CS268953B1

CS268953B1 - End Amplifier Involvement and Pulse Width Modulation a and Temperature Coapenzacl

Info

Publication number: CS268953B1
Application number: CS8794A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Ing Kadanik; Vratislav Ing Gabrt; Jiri Ing Pohl; Jaromir Kostal; Josef Ing Stastny
Original assignee: Ladislav Ing Kadanik; Vratislav Ing Gabrt; Pohl Jiri; Jaromir Kostal; Josef Ing Stastny
Priority date: 1987-01-05
Filing date: 1987-01-05
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS9487A1

Abstract

Řešeni se týká zapojeni koncového zesilovače s pulzně šířkovou modulaci a s teplotní kompenzaci pro proporcionální elektrohydraulický akčni člen regulátoru naftového motoru, pro použiti zejména v Oieselelektrických lokomotivách. Zapojeni obsahuje kompará- tor /3/, Jehož výstup ovládá výkonový stupefi /6/ zesilovače e tím i proud tekoucí řídicím elektromagnetem /7/. Kladná napěťová zpětná vazba je vedena z kladné svorky /71/ řídicího elektromagnetu /7/ přes filtrační člen /5/ na neinvertujici vstup /32/ komparátoru /3/. Záporná proudová zpětná vazba Je vedena ze záporné svorky /72/ řídicího elektromagnetu /7/ na invertujici vstup /31/ komparátoru /3/.The solution concerns the connection of a final amplifier with pulse width modulation and temperature compensation for a proportional electrohydraulic actuator of a diesel engine regulator, for use in particular in diesel-electric locomotives. The connection includes a comparator /3/, the output of which controls the power stage /6/ of the amplifier and thus the current flowing through the control solenoid /7/. The positive voltage feedback is conducted from the positive terminal /71/ of the control solenoid /7/ via the filter element /5/ to the non-inverting input /32/ of the comparator /3/. The negative current feedback is conducted from the negative terminal /72/ of the control solenoid /7/ to the inverting input /31/ of the comparator /3/.

Description

Vynález se týká zapojeni koncového zesilovače a pulzně šířkovou modulací a a teplotní kompenzaci pro proporcionální elektrohydraulický akční člen regulátoru naftového motoru .The invention relates to the connection of a final amplifier and pulse width modulation and temperature compensation for a proportional electrohydraulic actuator of a diesel engine governor.

V současné době jsou pro řízení naftových motorů používány zejména mechanické a hydromechanické regulátory. U atacionárních aplikací se postupnš zavádějí 1 elektronické regulátory. Na vozidlech jsou však používány pouze výjimečně.Currently, mechanical and hydromechanical governors are mainly used for diesel engine control. Electronic governors are gradually being introduced for stationary applications. However, they are used only exceptionally in vehicles.

Pro energeticky optimální regulaci naftových motorů pohánějících generátory je nutná přesni, rychlé a teplotně nezávislé řízení dodávky pálivé do naftového motoru elektronickým regulátorem prostřednictvím akčního členu.For energy-optimal control of diesel engines driving generators, precise, fast and temperature-independent control of the fuel supply to the diesel engine by an electronic controller via an actuator is necessary.

Při běžném provozu naftového motoru dochází k velkým změnám teploty akčního členu, řídicího dodávku paliva. Tyto teplotní změny mají za následek změnu odporu vinutí řídicího elektromagnetu, změnu vlastnoatí magnetického obvodu a změny rozměrů mechanických dílů akčních členů.Všechny tyto změny dohromady způsobuji velkou chybu přenosu akčního členu a tím i chybu v regulaci výkonu soustrojí.During normal operation of a diesel engine, there are large temperature changes in the actuator that controls the fuel supply. These temperature changes result in a change in the resistance of the control solenoid winding, a change in the properties of the magnetic circuit, and a change in the dimensions of the mechanical parts of the actuators. All of these changes together cause a large error in the actuator transmission and thus an error in the power regulation of the engine.

Dosud známá zapojení řeší tento nedostatek zavedením potenclometrické zpětná vazby polohy výstupního orgánu akčního členu. Dostupná potencíometry pro snímání polohy jsou pro regulaci naftových motorů nevhodné pro nízkou životnost. Dochází k prodřeni a přerušení odporové dráhy a tím k vyřezaní celého regulátoru z funkce. 3iná zapojení sice používají zesilovače bez zpětné vazby polohy, avšak pracuji ve třídě A s nízkou účinností a vyžadují rozměrné chladiče výkonových tranzistorů a stabilizaci napájecího napatí pro akční člen.The previously known circuits solve this deficiency by introducing potentiometric feedback of the position of the output organ of the actuator. Available potentiometers for position sensing are unsuitable for diesel engine control due to their short service life. The resistance path is worn out and interrupted, thus cutting the entire regulator out of function. 3 Other circuits use amplifiers without position feedback, but they operate in class A with low efficiency and require large heat sinks for power transistors and stabilization of the supply voltage for the actuator.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojeni koncového zesilovače s pulzně šířkovou modulací a s teplotní kompenzací pro proporcionální elektrohydraulický akční člen regulátoru naftového motoru, u kterého neinvertující vstup komparátoru je spojen přea první odpor se vstupní svorkou a přes druhý odpor se svorkou nulového potenciálu, invertujici vstup komparátoru Je spojen se zápornou svorkou řídicího elektromagnetu akčního členu a přes třetí odpor se svorkou nulového potenciálu.výstup komparátoru je zapojen jednak na první vstup výkonového stupně zesilovače a jednak přes čtvrtý odpor na neinvertující vstup komparátoru, druhý vstup výkonového stupně zesilovače je připojen na svorku napájecího zdroje nestabilizovaného napětí a výstup výkonového stupně zesilovače je zapojen na kladnou svorku řídicího elektromagnetu, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že na kladnou svorku řídicího alektromagnatu akčního členu je dále zapojen vstup filtračního členu, jehož výstup je připojen na neinvertujlei vstup komparátoru.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the connection of a final amplifier with pulse width modulation and temperature compensation for a proportional electrohydraulic actuator of a diesel engine regulator, in which the non-inverting input of the comparator is connected via a first resistor to the input terminal and via a second resistor to the zero potential terminal, the inverting input of the comparator is connected to the negative terminal of the control solenoid of the actuator and via a third resistor to the zero potential terminal. The output of the comparator is connected both to the first input of the power stage of the amplifier and, on the other hand, via a fourth resistor to the non-inverting input of the comparator, the second input of the power stage of the amplifier is connected to the terminal of the unstabilized voltage power supply and the output of the power stage of the amplifier is connected to the positive terminal of the control solenoid, according to the invention. Its essence lies in the fact that the input of a filter element is further connected to the positive terminal of the control solenoid of the actuator, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparator.

Výhodnost koncového zesilovače podle vynálezu je dána tím, že zesiluje akční veličinu a řidl akční člen, eliminuje vliv teplotních změn akčního členu, je necitlivý na kolísání napájecího napětí pro akční člen, pracuje pulzně s vysokou účinností a s velmi rychlou odezvou na skokovou změnu vstupního napětí. Převod vstupního napětí na výchylku akčního orgánu je přesný a konstrukce celého zesilovače je velmi jednoduchá .The advantage of the final amplifier according to the invention is that it amplifies the actuating variable and controls the actuator, eliminates the influence of temperature changes of the actuator, is insensitive to fluctuations in the supply voltage for the actuator, operates in pulses with high efficiency and with a very fast response to a step change in the input voltage. The conversion of the input voltage to the deflection of the actuator is accurate and the design of the entire amplifier is very simple.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na příkladu provedeni, jehož schéma zapojeni je znázorněno na výkresu.The invention will be explained in more detail in the following text using an example of an embodiment, the circuit diagram of which is shown in the drawing.

Neinvsrtující vstup 32 komparátoru tvořeného operačním zesilovačem, js přes první odpor J. spojen se vstupní svorkou 11, na kterou je připojen neznázorněný vstupní zesilovač a přes druhý odpor 2 se svorkou 0 nulového potenciálu. Invertujici vstup 31 komparátoru £ je spojen se zápornou svorkou 72 řídicího elektromagnetu 7 akčního členu a přes třetí odpor El se svorkou £ nulového potenciálu. Výstup 33 komparátoru 3 je připojen jednak přes čtvrtý odpor 4 na invertujici vstup 32 komparátoru £ a jednak na vstup filtračního členu 5 , tvořeného pasivním RC-členem, jehož výstup je připojen na kladnou svorku 71 řídicího elektromagnetu 7 akčního členu. Na kladnou svorku 71 je rovněž připojen výstup 63 výkonového stupně 6 zesilovače, tvořeného výkonovým tranzistorem, na jehož první vstup 61 je zapojen výstup 33 komparátoru 3 a jehož druhýThe non-inverting input 32 of the comparator formed by an operational amplifier is connected via a first resistor J. to the input terminal 11, to which an input amplifier (not shown) is connected and via a second resistor 2 to the terminal 0 of zero potential. The inverting input 31 of the comparator £ is connected to the negative terminal 72 of the control solenoid 7 of the actuator and via a third resistor E1 to the terminal £ of zero potential. The output 33 of the comparator 3 is connected via a fourth resistor 4 to the inverting input 32 of the comparator £ and to the input of the filter element 5, formed by a passive RC element, the output of which is connected to the positive terminal 71 of the control solenoid 7 of the actuator. The output 63 of the power stage 6 of the amplifier, formed by a power transistor, is also connected to the positive terminal 71 of which the output 33 of the comparator 3 is connected and the second terminal 61 of which is connected to the negative terminal 72 of the control solenoid 7 of the actuator.

CS 268953 Bl vstup 62 je připojen na svorku 10 napájecího zdroje nestabilizovsného napětí. Mezi kladnou svorku 71 řídicího elektromagnetu 3 akčního členu a svorkou O nulového potenciálu je zapojena nulová dioda 9.CS 268953 Bl input 62 is connected to terminal 10 of the unstabilized voltage power supply. A zero diode 9 is connected between the positive terminal 71 of the control solenoid 3 of the actuator and the terminal O of the zero potential.

Funkce zapojení je následující:The wiring function is as follows:

Požadovaný akční zásah, např.z ústředního členu regulátoru, se přivede na vstupní ' svorku LI. Odporovým děličem, tvořeným prvním odporem 1. a druhým odporem 2 se nastavuje zesílení na potřebnou úroveň. Výstup 33 komparátoru 3 ovládá výkonový stupeň 6 zesiloveče a tím i proud, tekoucí elektromagnetem 7. Při kladné polaritě výstupu 33 komparátoru 3 začne protékat řídicím elektromagnetem 7 proud, který vlivem indukčnosti magnetického obvodu narůstá sa zpožděním a na třetím odporu 8 na záporné svorce 72 řídicího elektromagnetu 7 vzrůstá napětí, až dosáhne úroveň potřebnou pro překlopeni komparátoru 3 prostřednictvím jeho invertujícího vstupu 31. Výstup 33 komparátoru 3 se překlopí do záporné polarity a prostřednictvím výkonového stupně 6 přeruší proud, tekoucí řídicím elektromagnetem A Zánikem proudu, tekoucího řídicím elektromagnetem 7 dojde k poklesu napětí na záporné svorce 72 řídicího elektromagnetu 7 0 na odporu ÍJ. Celý děj se periodicky opakuje a na výstupu 33 komparátoru 3 je obdélníkový průběh pulzně šířková modulace nepěti, který po výkonovém zesílení ve výkonovém členu 6 řídí proud, tekoucí řídicím elektromagnetem 2 á tím i výchylku výstupního orgánu akčního členu.The required action, e.g. from the central element of the regulator, is fed to the input terminal LI. The resistance divider, formed by the first resistor 1 and the second resistor 2, sets the gain to the required level. The output 33 of the comparator 3 controls the power stage 6 of the amplifier and thus the current flowing through the electromagnet 7. When the output 33 of the comparator 3 is positive, a current begins to flow through the control electromagnet 7, which increases with a delay due to the inductance of the magnetic circuit, and the voltage on the third resistor 8 at the negative terminal 72 of the control electromagnet 7 increases until it reaches the level required for switching the comparator 3 via its inverting input 31. The output 33 of the comparator 3 switches to negative polarity and, via the power stage 6, interrupts the current flowing through the control electromagnet A. The cessation of the current flowing through the control electromagnet 7 causes a voltage drop at the negative terminal 72 of the control electromagnet 7 0 across the resistor ÍJ. The whole process is repeated periodically and at the output 33 of the comparator 3 there is a rectangular pulse width modulation waveform of the five, which after power amplification in the power element 6 controls the current flowing through the control electromagnet 2 and thus the deflection of the output organ of the actuator.

Třetím odporem 8, zařazeným do okruhu řídicího elektromegnetu 7 a připojeného ne zápornou svorku 72 řídícího elektromagnetu 7 a na investující vstup 31 komparátoru 2 je realizována záporná proudová zpětná vazba, které při změně odporu vinuti řídicího elektromegnetu 2 ^a pd konstantní hodnotě vstupního napětí způsobí změnu šířky pulzů pulzně šířkové modulace tak. aby udržela proud řídicím elektromagnetem 2 ne konstantní hodnotě. V šířce pulzů je tedy obsažena informace o teplotě akčního členu, vinutí řídicího elektromegnetu 2 funguje jako čidlo teploty. Zavedením kledné napěťové zpětné vazby z kladné avorky 71 řídicího elektromagnetu 2 pčes filtrační člen 2 je vytvořena kompenzace eliminující zbylé teplotní drifty akčního členu. Čtvrtý odpor 4 slouží k nastavení opakovači frekvence pulzně šířkové modulace. Nulová dioda 9 zabraňuje přepěťovým špičkám na cívce řídicího elektromagnetu 2·The third resistor 8, included in the circuit of the control electromagnet 7 and connected to the negative terminal 72 of the control electromagnet 7 and to the input input 31 of the comparator 2, implements a negative current feedback, which, when changing the resistance of the winding of the control electromagnet 2 ^and at a constant input voltage value, causes a change in the pulse width of the pulse width modulation so as to maintain the current through the control electromagnet 2 at a constant value. The pulse width therefore contains information about the temperature of the actuator, the winding of the control electromagnet 2 functions as a temperature sensor. By introducing a negative voltage feedback from the positive terminal 71 of the control electromagnet 2 through the filter element 2, compensation is created eliminating the remaining temperature drifts of the actuator. The fourth resistor 4 serves to set the pulse width modulation repetition frequency. The zero diode 9 prevents overvoltage peaks on the coil of the control solenoid 2.

Zepojeni koncového zesilovače s pulzně šířkovou modulací a s teplotní kompenzecí je využitelné v elektronickém regulátoru Oieselelektrických lokomotiv.The connection of the final amplifier with pulse width modulation and temperature compensation is usable in the electronic controller of Oiesel electric locomotives.

Claims

Connection of a final amplifier and pulse width modulation and with temperature compensation for a proportional electro-hydraulic actuator of a diesel engine regulator, in which the non-inverting input of the comparator is connected via a first resistor to the input terminal and via a second resistor to the zero potential terminal, the inverting input of the comparator is connected to the negative terminal of the control solenoid of the actuator and via a third resistor to the zero potential terminal, the output of the comparator is connected both to the first input of the power stage of the amplifier and on the other hand via a fourth resistor to the non-inverting input of the comparator, the second input of the power stage of the amplifier is connected to the terminal of the power supply of the unstabilized voltage and the output of the power stage of the amplifier is connected to the positive terminal of the control solenoid of the actuator, characterized in that the input of the filter element /5/ is further connected to the positive terminal /71/ of the control solenoid /7/ of the actuator, the output of which is connected to the non-inverting input /32/ of the comparator /3/.