DE1513443C - Elektromagnetischer Stellungsregler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Stellungsregler, bei dem ein von der mechanischen Stellung eines Einstellorgans abhängiges, elektrisches Istwertsignal mit einem einstellbaren Sollwertsignal verglichen wird und das aus diesem Vergleich resultierende Fehlersignal über einen Verstärker und über gesteuerte 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 Solllage vom Strom durch den Elektromagneten abhängige Rückführungssignale über /?C-Glieder additiv zugeschaltet sind.

Es ist bekannt, von Elektromagneten gesteuerte, mechanische Stellglieder als kontinuierlich arbeitende Stellglieder, z. B. für die Einstellung der Durchflußmenge durch ein Ventil zu verwenden. Bei diesen bekannten Anordnungen wird der Strom durch den Elektromagneten von einer Leistungsstufe geschaltet, die ihrerseits von einer Steuerschaltung mit bistabilem Verhalten beeinflußt wird. Der Steuerschaltung werden dabei über einen Verstärker Signale zugeführt, die sich aus einem Sollwert-Istwert-Vergleich ergeben, bei dem der Sollwert z. B. als elektrische Spannung an einem Potentiometer abgegriffen wird. Den Istwert erhält man dabei ebenfalls als elektrische Spannung aus einem Stellungsgeber, der die mechanische Stellung des Stellgliedes in eine proportionale elektrische Spannung umwandelt. Als Stellungsgeber kann z. B. ein Differentialtransformator verwendet werden.

Das bisher geschilderte System neigt in dieser einfachen Form zu Schwingungen um eine Mittelwertlage. Daher hat man bisher den mechanischen Teil, also z. B. die Ventilspindel eines Ventils oder den Magnetkern des Elektromagneten mit einer Ölbremse versehen, durch die das System geschwindigkeitsproportional gedämpft und damit stabilisiert wird. Infolge der Viskosität des verwendeten Öles ist eine derartige Dämpfung in ihrer Wirkung temperaturabhängig. Weiterhin kann die Anbringung der Ölbremse unter Umständen aus Platzgründen Schwierigkeiten bereiten.

Bei dem vorliegenden Stellungsregler wird die Stabilisierung in an sich bekannter Weise auf elektrischem Wege vorgenommen, wobei vom Strom durch den Elektromagneten abhängige Rückführungssignale additiv aufgeschaltet werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Magnetspule des Elektromagneten magnetisch gekoppelte und von dieser galvanisch getrennte Induktionsspule vorgesehen ist, deren Induktionsspannung als Stabilisierungssignal für den Elektromagneten über ein ÄC-Integrierglied dem Istwert zugeschaltet ist.

Gegenüber dem bekannten Abgriff eines stromproportionalen Signals mit Hilfe des durch diesen Strom hervorgerufenen Spannungsabfalls an einem Meßwiderstand ergeben sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine ganze Reihe von Vorteilen. Durch die galvanische Trennung zwischen der mit niedriger Spannung arbeitenden elektronischen Steuerung und der den Strom durch den Magneten erzeugenden, erheblich größere Spannungen benötigenden Leistungsstufe wird verhindert, daß in der Leistungsstufe auftretende Spannungsschwankungen, die in dem Steuerkreis relativ große Störungen verursachen, nicht auf die elektronische Steuerung übertragen werden. Weiterhin muß der Steuerkreis dann nicht auf das Potential des Meßwiderstandes gelegt werden, sondern kann zumindest annähernd auf Erdpotential gehalten werden. Er ist daher auch nicht den Potentialänderungen des Meßwiderstandes unterworfen, so daß er nicht als Ganzes gegenüber seiner Umgebung für das relativ hohe Potential des ! ίο Meßwiderstandes isoliert werden muß. j

Darüber hinaus ist der Stromdurchgang durch ! einen Meßwiderstand mit einer unerwünschten Erwärmung verbunden, die mit der erfindungsgemäßen Anordnung ebenfalls vermieden wird.
Weiterhin läßt sich die erfindungsgemäße Induktionsspule sehr einfach als zusätzliche Wicklung in dem Elektromagneten unterbringen, woraus sich konstruktive und fabrikatorische Vorteile ergeben.

Die Verwendung einer Induktionsspannung an so Stelle des Spulenstromes als Rückführungssignal bringt darüber hinaus regelungstechnische Vorteile, da der infolge der Rückführung auftretende Stellungsfehler des Einstellorgans in allen Fällen sehr klein gehalten wird.

Die Verwendung eines ÄC-Integriergliedes an Stelle eines Integrators mit aktiven Schaltelementen verhindert ein Auftreten oder eine Verfälschung eines Stellungsfehlers infolge einer Nullpunktswanderung des aktiven Integrators.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Istwertsignal zusätzlich in einem jRC-Glied differenziert und seine so gebildete Änderungsgeschwindigkeit als Stabilisierungssignal dem Istwert zugeschaltet ist.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Signalfluß und die Übergangsfunktionen für die einzelnen Signale in einem Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Stellungsreglers,
F i g. 2 eine mögliche Ausführungsform des Elektromagneten und des Stellungsgebers, der die mechanische Stellung des Stellgliedes in eine elektrische Spannung umwandelt,

F i g. 3 den Schnitt durch den Elektromagneten, in dem eine zusätzliche Induktionsspule angeordnet ist. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen elektromagnetischen Stellungsregler für die mechanische Einstellung eines Stellgliedes, das bei diesem Beispiel in der Steuerwelle zur Einregulierung der Brennstoffmengen in den Einspritzpumpen einer Brennkraftmaschine besteht. Dabei wird der Strom durch einen Hubmagneten M mit Hilfe der Leistungsstufe L gesteuert, durch die die Spannung über dem Magneten mit Hilfe von gesteuerten Siliziumgleichrichtern ein- und ausgeschaltet wird. Die Steuerspannungen für diese Leistungsstufe werden von einer bekannten Steuerschaltung erzeugt, die in dem Blockschaltbild mit S bezeichnet ist. Ob die Spannung über dem Magneten M ein- oder ausgeschaltet ist, ist bestimmt durch den an der Stelle A vorgenommenen Sollwert-Istwert-Vergleich, bei dem das in eine elektrische Gleichspannung umgewandelte Istwertsignal 1 für die mechanische Stellung des Stellgliedes mit der an einem einstellbaren Potentiometer abgegriffenen SoIlwertspannung 2 verglichen wird. Der Vergleich erfolgt durch zwei symmetrisch zueinander geschaltete Transistoren in Emitterschaltung, wobei an der Basis des einen Transistors die Sollwertspannung 2 und an

Claims (3)

1. 3 4

   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 S. 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 F i g. 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 20 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- 25 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 Vergneten M und dem Stellungsgeber G ist in F i g. 1 im längerung 14 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 Additionsglied A 45 F i g. 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 jRC-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 Phasenanschnittssteuerungen 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 /£C-Gliedes gebildet. In 1. Elektromagnetischer Stellungsregler, bei dem

   Fig. 1 ist dieses Signal durch die Signalfiußleitung 8 ein von der mechanischen Stellung eines Ein- und die Übergangsfunktion H wiedergegeben. Auf 65 stellorgane 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 /?C-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 2?C-Integrierglied dem Istwert zugeschaltet ist.
2. 2. Elektromagnetischer Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Istwertsignal zusätzlich in einem RC-Glied differenziert und seine so gebildete Änderungsgeschwindigkeit als Stabilisierungssignal dem Istwert zugeschaltet ist.
3. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen