DE19610665A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines Pulsweiten-modulierten Signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine elektronische Regeleinrichtung zur Er­ zeugung eines Pulsweiten-modulierten Signals, insbesondere zur Ansteuerung und Regelung von elektropneumatischen Druckregelventilen.

Insbesondere bei der geregelten Ansteuerung von elektropneumatischen Druckregel­ ventilen ist die sogenannte Pulsweiten-modulierte Signalerzeugung bekannt. Es han­ delt sich dabei um eine getaktete Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors im Druckregelventil bei der je nach Regelabweichung mit unterschiedlichen Pulsweiten angesteuert wird. Im wesentlichen geht es dabei um die Änderung der Pulsweiten der einzelnen Ansteuerpulse.

Um eine solche Regelung vornehmen zu können, ist es bisher bekannt, die An­ steuerimpulse in einem sogenannten Schmitt-Trigger zu erzeugen. Der prinzipielle Aufbau sieht einen Komparator vor, der an einem der Eingänge ein fest getaktetes Dreiecksignal erhält und der andere Eingang mit einem der Regelabweichung propor­ tionalen Signal gespeist wird. Der Ausgang dieses Komparators geht dann mehr oder weniger direkt auf den elektromagnetischen Aktor. Dabei ist es bekannt, daß Aus­ gangssignal des Komparators über einen festen Widerstand auf einen Eingang des Komparators rückzukoppeln. Feststehender Widerstand bedeutet hier, daß der Wi­ derstandswert weitgehend konstant ist. Eine solche Betriebsweise ist beispielsweise vom elektropneumatischen Druckregelventil NW7 von Mannesmann Rexroth Pneuma­ tik, Datenblatt 7.045/90, Blatt 2/2, bekannt. Ein wesentliches Kriterium für die Bemes­ sung der elektronischen Bauteile ist die für das Gerät, sprich für das Druckregelventil, letztendlich benötigte Mindestpulsweite maßgebend. Für Schaltventile gilt dabei, wel­ ches Signal, sprich welche Pulsweite bzw. welcher Mindestpuls muß anliegen, damit das Ventil gerade noch sicher öffnet und Luft strömen läßt. Andererseits darf die Zeit, in der das Schaltventil durch den Puls geöffnet wird, nicht zu lang sein, da die minimal mögliche Luftmenge die Schrittweite der Regelgenauigkeit bestimmt. Die minimale Zeit zum Öffnen eines Ventils ist von der Kraft abhängig, die wiederum über den Strom von der angelegten Spannung bestimmt wird. Die Versorgungsspannung ist jedoch nicht zeitlich konstant. Die hierdurch gegebene Anforderung wurde bisher im Stand der Technik so umgesetzt, daß für eine minimale Versorgungsspannung eine gemittelte Mindestpulsweite eingestellt wurde. Danach wurden die Werte bzw. Parameter der elektronischen Bauteile aufeinander abgestimmt. Eine solche Vorgehensweise hat den Nachteil, daß die so fest eingestellte Mindestpulsweite nur für ein enges Versorgungs­ spannungsintervall hinreichend genau ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine elektroni­ sche Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens dahingehend zu verbessern, daß von der Mindestbeaufschlagungszeit abhängige strömende Luftmenge konstant gehal­ ten wird.

Hinsichtlich eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Versorgungsspannung der gesamten Einrich­ tung ermittelt und eine der ermittelten Versorgungsspannung proportionale Spannung mit in die Rückkopplung des Komparators eingebracht wird.

Hinsichtlich einer elektronischen Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in den Rückkopplungspfad ein Spannungs­ stellglied eingebracht ist, welches eine der Versorgungsspannungen proportionale Spannung erzeugt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Einrichtung sind den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen gegeben.

Die Erfindung löst sowohl in verfahrensgemäßer wie auch in einrichtungsgemäßer Hinsicht den Nachteil, daß bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen unter­ schiedliche Regelcharakteristik entsteht. Dabei legt das System eine interne Versor­ gungsspannung fest, die aus der extern anliegenden Spannung stets gebildet wird. Diese von der externen Versorgungsspannung unabhängige interne Spannung ist maßgebend für den Betrieb der Elektronik. Eingesetzt wird die Erfindung sehr vorteil­ haft bei sogenannten elektropneumatischen Druckregelventilen. Wenn auch innerhalb der Einrichtung eine konstante, die Elektronik versorgende Spannung gewählt ist, so ist diejenige Spannung, die auf die Ventilaktoren gegeben wird, vom Wert der externen Spannung abhängig. Wie oben beschrieben, wirken sich unterschiedliche Versor­ gungsspannungen bzw. Arbeitsspannungen, mit denen die Aktoren beaufschlagt wer­ den, auf die Mindestluftmenge aus. Um diese Tatsache zu berücksichtigen, wird bei der Ansteuerung bzw. Erzeugung des Stellsignales der Wert der externen Versor­ gungsspannung mitberücksichtigt. Dies erfolgt dadurch, daß der Komparator bzw. die Komparatoren, wie oben beschrieben, nicht mit einer starren Rückkopplung versehen sind, sondern mit einer an die jeweilige externe Versorgungsspannung angepaßte bzw. sich anpassende Spannung rückgekoppelt sind. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß am Ausgang des Komparators/der Komparatoren eine Spannungsfolge- Schaltung angeordnet ist bzw. falls nötig ihr nachfolgend ein Invertierer vorgesehen ist. Der Spannungsfolger koppelt auf den erstgenannten Komparator die Spannung in fal­ lende Abhängigkeit und der Invertierer in steigende Abhängigkeit zurück.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrie­ ben:
Die Abbildung zeigt die wesentlichen erfindungsgemäßen Elemente bzw. deren erfin­ dungsgemäße Verschaltung. Eingebunden ist diese erfindungsgemäße Schaltung in eine elektronische Regeleinrichtung zur Erzeugung eines pulsweiten modulierten Si­ gnals. Das pulsweiten modulierte Signal dient zur Ansteuerung von Ventilen, die als elektropneumatische Druckregelventile arbeiten. Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Schaltung stellt einen Schmitt-Trigger-Komparator dar. Die Funkti­ onsweise ist wie folgt.

Mit der Versorgungsspannung U_VER werden die Leistungstreiber 10 bzw. die Ventilak­ toren 20 versorgt. Die konstante Elektronikspannung U_ELEK wird ebenfalls aus der va­ riablen Versorgungsspannung U_VER gebildet. Die Ausgangsspannung U_AUS des Kom­ parators ist je nach dessen Eingangswerten entweder gleich Null oder gleich der kon­ stant gebildeten bzw. geregelten Elektronikspannung U_ELEK. Abhängig von der Versor­ gungsspannung U_VER wird die Spannung U_RÜCK gebildet. Um Rückwirkungen aus dem Rückkoppelzweig zu vermeiden ist ein Impedanzwandler 30 vorgesehen, der als nie­ derohmiger Verstärker wirkt. Der Anschluß der Ausgangsspannung U_AUS an der Rück­ koppelschaltung soll die Kurvenformabhängigkeit von U_RÜCK zeigen. Dadurch entste­ hen folgende Abhängigkeiten.

Ist die Ausgangsspannung U_AUS gleich der Elektronikspannung U_ELEK, dann wird die Rückkopplungsspannung U_RÜCK abhängig von der Versorgungsspannung U_VER.

Im Falle, daß die Ausgangsspannung U_AUS gleich Null ist, folgt daraus, daß auch die Rückkopplungsspannung U_RÜCK gleich Null ist.

Eingangsseitig zur Schaltung ist noch zu sagen, daß die Rückkopplung des Stellsigna­ les sowohl auf den Eingang der Regelabweichung Delta W als auch auf den Eingang des Dreiecksignals T erfolgen kann. Wichtig dabei ist nur zu berücksichtigen, daß die Rückkopplung lediglich auf den positiven (+) Eingang des Komparators aufgeschaltet wird.

Das wesentliche an dieser Schaltung ist, daß durch Variation der rückgekoppelten Spannung in Abhängigkeit zur variablen Versorgungsspannung die Mindestpulsweite angepaßt wird.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Pulsweiten modulierten Signals zur Ansteuerung und Regelung von elektropneumatischen Druckregelventilen, bei welchen eine Regelabweichung sowie ein fest getaktetes Dreiecksignal auf einen Komparator gegeben und das ausgangsseitig erzeugte Signal auf einen Eingang des Kompa­ rators rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung der gesamten Einrichtung ermittelt, und eine der ermittelten Versorgungsspannung proportionale Spannung mit in die Rückkopp­ lung eingebracht wird.

2. Elektronische Einrichtung bzw. Regeleinrichtung zur Erzeugung eines Pulswei­ ten-modulierten Signals, insbesondere zur Ansteuerung und Regelung von elektropneumatischen Druckregelventilen, bei welcher unter Verwendung eines als Schmitt-Trigger geschalteten Komparators aus einer Regelabweichung und einer fest getakteten Dreiecksspannung das als Stellsignal für den Aktor erhalte­ ne Ausgangssignal auf einen Eingang des Komparators rückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rückkopplungspfad ein Stellglied (40) eingebracht ist, über welches die rückgekoppelte Spannung (U_RÜCK) in Abhängigkeit von der ermittelten Ver­ sorgungsspannung einstellbar ist.

3. Elektronische Einrichtung bzw. Regeleinrichtung zur Erzeugung eines Pulswei­ ten-modulierten Signals nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rückkopplungspfad ein Impedanzwandler (30) eingefügt ist.