DE19610665C2 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines Pulsweiten-modulierten Signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine elektronische Regeleinrichtung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals, insbesondere zur Ansteuerung und Regelung von elektropneumatischen Druckregelventilen.

Insbesondere bei der geregelten Ansteuerung von elektropneumatischen Druckregelventilen ist die sogenannte pulsweitenmodulierte Signalerzeugung bekannt. Es handelt 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 Ansteuerimpulse 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 proportionalen Signal gespeist wird. Der Ausgang dieses Komparators geht dann mehr oder weniger direkt auf den elektromagne­ tischen Aktor. Dabei ist es bekannt, daß Ausgangssignal des Komparators über einen festen Widerstand auf einen Eingang des Komparators rückzukoppeln. Feststehender Widerstand bedeutet hier, daß der Widerstandswert weitgehend konstant ist.

Eine solche Betriebsweise ist beispielsweise vom elektropneumatischen Druckregelventil NW7 der Firma Mannesmann Rexroth Pneumatik, Datenblatt 7.045/90, Blatt 2/2, bekannt. Ein wesentliches Kriterium für die Bemessung der elektronischen Bauteile ist die für das Gerät, sprich für das Druckregelventil, letztendlich benötigte Mindestpulsweite maßgebend. Für Schaltventile gilt dabei, welches Signal, sprich welche Pulsweite bzw. welcher Mindestpuls anliegen muß, 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 Mindest­ pulsweite eingestellt wurde. Danach wurden die Werte bzw. Parameter der elektronischen Bauteile aufeinander abgestimmt. Eine solche Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, daß die so fest eingestellte Mindestpulsweite nur für ein enges Versorgungsspannungsintervall hinreichend genau ist.

Aus der DE 39 39 857 A1 ist ein gattungsbemäßes und mit den vorstehend erläuterten Nachteilen behaftetes Verfahren sowie eine korrespondierende Einrichtung bekannt. Zur Ansteuerung der Spule eines elektropneumatischen Regelventils mit einem pulsweiten­ moduliertem Signal wird hier eine Regelabweichung sowie ein fest getaktetes Dreiecksignal auf einen Komparator gegeben. Dem Komparator ist dann eine Treiberstufe nachgeschaltet, über welche die Spule des elektropneumatischen Regelventils angesteuert wird.

Ähnliche Einrichtungen sind ferner auch der DE 42 02 805 A1 und DE 41 40 586 A1 entnehmbar. Hierin werden jeweils Spannungsüberwachungseinrichtungen an getaktet angesteuerten elektropneumatischen Ventilen widergegeben.

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

Hinsichtlich eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß die Versorgungsspannung der gesamten Einrichtung ermittelt und daß das rückgekoppelte Signal aus dem ausgangsseitigen Signal gewonnen wird und vom Wert der ermittelten Versorgungsspannung proportional abhängt.

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

Die Erfindung löst sowohl in verfahrensgemäßer wie auch in einrichtungsgemäßer Hinsieht den Nachteil, daß bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen unterschiedliche Regel­ charakteristika entstehen. Dabei legt das System eine interne Versorgungsspannung fest, die stets aus der extern anliegenden Spannung gebildet wird. Diese von der externen Versor­ gungsspannung 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 niederohmiger 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 pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung und Regelung von elektromagnetischen Druckregelventilen, bei welchem eine Regelabweichung sowie ein fest getaktetes Dreiecksignal auf einen Komparator gegeben und das ausgangsseitig erzeugte Signal (U_aus) auf einen Eingang des Komparators rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung (U_ver) der gesamten Einrichtung ermittelt und daß das rückgekoppelte Signal (U_rück) aus dem ausgangsseitigen Signal (U_aus) gewonnen wird und vom Wert der ermittelten Versorgungsspannung (U_ver) proportional abhängt.

2. Elektronische Einrichtung bzw. Regeleinrichtung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals, insbesondere zur Ansteuerung und Regelung von elektropneumatischen Druckregelventilen, bei welcher unter Verwendung eines als Schmitt- Trigger geschalteten Komparators aus einer Regelabweichung und einer festgetakteten Dreieckspannung das als Stellsignal für den Aktor erhaltene Ausgangssignal auf einen Eingang des Komparators rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rückkopplungspfad ein Stellglied (40) eingebracht ist, über welches die rückgekoppelte Spannung (U_rück) in Abhängigkeit von der ermittelten Versorgungsspannung einstellbar ist.

3. Elektronische Einrichtung bzw. Regeleinrichtung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rückkopplungspfad ein Impedanzwandler (30) eingefügt ist.