DE3312108A1

DE3312108A1 - Vorrichtung zur elektronischen steuerung der stellung eines stellglieds

Info

Publication number: DE3312108A1
Application number: DE19833312108
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7145 Markgröningen Dillmann; Immanuel 7151 Erbstetten Krauter; Bernd 7140 Ludwigsburg Schott
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-09-10
Filing date: 1983-04-02
Publication date: 1984-10-04

Description

Vorrichtung zur elektronischen Steuerung der
Stellung eines Stellglieds Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Vorrichtungen sind bereits aus der US-PS 3 763 745 sowie der DE-OS 31 40 301 zur Steuerung hydraulischer und pneumatischer Stellglieder bekannt. Auch rein elektrische Stellglieder, insbesondere sogenannte Zweiwicklungs-Drehsteller, können in bekannter Weise mit einem intermittierenden Steuerstrom eingestellt werden. Bei den bekannten Anordnungen wird zur Steuerung eine Impulsfolge mit einem einstellbaren Tastverhältnis vorgegeben. Durch den ohmschen und induktiven Widerstand der Spule des Stellglieds kommt beim getakteten Schalten ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis und dem Stromverlauf zustande. Außerdem ist die Kennlinie noch vom Verhältnis L/R (Induktivität/Widerstand) abhängig. Die Erzeugung eines variablen Tastverhältnisses in Abhängigkeit einer Eingangsgröße ist darüber hinaus relativ aufwendig und kompliziert.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Vorgabe einer Steuergleichspannung, die einen dazu proportionalen getakteten Strom erzeugt, eine einfache und kostengünstige Realisierung einer Stellgliedansteuerung möglich ist. Es wird eine hohe Linearität zwischen dem Sollwert und dem Istwert erreicht, die keine Abhängigkeit von der Induktivität L zeigt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der Erzeugung der Steuergleichspannung durch einen Mikrorechner über einen D/A-Wandler. Eine Steuerung durch einen Mikrorechner wird dadurch auf eine sehr einfache Weise ermöglicht. Darüber hinaus kann eine geregelte Steuerspannung durch einfache Rückführung über einen A/D-Wandler zum Mikrorechner erzeugt werden. Eine solche Maßnahme ist auch zur kostengünstigen Erzeugung von exakten Steuerspannungen für andere Zwecke von Bedeutung.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels und Figur 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Ein Mikrorechner 8 erzeugt in Abhängigkeit von Einflußgrößen P über einen Datenbus 9'und einen D/A-Wandler 10 eine Steuerspannung Us, durch die die Stellung eines elektrischen Stellglieds 12 festgelegt werden soll. Zur Vereinfachung der Darstellung ist das Stellglied 12 nur als Magnetwicklung dargestellt, wobei diese Magnetwicklung gemäß dem eingangs angegebenen Stand der Technik die Zuführung und/oder Abführung eines entsprechenden Mediums zu einem hydraulischen oder pneumatischen Stellglied steuert. Natürlich kann diese Magnetwicklung auch Bestandteil eines rein elektrischen Stellglieds sein, dessen Stellung sich bei Gleichgewicht der Magnetkraft und einer Federkraft ergibt oder ist als sogenannter Zweiwicklungs-Drehsteller ausgebildet. Der D/A-Wandler 10 kann vorzugsweise durch ein CMOS-Latch mit einem nachgeschalteten Widerstandsnetzwerk (R2R-Netzwerk) realisiert werden. Diese Erzeugung eines analogen Steuersignals aus einer Binärzahl kann sehr einfach erfolgen, wobei die Ausgabegenauigkeit der Rechengenauigkeit des Mikroprozessors entspricht. Demgegenüber wäre die Erzeugung eines gesteuerten Tastverhältnisses als Steuerinformation softwaremäßig sehr aufwendig und ungünstig bezüglich der Ausgabefehlerrate. Der Ausgang des D/A-Wandlers 10 ist über einen A/D-Wandler 11 zum Datenbus 9 und damit zum Mikrorechner 8 rückgeführt, um die ausgegebene Steuerspannung durch den Mikrorechner 8 überwachen zu können. Es ergibt sich dadurch eine Regelschleife, durch die die Steuerspannung nach Bedarf geregelt werden kann. Diese Maßnahme erhöht die Genauigkeit der Steuerspannung, so daß auf hochgenaue Ausgabekomponenten (D/A-Wandler, Latch, R2R-Netzwerk) zugunsten preiswerterer (ungenauerer) Bausteine verzichtet werden kann.
Diese analoge Steuerspannung Us wird dem nicht invertierenden Eingang eines Komparators 13 zugeführt, dessen Ausgang über einen Entladewiderstand 14 mit einem an Masse angeschlossenen Kondensator 15 verbunden ist.
Eine positive, insbesondere stabilisierte Versorgungsspannungsquelle ist über einen Ladewiderstand 16 ebenfalls mit dem Kondensator 15 verbunden. Der Verknüpfungspunkt zwischen den Widerständen 14 und 16 mit dem Kondensator 15 ist an eine Schwellwertstufe 17 angeschlossen, die vorzugsweise als CMOS-Schmitt-Trigger ausgebildet ist. Die Bauteile 14 bis 17 bilden dabei ein Zeitverzögerungsglied. Der Ausgang der Steuerstufe 17 ist mit dem Steuereingang eines Feldeffekttransistors 18 verbunden. Prinzipiell könnte hierfür natürlich auch ein anderer elektronischer Schalter, insbesondere ein Transistor eingesetzt werden, jedoch hat ein Feldeffekttransistor den Vorteil einer großen Schnelligkeit und bringt die Möglichkeit mit sich, daß eine direkte Ansteuerung durch ein CMOS-Bauteil möglich ist. Die Reihenschaltung eines Strommeßwiderstands 19, der Schaltstrecke des Feldeffekttransistors 18, eines Widerstands 20 sowie des Stellglieds 12 ist zwischen Masse und die Versorgungsspannungsquelle geschaltet.
Parallel zum Stellglied 12 und dem Widerstand 20 ist eine Freilaufdiode 21 geschaltet. Der Spannungsabfall am Strommeßwiderstand 19 ist dem invertierenden Eingang des Komparators 13 zugeführt.
Die Wirkungsweise des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß durch das Zeitverzögerungsglied 14 bis 17 eine konstante Stromausschaltdauer Ta eingestellt wird. Der Strom selbst steht in Abhängigkeit der Steuerspannung Us und damit in Abhängigkeit von der Stromeinschaltdauer Te.
In Figur 2 sind die Verhältnisse der Ströme und Spannungen näher dargestellt. Sperrt der Transistor 18, so erfolgt ein abnehmender Stromfluß I1 des Stellgliedstroms über den Freilaufkreis 20, 21. Der Ausgang des Komparators 13 mit vorzugsweise offenem Kollektor lie-gt auf 1-Potential, so daß sich der Kondensator 15 über den Ladewiderstand 16 auflädt. Ist die obere Ansprechschwelle der Schwellwertstufe 17 erreicht, so wird der Transistor 18 wieder stromleitend geschaltet. Es entsteht durch Speicherladung der Diode 21 zunächst eine kurze Stromspitze des Stroms It durch den Transistor 18. Danach steigt der Strom It gemeinsam mit dem Strom I1 wieder an. Dieser Stromanstieg erfolgt solange, bis der durch den Strom erzeugte Spannungsabfall am Widerstand 19 den Wert Us erreicht, worauf der Ausgang des Komparators 13 auf ein O-Signal wechselt (der Ausgang ist dann nach Masse geschaltet).
Dadurch entlädt sich der Kondensator 15 nunmehr über den Entladewiderstand 14 solange, bis die untere Ansprechschwelle der Schwellwertstufe 17 erreicht ist und der Transistor 18 wieder sperrt. Die Einstellung einer minimalen Einschaltdauer durch den Entladewiderstand 14 ist insbesondere auch deshalb sinnvoll, um Störeinflüsse zu eliminieren. Diese können durch die Speicherladung der Diode 21 oder durch die Induktivität des Strommeßwiderstandes 19 als realer Widerstand entstehen.
Diese minimale Einschaltdauer liegt z.B. in der Größenordnung von einigen Hundert Nanosekunden.
Es sei noch festgehalten, daß die beschriebene Anordnung bei Vorliegen einer Steuersignalfolge mit einem einstellbaren Tastverhältnis auch beispielsweise über einen Tiefpass angesteuert werden kann, da hierdurch ebenfalls eine Steuergleichspannung entsteht.
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Claims

Ansprüche 1. Vorrichtung zur elektronischen Steuerung der Stellung eines Stellglieds durch einen intermittierenden Steuerstrom, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuersignal (Us) eine einem Komparator (13) zugeführte Gleichspannung vorliegt, wobei dem zweiten Eingang des Komparators (13) eine vom Steuerstrom abhängige Spannung zugeführt ist, und daß der Komparatorausgang über ein Zeitverzögerungsglied (14 bis 17) ein elektronisches Schaltglied (18) im Stromkreis des Stellglieds (12) steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverzögerungsglied (14 bis 17) als Kondensator (15) ausgebildet ist, dessen Ladung und Entladung durch den Komparatorausgang steuerbar ist, wobei die Kondensatorspannung einer Schwellwertstufe (17) mit Hysterese anliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lade- und/oder Entladewiderstand (16, 14) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (18) als Feldeffekttransistor ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Stellglied zusammen mit einem Widerstand (20) und einer Freilaufdiode (21) einen Freilaufkreis bilden.
6. Vcrrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Steuersignal durch einen Mikrorechner (8) mit nachgeschaltetem D/A-Wandler (10) gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der D/A-Wandler als Latch mit nachgeschaltetem Widerstandsnetzwerk ausgebildet ist.
8. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des analogen Steuersignals dieses über einen A/D-Wandler (11) zum Mikrorechner (8) zurückgeführt ist.