet, Information über eine Pose der Einrichtung 100 zu empfangen. Die Empfangseinrichtung 204 ist im Beispiel ausgebildet, Information über eine Position der Einrichtung 100 zu empfangen.
Jeder der Aktuatoren 202 umfasst im Beispiel einen Elektromotor, der ausgebildet ist, die Halbach Anordnung um eine Drehachse zu drehen, die parallel zur z-Achse angeordnet ist. Dadurch ist ein in Summe durch eine Überlagerung der einzelnen Magnetfelder aller Aktuatoren 202 erzeugtes Magnetfeld auf einer Förderseite 206 der Fördereinrichtung 200 gezielt beeinflussbar. Das Magnetfeld dient zum einen dazu, die Permanentmagnete der Einrichtung 100 abzustoßen, um einen Abstand von der Fördereinrichtung 200 herzustellen. Zum anderen dient das Magnetfeld dazu, die Einrichtung 100 bezüglich der Fördereinrichtung 200 zu bewegen.
Eine Ansteuereinrichtung 208 ist ausgebildet, die Aktuatoren 202 anzusteuern. Im Beispiel wird von der Ansteuereinrichtung 208 für einen Aktuator 202 ein Drehwinkel α um die Drehachse dieses Aktuators 202 eingestellt. Im Beispiel ist die Ansteuereinrichtung 208 ausgebildet, jeden der Aktuatoren 202 einzeln mit einem separaten Drehwinkel α anzusteuern. Es kann auch vorgesehen sein, Gruppen von Aktuatoren 202 mit demselben Drehwinkel gemeinsam anzusteuern.
Die Ansteuereinrichtung 208 ist ausgebildet, Sensorsignale von den Empfangseinrichtungen 204 zu empfangen.
Elektrischen Leitungen verbinden im Beispiel die Ansteuereinrichtung 208 zur Ansteuerung der Aktuatoren 202 mit den Aktuatoren 202. Elektrischen Leitungen verbinden im Beispiel die Ansteuereinrichtung 208 zur Erfassung von Sensorsignalen mit der wenigstens einen Empfangseinrichtung 204.
Im Beispiel sind von rechts betrachtet, die ersten drei Spalten von Aktuatoren 202 parallel zur x-Richtung ausgerichtet. Dies entspricht im Beispiel einem jeweiligen Drehwinkel α=0°. Die links daran anschließenden zwei Spalten von Aktuatoren 202 sind in diesem Beispiel um 90° im den Uhrzeigersinn gedreht. Dies entspricht im Beispiel einem jeweiligen Drehwinkel α=+90°. Die links daran anschließende Spalte von Aktuatoren 202 ist in diesem Beispiel um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Dies entspricht im Beispiel einem jeweiligen Drehwinkel α=-90°. Die links daran anschließenden Aktuatoren 202 sind in diesem Beispiel wie die ersten drei Spalten ausgerichtet. Im Beispiel bedeutet dies einen jeweiligen Drehwinkel α=0°.
Die Einrichtung 100 oder ein Sensorsystem ist im Beispiel ausgebildet, eine momentane Pose der Einrichtung 100 an die wenigstens eine Empfangseinrichtung 204 zu senden. Die Einrichtung 100 oder das Sensorsystem ist im Beispiel ausgebildet, eine momentane Position der Einrichtung 100 an die wenigstens eine Empfangseinrichtung 204 zu senden. Wie die Pose oder die Position der Einrichtung 100 im kartesischen Koordinatensystem bestimmt wird, ist für die Ansteuerung unerheblich. Die Pose oder die Position wird im Betrieb der Fördereinrichtung 200 beispielsweise andauernd z.B. zyklisch oder in unregelmäßigen Zeitabständen von der Empfangseinrichtung 204 empfangen. Eine Bestimmung der Pose und/oder eine Positionsbestimmung wird im Betrieb der Fördereinrichtung 200 wiederholt durchgeführt.
Die Ansteuereinrichtung 208 kann auch ausgebildet sein, Information über die Pose mit der Empfangseinrichtung 204 zu empfangen und daraus die Pose zu bestimmen. Eine Information über die Pose der Einrichtung 100 kann auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Für den Betrieb der Ansteuereinrichtung 208 ist es unerheblich, wie der Istwert für die Pose bestimmt wird. Beispielsweise kann ein Sensor oder eine Kamera basiertes System zur Bestimmung der Pose vorgesehen sein. Die Positionsbestimmung kann abhängig von Information über eine Position erfolgen, die an der Empfangseinrichtung 204 empfangen wird.
Es kann vorgesehen sein, abhängig von einer letzten bekannten Pose der Einrichtung 100 nur die Aktuatoren 202 anzusteuern, die in Kenntnis der Geometrie der Einrichtung 100 und der Fördereinrichtung 200 einen signifikanten Beitrag zur Bewegung der Einrichtung 100 leisten können. Dies reduziert die Datenmenge erheblich.
In 3 ist die Fördereinrichtung 200 und die Einrichtung 100 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Bezugszeichen für Elemente die bereits in 1 und 2 beschrieben sind, sind in 3 beibehalten. In der Halbach Anordnung geben die Pfeilspitzen die Lage des magnetischen Nordpols des jeweiligen Permanentmagneten an.
Die Einrichtung 100 befindet sich in der in 3 dargestellten Ansicht in einem Abstand von der Fördereinrichtung 200. Der Abstand wird im Beispiel durch die Überlagerten Magnetfelder der Permanentmagnete erzeugt. Der Abstand ist in 3 gleichmäßig dargestellt. Aufgrund von Nick- und/oder Wankbewegungen kann insbesondre auch mit Gierbewegungen ein ungleichmäßiger Abstand einzelner Bereiche der Einrichtung 100 von der Fördereinrichtung 200 auftreten. Eine Regelung oder Steuerung einer Bewegung sowie des Abstands der Einrichtung 100 bezüglich der Fördereinrichtung 200 wird im Folgenden beschrieben.
In 4 ist eine Vorrichtung 400 zum Ansteuern der Fördereinrichtung 200 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 400 umfasst ein Modell 402 und einen Regler 404. Die Vorrichtung 400 umfasst optional ein Vorwärtsmodell 406, eine Datenbank 408 und eine Trainingseinrichtung 410 für ein Training des Modells 402. Die Vorrichtung 400 umfasst wenigstens einen Speicher 412 für das Modell 402 und wenigstens eine Recheneinrichtung 414. Die Recheneinrichtung 414 und der Speicher 412 sind im Beispiel ausgebildet, die im Folgenden beschriebenen Verfahren auszuführen.
In der Datenbank 408 ist für ein Training des Modells 202 Information über eine Vielzahl von Istwerten für die Pose gespeichert. Im Beispiel bezeichnet Pist einen Istwert einer Pose und Psoll einen Sollwert für eine Pose.
Der Regler 404 ist ausgebildet, abhängig von einem Istwert einer Pose Pist und einem Sollwert einer Pose Psoll eine Regelabweichung e zu bestimmen, und abhängig von der Regelabweichung e einen Sollwert für ein Moment Tsoll und ein Sollwert für eine Kraft Fsoll zu bestimmen, mit der die Einrichtung 100 von der Fördereinrichtung 200 bewegt werden soll.
Der Regler 404 kann ein Zustandsregler beispielsweise ein LQ-Regler sein, der ausgebildet ist, den Sollwert für das Moment Tsoll und den Sollwert für die Kraft Fsoll abhängig von einer vorgebbaren Trajektorie zu bestimmen. Der Regler 404 kann ausgebildet sein, abhängig von einer auf die Einrichtung 100 wirkenden Schwerkraft ein Vorsteuerwert für den Sollwert für das Moment Tsoll und/oder den Sollwert für die Kraft Fsoll zu bestimmen, der die Schwerkraft zumindest teilweise kompensiert. Die Schwerkraft wird im Beispiel abhängig von einem Gewicht der Einrichtung 100 und/oder abhängig von einem Gewicht eines Objekts, das die Einrichtung 100 trägt bestimmt oder als Parameter vorgegeben. Das Gewicht kann bestimmt werden oder als Parameter vorgegeben sein.
Im Beispiel sind die Posen Vektoren mit Elementen für x, y, z, ϕ, θ, Ψ und die Regelabweichung e ein Vektor mit Elementen für entsprechende Differenzen der einzelnen Elemente. Im Beispiel umfasst der Regler 404 einen ersten PID-Regler, der den Sollwert für die Kraft Fsoll abhängig von den Elementen der Regelabweichung e bestimmt, die die Regelabweichung bezüglich der Position x, y, z angeben. Im Beispiel umfasst der Regler 404 einen zweiten PID-Regler, der den Sollwert für das Moment Tsoll abhängig von den Elementen der Regelabweichung e bestimmt, die die Regelabweichung bezüglich der Winkel ϕ, θ, Ψ angeben. Die PID-Regler sind Regler mit einem proportionalen, einen integrierenden und einem differenzierenden Anteil. Es können auch andere deterministische Regler eingesetzt werden.
Es kann ein optionales Filter 416 vorgesehen sein, das die Istwerte der Pose Pist vor dem Modell 402 oder als Teil des Modells 402 filtern. Für ein Training wird vorzugsweise kein Filter 416 verwendet.
Das Modell 402 ist ausgebildet, abhängig vom Istwert für die Pose Pist, vom Sollwert für das Moment Tsoll und vom Sollwert für die Kraft Fsoll einen Sollwert asoll für das Ansteuern wenigstens eines Aktuators 202 der Fördereinrichtung 200 zu bestimmen. Das Modell 402 ist in einem Aspekt bereits trainiert, abhängig von Sollwerten für Posen, Sollwerten für Momente und Sollwerten für Kräfte Sollwerte für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators 202 zu bestimmen. Weitere Eingangsgrößen für das Modell 402 können historische Daten von Posen oder Istwerte des wenigstens einen Aktuators 202 umfassen. Das Modell 402 ist in einem anderen Aspekt ausgebildet, mit der Trainingseinrichtung 410 abhängig von Sollwerten für Posen, Sollwerten für Momente und Sollwerten für Kräfte Sollwerte für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators 202 trainiert zu werden. Die Trainingseinrichtung 410 ist ausgebildet, wenigstens einen Parameter W für das Modell 402 zu bestimmen. Im Beispiel ist die Trainingseinrichtung 410 ausgebildet, eine Vielzahl Parameter W zu bestimmen. Die Trainingseinrichtung 410 ist im Beispiel ausgebildet, die Parameter W abhängig von einer Kostenfunktion zu bestimmen, die abhängig von einer Differenz zwischen einem gewünschten Wert für die Kraft Fdes und einem modellierten Wert für die Kraft F einerseits und einer Differenz zwischen einem gewünschten Wert für das Moment Tdes und einem modellierten Wert für das Moment T andererseits definiert ist, beispielsweise basierend auf L1 Normen. $l_{1} = ‖ F d e s - F ‖ + ‖ T d e s - T ‖$
Im Beispiel ist die Trainingseinrichtung 410 dazu ausgebildet, für eine Vielzahl von einander zugeordneten gewünschter Werte und Istwerte eine Vielzahl der Differenzen zu bestimmen und ein Gradientenabstiegsverfahren auszuführen, mit dem Parameter W bestimmt werden, die diese Differenzen minimieren.
In 5 ist ein Aspekt der Vorrichtung 400 zur Ansteuerung der Fördereinrichtung 200 dargestellt. In diesem Aspekt umfasst die Vorrichtung 400 den Regler 404, optional das Filter 416, den Speicher 412 für das Modell 402 und die Recheneinrichtung 414. Das Modell 402 ist in diesem Aspekt bereits trainiert. Dadurch ist die Anforderung an die Rechenleistung der Recheneinrichtung 414, die für diese Vorrichtung 400 einsetzbar ist, geringer als die Anforderung an eine Recheneinrichtung 414, die in einem Trainingsverfahren mit der Trainingseinrichtung 410 und dem Vorwärtsmodell 406 rechnet.
Es ist vorteilhaft, wenn das Trainingsverfahren zum Training des Modells 402 mit dem Vorwärtsmodell 406 insbesondere zum Bestimmen der modellierten Werte und der Trainingseinrichtung 410 durchgeführt wird und anschließend das so trainierte Modell 402 ohne die Trainingseinrichtung 410 und ohne das Vorwärtsmodell 406 eingesetzt wird, um die Fördereinrichtung 200 anzusteuern.
Das Vorwärtsmodell 406 wird im Training dazu verwendet mit einem Nullraum bei der Regelung von 6 Freiheitsgraden mit im Beispiel 36 Aktuatoren umzugehen.
Anstelle eines überwachten Lernens in dem das Modell 402 lernt für jeden Aktuator einen Sollwert asoll für Drehwinkel α zu bestimmen, der möglichst gut mit einem Referenzwert für den Sollwert asoll aus den Trainingsdaten übereinstimmt, wird das Modell 402 im Trainingsverfahren trainiert, einen Sollwert asoll für Drehwinkel α zu bestimmen, für die das Vorwärtsmodell 406 einen modellierten Wert für das Moment T und einen modellierten Wert für die Kraft F bestimmt, die die Kostenfunktion minimieren. Die Kostenfunktion ist abhängig vom modellierten Wert für das Moment T, dem modellierten Wert für die Kraft F, dem gewünschten Wert für das Moment Tdes und dem gewünschten Wert für die Kraft Fdes.
Es kann vorgesehen sein, dass wie in 6a und 6b schematisch dargestellt, nur eine Gruppe 602 von Aktuatoren 202 der Fördereinrichtung 200 aus den Aktuatoren 202 der Fördereinrichtung 200 ausgewählt und gemeinsam vom Modell 402 angesteuert werden. Die Vorrichtung 400 ist in diesem Fall dazu ausgebildet, die Gruppe 602 der Aktuatoren 202 abhängig von einer momentanen Position der Einrichtung 100 zu bestimmen. Das Modell 402 ist in diesem Fall ausgebildet einen Sollwert asoll nur für das Ansteuern der Aktuatoren 202 der Gruppe 602 der Fördereinrichtung 200 auszugeben.
In den 6a und 6b sind zwei unterschiedliche Positionen der Einrichtung 100 auf der Fördereinrichtung 200 dargestellt. In 6a sind erste Aktuatoren 202 einer ersten Gruppe 602 dargestellt. In 6b sind zweite Aktuatoren 202 einer zweiten Gruppe 602 dargestellt. Aufgrund einer kontinuierlichen Positionsänderung der Einrichtung 100 überlappen sich die beiden Gruppen 602. Bei der zuvor beschriebenen matrixförmigen Anordnung der Aktuatoren 202 werden die zweiten Aktuatoren 202 beispielsweise dadurch bestimmt, dass die Aktuatoren 602 der in 6a dargestellten rechten Seite der Gruppe 602 aus der ersten Gruppe 602 entfernt, die übrigen Aktuatoren 202 der zweiten Gruppe 602 zugeordnet und um eine Spalte Aktuatoren an der in 6b dargestellten linken Seite der zweiten Gruppe 602 neu hinzugefügt wird. Der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems aus 6a wird entsprechend für die 6b nach links verschoben. Der Regler 404 bestimmt durch die Verschiebung des Ursprungs aufgrund der Regelabweichung e kontinuierliche Werte, da sich die Sollwerte für die Posen Psoll dadurch ebenfalls wie die Istwerte für die Posen Pist verschieben.
Das Modell 402 bestimmt in diesem Aspekt den Sollwert asoll nur für das Ansteuern der Aktuatoren 202 der ersten Gruppe 602, die für die Bewegung der Einrichtung 100 angesteuert wird. Wenn sich die Einrichtung 100 bewegt, wird statt der ersten Gruppe 602 die zweite Gruppe 202 angesteuert. Da sich die Zusammensetzung der Aktuatoren 202 der ersten Gruppe 602 von der Zusammensetzung der Aktuatoren 202 der zweiten Gruppe 602 unterscheiden, kann beim Übergang von der ersten Gruppe 602 zur zweiten Gruppe 602 eine Diskontinuität auftreten. Im Beispiel werden die Aktuatoren 202 der ersten Gruppe 602 in einer ersten Matrix angeordnet in der Indizes von Spalten und Reihen in der ersten Matrix eine Istposition des Aktuators 202 der ersten Gruppe 602 definieren. Für die zweite Gruppe 602 ist eine zweite Matrix entsprechend definiert. Im Raum sind verschiedene Aktuatoren 202 in diesem Beispiel mit einer Inter-Aktuatoren-Distanz zueinander in Spalten und Reihen matrixförmig angeordnet. Im Raum ist für die erste Gruppe 602 eine Istpose definiert. Für die zweite Gruppe 602 ist im Raum eine gegenüber der Istpose verschobene Istpose definiert. Die Diskontinuität betrifft in diesem Beispiel die Aktuatoren 202, die in der ersten Gruppe 602 und in der zweiten Gruppe 602 vertreten sind, wenn sich entweder der Index für die Spalte oder der Index für die Zeile oder beide Indizes aufgrund einer Verschiebung der Einrichtung 100 bezüglich der Fördereinrichtung 200 ändern. Im Training wird für jede Istposition eines Aktuators 202 auch jeweils eine, um genau die Inter-Aktuatoren-Distanz verschobene, Istposition mit in die Trainingsdaten gegeben wird. Die Kostenfunktion wird in diesem Fall z.B. additiv so erweitert, dass, der Aktuator 202, der physikalisch derselbe ist, dessen Matrix-Index sich durch die verschobene Position aber geändert hat, in beiden Fällen den gleichen Sollwert asoll zugeordnet bekommt, also die Differenz null beträgt.
Dies wird dadurch erreicht, dass für das Training ein Koordinatensystem für den Sollwert für die Pose Psoll und den Istwert für die Pose Pist mit einem Ursprung definiert wird. Eine Lage des Ursprungs bezüglich der Fördereinrichtung 200 wird in diesem Aspekt abhängig von einer Bewegung der Einrichtung 100 bezüglich der Fördereinrichtung 200 bestimmt. Im Beispiel wird eine räumliche Lage des Ursprungs für die erste Gruppe 602 bezüglich der Aktuatoren 202 der ersten Gruppe 602 bestimmt. Bei einem Übergang von der ersten Gruppe 602 zur zweiten Gruppe 602 wird dieselbe Lage des Ursprungs bezüglich der Aktuatoren 202 der zweiten Gruppe 602 bestimmt. Im Beispiel wird für jede der Gruppen dieselbe Lage des Ursprungs im Zentrum der zweidimensionalen Matrixanordnung der Aktuatoren 202 bestimmt, die der jeweiligen Gruppe zugeordnet sind.
Für das Training wird der Sollwert für die Pose Psoll und der Istwert für die Pose Pist bezüglich dieses Ursprungs angegeben. Das so trainierte Modell 404 ist für jede der Gruppen einsetzbar, da für den Regler 402 bei einer Änderung der Lage des Ursprungs kein Sprung des Sollwerts asoll und kein Sprung des Istwerts für die Pose Pist auftritt.
Ein beispielhaftes zusätzliches Gütemaß dafür ist durch den vom Modell 402 bestimmten Sollwerte asoll definiert, beispielsweise basierend auf L1 Normen, als $l_{2} = ‖ g (a s o l l) - f (a s o l l_v e r s c h o b e n) ‖$
wobei f(αsoll) beispielsweise durch ein Kennfeld definiert ist, das einem Sollwert asoll einen Zielwert zuordnet. Im Beispiel kann der Sollwert asoll als Vektor für die Istpose realisiert sein. Der Zielwert wird durch eine Umsortierung der Elemente des Vektors ermittelt, sodass der physikalisch selbe Aktuator 202 unter der verschobenen Istpose nach der Umsortierung für die Berechnung des Gütemaßes den selben Vektor-Index erhält. Aktuatoren 202 die nicht in beiden Gruppen vorhanden sind, werden von den Sortierungsfunktionen g und f aussortiert.
Im Training dieses Modells 402 wird beispielsweise eine Optimierung mittels der Summe aus Gütemaß l₁ und zusätzlichem Gütemaß l₂ bestimmt.
Ein Verfahren zum Ansteuern der Fördereinrichtung 200 wird im Folgenden anhand der 7 beschrieben. Dieses Verfahren ist mit der Vorrichtung 400 ausführbar, ohne dass es in der Vorrichtung 400 einer Datenbank 408, eines Vorwärtsmodells 406 und einer Trainingseinrichtung 410 bedarf. Vielmehr ist dieses Verfahren mit dem Regler 404 und dem trainierten Modell 402 alleine ausführbar.
Das Verfahren zum Ansteuern der Fördereinrichtung 200 sieht vor, dass in einem Schritt 700 ein Istwert für eine Pose Pist einer von der Fördereinrichtung 200 durch eine magnetische Kraftwirkung bewegbaren Einrichtung 100 empfangen wird. Anschließend wird ein Schritt 702 ausgeführt.
Im Schritt 702 wird die Regelabweichung e für den Regler 404 abhängig vom Istwert für die Pose Pist und einem Sollwert für die Pose Psoll bestimmt. Der Sollwert für die Pose Psoll kann beliebig vorgegeben sein. Im Beispiel wird der Sollwert für die Pose Psoll derart vorgegeben, dass die Einrichtung 100 mit gleichbleibenden Abstand von der Fördereinrichtung 200 und einem Verlauf der Fördereinrichtung 200 folgend bewegt wird. Anschließend wird ein Schritt 704 ausgeführt.
Der Regler 404 kann der Zustandsregler sein, insbesondere der LQ-Regler. In diesem Fall kann die Trajektorie für Sollwerte für die Pose Psoll vorgegeben werden
Im Schritt 704 wird abhängig vom Istwert für die Pose Pist und dem Sollwert für die Pose Psoll der Sollwert für das Moment Tsoll und der Sollwert für die Kraft Fsoll bestimmt, mit der die Einrichtung 100 von der Fördereinrichtung 200 bewegt werden soll.
Im Schritt 704 wird im Beispiel der Sollwert für das Moment Tsoll und der Sollwert für die Kraft Fsoll vom Regler 404 abhängig von der Regelabweichung e bestimmt. Anschließend wird ein Schritt 706 ausgeführt.
Wenn der Regler 404 der Zustandsregler ist, kann der Sollwert für das Moment Tsoll und der Sollwert für die Kraft Fsoll abhängig von der Trajektorie bestimmt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass abhängig von einer auf die Einrichtung 100 wirkenden Schwerkraft ein Vorsteuerwert für den Sollwert für das Moment Tsoll und/oder den Sollwert für die Kraft Fsoll bestimmt wird, der die Schwerkraft zumindest teilweise kompensiert.
Im Schritt 706 wird abhängig vom Istwert für die Pose Psoll, vom Sollwert für das Moment Tsoll und vom Sollwert für die Kraft Fsoll und abhängig vom Modell 402 ein Sollwert asoll für das Ansteuern wenigstens eines Aktuators 202 der Fördereinrichtung 200 bestimmt.
Das Modell 402 ist trainiert, abhängig von Sollwerten für Posen, Sollwerten für Momente und Sollwerten für Kräfte Sollwerte für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators 202 zu bestimmen.
Der wenigstens eine Aktuator 202 ist in einem Aspekt bezüglich der Fördereinrichtung 200 drehbar ausgebildet ist. Der Sollwert asoll für den wenigstens einen Aktuator 202 charakterisiert in diesem Aspekt ein Drehwinkel für den Aktuator 202 bezüglich der Fördereinrichtung 200. Anschließend wird ein Schritt 708 ausgeführt. Es kann auch ein Inkrement für diesen Drehwinkel ausgehend von einem momentanen Drehwinkel des Aktuators 202 vorgesehen werden.
Im Schritt 708 wird der wenigstens eine Aktuator 202 abhängig vom Sollwert asoll für das Ansteuern wenigstens eines Aktuators 202 angesteuert. Sofern nicht alle Aktuatoren 202 angesteuert werden, erzeuge die Aktuatoren 202, die nicht angesteuert werden, weiterhin dasselbe Magnetfeld. Durch eine Überlagerung der Magnetfelder der Aktuatoren 202 wird so in dem Bereich in dem sich die Einrichtung 100 befindet, eine magnetische Kraftwirkung erzeugt, die die Einrichtung 100 bewegt.
Im Beispiel umfasst der wenigstens eine Aktuator 202 eine Halbach Anordnung, durch das das Magnetfeld zur Beeinflussung der Bewegung der Einrichtung 100 erzeugbar ist. Im Beispiel ist das Modell 402 trainiert, eine Vielzahl Sollwerte asoll für Drehwinkel α verschiedener Aktuatoren 202 zu bestimmen. In den Schritten 706 und 708 ist ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung 100 durch eine Überlagerung von Magnetfeldern erzeugbar, die von der Halbach Anordnung der Vielzahl verschiedener Aktuatoren 202 erzeugbar sind. Das Modell 402 ist in diesem Beispiel trainiert, die Vielzahl der Sollwerte asoll für die Drehwinkel α der verschiedenen Aktuatoren 202 derart zu bestimmen 706, dass das Magnetfeld die Einrichtung 100 im Wesentlichen mit dem vom Sollwert für das Moment Tsoll vorgegebenen Moment und der vom Sollwert für die Kraft Fsoll vorgegebenen Kraft bewegt. Da hierzu kein Vorwärtsmodell bestimmt werden muss, ist diese Vorgehensweise sehr effizient und erfordert daher gegenüber der Verwendung eines Vorwärtsmodells signifikant weniger Rechenleistung und/oder Rechenzeit.
Die Schritte 700 bis 708 werden im Beispiel in dieser Reihenfolge für eine Folge von Sollwerten Psoll für die Pose wiederholt durchgeführt. Dadurch wird die Einrichtung 100 mit der Fördereinrichtung 200 bewegt. Anschließend endet das Verfahren.
Die Schritt 700 bis 708 wurden für Aktuatoren 202 beschrieben, die Permanentmagnete umfassen. Für Aktuatoren 202, die ein elektromagnetisches Element umfassen wird entsprechend verfahren, um ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung 100 zu erzeugen. Das Modell 402 ist in diesem Fall trainiert, im Schritt 706 eine Vielzahl Sollwerte Isoll für verschiedene Aktuatoren 202 zu bestimmen. Isoll bezeichnet im Beispiel einen Strom mit dem ein elektromagnetische Feld durch das elektromagnetische Element erzeugt werden soll.
Ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung 100 wird in diesem Fall durch eine Überlagerung von Magnetfeldern einer Vielzahl der elektromagnetischen Elemente verschiedener Aktuatoren 202 mit einem Magnetfeld von wenigstens einem Elektromagnet oder Permanentmagnet an der Einrichtung 100 erzeugt.
Das Modell 402 ist trainiert, die Vielzahl der Sollwerte Isoll für die verschiedenen Aktuatoren 202 im Schritt 706 derart zu bestimmen, dass das Magnetfeld im Schritt 708 die Einrichtung 100 im Wesentlichen mit dem vom Sollwert für das Moment Tsoll vorgegebenen Moment und der vom Sollwert für die Kraft Fsoll vorgegebenen Kraft bewegt.
In einem Beispiel umfasst das Modell 402 ein künstliches neuronales Netzwerk, insbesondere mit einer Multi-Layer-Perceptron Architektur. Ein Sollwert asoll wird beispielsweise abhängig von Werten einer Ausgangsschicht des künstlichen neuronalen Netzwerks bestimmt. Das künstliche neuronale Netzwerk ist im Beispiel für eine Regression von Drehwinkeln ausgebildet. Die Ausgangsschicht gibt beispielsweise kontinuierliche Ausgangswerte als Gleitkommazahlen aus, wobei die Ausgangswerte im Rahmen der Genauigkeit der Gleitkommazahlen kontinuierliche Drehwinkel zwischen 0° bis 359° definieren. In diesem Beispiel wird der Drehwinkel für einen der Aktuatoren 202 abhängig vom Ausgangswert eingestellt.
Für die Bestimmung der Vielzahl der Sollwerte asoll für Drehwinkel α verschiedener Aktuatoren 202 können im Modell 402 eine der Anzahl der Aktuatoren 202 entsprechende Anzahl Ausgangsschichten vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, mehrere der Aktuatoren 202 in der Gruppe 602 zusammenzufassen. Das Modell 402 kann in diesem Fall nur für die Aktuatoren 202 der Gruppe 602 Ausgänge aufweisen. In diesem Fall wird ein entsprechend abgeändertes Verfahren zum Ansteuern der Fördereinrichtung 200 verwendet, das im Folgenden mit Bezug auf 8 beschrieben wird.
In eine Schritt 800 wird abhängig von dem Istwert für die Pose Pist eine Mehrzahl Aktuatoren 202 einer Gruppe 602 von Aktuatoren 202 zugeordnet. Dabei wird die Gruppe 602 beispielsweise als eine 6 x 6 Matrix von Aktuatoren 202 bestimmt, die in einer in der Draufsicht der Fördereinrichtung 200 in einer quadratischen Fläche angeordnet sind, über der die Einrichtung 100 momentan durch die Magnetkräfte schwebend gehalten ist. Die Zuordnung erfolgt im Beispiel abhängig von der Positionsbestimmung.
Wenn eine Vielzahl Einrichtungen 100 von der Fördereinrichtung 200 bewegbar sein sollen, können mehrere Instanzen des Modells 402 vorgesehen werden. Jede der Instanzen des Modells 402 ist in diesem Fall ausgebildet, die Fördereinrichtung 200 zum Bewegen einer der Einrichtungen 100 anzusteuern. Vorzugsweise werden dazu disjunkte Gruppen 602 von Aktuatoren 202 definiert und jede der Gruppen 602 von einem anderen der Modelle 402 angesteuert.
In einem Schritt 802 wird für die Mehrzahl der Aktuatoren 202 der Gruppe 602 ein jeweiliger Sollwerte asoll für den Drehwinkel α bestimmt. Im Beispiel wird das für die Anzahl der Aktuatoren 202 aus der Gruppe 602 trainierte Modell 402 verwendet. Der jeweilige Sollwert asoll wird im Beispiel wie in den Schritten 700 bis 706 beschrieben bestimmt.
In einem Schritt 804 wird das Magnetfeld zur Beeinflussung der Bewegung der Einrichtung 100 nur durch die Gruppe 602 von Aktuatoren 202 erzeugt.
Die Schritte 800 bis 804 werden abhängig von der Information über den Istwert Pist der Pose wiederholt. Dadurch werden unterschiedliche Aktuatoren 202 in verschiedenen Gruppen 602 gruppiert und angesteuert.
Das Verfahren zum Ansteuern der Fördereinrichtung 200 kann zum Training des Modells 402 eingesetzt werden.
Für das Training des Modells 402 wird in einem Schritt 900 insbesondere aus der Datenbank 408 Trainingsdaten bereitgestellt. Die Trainingsdaten umfassen Werte aus einem für den jeweiligen gewünschten Wert gültigen Wertebereich. Die Trainingsdaten sind entweder vorgegeben oder werden im Training aus einer Zufallsverteilung gezogen. Die Trainingsdaten umfassen im Beispiel je eine Pose Pist, einen gewünschten Wert für das Moment und einen gewünschten Wert für die Kraft die einander als Tupel zugeordnet sind. Im Beispiel wird eines der Tupel im Schritt 900 zufällig entnommen. Anschließend wird ein Schritt 902 ausgeführt.
Im Schritt 902 wird abhängig von dem entnommenen Tupel ein Sollwert asoll für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators 202 der Fördereinrichtung 200 bestimmt.
Dazu wird beispielsweise wie im Schritt 706 beschrieben verfahren.
Es kann vorgesehen sein, den Regler 404 im Training einzusetzen. In diesem Fall kann ein gewünschter Wert für das Moment und einen gewünschter Wert für die Kraft abhängig von der entnommenen Pose Pist und einem im Tupel enthaltenen Sollwert Psoll für die Pose bestimm werden. Das Training ist im Beispiel unabhängig davon, ob das Modell 402 für alle oder nur für eine zuvor auszuwählende Gruppe 602 von Aktuatoren 202 trainiert wird. Anschließend wird ein Schritt 904 ausgeführt.
Im Schritt 904 wird abhängig vom Sollwert asoll für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators 202 der Fördereinrichtung 200, unabhängig vom Istwert für die Pose Pist und abhängig vom insbesondere stochastischen oder deterministischen Vorwärtsmodell 406 der Fördereinrichtung 200 und der Einrichtung 100 ein modellierter Wert für das Moment und ein modellierter Wert für die Kraft bestimmt. Je nach verwendetem Modell 402 wird im Beispiel entweder für alle Aktuatoren 202 der Fördereinrichtung, oder für jeden Aktuator 202 aus der Gruppe 602 der Aktuatoren ein Sollwert asoll bestimmt. Anschließend wird ein Schritt 906 ausgeführt.
Im Schritt 906 wird, der wenigstens eine Parameter W des Modells 402 abhängig in einem Gradientenabstiegsverfahren bestimmt. Im Training wird für das Auswerten der Kostenfunktion für dieses Gradientenabstiegsverfahrens vom stochastischen oder deterministischen Vorwärtsmodell 406 berechnet, welcher modellierte Wert für das Moment und welcher modellierte Wert für die Kraft abhängig vom Sollwert asoll das das Modell 402 bestimmt hat, von der Fördereinrichtung 200 gestellt würde. Im Training wird die Fördereinrichtung 200 nicht angesteuert, sondern vom Vorwärtsmodell 406 nachgebildet. Im Training kann ein sehr präzises Vorwärtsmodell 406 eingesetzt werden. Der Betrieb der Fördereinrichtung 200 nach dem Training kann ohne dieses präzise Vorwärtsmodell 406 erfolgen.
Die Parameter W sind beispielsweise Gewichte und/oder Parameter von Aktivierungsfunktionen des künstlichen neuronalen Netzwerks. Die Parameter W können auch andere Parameter des künstlichen neuronalen Netzwerks betreffen.
Eine Vielzahl Paare voneinander zugeordneten Posen Pist und Sollwerten für die Posen Psoll werden im Beispiel in Wiederholungen der Schritte 902 bis 906 bereitgestellt. Die Istwerte für das Moment Tist und die Istwerte für die Kraft Fist werden abhängig von der Vielzahl Paare bestimmt und der wenigstens eine Parameter W des Modells 402 abhängig von den Posen Pist aus der Vielzahl Paare und den dafür bestimmten Istwerten für das Moment Tist und den Istwerten für die Kraft Fist im Gradientenabstiegsverfahren bestimmt. Das Training wird beispielsweise mit der Funktion durchgeführt, die abhängig von der Differenz zwischen dem Sollwert für die Kraft Fsoll und dem Istwert für die Kraft F einerseits und der Differenz zwischen dem Sollwert für das Moment Tsoll und dem Istwert für das Moment T andererseits definiert ist.
Das Verfahren endet beispielsweise wenn ein Gütekriterium erfüllt oder alle bereitgestellten Tupel verwendet wurden. Die Tupel können in Iterationen zum Training wiederholt bereitgestellt werden. In diesem Fall kann das Verfahren dann enden, wenn eine vorgegebene Anzahl von Iterationen durchgeführt wurde.

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer Fördereinrichtung (200), dadurch gekennzeichnet, dass ein Istwert für eine Pose (Pist) einer von der Fördereinrichtung (200) durch eine magnetische Kraftwirkung bewegbaren Einrichtung (100) empfangen wird (700), wobei abhängig vom Istwert für die Pose (Pist), abhängig von einem Sollwert für ein Moment (Tsoll) mit dem die Einrichtung (100) von der Fördereinrichtung (200) bewegt werden soll, abhängig von einem Sollwert für eine Kraft (Fsoll) mit der die Einrichtung (100) von der Fördereinrichtung (200) bewegt werden soll und abhängig von einem Modell (402) ein Sollwert (asoll) für das Ansteuern wenigstens eines Aktuators (202) der Fördereinrichtung (200) bestimmt wird (706), wobei das Modell (402) trainiert ist, abhängig von Istwerten für Posen der Einrichtung (100) und abhängig von Sollwerten für Momente und Sollwerten für Kräfte, mit denen die Einrichtung (100) bewegt werden soll, Sollwerte für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators (202) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (202) bezüglich der Fördereinrichtung (200) drehbar ausgebildet ist, wobei der Sollwert (asoll) für den wenigstens einen Aktuator (202) einen Drehwinkel für den Aktuator (202) bezüglich der Fördereinrichtung (200) oder ein Inkrement für diesen Drehwinkel ausgehend von einem momentanen Drehwinkel des Aktuators (202) charakterisiert, und wobei der wenigstens eine Aktuator (202) abhängig vom Sollwert (asoll) für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators (202) angesteuert wird (708).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (202) wenigstens einen Permanentmagneten insbesondere eine Halbach Anordnung umfasst, wodurch ein Magnetfeld zur Beeinflussung einer Bewegung der Einrichtung (100) erzeugbar ist, wobei das Modell (402) trainiert ist, eine Vielzahl Sollwerte (asoll) für Drehwinkel (a) verschiedener Aktuatoren (202) zu bestimmen (706).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung (100) durch eine Überlagerung von Magnetfeldern einer Vielzahl der wenigstens einen Permanentmagneten verschiedener Aktuatoren (202) mit einem Magnetfeld von wenigstens einem Elektromagnet oder Permanentmagnet an der Einrichtung (100) erzeugbar ist, wobei das Modell (402) trainiert ist, die Vielzahl der Sollwerte (asoll) für die Drehwinkel (a) der verschiedenen Aktuatoren (202) derart zu bestimmen (706), dass das Magnetfeld die Einrichtung (100) im Wesentlichen mit dem vom Sollwert für das Moment (Tsoll) vorgegebenen Moment und der vom Sollwert für die Kraft (Fsoll) vorgegebenen Kraft bewegt (708).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (202) ein elektromagnetisches Element umfasst, durch das ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung (100) erzeugbar ist, wobei das das Modell (402) trainiert ist, eine Vielzahl Sollwerte (Isoll) für verschiedene Aktuatoren (202) zu bestimmen (706).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeld zum Bewegen der Einrichtung (100) durch eine Überlagerung von Magnetfeldern einer Vielzahl der elektromagnetischen Elemente verschiedener Aktuatoren (202) mit einem Magnetfeld von wenigstens einem Elektromagnet oder Permanentmagnet an der Einrichtung (100) erzeugbar ist, wobei das Modell (402) trainiert ist, die Vielzahl der Sollwerte (Isoll) für die verschiedenen Aktuatoren (202) derart zu bestimmen (706), dass das Magnetfeld die Einrichtung (100) im Wesentlichen mit dem vom Sollwert für das Moment (Tsoll) vorgegebenen Moment und der vom Sollwert für die Kraft (Fsoll) vorgegebenen Kraft bewegt (708).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von Istwert für die Pose (Pist) eine Mehrzahl Aktuatoren (202) einer Gruppe (602) von Aktuatoren (202) zugeordnet wird (800), wobei das Magnetfeld zur Beeinflussung einer Bewegung der Einrichtung (100) nur durch die Gruppe (602) von Aktuatoren (202) erzeugt wird (804).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelabweichung (e) für einen Regler (404) abhängig vom Istwert für die Pose (Pist) und von einem Sollwert für die Pose (Psoll) bestimmt wird (702), wobei der Regler (404) den Sollwert für das Moment (Tsoll) und den Sollwert für die Kraft (Fsoll) abhängig von der Regelabweichung bestimmt (704).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (404) ein Zustandsregler, insbesondere ein LQ-Regler ist, wobei eine Trajektorie für Sollwerte für die Pose (Psoll) vorgegeben wird (702) und wobei der Sollwert für das Moment (Tsoll) und der Sollwert für die Kraft (Fsoll) abhängig von der Trajektorie bestimmt werden (704).
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer auf die Einrichtung (100) wirkenden Schwerkraft ein Vorsteuerwert für den Sollwert für das Moment (Tsoll) und/oder den Sollwert für die Kraft (Fsoll) bestimmt wird (704), der die Schwerkraft zumindest teilweise kompensiert.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Training des Modells (402) abhängig vom Sollwert (asoll) für das Ansteuern des wenigstens einen Aktuators (202) der Fördereinrichtung (200) und abhängig von einem insbesondere stochastischen oder deterministischen Vorwärtsmodell (406) der Fördereinrichtung (200) und der Einrichtung (100) ein modellierter Wert für das Moment und ein modellierter Wert für die Kraft bestimmt wird (904), wobei abhängig vom modellierten Wert für das Moment, vom modellierten Wert für die Kraft, von einem gewünschten Wert für das Moment und von einem gewünschten Wert für die Kraft wenigstens ein Parameter (W) des Modells (402) bestimmt wird (906).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl Tupel umfassend eine Pose (Pist), einen gewünschten Wert für das Moment und gewünschten Wert für die Kraft bereitgestellt werden (902), wobei der wenigstens eine Parameter (W) des Modells (402) abhängig von den der Vielzahl Tupel in einem Gradientenabstiegsverfahren bestimmt wird (906).
Vorrichtung (400) zum Ansteuern einer Fördereinrichtung (200), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (400) wenigstens eine Recheneinrichtung (414) und wenigstens einen Speicher (412) für ein Modell (402) und einen Regler (404) umfasst, die ausgebildet sind, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm computerlesbare Instruktionen umfasst, bei deren Ausführung durch einen Computer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 abläuft.
Computerprogrammprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium umfasst, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.