DE1513443B1 - Elektromagnetischer Stellungsregler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektro- die in dem Steuerkreis relativ große Störungen vermagnetischen Stellungsregler, bei dem ein von der Ursachen, nicht auf die elektronische Steuerung mechanischen Stellung eines Einstellorgans abhän- übertragen werden. Weiterhin muß der Steuerkreis giges, elektrisches Istwertsignal mit einem einstell- dann nicht auf das Potential des Meßwiderstandes baren Sollwertsignal verglichen wird und das aus 5 gelegt werden, sondern kann zumindest annähernd diesem Vergleich resultierende Fehlersignal über auf Erdpotential gehalten werden. Er ist daher auch einen Verstärker und über gesteuerte Gleichrichter nicht den Potentialänderungen des Meßwiderstandes den Strom durch die Spule eines Elektromagneten unterworfen, so daß er nicht als Ganzes gegenüber schaltet, der gegen die Kraft einer Rückstellfeder die seiner Umgebung für das relativ hohe Potential des mechanische Stellung des Einstellorgans einstellt, io Meßwiderstandes isoliert werden muß.
und bei dem ferner dem Fehlersignal zur Vermei- Darüber hinaus ist der Stromdurchgang durch

dung von Schwingungen des Reglers um seine Soll- einen Meßwiderstand mit einer unerwünschten Erläge vom Strom durch den Elektromagneten abhän- wärmung verbunden, die mit der erfindungsgemäßen gige Rückführungssignale über RC-Glieder additiv Anordnung ebenfalls vermieden wird,
zugeschaltet sind. 15 Weiterhin läßt sich die erfindungsgemäße Induk-

Es ist bekannt, von Elektromagneten gesteuerte, tionsspule sehr einfach als zusätzliche Wicklung in mechanische Stellglieder als kontinuierlich arbei- dem Elektromagneten unterbringen, woraus sich tende Stellglieder, z. B. für die Einstellung der konstruktive und fabrikatorische Vorteile ergeben.
Durchflußmenge durch ein Ventil zu verwenden. Bei Die Verwendung einer Induktionsspannung an

diesen bekannten Anordnungen wird der Strom 20 Stelle des Spulenstromes als Rückführungssignal durch den Elektromagneten von einer Leistungs- bringt darüber hinaus regelungstechnische Vorteile, stufe geschaltet, die ihrerseits von einer Steuerschal- da der infolge der Rückführung auftretende Steltung mit bistabilem Verhalten beeinflußt wird. Der Iungsfehler des Einstellorgans in allen Fällen sehr Steuerschaltung werden dabei über einen Verstärker klein gehalten wird.

Signale zugeführt, die sich aus einem Sollwert-Ist- 35 Die Verwendung eines i?C-Integriergliedes an wert-Vergleich ergeben, bei dem der Sollwert z. B. Stelle eines Integrators mit aktiven Schaltelementen als elektrische Spannung an einem Potentiometer verhindert ein Auftreten oder eine Verfälschung abgegriffen wird. Den Istwert erhält man dabei eines Stellungsfehlers infolge einer Nullpunktswanebenfalls als elektrische Spannung aus einem Stel- derung des aktiven Integrators,
lungsgeber, der die mechanische Stellung des Stell- 30 Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Istwertsignal gliedes in eine proportionale elektrische Spannung zusätzlich in einem ÄC-Glied differenziert und seine umwandelt. Als Stellungsgeber kann z. B. ein Diffe- so gebildete Änderungsgeschwindigkeit als Stabilisierentialtransformator verwendet werden. rungssignal dem Istwert zugeschaltet ist.

Das bisher geschilderte System neigt in dieser ein- Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschrei-

fachen Form zu Schwingungen um eine Mittelwert- 35 bung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit lage. Daher hat man bisher den mechanischen Teil, den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
also z.B. die Ventilspindel eines Ventils oder den Fig. 1 den Signalfluß und die Übergangsfunktio-

Magnetkern des Elektromagneten mit einer Ölbremse nen für die einzelnen Signale in einem Blockschaltversehen, durch die das System geschwindigkeitspro- bild des erfindungsgemäßen Stellungsreglers,
portional gedämpft und damit stabilisiert wird. In- 40 F i g. 2 eine mögliche Ausführungsform des Elekfolge der Viskosität des verwendeten Öles ist eine tromagneten und des Stellungsgebers, der die mederartige Dämpfung in ihrer Wirkung temperatur- chanische Stellung des Stellgliedes in eine elektrische abhängig. Weiterhin kann die Anbringung der öl- Spannung umwandelt,

bremse unter Umständen aus Platzgründen Schwie- F i g. 3 den Schnitt durch den Elektromagneten, in

rigkeiten bereiten. 45 dem eine zusätzliche Induktionsspule angeordnet ist.

Bei dem vorliegenden Stellungsregler wird die Das Ausführungsbeispiel zeigt einen elektroma-

Stabilisierung in an sich bekannter Weise auf elek- gnetischen Stellungsregler für die mechanische Eintrischem Wege vorgenommen, wobei vom Strom stellung eines Stellgliedes, das bei diesem Beispiel durch den Elektromagneten abhängige Rückfüh- in der Steuerwelle zur Einregulierung der Brennrungssignale additiv aufgeschaltet werden. 50 stoffmengen in den Einspritzpumpen einer Brenn-

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß kraftmaschine besteht. Dabei wird der Strom durch eine mit der Magnetspule des Elektromagneten ma- einen Hubmagneten M mit Hilfe der Leistungsstufe L gnetisch gekoppelte und von dieser galvanisch ge- gesteuert, durch die die Spannung über dem Magnetrennte Induktionsspule vorgesehen ist, deren Induk- ten mit Hilfe von gesteuerten Siliziumgleichrichtern tionsspannung als Stabilisierungssignal für den 55 ein- und ausgeschaltet wird. Die Steuerspannungen Elektromagneten über ein i?C-Integrierglied dem Ist- für diese Leistungsstufe werden von einer bekannten wert zugeschaltet ist. Steuerschaltung erzeugt, die in dem Blockschaltbild

Gegenüber dem bekannten Abgriff eines strom- mit S bezeichnet ist. Ob die Spannung über dem proportionalen Signals mit Hilfe des durch diesen Magneten M ein- oder ausgeschaltet ist, ist bestimmt Strom hervorgerufenen Spannungsabfalls an einem 60 durch den an der Stelle A vorgenommenen Sollwert-Meßwiderstand ergeben sich durch die erfindungs- Istwert-Vergleich, bei dem das in eine elektrische gemäße Maßnahme eine ganze Reihe von Vorteilen. Gleichspannung umgewandelte Istwertsignal 1 für Durch die galvanische Trennung zwischen der mit die mechanische Stellung des Stellgliedes mit der an niedriger Spannung arbeitenden elektronischen einem einstellbaren Potentiometer abgegriffenen Soll-Steuerung und der den Strom durch den Magneten 65 wertspannung 2 verglichen wird. Der Vergleich ererzeugenden, erheblich größere Spannungen benöti- folgt durch zwei symmetrisch zueinander geschaltete genden Leistungsstufe wird verhindert, daß in der Transistoren in Emitterschaltung, wobei an der Basis Leistungsstufe auftretende Spannungsschwankungen, des einen Transistors die Sollwertspannung 2 und an

Claims (2)

1. der Basis des anderen Transistors die Istwertspan- signal in den Regelkreis eingeführt. Damit kann

   nung 1 liegt. dieses Signal 8 in seiner Wirkung direkt dem Si-

   Das aus dem Vergleich resultierende Fehler- gnal, das durch die bereits erwähnte bekannte Ver-

   signal 3 wird in dem Verstärker V verstärkt und Wendung einer Ölbremse erzeugt wird, gleichgesetzt

   dient dann zur Steuerung der Steuerstufe 5. Da die 5 werden, da ja auch durch die Ölbremse ein geschwin-

   beschriebenen Schaltungen, ihre Elemente und ihre digkeitsproportionales Signal in den Regelkreis ein-

   Wirkungsweisen bekannt sind, wird im einzelnen geführt wird. Beide Signale, das Istwertsignal 1 und

   darauf nicht näher eingegangen. seine Änderungsgeschwindigkeit 8, ergeben also die

   Die Istwertspannung 1 des Regelkreises wird in Wirkung eines PD-Gliedes.

   bekannter Weise mit Hilfe eines Differentialtrans- io Fig. 2 stellt ein Beispiel für den mechanischen

   formators gebildet, der von einem Oszillator mit Teil des Stellungsreglers dar. Wie schon erwähnt,

   einer Frequenz von einigen 1000 Hz angeregt und zeigt dieses Beispiel die Einstellung einer Steuerwelle

   dessen Ausgangsspannung über eine Graetzschaltung für Einspritzpumpen von Brennkraftmaschinen. Die

   gleichgerichtet wird. Die Größe dieser Ausgangs- Hubbewegung des Elektromagneten 10 wird dabei in

   spannung ist abhängig von der Stellung des Eisen- 15 eine Drehbewegung umgesetzt. Der Elektromagnet

   kerns im Transformator. 10, dem an den Klemmen 13 der Strom zugeführt

   Der Eisenkern ist dabei mechanisch mit dem Stell- wird, besitzt einen Eisenkern 15 (Fig. 3). Dieser

   glied des mechanischen Einstellorgans verbunden, wird bei Stromdurchgang durch die Spule 16 gegen

   und seine Stellung, und damit die Ausgangsspannung die Kraft der Rückstellfeder 11 in die Spule 16 hin-

   des Transformators, ist der Stellung des Stellgliedes so eingezogen, d. h., er bewegt sich nach oben. Die da-

   proportional. Die gerade beschriebenen Elemente mit verbundene Linearbewegung der Verlängerung

   zur Bildung der Istwertspannung 1 sind in F i g. 1 in 14 des Eisenkerns 15 wird nun in eine Drehbewe-

   dem Stellungsgeber G zusammengefaßt; dabei ist gung umgewandelt. Dazu greift ein Zapfen 18, der

   der Signalfluß des P-Signals durch die Flußlinie 1 mit Hilfe eines Haltestückes 17 auf der Verlängerung

   und die in ihre gezeichnete Proportionalübertra- 35 14 befestigt ist, in eine U-förmige Gabel 19 eines

   gungsfunktion B angedeutet. Hebelarmes 20, der auf der Steuerwelle 27 starr be-

   Die mechanische Verbindung 4 zwischen den Ma- festigt ist und durch die Linearbewegung der VergnetenM und dem Stellungsgeber G ist in Fig. 1 im Iängerungl4 gedreht werden kann. An die Steuer-Gegensatz zu den Verbindungslinien für die elek- welle 27 schließt das weitere nicht dargestellte Getrischen Signale durch eine unterbrochene Linie dar- 30 stange für die Einstellung der Einspritzpumpen an.
   gestellt. An der Steuerwelle 27 ist weiterhin eine Kurven-

   Wie schon erwähnt, ist das bisher geschilderte scheibe 22 befestigt, auf der der Fühlstift 23 des System nicht stabil, sondern das mechanische Stell- Stellungsgebers 24 gleitet. Dieser Stellungsgeber 24 glied wird bei der bisher beschriebenen, nur der Stel- — in Fi g. 1 mit G bezeichnet — besteht in belung des Stellgliedes proportionalen Rückführung des 35 kannter Weise aus einem primärseitig durch einen Istwertsignals 1 Schwingungen um einen Mittelwert Oszillator angeregten Differentialtransformator, in ausführen, die eine Frequenz von einigen Hertz be- dem ein kleiner, mit dem Stift 23 verbundener Eisensitzen, zylinder relativ zur Sekundärwicklung des Transfor-

   Daher ist noch ein Stabilisierungssignal erforder- mators verschoben werden kann. Die Stellung des lieh, das dem Istwertsignal 1 zugeschaltet wird. Das 40 Zylinders ist dabei, wie aus F i g. 2 leicht zu ersehen Stabilisierungssignal wird durch eine im Magneten M ist, der mechanischen Stellung der Steuerwelle 27 diangeordnete, von ihm aber galvanisch getrennte rekt proportional. An der Unterseite des Stellungs-Spule erzeugt, indem der Magnetstrom I_M in diese gebers 24 ist noch der Anschluß 25 für die elek-Spule eine Spannung induziert, die an einem RC- irischen Zuführungen angedeutet.
   Glied quasi integriert und in dem AdditionsgliedA 45 Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Elektrodem Istwertsignal 1 zugeschaltet wird. In F i g. 1 ist magneten 10. Als Besonderheit gegenüber bekannten dieses Signal durch die Flußlinie 6 und die Über- Ausführungsformen derartiger Magneten weist er die tragungsfunktion E dargestellt. Da eine induzierte Induktionsspule 26 auf, die zur Bildung des Stabili-Spannung bekanntlich der Änderungsgeschwindig- sierungssignals dient.

   keit des Stromes proportional ist, ergibt sich durch 50 Es sei noch erwähnt, daß die Erfindung nicht auf

   das nachgeschaltete RC-Glied, daß das Stabilisie- die gezeigte Ausführungsform beschränkt ist. So kann

   rungssignal dem Strom I_M durch den Magneten ange- statt der Rückstellfeder 11 als Gegenkraft zu dem

   nähert proportional ist. Elektromagneten 10 in bekannter Weise ein zweiter

   Das dem Strom durch den Elektromagneten M Elektromagnet verwendet werden. Weiterhin ist es proportionale Stabilisierungssignal kann in seiner 55 möglich, die mit Gleichspannungen gespeiste Steuer-Wirkung interpretiert werden als eine Dämpfung, schaltung durch Wechselspannungsschaltungen z. B. durch welche die abklingende Schwingung des Feh- eine der bekannten Phasenanschnittssteuerangen zu lersignals verkürzt oder, je nach Dimensionierung, ersetzen oder statt des Hubmagneten einen Drehin eine aperiodische Schwingung umgewandelt wird. magneten zu verwenden.

   Dem Istwertsignal kann in an sich bekannter 60

   Weise noch ein Rückführungssignal zugeschaltet Patentansprüche:
   sein. Es wird aus dem Istwertsignal 1 durch eine Dif-

   ferentation mit Hilfe eines i?C-Gliedes gebildet. In 1. Elektromagnetischer Stellungsregler, bei dem

   F i g. 1 ist dieses Signal durch die Signalflußleitung 8 ein von der mechanischen Stellung eines Ein-

   und die Übergangsfunktion H wiedergegeben. Auf 63 Stellorgans abhängiges, elektrisches Istwertsignal

   diese Weise wird neben dem Istwertsignal 1, das ja mit einem einstellbaren Sollwertsignal verglichen

   eine Stellung oder einen Weg wiedergibt, die zeitliche wird und das aus diesem Vergleich resultierende

   Änderung dieses Weges, also ein Geschwindigkeits- Fehlersignal über einen Verstärker und über ge-

   steuerte Gleichrichter den Strom durch die Spule eines Elektromagneten schaltet, der gegen die Kraft einer Rückstellfeder die mechanische Stellung des Einstellorgans einstellt, und bei dem ferner dem Fehlersignal zur Vermeidung von Schwingungen des Reglers um seine Sollage vom Strom durch den Elektromagneten abhängige Rückführungssignale über ÄC-Glieder additiv zugeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Magnetspule (16) des Elektromagneten magnetisch gekoppelte und von

   dieser galvanisch getrennte Induktionsspule (26) vorgesehen ist, deren Induktionsspannung als Stabilisierungssignal für den Elektromagneten (10) über ein ÄC-Integrierglied dem Istwert zugeschaltet ist.
2. 2. Elektromagnetischer Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Istwertsignal zusätzlich in einem ÄC-Glied differenziert und seine so gebildete Änderungsgeschwindigkeit als Stabilisierungssignal dem Istwert zugeschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen