DE1277989B - Verfahren zur Stellungsregelung eines elektromotorisch angetriebenen Stellglieds - Google Patents

Verfahren zur Stellungsregelung eines elektromotorisch angetriebenen Stellglieds

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DE1277989B
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DE
Germany
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signal
actuator
control
polarity
voltage
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Pending
Application number
DEE28409A
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English (en)
Inventor
Kenneth Milford Faulkes
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English Electric Co Ltd
Original Assignee
English Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

  • Verfahren zur Stellungsregelung eines elektromotorisch angetriebenen Stellglieds Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stellungsregelung eines- elektromotorisch angetriebenen Stellglieds, dessen Istwertsignal durch Integration der Spannung eines von dem Stellglied angetriebenen Tachogenerators erzeugt wird, in Abhängigkeit von einem Steuersignal.
  • Auf dem Gebiete der Stellantriebe, wie sie beispielsweise zur Betätigung von Stellgliedern in Steuer- oder weise zur Betätigung von Stellgliedern in Steuer-Steuerung des Stellantriebs gewöhnlich in der Weise, daß dem Stellmotor ein Signal vorgegebener Größe zugeführt wird, dessen Dauer proportional der Entfernung bzw. Drehung, um welche das Stellglied verstellt werden soll, ist. Hierbei ergeben sich ernsthafte Schwierigkeiten, falls für das Stellglied verhältnismäßig kleine Verstellbewegungen gewünscht Werden. Während für verhältnismäßig große Stellwege ohne nennenswerten Fehler davon ausgegangen werden kann, daß der Stellantriebsmotor praktisch während der gesamten Dauer des Steuersignals mit konstanter Winkelgeschwindigkeit läuft, derart, daß der Stellweg proportional der Dauer des Steuersignals wird, ist diese Annahme für verhältnismäßig kleine Bewegungen nicht mehr zulässig, da hierbei die für die Beschleunigung des Stellantriebsmotors zu Beginn des Stellvorgangs und für die Abbremsung des Motors am Ende des Stellvorgangs erforderlichen Zeiten vergleichbar mit der Gesamtdaue'r des Steuersignals werden.
  • Allgemein liegt daher der Erfindung das Problem der Erzielung einer genauen Regelung des Stellvorgangs auch für verhältnismäßig sehr kleine Stellwege in Abhängigkeit von einem leicht und bequem zu verändernden Steuersignal zugrunde.
  • Ein bekanntes Verfahren zur Lösung dieses Problems besteht in der Anwendung von Digitalsystemen, wobei der jeweilige Istwert der Stellung in digitaler Form ermittelt und mit einem weiteren, den SpUwert der Stellung wiedergebenden Digitalsignal verglichen wird und der Stellantrieb nach Maßgabe des Ergebnisses dieses Vergleichs gesteuert wird. Dieses Verfahren erfordert zu seiner Ausführung jedoch einen erheblichen Aufwand an logischen Schaltungen und zumeist auch die Umwandlung von Digitalsignalen in Analogsignale, und umgekehrt.
  • Aus der französischen Patentschrift 1014 116 ist ein nicht digitales Verfahren zur Stellungsregelung eines elektromotorisch angetriebenen Stellglieds bekannt, bei dem der Stellungssollwert durch die Größe einer einstellbaren Gleichspannung vorgegeben ist. Bei der zugehörigen bekannten Anordnung ist der Stellantrieb mechanisch mit einem Gleichstrom-Tachogenerator gekuppelt, dessen jeweilige momentane Gleichspannung proportional der Verstellgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Stellantriebsmotors ist; durch Integration dieser Tachogleichspannung erhält man eine dem jeweiligen Istwert des Stellglieds entsprechende Gleich-spannung, und der Stellantrieb wird durch elektrische Bremsung angehalten, sobald diese den Stellungs-Istwert abbildende Gleichspannung die Größe der an einem Spannungsteiler eingestellten Sollwertgleichspannung erreicht. Bei jeder Sollwertänderung ist demnach eine Verstellung des Spannungsteilerabgriffs od. dgl. erforderlich.
  • Die Erfindung geht von diesem Stande der Technik aus. Durch die Erfindung soll eine Stellungsregelung geschaffen werden, welche in Abhängigkeit von einem im Vergleich zur Verstellung eines Spannungsteilerabgriffs auf einfachere und feinfühligere Weise veränderbaren Steuersignal auch kleine Verstellbewegungen mit hoher Genauigkeit auszuführen gestattet.
  • Zu diesem Zweck ist bei dem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das durch seine Polarität und Dauer bestimmte Steuersignal für sich ebenfalls integriert wird und ein dem Integral des Steuersignals entsprechendes Sollwertsignal mit dem Istwertsignal algebraisch verglichen wird und daß dem Stellantrieb ein Stellsignal zugeführt wird, dessen Polarität und Größe von der Polarität und Größe eines beiin algebraischen Vergleich gebildeten Vergleichssignals abhängt.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der der bekannten Stellantriebsregelung anhaftende Nachteil, bei jeder Sollwertänderung im allgemeinen einen Spannungsteilerabgriff verstellen zu müssen, in einfacher Weise und ohne übermäßigen Mehraufwand dadurch überwunden werden kann, daß man den Stellungs-Sollwert mit Hilfe eines durch seine Polarität und Dauer bestimmten Steuersignals vorgibt, dieses Steuersignal ebenfalls integriert und dieses integrierte Signal als Sollwertsignal mit dem durch Integration der Tachospannung erhaltenen Istwertsignal vergleicht und den kontinuierlich arbeitenden Stellantriebsmotor in Abhängigkeit von diesem Vergleich steuert. Die Stellungsregelung gemäß der Erfindung hat neben der uneingeschränkten Anwendbarkeit für beliebige kontinuierlich arbeitende Stellantriebe den weiteren bedeutsamen Vorteil, daß sie ein Selbstanpassungsverhalten auch- beim überschießen über die Sollwertstellung besitzt. Falls beispielsweise die tatsächlichen Eigenschaften des Stellantriebs sich stark von den theoretisch vorausgesetzten Eigenschaften unterscheiden, so kann es zwar vorübergehend zum Überschießen über die Sollwertstellung kommen, wobei jedoch diese Abweichung durch das der Erfindung zugrunde liegende Regelverfahren automatisch durch eine wirksam werdende Steuerung des Stellantriebs in der für eine Korrektur erforderlichen entgegengesetzten Richtung im erforderlichen Ausmaß korrigiert wird.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung, welche ein Blockschaltbild eines Stellantriebs mit dem zugehörigen Steuersystem zeigt.
  • Die Zeichnung zeigt ein elektromotorisch angetriebenes Stellglied 10 mit einer in beiden Drehrichtungen drehbaren Abtriebswelle 17, welche durch den mit dem Buchstaben M angedeuteten Elektromotor angetrieben wird.
  • Dieser Elektromotor wird durch eine Anordnung gesteuert, die einen Steuerverstärker 11, eine Vergleichsvorrichtung 12, einen Integrator 13, einen Spannungsbegrenzer 14 sowie eine Istwertmeßeinrichtung aufweist, deren Meßergebnis nach Vergleich mit dem Sollwert die Arbeitsweise des Steuerverstärkers 11 beeinflußt und die einen Tachogenerator 16 sowie einen zweiten Integrator 15 aufweist, der das Istwertsignal V2 als Ausgangsgleichspannung an die Vergleichsvorrichtung 12 gibt.
  • Der Motor M des Stellglieds 10 und damit die Abtriebswelle 17 wird in Abhängigkeit von Steuersignalen ± VO vorgegebener Polarität und Dauer gesteuert, welche an den Anschlußklemmen des Spannungsbegrenzers 14 zugeführt werden. Zwischen den Klemmen 14A und 14B werden Steuersignale + VO wählbarer Dauer und mit der einen Polarität zugeführt, während Steuersignale - VO wählbarer Dauer, jedoch entgegengesetzter Polarität, zwischen den Klemmen 14B und 14C des Spannungsbegrenzers 14 zugeführt werden, welcher gewährleistet, daß seine sämtlichen Ausgangssignale die gleiche Spannungshöhe aufweisen. Die Ausgangssignale des Spannungsbegrenzers 14 werden als Gleichspannung dem Integrator 13 zugeführt, welcher ein Sollwertsignal Vl als Ausgangsgleichspannung liefert, deren Wert proportional der Breite der Steuersignale ± VO ist. Das Sollwertsignal Vl wird der Vergleichsvorrichtung 12 zugeführt.
  • Die Ausgangsgröße der Vergleichsvorrichtung 12 ist als Vergleichssignal V3 bezeichnet. Das Vergleichssignal V3 kann von der einen oder der anderen Polarität sein; je nach seiner Polarität steuert es den Steuerverstärker 11 so, daß dieser seinerseits den Elektromotor M zur Drehung in der einen Richtung oder in der anderen Richtung veranlaßt.
  • In dieser Weise spricht der Motor des Stellglieds auf die Eingangsgröße des Spannungsbegrenzers 14 über den Integrator 13, die Vergleichsvorrichtung 12 und den Steuerverstärker 11 so an, daß er die Abtriebswelle je nach der Breite und der Polarität eines oder mehrerer Steuersignale ± VO in eine gewünschte Stellung in einer vorgegebenen Richtung verdreht.
  • Falls der Elektromotor ein solches Ansprechverhalten besäße, daß er seine volle Neundrehzahl sogleich nach Erregung erreicht und entsprechend auch sogleich nach Entregung zum Stillstand kommt, so würde der Motor bei Betätigung die Abtriebswelle jeweils um einen genauen Betrag in eine gewünschte Stellung verdrehen. Tatsächlich wird jedoch der Motor weder sogleich zum Stillstand kommen, noch sich momentan auf seine volle Neundrehzahl beschleunigen; außerdem kann der Motor von einem Typ mit nicht konstanter Drehzahl sein. Wenn der Elektromotor beispielsweise ein Induktionsmotor ist, wird seine Drehzahl je nach der Belastung schwanken, so daß die Abtriebswelle 17 ohne Soll- und Istwertvergleich bei einem gegebenen Steuersignal nicht um den gewünschten Betrag verdreht würde.
  • Um sicherzustellen, daß der Elektromotor die Abtriebswelle tatsächlich in die gewünschte Stellung verdreht, ist die Istwertmessung vorgesehen. Diese wird mit Hilfe des Tachogenerators 16 ausgeführt, der mechanisch mit dem Stellglied 10 gekuppelt ist und eine Gleichspannung erzeugt, deren Betrag proportional der Motordrehzahl ist und deren Polarität sich mit der Drehrichtung des Motors ändert.
  • Die Gleichspannung des Tachogenerators 16 wird dem Integrator 15 zugeführt, an dessen Ausgang als Ergebnis der kontinuierlichen Integration der Tachogeneratorspannung ein Istwertsignal V 2 auftritt, dessen Betrag somit proportional der erfolgten Verdrehung der Abtriebswelle ist. Das Istwertsignal V2 wird als Gleichspannung der Vergleichsvorrichtung 12 zugeführt, wo sie von der Ausgangsgleichspannung des Integrators 13 subtrahiert wird; durch geeignete relative Bemessung der Ausgangssignale VI und V2 der beiden Integratoren 13 und 15 läßt sich die Polarität des Vergleichssignals V3 der Vergleichsvorrichtung 12 umkehren, so daß, falls die Abtriebswelle 17 über die durch ein bestimmtes Steuersignal ± VO geforderte Sollstellung hinausschießt, dies eine Vorzeichenumkehr des Vergleichssignals V3 zur Folge hat, was seinerseits den Steuerverstärker 11 zu einer Umkehr der Drehrichtung des Mektromotors M veranlaßt, so daß die Abtriebswelle 17 in die Sollstellung zurückgedreht wird. Mit anderen Worten, wird das Stellglied 10 sich so verhalten, daß das Vergleichssignal Y 3 auf einen sehr kleinen Wert entsprechend einer sehr kleinen Regelabweichung gebracht wird.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Verfahren zur Stellungsregelung eines elektromotorisch angetriebenen Stellglieds, dessen Istwertsignal durch Integration der Spannung eines von dem Stellglied angetriebenen Tachogenerators erzeugt wird, in Abhängigkeit von einem Steuersignal, dadurch gekennzeichnet, daß das durch seine Polarität und Dauer bestimmte Steuersignal VO) für sich ebenfalls integriert wird und ein dem Integral des Steuersignals VO) entsprechendes Sollwertsignal (V1) mit dem Istwertsignal (V2) algebraisch verglichen wird und daß dem Stellantrieb (10) ein Stellsignal zugeführt wird, dessen Polarität und Größe von der Polarität und Größe eines beim algebraischen Vergleich gebildeten Vergleichssignals (V3) abhängt. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1014 116; Elektronorm, 16 (1962), H. 5, S. 151/152; Stahl u. Eisen, 83 (1963), Nr. 1, S. 51/52; VDE-Buchreihe, Bd. 8 (1962), »Digitale Signalverarbeitung in der Regelungstechnik«, S. 101 bis 105.
DEE28409A 1963-12-23 1964-12-22 Verfahren zur Stellungsregelung eines elektromotorisch angetriebenen Stellglieds Pending DE1277989B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005021921A1 (de) * 2005-05-12 2006-12-14 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Verwendung einer elektrischen Maschine als Stellmotor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1014116A (fr) * 1949-03-10 1952-08-11 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements aux appareils de mesure et de controle de deplacement angulaire d'un moteur électrique

Patent Citations (1)

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