DE3525367A1

DE3525367A1 - Electronic control device

Info

Publication number: DE3525367A1
Application number: DE19853525367
Authority: DE
Inventors: Manfred Dieterich; Klaus J Gareis
Original assignee: Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Current assignee: Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1987-01-29

Abstract

In the case of an electronic control device, especially for level control of motor vehicles or parts of the same, having an actual value transmitter signal input (3) and a required value transmitter signal input (4), a control amplifier (6) (whose input receives a variable which is a function of the control deviation) and a power amplifier device (8, 9) which acts on the control path (1), for the purpose of good suppression of interference variables while at the same time ensuring the stability of the control loop between the actual value transmitter signal input (3) and the control amplifier (6), a low-pass filter (R7, C6), which has a capacitor (C6) is provided between the control amplifier and the power amplifier device for masking out control amplifier ouput signals corresponding to the window range of the comparator, and a bias in the form of an impressed current is provided, by means of which the charge on the capacitor of the low-pass filter is reversed when the control amplifier output signal is not masked out.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Re geleinrichtung, insbesondere zur Niveauregelung von Kraft fahrzeugen oder Teilen desselben gemäß Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.The invention relates to an electronic re Gel device, in particular for level control of force vehicles or parts thereof according to the preamble of Pa claim 1.

Bei der Niveauregelung von Fahrzeugen, die die Boden freiheit des Fahrzeugs einstellt, oder bei der Niveaurege lung eines Fahrzeugsitzes, welche die Sitzhöhe unabhängig vom Gewicht der auf dem Sitz sitzenden Person konstant hält, kommt es darauf an, Störgrößen zu unterdrücken und nicht auszuregeln, die sich etwa aus dem Befahren einer Holperstrecke ergeben. Derartige Störgrößen haben eine Fre quenz von typischerweise einigen Hertz und stellen ent sprechende Anforderungen an das Störgrößenunterdrückungs verhalten des Reglers.In the level control of vehicles covering the floor sets the freedom of the vehicle, or with the level control development of a vehicle seat, which is independent of the seat height constant from the weight of the person sitting on the seat stops, it is important to suppress disturbances and not settle, which results from driving on a Bump distance result. Such disturbances have a Fre frequency of typically a few Hertz and distort speaking requirements for interference suppression behavior of the controller.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Regler der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er eine hohe Störgrößen unterdrückung bei gleichzeitiger Wahrung der Stabilität des Regelkreises aufweist.The object of the invention is a controller of the input mentioned type so that it has a large disturbance suppression while maintaining the stability of the Has control loop.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Regeleinrichtung, wie sie in Anspruch 1 ge kennzeichnet ist.This object is achieved by a electronic control device as ge in claim 1 is marked.

Das Tiefpaßfilter unterdrückt die Wechselspannungsan teile der in ein elektrisches Signal umgewandelten Störgrö ße, so daß das vom Regelverstärker verstärkte Signal zu keinen unkontrollierten Schaltvorgängen des Fensterkompara tors führt.The low-pass filter suppresses the AC voltage parts of the interference converted into an electrical signal esse, so that the signal amplified by the control amplifier no uncontrolled switching operations of the window comparator tors leads.

Das Tiefpaßfilter hat jedoch zwangsläufig integrales Übertragungsverhalten, und der Fensterkomparator ist vorge sehen, um ein einen Totbereich bildendes Fenster zu erzielen, derart, daß für in dem Fenster liegende Ausgangssignale des Regelverstärkers keine Änderung der Stellgröße erzeugt wird. Dies ist erforderlich, um einen stabilen schwingungsfreien Betrieb der Regelanordnung sicherzustellen.The low-pass filter, however, inevitably has an integral one Transmission behavior, and the window comparator is featured see to achieve a window forming a dead area, such that for output signals in the window of the Control amplifier no change in the manipulated variable is generated. This is necessary to ensure a stable vibration free Ensure operation of the control arrangement.

Bei einer erheblichen Signalverzögerung bzw. Phasen drehung des Istwertsignals in dem Filter reicht diese Maß nahme allein nicht aus, ein stabiles Regelverhalten zu er halten. Deshalb wird in den Kondenstator des Tiefpasses ein Vorhalt in Form eines eingeprägten Stroms eingeleitet, um so daß Nacheilen der Filterausgangsspannung gegenüber der Istwertgeberspannung zu kompensieren.With a significant signal delay or phases rotation of the actual value signal in the filter is sufficient alone did not exempt stable control behavior hold. Therefore, the condenser of the low pass Lead initiated in the form of an impressed current so that the filter output voltage lags behind the To compensate the actual value encoder voltage.

Auf diese Weise wird auch bei großen Verzögerungszeiten des Filters eine gute Regelstabilität erzielt.This way, even with large delay times the filter achieves good control stability.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigtIn the following an embodiment of the invention is shown in Connection described with the accompanying drawing. On this shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung mit Regel strecke, Fig. 1 is a block diagram of the control device with distance rule,

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild von Regeleinrichtung mit Regelstrecke. Fig. 2 is a detailed circuit diagram of control device with controlled system.

Gemäß Fig. 1 wird das Istwertsignal der Regelgröße von der Regelstrecke 1 auf einen Istwerteingang 3 der Regelein richtung gegeben. Das Istwertsignal wird in einem Filter 5 gefiltert, und das gefilterte Signal gelangt nach Differenz bildung mit einem auf einen Sollwerteingang 4 gegebenen Sollwertsignal auf einen Regelverstärker 6. Der Ausgang des Regelverstärkers 6 ist mit dem Eingang eines Fensterkompa rators 7 verbunden, der auf dem einen oder anderen von zwei Ausgängen ein Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal des Regelverstärkers 6 einen bestimmten ersten Wert unterschreitet oder einen bestimmten zweiten Wert, der größer als der erste Wert ist, überschrei tet. Die beiden Ausgänge des Fensterkomparators 7 sind mit jeweils einem Leistungsverstärker 8 bzw. 9 verbunden, deren Ausgangssignale auf die Stellglieder der Regelstrecke 1 gehen. Die Ausgänge des Fensterkomparators 7 sind ferner jeweils mit den Steuer eingängen einer ersten Vorhaltstromquelle 10 bzw. einer zweiten Vorhaltstromquelle 11 verbunden, die ihrerseits mit ihren Ausgängen mit dem Filter 5 verbunden sind.Referring to FIG. 1, the actual value of the controlled variable of the controlled system 1 to an actual value input of the 3 Regelein is given direction. The actual value signal is filtered in a filter 5 , and the filtered signal, after forming the difference, reaches a control amplifier 6 with a setpoint signal given to a setpoint input 4 . The output of the control amplifier 6 is connected to the input of a window comparator 7 , which outputs a signal on one or the other of two outputs when the output signal of the control amplifier 6 falls below a certain first value or a certain second value which is greater than the first Value is exceeded. The two outputs of the window comparator 7 are each connected to a power amplifier 8 or 9 , the output signals of which go to the actuators of the controlled system 1 . The outputs of the window comparator 7 are also each connected to the control inputs of a first lead current source 10 and a second lead current source 11 , which in turn are connected with their outputs to the filter 5 .

Fig. 2 zeigt eine Detailschaltung für das Beispiel einer Sitzplattenhöhenregelung eines Ackerschleppers. Fig. 2 shows a detailed circuit for the example of a seat plate height control of an agricultural tractor.

Stellglieder der Regelstrecke 1 sind ein Magnetventil MV und ein Kompressor M, mit denen der Druck eines Mediums in einer die Sitzhöhe bestimmenden Kolbenzylinderanordnung (Luftdruckfeder) durch Öffnen des Magnetventils abgesenkt und durch Arbeiten lassen des Kompressors erhöht werden kann. Die Druckvermin derung senkt den Sitz ab, die Druckerhöhung hebt ihn an. Der Kompressor M wird über ein Relais RL 1 geschaltet, dessen Spule durch den Leistungsverstärker 8 angesteuert wird, welcher einen Leistungstransistor T 9 enthält, dessen Basis mit dem einen Ausgang des Fensterkomparators 7 ver bunden ist.Actuators of controlled system 1 are a solenoid valve MV and a compressor M , with which the pressure of a medium in a piston-cylinder arrangement (air pressure spring) that determines the seat height can be lowered by opening the solenoid valve and increased by letting the compressor work. The pressure reduction lowers the seat, the pressure increase raises it. The compressor M is switched via a relay RL 1 , the coil of which is driven by the power amplifier 8 , which contains a power transistor T 9 , the base of which is connected to the one output of the window comparator 7 .

Das Magnetventil MV wird über den zweiten Leistungsver stärker 9 angesteuert, der einen Leistungstransistor T 10 enthält, dessen Basis mit dem anderen Ausgang des Fenster komparators 7 verbunden ist.The solenoid valve MV is driven via the second power amplifier 9 , which contains a power transistor T 10 , the base of which is connected to the other output of the window comparator 7 .

Das vom Istwertgeber abgeleitete Istwertsignal der Re gelgröße, d. h. der Sitzplattenstellung, wird auf den Istwerteingang 3 des Filters 5 gegeben. Das Filter 5 enthält eine Ketten schaltung aus einem Doppel-T-Filter, bestehend aus den Kon densatoren C 2, C 4 und C 3 sowie den Widerständen R 3, R 6 und R 4, und einem RC-Tiefpaß, bestehend aus dem Widerstand R 7 und dem Kondensator C 6.The actual value signal derived from the actual value transmitter of the control size, ie the seat plate position, is given to the actual value input 3 of the filter 5 . The filter 5 contains a chain circuit of a double-T filter, consisting of the capacitors C 2 , C 4 and C 3 and the resistors R 3 , R 6 and R 4 , and an RC low-pass filter, consisting of the resistor R 7 and the capacitor C 6 .

Die von einer Holperstrecke über den Sitz eingeleitete Störgrößen haben einen hauptsächlichen Frequenzanteil bei ungefähr 2 Hz und eine Amplitude von ca. 50% des gesamten Stellbereichs. Da nur der Mittelwert zum Regeln ausgewertet werden kann, ist es notwendig, mit dem Tiefpaßfilter Fre quenzen oberhalb von ca. 1 Hz zu unterdrücken. Dementspre chend ist das Tiefpaßfilter ausgelegt. Wegen der hohen Am plitude der eingeleiteten Störgröße bei ca. 2 Hz ist es not wendig, den Frequenzbereich um 2 Hz besonders wirksam zu un terdrücken. Dies geschieht unter gleichzeitiger Geringhaltung der auftre tenden Verzögerungszeit mit Vorteil durch Vorsehen eines entsprechend ausgelegten Doppel-T-Filters in Kettenschaltung zu dem RC-Tiefpaß. Der Dämpfungspol, also die Stelle größter Dämpfung ist so gewählt, daß sie in etwa im Bereich der erwähnten 2 Hz liegt.The disturbance variables introduced by a bump over the seat have a main frequency component at approximately 2 Hz and an amplitude of approx. 50% of the entire adjustment range. Since only the mean value can be evaluated for regulation, it is necessary to suppress frequencies above approx. 1 Hz with the low-pass filter. The low-pass filter is designed accordingly. Because of the high amplitude of the introduced disturbance at approx. 2 Hz, it is necessary to suppress the frequency range around 2 Hz particularly effectively. This is done while keeping the delay time occurring with advantage by providing a suitably designed double-T filter in a chain connection to the RC low pass. The damping pole, that is the point of greatest damping, is selected so that it lies approximately in the range of the mentioned 2 Hz.

Das Ausgangssignal des Filters 5 wird im Punkt P 1 mit dem vom Istwertgeber herkommenden, an einem Potentiometer 2 k 2 einstellbaren und am Istwerteingang 4 eingebbaren Sollwertsignal kom biniert und auf den Eingang des Regelverstärkers 6 gegeben. Das Ausgangs signal des Regelverstärkers gelangt auf den Fensterkomparator 7, wel cher zwei parallel geschaltete Komparatoren K 1 und K 2, die durch beschaltete Operationsverstärker gebildet sind, ent hält, wobei der eine Komparator K 1 das Ausgangssignal des Regelverstärkers an seinem nicht-invertierenden Eingang er hält, während der andere Komparator K 2 das Ausgangssignal des Regelverstärkers an seinem invertierenden Eingang er hält. Der Ausgang des einen Komparators K 1 bildet den einen Ausgang des Fensterkomparators 7 und ist mit der Basis des Leistungstransistors T 9 verbunden, der Bestandteil des auf das Relais RL 1 arbeitenden Leistungsverstärkers 8 ist. Der Ausgang des anderen Komparators K 2 bildet den zweiten Aus gang des Fensterkomparators 7 und ist mit der Basis des Transistors T 10 verbunden, welcher Teil des auf das Magnet ventil MV arbeitenden Leistungsverstärkers 9 ist. Die beiden Ausgänge des Fensterkomparators 7 sind außerdem jeweils mit dem Steuereingang einer ersten Vorhaltstromquelle 10 bzw. einer zweiten Vorhaltstromquelle 11 verbunden. Die Vorhaltstrom quellen sind Konstantstromquellen, jeweils gebildet durch einen in Stromgegenkopplung getriebenen Transistor T 1 bzw. T 2. Die Ausgänge der beiden Vorhaltstromquellen, d. h. die Kollektorstrecken der beiden Transistoren T 1 und T 2, sind miteinander und mit dem gemeinsamen Punkt von Widerstand R 7 und Kondensator C 6 des RC-Tiefpasses verbunden. Die mit den Ausgängen des Fensterkomparators 7 verbundenen Steuereingänge der beiden Vorhaltstromquellen 1 und 2 sind mit den Basen der Transistoren T 1 und T 2 verbunden, so daß die Ausgangssignale auf den Ausgängen des Fensterkomparators 7 die beiden Vorhaltstromquellen 1 und 2 aufsteuern.The output signal of the filter 5 is adjustable at the point P 1 with the herkommenden from feedback, on a potentiometer 2 k 2 com bined enterable at the actual value input 4 and set point signal and applied to the input of the control amplifier. 6 The output signal of the control amplifier arrives at the window comparator 7 , which contains two comparators K 1 and K 2 connected in parallel, which are formed by connected operational amplifiers, the comparator K 1 holding the output signal of the control amplifier at its non-inverting input stops while the other comparator K 2 holds the output signal of the control amplifier at its inverting input. The output of the one comparator K 1 forms the one output of the window comparator 7 and is connected to the base of the power transistor T 9 , which is part of the power amplifier 8 working on the relay RL 1 . The output of the other comparator K 2 forms the second output from the window comparator 7 and is connected to the base of the transistor T 10 , which is part of the power amplifier 9 working on the solenoid valve MV . The two outputs of the window comparator 7 are also each connected to the control input of a first lead current source 10 or a second lead current source 11 . The lead current sources are constant current sources, each formed by a transistor T 1 or T 2 driven in current feedback. The outputs of the two lead current sources, ie the collector paths of the two transistors T 1 and T 2 , are connected to one another and to the common point of resistor R 7 and capacitor C 6 of the RC low pass. The connected to the outputs of the window comparator 7 control inputs of the two derivative current sources 1 and 2 are connected to the bases of the transistors T 1 and T 2 so that the output signals on dear on the outputs of the window comparator 7, the two derivative current sources 1 and 2. FIG.

Bei aufgesteuerter Vorhaltstromquelle 10 oder 11 wird der Kondensator C 6 des Tiefpaßfilters mit einem durch die Strom quellen eingeprägten Strom entladen. Damit wird das durch die Kettenschaltung aus dem Doppel-T-Filter und dem RC-Filter bewirkte extreme Nacheilen der Filterausgangsspannung gegen über der Istwertgeberspannung, das in Verbindung mit dem unvermeidbaren integralen Verhalten der Regelstrecke - die Luftdruckfeder, um die es sich beispielsweise hier handelt, kann ihre Sollage nicht augenblicklich einneh men - ein stabiles Regelverhalten unmöglich machen würde, kompensiert. Der Vorhalt in Form eines eingeprägten Stro mes verhindert ein Schwingen des Regelkreises in einer Weise, wie es ein herkömmlicher Differentialvorhalt nicht vermag.When the lead current source 10 or 11 is turned on, the capacitor C 6 of the low-pass filter is discharged with a current impressed by the current sources. This results in the extreme lagging of the filter output voltage caused by the chain connection of the double-T filter and the RC filter compared to the actual value encoder voltage, which in conjunction with the unavoidable integral behavior of the controlled system - the air pressure spring, for example, cannot assume its target position immediately - would make stable control behavior impossible, compensates. The lead in the form of an impressed current prevents the control circuit from oscillating in a way that a conventional differential lead cannot.

Die Größe der von den Vorhaltstromquellen 10 und 11 abgegebenen Konstantströme wird nach Optimierungsgesichts punkten festgelegt: Bei übermäßigem Vorhaltstrom wird das Erreichen des Sollwerts zu früh vorgetäuscht und die Re gelschaltung tastet sich in vielen Schritten an den Soll wert heran, ohne ihn allerdings zu überfahren. Bei zu ge ringem Vorhaltstrom tritt das unerwünschte und zu beseiti gende Schwingen der Regelschaltung noch auf. Mit optima lem Vorhaltstrom wird der Sollwert im Idealfall in einem, praktisch in ganz wenigen Schritten erreicht. Ein opti maler Vorhaltstrom bei der dargestellten Schaltung mit typischen Bauelementen ist typischerweise von der Größen ordnung 1 µA.The size of the constant currents emitted by the supply current sources 10 and 11 is determined according to optimization criteria: If the supply current is excessive, the setpoint is pretended to be reached too early and the control circuit probes the setpoint in many steps without overrunning it. If the lead current is too low, the undesirable and eliminating oscillation of the control circuit still occurs. With optimal lead current, the setpoint is ideally achieved in one, practically in just a few steps. An optimal bias current in the circuit shown with typical components is typically of the order of 1 µA.

Ein gesteuerter Vorhalt in Form eines eingeprägten Stromes wird immer dort mit Vorteil angewendet, wo die Regelung mehr als ein Verzögerungsglied beinhaltet bzw. die Regelung ein Verzögerungsverhalten mindestens der zweiten Ordnung zeigt, weil dort nicht in der bekannten Weise durch Einfügen eines Differentialanteils wirksam kompensiert werden kann.A controlled lead in the form of an embossed Electricity is always used with advantage where the Control contains more than one delay element or the regulation a delay behavior at least the second order shows because there is not in the known Way effective by inserting a differential portion can be compensated.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung enthält ferner einen Sitzplattenschalter und ihm nachgeschaltet eine Ver zögerungsstufe. Damit wird die Regelung unwirksam gemacht, wenn der Fahrer vom Sitz aufsteht. Denn ohne diese Maß nahme würde die Regelung den wegen der Entlastung durch die Luftdruckfeder zunächst angehobenen Sitz wieder auf das vorgegebene Niveau einregeln, so daß ein neuerliches Anheben des Sitzes erforderlich würde, wenn der Sitz spä ter bei erneuter Belastung wieder nach unten geht. Bei dieser erneuten Belastung wird die Regelung mit Verzöge rung freigegeben, damit der Sitz vor der Regelungsauf nahme zunächst einschwingen kann.The circuit shown in Fig. 2 also includes a seat switch and it is followed by a delay stage Ver. This renders the regulation ineffective when the driver gets up from the seat. Because without this measure, the regulation would adjust the seat, which was initially raised due to the relief by the air pressure spring, to the predetermined level, so that a new lifting of the seat would be necessary if the seat later went down again when the load was renewed. With this renewed load, the control is released with delay so that the seat can settle before the control is taken up.

Claims

1.Electronic control device, in particular for level control of motor vehicles or parts thereof, with an actual value transmitter signal input ( 3 ) and a setpoint transmitter signal input ( 4 ), a control amplifier ( 6 ), which receives at its input a variable that is dependent on the control deviation, and one on the Controlled system ( 1 ) acting power amplifier device ( 8 , 9 ), characterized in that between a Istwertgebersi signal input ( 3 ) and control amplifier ( 6 ) a capacitor ( C 6 ) having a low-pass filter ( R 7 , C 6 ) is provided that between Control amplifier and power amplifier device, a window comparator ( 7 ) for masking out the fen ster range of the comparator corresponding control amplifier output signals is provided, and that a lead is provided in the form of an impressed current with which the capacitor of the low-pass filter is reloaded when the control amplifier signal is not hidden.

2. Control device according to claim 1, characterized in that to achieve a damping pole, the low-pass filter by a chain circuit egg nes double T filter ( C 2 , C 4 , C 3 , R 3 , R 6 , R 4 ) with one the capacitor ( C 6 ) containing RC low-pass filter ( R 7 , C 6 ) is ge forms.

3. Control device according to claim 1 or 2, characterized in that two constant current supplying supply current sources ( 8 , 9 ) are provided for the lead, one of which lies on one side of the signal window of the window comparator ( 7 ) and the signals other is controlled by signals lying on the other side of the signal window of the window comparator.