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Gegenstand der Erfindung ist ein Temperaturregler für Fahrzeuge für PI- oder PID-Regelung mit einem als Integrator wirkenden Stellantrieb, dessen Antriebsgrösse aus einem der Regelab- weichung proportionalen sowie einem der ersten und allenfalls aus einem weiteren, der zweiten zeitlichen Ableitung der Regelabweichung proportionalen Summanden besteht, unter Verwendung einer die Intensität eines Warmluft-oder Warmwasserstroms bestimmenden, vom Stellantrieb be- tätigten Klappe.
In einer Regeleinrichtung werden üblicherweise Ist- und Sollwerte der Regelgrösse sowie allenfalls die zeitlichen Änderungen des Istwertes getrennt erfasst, um aus diesen Werten die Stell- grösse zu ermitteln, derart, dass die Regelgrösse möglichst rasch den vorgegebenen Sollwert er- reicht. Bei integrierend wirkenden Stellgliedern, wie z. B. motorisch angetriebene Lüfterklappen, die die Stärke eines Warmluftstroms bestimmen, wird üblicherweise ein Potentiometer angeordnet, das mit der Lüfterklappe mechanisch gekoppelt ist und so den Istzustand des Stellgliedes erfasst und der Regelschaltung zuführt. Dieses Rückführpotentiometer ermöglicht in herkömmlichen Systemen eine proportionale Verstärkung, d. h. bei einer sprunghaft auftretenden Soll- Istabweichung wird die Lüfterklappe einen der Abweichung proportionalen Weg zurücklegen.
Bekannt sind ferner Regelungen mit integrierend wirkendem Stellglied ohne Rückführung der momentanen Lage des Stellgliedes. Da hier das Proportionalverhalten fehlt, muss zur Vermeidung von Regelschwingungen die Verstellgeschwindigkeit des Stellgliedes sehr gering gewählt werden.
Ein Regler dieser Art ist beispielsweise in der DE-OS 1588722 beschrieben. Regler dieser Art sind anwendbar, wenn das Einstellverhalten nicht von Bedeutung ist, bzw. wenn Soll- und Istgrössen (z. B. Soll-und Isttemperatur) nur wenig und langsam verändert werden oder überhaupt konstant bleiben. Dies ist beispielsweise jedoch nicht der Fall bei Temperaturregelungen in Fahrzeugen, wo etwa nach dem Offenstehen von Fenstern und Türen grosse Temperaturunterschiede auftreten, die durch die Regelung rasch ausgeglichen werden sollen.
In der US-PS Nr. 3, 628, 116 ist eine nach dem Messfühler eines Prozessreglers in den Regelkreis einzusetzende, aus integrierenden und differenzierenden Gliedern bestehende Schaltung beschrieben, die aus der gemessenen Prozessgrösse (Regelgrösse) eine modifizierte Stellgrösse gewinnt, bei der unerwünschte Fluktuationen der Prozessgrösse herausgefiltert sind. Ein Regelverstärker mit einem D-Glied für die Erfassung rascher Änderungen der Eingangsgrösse ist in der DE-AS 1905993 beschieben. Durch die AT-PS Nr. 309603 ist ein Zweipunktregler mit einstellbarer Frequenz und einem der Eingangsgrösse proportionalen Tastverhältnis bekanntgeworden, der als PID-Regler ausgebildet ist und eine hohe Stabilität dadurch erzielt, dass der Proportionalbereich klein ist.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen PI- oder PID-Regler zu schaffen, der bei einfachem Aufbau den Anforderungen, die an eine Temperaturregelung für Fahrzeuge gestellt werden, speziell entspricht. Vor allem bedarf es keiner elektrischen Rückmeldung der Lage des Stellgliedes z. B. durch ein mechanisch gekoppeltes Potentiometer.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass zur Bildung der Regelabweichung die Differenzspannung zwischen einer vom Temperatur-Istwert abhängigen Spannung und einer den Temperatur-Sollwert abbildenden, von einem Stellwiderstand abgenommenen Spannung dient und dass weiters als Stellantrieb ein intermittierend angetriebener Motor mit angeschlossenem Untersetzungsgetriebe dient, der von dauermodulierten Impulsen gespeist ist, die durch Vergleich des Ausgangssignals eines Sägezahngenerators mit dem Ausgangssignal eines Operationsverstärkers gewonnen sind, der zur Bildung einer von der Regelabweichung und von deren erster Ableitung abhängigen Antriebsgrösse dient und dessen Rückkopplungskreis einen ohmschen Widerstand sowie ein differenzierendes RC-Glied enthält,
wobei allenfalls dem Eingang des Operationsverstärkers ein weiteres differenzierendes RC-Glied vorgeschaltet ist und dass schliesslich eine das Vorzeichen der Antriebsgrösse darstellende Diskriminatorschaltung vorgesehen ist, deren Ausgangsgrösse zur Steuerung einer die Dreh- bzw. Stellrichtung des Stellantriebs bestimmenden Kommutatorschaltung dient.
Da sich der erfindungsgemässe Regler nur auf die Regelabweichung (Differenz zwischen Sollund Istwert) und deren Ableitungen bezieht, ist eine eigene Darstellung für jeden dieser Werte und eine Erfassung der Lage des Stellgliedes nicht erforderlich ; trotzdem werden die Änderungen sowohl des Sollwertes als auch des Istwertes in dem für die Bestimmung des Regelvorganges nötigen Ausmass voll erfasst. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass einerseits die mechanisch im Drehwinkel
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geortete Montage des Stellantriebs zur Lüfterklappe entfällt und anderseits kein Problem mit der Vergrösserung des mechanischen Klappenweges im Lauf der Lebensdauer auftritt, wie allmähliches Nachgeben der Endanschläge.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung ein Temperaturregler für ein Fahrzeug dargestellt, für dessen Beheizung ein in einem Luftstrom angeordneter Heizkörper--1-- (bzw. Wärmetauscher) vorgesehen ist. Zur Erzeugung dieses Luftstroms dient ein Gebläse --2--, das die Luft einerseits aus einem Kanal--3--, in dem der Heizkörper --1-- angeordnet ist,
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austretenden Luftströme in einem durch die Stellung einer Klappe --5-- bestimmten Verhältnis gemischt. Zum Verstellen der Klappe --5-- dient ein von einem Stellmotor --6-- angetriebenes Untersetzungsgetriebe--7--.
Zur Erfassung des Temperatur-Istwertes im Fahrzeuginnenraum dient ein temperaturabhängiger Widerstand--8--, der zusammen mit einem Vorwiderstand --9-- an der Betriebsspannung liegt. Der Widerstand --8-- kann auch aus einer Kombination von mehreren gewichteten Fühlerwiderständen, die an mehreren Stellen im Fahrzeug untergebracht sind, bestehen. Weiters liegt ein Stellwiderstand--10--zusammen mit einem weiteren, zugeordneten Vorwiderstand --11-- an der Betriebsspannung. Die Mittenanzapfungen der beiden von den Widerständen --8 und 9-- einerseits und von den Widerständen--10 und 11-- anderseits gebildeten Spannungsteiler sind über einen dritten, aus den Widerständen --12 und 13-- bestehenden Spannungsteiler miteinander verbunden.
Der Spannungsteiler--8, 9--dient zur Bildung eines vom Temperatur-Istwert abhängigen Spannungswertes, während der Spannungsteiler--10, 11--die Einstellung eines vom Temperatur-Sollwert abhängigen Spannungswertes ermöglicht. Somit tritt an der Mittenanzapfung des Spannungsteilers --12, 13-- eine von der Differenz zwischen Soll- und Istwert, also von der Regelabweichung abhängige Spannung auf ;
diese wird entweder, wie durch strichlierte Linien angedeutet, direkt, oder über ein differenzierendes, aus einem Kondensator --14-- mit Vorwiderstand --15--
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seits ein Widerstand --18-- und anderseits parallel zu diesem ein RC-Glied eingeschaltet, das aus zwei zueinander in Serie liegenden Widerständen--19 und 20--sowie aus einem an den Verbindungspunkt der Widerstände --19, 20-- angeschlossenen Kondensator --21-- besteht, der mit seinem zweiten Anschluss an Masse liegt. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers --17-- wird über drei in Serie liegende Widerstände--22, 23 und 24--dem invertierenden Eingang eines als Spannungsvergleicher dienenden Operationsverstärkers --25-- zugeführt.
Mit --26-- ist ein Sägezahngenerator bezeichnet, dessen Ausgangsspannung dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers --25-- zugeführt wird; daher liefert der Operationsverstärker --25-- immer dann ein Ausgangssignal, wenn die Sägezahnspannung kleiner ist als die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers --17--, so dass als Ausgangssignal Impulse mit einer von der Stärke der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers --17-- abhängigen Dauer entstehen. Über einen Widerstand --27-- werden diese Impulse der Steuerelektrode eines im Speisestromkreis des Stell- motors --6-- liegenden elektronischen Schalters --28-- zugeführt, der also im Rhythmus dieser Impulse den Speisestrom durchschaltet und diesen während der Impulspausen unterbricht.
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--17-- liegenden Widerstand --23-- ist--30-- bestehende Diskriminatorschaltung parallelgeschaltet. Mit--31, 32 und 33, 34-- sind zwei an der Betriebsspannung liegende Spannungsteiler bezeichnet, deren Mittenanzapfungen zwei, an sich nur geringfügig voneinander abweichende Bezugspotentiale liefern. Das dem Spannungsteiler - -31, 32-- entnommene Bezugspotential ist dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsver- stärkers --29-- zugeführt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers --29-- liegt an dem Verbindungspunkt der Widerstände--22 und 23--.
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