DE2543485A1

DE2543485A1 - Automatisches steuersystem, insbesondere fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2543485A1
Application number: DE19752543485
Authority: DE
Inventors: William J Barrett; Elwood J Meyers
Original assignee: Barber Colman Co
Current assignee: Barber Colman Co
Priority date: 1975-01-02
Filing date: 1975-09-30
Publication date: 1976-07-08
Also published as: DD122291A5; CA1044785A; FR2296880A1; JPS5192976A; US4070609A; SE7512767L; FR2296880B1; PL112786B1; GB1507559A

Description

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BROSE⁰ ^BROSE

Ingenieure

D-8023 Munchen-Pullach, Wiener Str 2, Tel. (089) 7 93 30 71. Tele f212'47 b,os ο Cabins ..Pe'entibus» München

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ihr zeichen: rag: 26. September 1Q75

Yourref.: Da^ 38 133

BARBER-COLMAN COMPANY, 1300 'lock 3t *eet, Roekford, Illinois, USA

Automatisches Steuersystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine.

Die Erfindung betrifft allgemein automatische Steuersysteme und speziell automatische elektronische Steuersysteme, bei welchen die verwendeten Signale kombinierte Punktionen eines proportionalen Sinais und das Integral und die Ableitung desselben darstellen.

Automatische Steuersysteme sind natürlich in der Technik gut bekannt· Bei solchen Systemen gelangen elektrische Signale tür Anwendung, die den Zustand eines Elementes, welches gesteuert werden soll, wiedergeben und die diese Signale alt einem Besugsslgnal ▼ergleichen, um ein für sehr TielfXltige Zwecke verwendbares Fehlersignal su erseugen. Ein spezieller Anwendungsfall derartiger Vor-

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richtungen sind Reg.er, welche die Umdrehungsgeschwindigkeit von Brennkraftmaschinen steuern.

Es ist allgemein wünschenswert, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine in entweder einem isochronen Betriebszustand oder einem gedrosselten bzw. abhängigen Betriebszustand zu steuern, d. h. entweder eine konstante Drehzahl trotz

Veränderungen der Maschinenlast beizubehalten ^: oder eine Verminderung der Drehzahl zuzulassen, wenn die Last größer wird. In beiden Fällen ist es wünschenswert, ein System zu haben, bei welchem die Ansprechverhalten, d. h. die: Ansprechzeit der Maschine mit ihrer-Steuerung auf ι eine Zustandsänderung minimal ist, so daß da- ι durch ein überdrehen bzw. eine zu große Geschwindigkeit und Instabil-ität minimal gehalten werden.

Darüberhinaus gibt es eine Reihe von Situationen, bei denen es wünschenswert ist, Maschinen an eine ^:

wie gemeinsame Last parallel anzuschließen;7beispiels-:

weise bei Schiffsantrieben «

wo eine Schraube von

mehr als .. einer Maschine angetrieben wird, die dann über ein Getriebe, mit der Schraube gekuppelt sind. ι

Darüberhinaus ist es sehr häufig wünschenswert,

bei einer Maschine während der Anlaufzeiten Beungs

feuerungen durchzuführen. Es ist beispielsweise von Bedeutung, die Drehzahl einer Maschine solange zu begrenzen, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht ist oder die Zufuhr des Brennstoffs zu steuern, bis ein gewünschter

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Druck im Ansaugrohr oder drehzahl der 'i'ischj.re · erreicht ist. Auch andere Parameter k/'nnen von Pedeutum: sein, um dadurch die Lebersdauer der Maschine zu verlängern oder um beschädigung«" derselben zu vermeiden.

In Rahmen der Erfindung soll ein neuartiges automatisches Steuersystem geschaffen v;erden, vielches auf Änderungen des Zustandes eines gesteuerten Elementes empfindlich anspricht, um dadurch einen gewünschten Zustand oder Bedingung möglichst genau aufrechtzuerhalten.

Auch soll durch die vorliegende Erfindung ein neuartiges Steuersystem geschaffen werden, welches in mehr als nur einerSteuerunpnrt betrieben vier den kann.

ferner soll das neuartige Steuersystem nach der Erfindung auch gegen Ausfall gesichert sein, d. h, das System soll ein überwachtes oder gesteuertes Element für den Fall außer Betrieb setzen, wenn eine schädliche Bedingung oder Zustand vorliegt.

Das neuartige Steuersystem nach der Erfindung soll ferner in Abhängigkeit von internen oder

weiterer externen Bezugsgr3ßen oder in/Abhängigkeit von externen Signalen, die Grenzgr'5ßen oder Steuerprogramme darstellen * eine Steuerung durchführen.

Auch ist es Ziel der Erfindung ein neuartiges Steuersystem zu schaffen, durch welches ein gesteuertes Element oder Einrichtung, wie beispiels-

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v/eise eine Brennkraftmas chine derart gesteuert werden kann, daß sie parallel mit anderen gesteuerten Elementen z.P. anderen Brennkraftmaschinen arbeiten kann.

Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, ein neuartiges Steuersystem zu schaffen, welches insbesondere die Drehzahl einer Brennkraftmaschine derart zu steuern vermag, daß Brennstoff eingespart wird, eine gewünschte Drehzahl genau bei- . behalten wird die Maschine daran gehindert

a j²¹/··,, ^ -u j möglich wird wird,/überdrehen , daß Y eine Maschine

zu anderen parallel zu betrei·

die durch

ben und die Grenzbedingungen erfaßt,/ verschiedene Parameter, wie beispielsweise die Temperatur. de.n Druck im Ansaugrohr oder der öl-

oder die
druck, / Abhängigkeit von Drehzahlsteuerprogrammen dargestellt

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird-die zuvor definierte Rahmenaufgabe durch eine Steuerschaltung gelöst, die Signale ableitet, welche direkt proportional zu einem Drehzahlsteuersignal sind und ebenso proportional zum Integral und zur Ableitung dieses Signals, und die diese Signale addiert, um ein Steuersignal zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung gelangt auch eine Einrichtung zur Anwendung, durch die das System die Möglichkeit erhält, in mehr als nur einer Betriebsart betrieben zu werden und entweder auf das Steuer-

zu

signal oder auf extern erzeugte Signale ansprechen. ,

V/eitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung 609828/0 494

erpeben sich aus der nun folgenden Peschreibun~ eines Ausführunrsbeisniels unter Hinweis auf die Zeichnungen. Es zeilen:

Fig. 1» 2 und 3 zusammengesetzt ein Schaltbild

einer Ausführungsforn nach der Erfindung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung enthält eine Einrichtung, um ein Signal zu empfangen, welches zu einer abgetasteten Pedingung oder Zustand proportional ist, wobei dieses Signal, wie gezeigt, aus einem sich wiederholenden Signal mit allgemein sinusf'ir-

■ besteht
miger Gestalt / und durch einen magnetischen rießwertgeber 2 erzeugt wird, der an irgendeiner geeigneten und vorteilhaften Stelle an der zu steuernden Vorrichtung angeordnet ist. Im Falle einer Brennkraftmaschine befindet sich·eine geeignete Stelle nahe bei dem Schwungrad, so daß jedesmal dann, wenn ein Zahnradzahn an dem Schwungrad an dem Meßwertgeber vorbeigelangt, ein Impuls erzeugt wird. Das Signal von dem Meßwertgeber

einer

gelangt zu einer Abkapperund/Verstärkereinrichtung,

durch

die / eine Diode 4 und ein Paar von Transistoren 6 und 8 gebildet· werden. Die Diode -¹I ist

den

derart gepolt, daß sie/negativen Teil des Eingangsignals abschneidet, während der positiv gerichtete Abschnitt des Signals zur Basis des Transistors 6 releitet wird.

Der Kollektor des Transistors 6 ist mit der Basis des Transistors P verbunden, so daß dann, wenn der Transistor 6 aufgrund eines Eingangssignal in den leitenden Zustand gelangt, der Transistor 8

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gesperrt wird und sein Kollektor einen hohen Spannungswert annimmt. Die Transistoren 6 und 8 und deren Betriebsparameter sind so ausgewählt, daß eine Ausgangsgröße in Form einer Rechteckwelle am Kollektor des TraisLstors 8 in Abhängigkeit von Jedem Eingangssignal erzeugt wird, wobei der maximale Wert dieses Signals auf einem gewünschten Wert gehalten wird.

Das erste Schaltungselement hinter dem Kollektor des Transistors 8 besteht aus einer Kapazität 10, die den Kollektor zum Steueranschluß bzw. Gate eines Halbleiterschalters 12 koppelt. Die Kapazität 10 ist über einen Widerstand Ik mit Masse verbunden, so daß die rechteckförmige Ausgangsgröße des Kollektors des Transistors 8 differenziert wird und bei ihrem Vorhandensein den Halbleiterschalter 12 in den leitenden Zustand bringt. Eine Seite des Halbleiterschalters 12 ist mit einer Potentialquelle über eine Filterkapazität 16 und einer Masseverbindung 18 verbunden. Die

andere Seite des Halbleiterschalters 12 ist mit der einen Seite einer zweiten Kapazität 20,· deren anderer Anschluß bzw. Seite geerdet ist. Jedesmal,' wenn der Halbleiterschalter 12 geschlossen ist oder leitet, wird die Ladung in der Kapazität 20 über die Masseverbindung 18 entfernt. ;

Eine weitere Verbindung vom Kollektor des Tran- j sistors 8 führt über eine Leitung 22 zun Steuer- \ anschluß eines zweiten Halbleiterschalters 24, ; dessen eine Seite mit einer positiven Potentialquelle über die Kapazität 16 und dessen andere Seite mit dem Verbindungspunkt 126 eines Widerstandes 28 und einer Kapazität 30 verbunden ist.

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Der Widerstand 28 ist mit der positiven Potentialquelle verbunden. Uenn der Halbleiterschalter 24 sich im nicht leitenden Zustand befindet, so liegt der V erbindungspunkt 126 spannungsmäßig hoch, wenn dieser Halbleiterschalter jedoch geschlossen ist oder leitet und zwar in Abhängigkeit vom Leitezustand des Transistors 8, so liegt der Verbindungspunkt 126 spannungsmäßig niedrig, so daß der Halbleiterschalter 24 hinsichtlich des rechteck förmigen Eingangssignals auf der Leitung 22 als eine Inverterstufe arbeitet.

Die Rechteckwelle am Verbindungspunkt 126 wird durch die Kombination aus der Kapazität 30 und dem geerdeten Widerstand 32 differenziert, so daß ein im wesentlichen nadeiförmig gestaltetes Signal über eine Leitung 34 zum Steueranschluß eines dritten Halbleiterschalters 36 gelangt. Der Halbleiterschalter 36 ist zwischen die Kapazität 20 und einem Addierverbindungspunkt 38 eingeschaltet,: so daß dann, wenn der Halbleiterschalter leitet, ein Anschluß der Kapazität 20 mit diesem Verbin-

dungspunkt verbunden ist.

Die zuvor erläuterte Schaltung stellt somit eine Schaltungsanordnung dar, bei welcher der Halbleiterschalter 12 im wesentlichen in Phase mit dem, rechteckförmigen Ausgangssignal des Transistors 8 , leitet, um die Ladung der Kapazität 20 in Mengen- ; einheiten oder Schritten zu entfernen, die pro- ' portional zur Frequenz des Eingangssignals sind. Aufgrund der Invertierwirkung des Halbleiterschalters 24 gelangt der Halbleiterschalter 36 im wesentlichen l80° amßer Phase mit dem Eingangssignal in den leitenden Zustand und es erscheint

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an der Addierverbindungsstelle ein pulsierender Gleichstrom, dessen Mittelwert proportional zur Frequenz des Eingangssignals ist. Der Addierverbindungspunkt befindet sich selbst auf einer festen Spannung, die durch eine Potentialquelle und einen Widerstand 58 festgelegt 1st. Es läßt sich somit erkennen, daß die Kapazität 20 abwechselnd durch den Stromfluß von der Addierverbindungsstelle 38 über den Halbleiterschalter geladen und über den Halbleiterschalter 12 nach Masse hin entladen wird. Da die in einer Kapazität gespeicherte Ladung ausgedrückt werden kann als Q = CE, wobei Q die Ladung bedeutet, C die Kapa- ; zität und E die aufgedrückte Spannung, läßt sich , erkennen, daß jeder Lade- und Entladezyklus eine feste Ladungsmenge überträgt bzw. bewegt. Hierdurch wird bewirkt, daß ein pulsierender Gleichstrom von der Addierverbindungsstelle abfließt, dessen Mittelwert proportional zur Eingangsfrequenz ist.

Ein grundliegender Vorteil der eben erläuterten Schaltung besteht darin, daß sie dazu dient, die Wirkung von Übergangssignalen, d. h. Störsignalen durch Ableitung der Gleichspannung am Verbindungspunkt 38 von einer geregelten Gleichspannungsquelle die selbst gegenüber dem Eingangssignal isoliert ist, beseitigt.

Um ein Fehlersignal zu erzeugen, wird das Gleichstrom-Rückkopplungssignal am Verbindungsρunkt 38 mit einem Bezugssignal verglichen. Das Bezugssignal erscheint auf einer Leitung 40, die mit

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dem Verbindungspunkt 38 und einem Verbindungspunkt 42 verbunden ist. Eine dem Verbindungspunkt 42

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zugeführte Eingangsgröße kann aus einer Bezugsgröße bestehen, die von einer irfernen Spannungsquelle über eine Leitung 44 abgeleitet wird und über ein Filter in Form von Widerstanden 46 und 48 und einer Kapazität 50 zugeführt wird. Eine weitere Eingangsgröße zum Verbindungspunkt 42 kann von einem Potentiometer 52 abgeleitet werden und diese wird als interne Bezugsgröße bezeichnet. Das kombinierte Signal am Verbindungspunkt 4 2 besteht daher aus der internen Bezugsgröße plus oder minus der externen Bezugsgröße. Bei dem speziellen Anwendungsfall, nämlich einem Regler für eine Brennkraftmaschine können die Rückkopplungsund Bezugssignale aus Signalen bestehen, die die tatsächliche Drehzahl der Maschine und die gewünschte Drehzahl jeweils wiedergeben.

In jedem Fall sind die am Verbindungspunkt 38 addierten Signale die Rückkopplungs- und Bezugssignale, die als eine Eingangsgröße einem Operationsverstärker 54 zugeführt werden. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 54 gelangt zu einem Verbindungspunkt 56. Eine zweite Eingangsgröße zum Verstärker 54 besteht aus einer festen Bezugsspannung, die über einen Widerstand 5B abgeleitet wird. Irgendeine Differenz zwischen den zwei Eingangsgrößen zum Verstärker erscheint somit als Ausgangsgröße an der Verbindungsstelle und wird zum Verstärkereingang von der Verbindungsstelle 38 über einstellbare Widerstandsschaltungen 60 zur Steuerung der Verstärkung rückgekoppelt. Die Kapazität 63 hat die Aufgabe die pulsierenden Signale, die von der Kapazität ; 2O abgeleitet wurden, zu glätten. j

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Die soweit beschriebene Schaltung erzeugt somit ein Fehlersignal, welches proportional zur Größe des Fehlers ist, d. h. der Differenz zwischen dem Rückkopplungssignal und dem Bezugssignal an der Verbindungsstelle 56.

Das auf diese Weise gewonnene proportionale Fehlersignal wird über eine Leitung 64 zu einer Buchse oder einer externen Stelle der Steuereinheit geleitet und kann durch irgendeine geeignete Einrichtung für Überwachungszwecke dargestellt werden, wenn dies gewünscht wird. Das gleiche Signal gelangt auch über einen Widerstand 66 zu : einer Verbindungsstelle 68.

Bei der Verbindungsstelle 56 wird das Fehlersignal in drei Getrennten parallel verlaufenden Pfiden verarbeitet, um ein erstes zum Fehler pro- I portionales Signal, ein zweites zum Integral, des Fehlers proportionales Signal und ein drittes zur : Ableitung des Fehlers proportionales Signal zu erzeugen. Das proportionale Signal reguliert oder bestimmt den Betrag oder
die Verstärkung der Korrektur, während das Inte- ^: gralsignal die Korrekturgeschwindigkeit reguliert

ungs

und das AbleitA-Signal das· Ausmaß der Steuerwirkung als Funktion der Ladegeschwindigkeit durch das Fehlersignal bestimmt. Wenn daher eine große -Änderungsgeschwindigkeit in dem Fehlersignal ; vorhanden ist, was der Fall sein kann, wenn ein j starker Übergang auftritt, so führt das Ablei- , tungssignal zu einem starken Steuersignal, um dadurch eine schnellere Korrektur zu erreichen.

Um das proportionale Steuersignal zu gewinnen,

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wird das Signal an der Verbindungsstelle 68 zu einem ersten Eingangsanschluß eines Verstärkers 70 geführt, dessen Ausgang ein Verbindungspunkt ist. Das der Ableitung des Fehlersignals proportional gemachte Signal wird dadurch erhalten, indem das Fehlersignal von dem Schieber eines Potentiometers 74 abgegriffen wird und über eine Kapazität 76 und Widerstand 78 als zweite Eingangsgröße an den Verstärker 70 gekoppelt wird. Der Ladestrom in der Kapazität 76 ist natürlich proportional zu der Ableitung der Spannung am Potentiometer 74.

Um das Integral des Fehlersignals zu erzeugen, so wird das Fehlersignal von dem beweglichen Abgriff eines Verstärkungssteuer-Potentiometers 80 abgegriffen, welches über die Leitung 64 mit dem Verbindungspunkt 56 verbunden ist und wird über den Widerstand 82 als eine Eingangsgröße einem Verstärker 84 eingespeist. Der Ausgang 86 des Verstärkers 84, der als nicht invertierender , Integrierverstärker geschaltet ist, ist über eine Leitung 88 mit einem dritten Eingang des Verstärkers 70 verbunden.

Die Ausgangsgröße des Verstärkers 70 besteht daher aus einem Steuersignal, welches eine Funktion des ersten zum Fehlersignal proportionalen Signals, des zweiten zum Federsignal-Integral pro- ' portionalen Signals und zum dritten zur Ableitung ^: des Fehlersignals proportionalen Signals ist. Das Steuersignal gelangt über eine Diode 90 zu einem Verbindungspunkt 92, an den ein Widerstand 94 angeschlossen ist. Das andere Ende des Widerstandes I 94 ist mit einem weiteren Verbindungspunkt 96 ver-^; bunden. .._..·

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Ein Steuerelement, dessen Zustand durch das Steuersignal gesteuert werden soll, kann aus einer Reihe von Vorrichtungen bestehen. Im Falle eines Maschinen-Reglers kann das gesteuerte Element aus einen Ventil bestehen, welches die Brennstoff-Strömung in die .Maschine steuert, wobei die Stellung dieses Ventils durch den Erregungszustand einer Solenoidwicklung, wie beispielsweise die in Figur 3 mit 97 bezeichnete bestimmt wird. Dieser Erregungszustand ist natürlich eine Funktion des mittleren in der Spule fließenden Stromes. Um ein Signal zu erzeugen, welches die tatsächliche Stellung eines Ventils oder eines anderen Steuerelements wiedergibt, kann an die Solenoid-Betätigungsvorrichtung ein Potentiometer 9>^Q· mechanisch angeschlossen sein, um dadurch eine Rückkopplungsspannung am Schleifkontakt des Potentiometers zu erhalten, die die tatsächliche Stellung wiedergibt. Dieses Signal wird über Leitungen 100 und 102 über ein- Filternetzwerk 104 zur Verbindungsstelle 96 geleitet, bei welcher die Größe des Signals mit der Größe des Steuersignals an der Verbindungsstelle 92 verglichen wird. Der Unterschied zwischen dem Rückkopplungssignal und dem Steuersignal, wenn ein solcher vorhanden ist, gelangt als eine Eingangsgröße zu einem Verstärker 106. Ein Transistoroszillator 108 erzeugt ein Signal mit einer festen Frequenz für ein Verstärkungssteuerpotentiometer 110, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Verstärkers 106 verbunden. Der Ausgang des Oszillators 108 besteht aus einer sägezahnförmigen Spannung und die Wirkung des Verstärkers 106 und des , von der Verbindungsstelle 92 zugeführte Differenz-j signal besteht darin, ein impulsbreite-moduliertes

_ j

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Signal am Ausgangll2 des Verstärkers erzeugen, welches den mittleren in der Wicklung 97 fließenden Strom bestimmt. Der Verbindungspunkt 112 ist über einen Widerstand 11^ mit der Basis eines Transistors 116 verbunden, dessen Emitter mit der Basis mit dem einen Transistor eines Transistorpaares mit den Transistoren 118 und 120, die in einer Darlington-Schaltung zusammengeschaltet sind, verbunden ist. Um einen Schnappeffekt oder Schalteffekt oder Betrieb zu erreichen, ist eine Seite der Wicklung 97 bei 122 mit dem Ausgang der Darlington-Schaltung verbunden, während die andere Seite der Wicklung mit der Gleichstromquelle verbunden ist. Wenn sich daher das gesteuerte Element in einer anderen als der gewünschten Position befindet, so bewirkt die Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung und dem Steuersignal an der Verbindungsstelle 92, daß eine größere'oder kleinere Strommenge in die Wicklung 97 fließt, so daß dadurch das gesteuerte Element in die gewünschte Position bewegt wird.

Wenn durch die Schaltung, nach der Erfindung eine

gedrosselten öaer

Maschine in der/Mitlaufbetriebsart gesteuert v/erden soll, so kann das Rückkopplungssignal von dem Potentiometer 93 über eine Leitung 12^ über ein Verstärkungsteuerpotentiometer 126, dessen Schiebekontakt mit einer Leitung 128 verbunden ist, zu einem weiteren Eingang des Verstärkers 5^ geleitet werden. Die Wirkung dieser Verbindung besteht darin, ein Versetzen oder Verschieben der Summe der Rückkopplungs- und Bezugssignale an der Verbindungsstelle 38 zu erzeugen, so daA dadurch das Fehlersignal an der Verbindungsstelle 56 vermindert wird.

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Wie bereits an früherer Stelle ausgeführt wurde, kann es wünschenswert sein, ein Steuersignal für das gesteuerte Element von einer externen Quelle her zu erzeugen. Dies kann mit Hilfe einer kleinen Detektorschaltung erreicht werden, die zum Teil aus einer Leitung I30 besteht, welche zu dem Verbindungspunkt 92 und zu einem Anschluß führt, um an diesen eine externe Signalquelle anzuschließen. Diese Schaltung wird durch die Diode 90 vervollständigt, die derart gepolt 1st, daß ihre Kathode mit dem Addierpunkt 72 in Verbindung steht. Wie gezeigt, besteht das Steuersignal normalerweise aus einem negativen Signal und zwar relativ zum Potential an der Stelle 94 und dann, wenn kein anderes Signal an der Verbindungsstelle 92 vorhanden ist, leitet die Diode 90. Wenn jedoch ein externes Steuersignal über die Leitung 130 vorhanden ist und wenn dieses Signal ebenfalls negativ ist, Jedoch weniger negativ als das-kombinierte Fehlersignal, so leitet die Diode 90 nicht und das externe Signal wird zusammen mit dem Rückkopplungssignai vom Potentiometer 98 wirksam, um den Leitzustand des Verstärk-ers 106 zu bestimmen. Offensichtlich kann mehr als nur ein externer Anschluß vorgesehen sein, so daß die Möglichkeit besteht, externe Steuersignale von mehr als nur einer Quelle zu erhalten, wie dies bereits beschrieben wurde.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in

einer Grenzschaltung, um das Erzeugen

eines Steuersignals zu verhindern, welches möKlicher-

wirksam ware, um

weiseeine Größe _Λ besitzen könnte, die/aas gesteuereine zumutbare

te Element über / mechanische Bewegungsgrenze hinaus-zutreiben. Dies wird mit Hilfe eines

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Potentiometers 132 erreicht, dessen Schleifkontakt über eine Diode 13¹^ nit dem Eingang des Verstärkers 70 verbunden ist und über eine Diode 136 mit dem Eingang des Verstärkers Bh verbunden ist. Wenn das Steuersignal übermäßig proß werden sollte, so leiten die Dioden 134 und 136 und begrenzen die Proportional- und Integralpfade und damit auch das Steuersignal selbst. Alternativ kann die Diode 134 auch weggelassen werden, um nur den Integralpfad zu begrenzen und eine Integral-Auflösung (windup) zu verhindern.

Bei einer Reihe von Situationen, insbesondere dann, wenn die Schaltung nach der vorliegenden Erfindung als Regler für Antrlebsmaschinen, wie beispielsweise Brennkraftmaschinen verwendet wird, ist es nicht wünschenswert, eine Maschine, die nicht angesprungen ist oder vielleicht abgewürgt ist, weiter mit Brennstoff zu versorgen, da dadurch die Maschine beschädijgtfwerden kann. Um dem Rechnung zu tragen, ist eine Ausfall-Sicher ungs-schaltung vorgesehen. In dieser Schaltung besteht ein erstes Element aus einer Kapazität 138 (siehe Figur 1), die so angeschlossen ist, daß sie über eine Diode I¹JO jedesmal dann entladen wird, wenn der Transistor 24 leitet, d. h. Jedesmal dann, wenn durch die Wicklung 2 ein Ein- : gangsimpuls erzeugt wird, wodurch angezeigt wird, daß die Maschine läuft. Für den Fall, daß die Maschine nicht läuft, wird die Kapazität I38 auf einen Spannungswert aufgeladen, der ausreichend hoch ist, um einen Feldeffekttranistor 142 einzuschalten. Der Ladestromlauf für die Kapazität 138 erfolgt über einen Widerstand 141, der über den j Widerstand 28 mit der positiven Stromversorgungs-

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quelle verbunden ist. Der Source-Anschluß des Transistors 142 ist über einen Widerstand 152 mit einer positiven Potentialquelle verbunden, während der Drain-Anschluß des Transistors über eine Leitung 154 mit der Basis des Transistors 156 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 156 ist über eine Leitung I58 mit der Leitung verbunden, die ihrerseits mit der Verbindungsstelle 92 verbunden ist. Wenn somit der Transistor 142 leitet, so leitet auch der Transistor 156 und die Verbindungsstelle 92 ist danach direkt mit der gemeinsamen Leitung oder mit Erde bzw. Masse verbunden, so daß jegliche weitere Zufuhr von Steuersignalen zur Schleife verhindert wird, welche die Wicklung 97, das Rückkopplungs-Potentiometer 98 und den Verstärker 106 enthält. Wenn dies stattfindet, wird natürlich die Betätigungswicklung 97 nicht weiter in irgendeinem Ausmaß erregt und irgendeine Betätigungsvorrichtung, die dadurch gesteuert wird, kann in eine Ausschaltstellung durch irgendwelche geeigneten Mittel zurüdgeführt werden, wie beispielsweise durch eine Rückstellfeder.

Eine zweite Punktion der Schaltervorrichtung l4'2 besteht darin, daß sie als Teil der Ausgangsstrombegrenzers chaltung arbeitet. Unter Bedingungen, wenn die Ausgangsvorrichtung blockiert ist, wird eine Kapazität 147 über eine Diode 146 und Widerstände 149 und 151 aufgeladen. Wenn die Kapazität 147 in ausreichendem Maße aufgeladen ist, so bewirkt die Diode 148, daß die Schaltervorrichtung 142 in den leitenden Zustand gelangt. Wenn die Schaltervorrichtung 142 leitet, so leitet auch der Transistor 156, wie dies bereits an

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früherer Stelle erläutert wurde, so daP. der Ausgangs-ArbeitszykTus effektiv reguliert wird.

Die Steuerschaltung nach der Erfindung führt somit unter anderem zu den folgenden Vorteilen. Sie ist ausfallsicher, d. h. das Aus.ran^ssteuersignal fällt auf Null für den Fall ab, daß in dem gesteuerten Gerät ein Fehler oder Ausfall auftritt» Das Fehlersignal ist proportional einer Differenz zwischen einem Bezugssignal und einem Rückkopplungssignal und ist ebenso proportional zum Integral und zur Ableitung dieses Signals und ttfirkt daher schnell und stabil. V/ei te r kann die Schaltung entweder in einer isochronen Betriebsart oder in einer gedrosseltzw. sich anpassenden Betriebsart betrieben werden. Darüberhinaus besitzt das System die Fähigkeit ein Steuersignal von einer internen Bezugsquelle oder einer externen Bezugsquelle zu-zufuhren, je nach Wunsch«

Zusammenfassend schafft die vorliegende Erfindung ein automatisches Steuersystem, bei welchem sich wiederholende Impulse, deren Frequenz von einem entfernt gemessenen Zustand abhSigig ist, wie beispielsweise der Drehzahl einer Antriebsmaschine, in einen Gleiohspannungswert umgewandelt, der dann mit einer Bezugsgröße verglichen wird, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Es werden dann drei weitere Signale erzeugt, von denen das eine proportional zum Fehlersignal ist, das andere proportional zum Integral und das weitere proportional zur Ableitung des Fehlersignals ist. Die drei weiteren Signale werden addiert und verstärkt und zwar auf ein Ausmaß, welches erforder- !

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lieh ist, um ein Element zu steuern, welches wiederum den entfernt gemessenen Zustand oder Bedingung· steuert. Das System enthält eine Ausfallsicherheitsschaltung, Vielehe bewirkt, daß das den entfernt gemessenen Zustand oder Bedingung steuernde Element für den Fall ausgeschaltet bzw. '. unwirksam gemacht wird, daß keine Eingangsimpulse . vorhanden sind. Es sind ferner Maßnahmen getroffen., durch die das System auf die zuvor erwähnten addierten Signale ansprechen kann oder auf ein externes Signal ansprechen kann, welches von ^: einem Funktionsgenerator oder einem Grenzwert abgeleitet wird, der durch einen externen Zustand ^: vorgegeben wird. Ein spezieller Anwendung fall : des erläuterten Systems betrifft das Reglers ystem. ; für Antriebsmaschinen, wie beispielsweise Brennkraftmaschinen und Dampfturbinen.

Es lassen sich offensichtlich eine Reihe von"Abwandlungen und Änderungen bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel durchführen, ohne jedoch dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

\_ly Automatisches Steuersystem, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, welches einen entfernt gemessenen Zustand oder Bedingung v.'iedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß das System folgende Einrichtungen und Merkmale aufweist: eine ernte ein Signal empfangende Einrichtung, vrobei dieses Signal einen entfernt gemessenen Zustand oder Redin- . gung wiedergibt, um ein Gleichstromeir.-ranfssifmal ^; zu erzeugen, dessen Mittelwert kennzeichnend für die entfernt gemessene Bedingung bzw. Zustand ₍ ist; eine zweite Einrichtung zum Vergleichen des . Eingangs signals mit einem Bezugssi crnal, um ein Fehlersignal zu erzeugen; eine dritte Einrichtung zum Ableiten eines Steuersignals, welches propor- ^: tional zum Fehlersignal und zum Integral und.zur ersten Ableitung dieses Signals ist; eine vierte . Einrichtung zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals, welches eine Position eines gesteuerten Elements wiedergibt; eine fünfte Einrichtung zum Vergleichen des Steuersignals mit dem Rückkopplungssignal; und eine sechste Einrichtung, die auf die Vergleichseinrichtung anspricht und ein Betätigungssignal erzeugt, um ein gesteuertes ■ Element in eine gewünschte Position zu bewegen. .

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,· daß Mittel für die Begrenzung des Steuersignals vorgesehen sind. ;

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Fehlen eines Eingangssignals an-

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sprechende Mittel vorgesehen sind, um das Steuer- ; signal auf Null zu reduzieren.

H. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,; daß Mittel zum Erzeugen eines Wechselstromsignals
vorgesehen sind, welches den entfernt gemessenen
Zustand bzw.. Bedingung v/iedergibt, weiter Mittel ; vorgesehen sind, um das Wechselstromsignal in i ein unipolares Signal umzuwandeln und Mittel vor- ; gesehen sind, um das unipolare Signal an die erste. Einrichtung zu koppeln. ;

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Einrichtung eine Kapazität, erste [ Schaltermittel, welche die Kapazität mit Hasse ^: oder Erde verbinden, zweite Schaltermittel, die

an die Kapazität zur Steuerung der Aufladung der- .

selben angeschlossen sind, Mittel, die die erste '

Schaltereinrichtung mit der Kopplungseinrichtung j

zur Ankopplung des unipolaren Signals verbindet, ■ um die Betriebsweise derselben zu steuern, und

Mittel enthält, die ebenfalls an die Kopplungs- ;

einrichtung zum Ankoppeln des unipolaren Signals !

angeschlossen sind und die Betriebsweise' der _;

zweiten Schaltereinrichtung steuern. ',

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,j daß an die dritte Einrichtung Mittel angeschlos- j sen sind, um ein anderes Steuersignal zuzuführen
und ebenso Mittel angeschlossen sind, um zu entscheiden, welches Steuersignal mit dem Rückkopplungssignal verglichen werden soll.

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7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Einrichtung aus einer

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Impulsbreite-Mcdulationsschaltung und aus einer Einrichtung zum Verbinden des Ausgan.rs der Impulsbreite-Modulationsschaltung mit einem gesteuerten Element besteht.

S. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite-Modulationsschaltune·. einen Verstärker und einen an den Verstärker angeschlossenen Oszillator enthält, eine die fünfte Einrichtung mit der Verstärker-Schaltereinrichtung verbindende Einrichtung, eine Einrichtung zum Verbinden der Schaltereinrichtung zwischen einer Potentialquelle und einem gesteuerten Element und eine Einrichtung zum Verbinden der Schaltereinrichtung mit dem Verstärker enthält, wobei die ' Schaltereinrichtung in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Verstärkers betätigbar ist.

9. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Fehlen des Eingangssignals ansprechende Einrichtung eine Schaltervorrichtung enthält, die mit einer Potentialquelle verbunden ist, welch letztere mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines unipolaren Signals mit der Schaltervorrichtung verbunden ist, um die Schalte rvorrichtung in einem nichtleitenden Zustand zu halten, wenn Wechselstromsignale vorhanden sind und daß Mittel vorgesehen sind, welche die Schaltervorrichtung mit der dritten Einrichtung und mit Masse oder Erde verbinden.

10. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Fehlen eines Eingangssignals i ansprechende Einrichtung das Steuersignal auf Nullt zu reduzieren vermag.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die dritte Einrichtung Mittel angeschlossen sind, um ein anderes Steuersignal zu-

' Mittel
zuführen und ebenso / abschlössen sind, um zu [ entscheiden, welches Steuersignal mit dem Rückkopplungssignal verglichen werden soll. i

12. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung einen Verstärker i enthält, der die zweite Einrichtung mit einem ! Eingang des Verstärkers und der Integrierschaltung verbindet, ebenso Mittel, welche den Eingang der Integrierschaltung in der zweiten Einrichtung ' verbinden, Mittel, welche den Ausgang der Integrierschaltung mit dem genannten Verstärker ver- ^; binden, eine eine erste Ableitung erzeugende Schaltung, Mittel zum Verbinden der zweiten Einrichtung mit einem Eingang der die Ableitung erzeugenden Schaltung und Mittel zum Verbinden eines Ausgangs der die erste Ableitung erzeugenden Schaltung mit dem genannten Verstärker.

13· System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die sechste Einrichtung Mittel zur Begrenzung des Wiederholzyklusses bzw. des Tastverhältnisses des Steuersignals enthält.