DE3825138A1 - Verfahren und vorrichtung zur adaptiven stellregelung bei der elektro-magnetischen verstellung eines mengenbestimmenden gliedes - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur adaptiven Stellregelung der elektro-magnetischen Verstellung eines mengenbestimmenden Gliedes (Regelstange bei Dieseleinspritzpumpen) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.

Bei der Drehzahlregelung eines Gleichstrom-Elektromotors ist es bekannt (Aufsatz von G. Weihrich, in der Zeitschrift REGELUNGSTECHNIK, Heft 11, 1978, Seiten 349 bis 380), zur Verbesserung der Regeldynamik die von einem kombinierten Zustands- und Störgrößenbeobachter durch Nachbildung erzeugten Angaben für Lastmoment zur Störgrößenaufschaltung bzw. der Differenzdrehzahl für die Schwingungsdämpfung zu verwenden.

Das Grundprinzip einer solchen Zustandsregelung eines Gleichstrommotors beruht auf der modellgestützten Ermittlung bestimmter Zustandsgrößen wie der Geschwindigkeit (kinetische Energie) und Beschleunigung (Kraft), die sich aus der tatsächlichen Strecke nicht oder nur schwer ableiten lassen, die aber zur Verbesserung des Regelkreises, der Genauigkeit der Regelung, der Schnelligkeit der Regelung, der Berücksichtigung von Störgrößen u. dgl. erforderlich sind, wenn beispielsweise eine schnelle und genaue Drehzahlregelung angestrebt wird.

Der Zustands- und Störgrößenbeobachter ist also ein elektronisches Modell, welches zur Verbesserung des Regelkreises neben dem Regelistwert weitere Größen und Angaben hierüber liefern kann, nämlich Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdaten, Störkrafteinwirkungen, Dynamik der Strecke. Ein solcher Zustands- und Störgrößenbeobachter, der als sogenannter Luenberger-Beobachter bezeichnet wird, liefert Schätzwerte der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und der auf die Strecke einwirkenden Störkräfte, die dann in entsprechender Aufbereitung dem zugeordneten Zustandsregler zugeführt werden können, der die tatsächliche Regelstrecke steuert.

Hierbei ist es erforderlich, dem Luenberger-Beobachter als Eingangsgrößen sowohl das vom Ausgang des Zustandsreglers oder vom Ausgang eines Leistungsstellgliedes der eigentlichen Strecke bzw. das einem Stellwerk zugeführte Signal als auch den Regelweg zuzuführen, wobei dann mit der Ausgangsabweichung das elektronische Modell des Beobachters so nachgeregelt werden kann (beispielsweise durch Gewichtung spezieller Beobachterreglerterme) bis der Differenzwert ein Minimum ist.

Ein solcher Beobachter ist daher in der Lage, neben den inneren Größen (Zustandsgrößen) der Regelung auch äußere Größen (Störgrößen) der Regelstrecke nachzubilden, die dann in Rückführung auf den tatsächlichen Zustandsregler die gewünschte präzise Regelung ermöglichen.

Im Normalfall ist ein solcher in voller Ordnung vorgesteuerter und in sämtlichen seinen Speichergliedern nachgeführter Beobachter ein elektronisches Streckenmodell, welches üblicherweise in allen seinen Teilen in einem Rechner verifiziert und niedergelegt sein kann, wobei die Vorsteuerung vom meßbaren Streckeneingang erfolgt und Nachführungen durch die erwähnte proportionale Gewichtung aus dem Fehler abgeleitet werden, der durch Vergleich des meßbaren Streckenausgangs (Regelweg) mit dem entsprechenden Ausgangssignal des Beobachters entsteht.

Allgemein ist es bei der Positionierung der Regelstange bei Reihenpumpen oder des Regelschiebers bei Verteilerpumpen bekannt, einen Stellmagneten zu verwenden, wobei die Position der Regelstange oder des Regelschiebers in einem Lageregelkreis geregelt wird. Allerdings wird eine solche Lageregelung durch stark schwankende Reibung und durch Störkräfte erschwert. Dabei hängt die für jede Reihenpumpe oder Verteilerpumpe zum Teil höchst unterschiedliche Reibung von einer Vielzahl von Einflußgrößen ab, beispielsweise fertigungstechnischen Streuungen bei Pumpen und Stellwerken, den jeweiligen Abnutzungserscheinungen, auch Alterung u. dgl., von der Temperatur sowie der aktuellen Regelstangenposition. Ferner ergeben sich auf die Regelstange einwirkende Störkräfte hauptsächlich aufgrund von Absteuerstößen, d. h. Rückwirkungen vom Pumpenelement auf die Regelstange sowie infolge Schütteln und Vibrieren des Pumpengehäuses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für den Magnetsteller eines mengenbestimmenden Gliedes (Regelstange, Regelschieber) bei elektrischen Dieseleinspritzpumpen eine unabhängig von Reibung und Störkräften schnelle und genaue Lageregelung zu ermöglichen.

Eine solche schnelle Lageregelung ist erforderlich, denn je schneller der Lageregelkreis ist, umso schneller können überlagerte Regelkreise (beispielsweise der Leerlaufregelkreis) gemacht werden.

Allgemein ist es bekannt, für Lageregelkreise sogenannte Zweipunktregler, PID-Regler mit Führungsformer, oder auch PID-Regler mit aktiv gefiltertem D-Anteil einzusetzen.

Wird eine Zustandsregelung oder Kaskadenregelung angewendet, dann sind zusätzliche Geber erforderlich, damit neben dem Regelweg-Istwert auch die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit der Regelstange berücksichtigt werden kann. Hier ergeben sich häufig Probleme, um die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte der Regelstange richtig zu erfassen.

Es ist ferner bekannt, adaptive Regelsysteme zu verwenden, die über eine Identifikation der Strecke angepaßt werden.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst die genannte Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Unteranspruchs 4 und hat den Vorteil, daß durch den Einsatz des elektronischen Beobachtungsmodells auf das von einem Stellmagneten angetriebene mengenbestimmende Glied, also Regelstange oder Regelschieber, bei elektronischen Dieseleinspritzpumpen eine besonders wirksame Unterdrückung der auf die Strecke wirkenden Einflußgrößen, Reibungen und Störkräfte erzielt wird.

Die Erfindung ermöglicht die Heranziehung weiterer Größen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Störkräfte, Reibung, Dynamik der Strecke aus on-line Identifikation für die Lageregelung; diese Größen werden in dem elektronischen Modell des Beobachters als Schätzgrößen ermittelt und auf den die Strecke steuernden Zustandsregler aufgeschaltet. Hier kann allerdings auch ein sonstiger Regler mit einer entsprechenden Charakteristik, beispielsweise PID- oder PIDD²-Regler verwendet werden.

Ein besonderer Vorteil vorliegender Erfindung ergibt sich noch dadurch, daß das elektronische Modell des Beobachters die Streckennachbildung nur mit gewissen Toleranzen ermöglichen kann, die bei der Herausgabe der Beobachtergrößen für die Aufschaltung notwendigerweise zu einem stationären Fehler führen. Durch die durch die Erfindung ermöglichte Aufschaltung der Störgrößen, Reibung und sonstige Einflüsse über einen Hochpaß auf den Regler bzw. den diesem nachgeschalteten Stromregelkreis werden die auf Modelltoleranzen zurückzuführenden stationären Fehler beseitigt; diese gelangen daher auch nicht auf die Strecke.

Hierdurch ergibt sich ein verbessertes Streckenverhalten, welches wiederum auf das elektronischen Beobachtermodell zurückwirkt, so daß sich insgesamt die Gesamtfunktion eines solchen Zustandsreglers für die Regelstange oder den Regelschieber mit Führungsformer und Reibungsaufschaltung verbessern läßt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisiert anhand von Blöcken das Strukturbild des Systems mit Zustandsregler, Reibungsbeobachtung und Reibungsaufschaltung und

Fig. 2 in detaillierterer Darstellung das Strukturbild der Strecke, des Zustandsreglers mit Führungsformer und Reibungs- bzw. Störgrößenaufschaltung durch den Beobachter.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, dem Regelkreis für die Verstellung des mengenbestimmenden Gliedes, also der Regelstange oder des Regelschiebers bei einer elektrischen Dieseleinspritzpumpe einen Beobachter zuzuordnen, der in der Lage ist, neben Angaben über die Beschleunigung und die Geschwindigkeit der Regelstange für die Zustandsregelung Angaben über die einwirkenden Störkräfte wie Reibung, Absteuerstöße, Schütteln der Pumpe u. dgl. zu machen zur Störgrößenaufschaltung, wobei speziell die Störgrößenaufschaltung über einen Hochpaß erfolgt, wodurch alle auf beobachtete Toleranzen zurückgehenden stationären Fehler eliminiert werden können.

Im Strukturbild des Systems entsprechend Fig. 1 umfaßt der Regelkreis einen Zustandsregler 10, dem über die Leitungen L 1 und L 2 Schätzwerte über die Regelstangengeschwindigkeit und die Magnetkraft des Magnetstellers zugeführt werden. Ferner wird der gemessene Regelweg x am Ausgang des Stellwerks 11 dem Zustandsregler ebenfalls als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt und über die Leitung L 3 aufgeschaltet. Der Beobachter 12 liefert außerdem eine Schätzgröße stör für die durch Reibung und sonstige Störungen verursachte Störkräfte. Über einen Block Störgrößenaufschaltung 13 gelangt der aufbereitete Störgrößenwert zu einem summierenden Schaltungspunkt P 1, dem neben dem Störgrößenwert das Ausgangssignals des Zustandsreglers 10 zugeführt ist und der den dem Zustandsregler 10 nachgeschaltete Stromregelkreis 14 ansteuert.

Im Stromregelkreis wird der Strom I in der Magnetspule des Magnetstellers (Stellwerk 11) auf den Sollwert Isoll eingeregelt. Als Stromregler findet vorzugsweise ein Zweipunktstromregler mit Hysterese Verwendung, mit einer Ansteuertaktfrequenz von beispielsweise 1000 Hz. Diese Ansteuertaktfrequenz kann so hoch sein, weil bei der der Erfindung zugrundeliegenden Regelstruktur der Störgrößeneinfluß durch die spezielle Aufschaltung vom Beobachter her klein gehalten wird, so daß ein niederfrequentes Takten der Spulenspannung, durch die sonst der Reibungseinfluß in etwa minimiert werden kann, entfallen kann.

Der Stromregelkreis 14 regelt auch die in der Magnetspule induzierte Gegenspannung, die als Störgröße EMK auf den Kreis gelangt, geschwindigkeitsproportional, wie anhand der Darstellung der Fig. 2 noch erläutert wird, weitgehend aus.

Als Eingangsgrößen sind dem Beobachter 12 der vom Stromregelkreis 14 dem Stellwerk 11 zugeführte Magnetstrom I über die Leitung L 4 und der Regelweg x über die Leitung L 5 zugeführt.

Der Streckenbeobachter ermöglicht über die beobachtete Reibkraft stör eine Störgrößenaufschaltung. Wenn sich die Strecke in der Reibungshysterese befindet, dann bewirkt ein Sollsprung am Reglereingang eine steile Änderung der beobachteten Reibkraft stör, denn solange sich das System in der Haftreibung befindet, ändern sich die Reibkraft und die Magnetkraft gleich schnell. Bei großer Reibung bewirken die Sollsprünge außerdem einen größeren Hub in der beobachteten Reibkraft als bei kleiner Reibung.

Der Aufbau vervollständigt sich noch durch einen I-Bypaß (integrierend wirkendes Glied) dessem Eingang die Regelabweichung aus dem Regelweg x und dem über einen Führungsformer 16 aufbereiteten Sollwert W zugeführt ist und dessen Ausgang an einem den Eingang des Zustandsreglers 10 liegenden Summationspunkt P 2 mit dem Sollwert W verglichen wird. Durch den I-Bypaß 15 wird die stationäre Genauigkeit des Regelkreises erzwungen.

Das in der Darstellung der Fig. 2 gezeigte detailliertere Strukturbild des Zustandsreglers mit Führungsformer und Reibungsaufschaltung zeigt die Strecke komplett mit allen Störgrößeneinflüssen, eingebettet in den Stellregelkreis mit der Strecke entsprechenden, detaillierten Aufbau des elektronischen Beobachters.

Die einzelnen Blöcke oder Angaben in der Darstellung der Fig. 2 repräsentieren dabei nicht nur lediglich Schaltungsfunktionen, sondern auch allgemein physikalische Größen und Parameter, wobei noch darauf hinzuweisen ist, daß die in der Zeichnung dargestellten, der folgenden Erläuterung der Erfindung dienenden, diskrete Schalt- oder Wirkungsstufen angebenden Blöcke die Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich Hilfsmittel sind, um die funktionellen Grundwirkungen der Erfindung zu veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in einer anschaulichen Realisierungsform darzustellen. Es versteht sich, daß die einzelnen Bausteine und Blöcke in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise Rechnern, Mikroprozessoren, digitale oder analoge Logikschaltungen u. dgl. sein können. Die Erfindung wird daher anhand der Blockdarstellungen der Fig. 1 und 2 lediglich bezüglich des funktionellen Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die jeweils besprochenen Blöcke erzielten Wirkungsweise und bezüglich des jeweiligen Zusammenwirkens der durch die einzelnen Komponenten dargestellten Teilfunktionen angegeben, wobei Hinweise auf die einzelnen Schaltungs- oder Funktionsblöcke nicht einschränkend zu verstehen sind, sondern lediglich einem besseren Verständnis dienen sollen.

Zur Erleichterung der Idendifikation sind in Fig. 2 nochmals die Grundblöcke der Fig. 1 in gestrichelter Umrandung dargestellt.

Die Führungsgröße, also der Positions-Sollwert w gelangt auf den ersten summierenden Schaltungsbereich oder Schaltungspunkt P 2, dem auch das Ausgangssignal des I-Bypasses 15 mit der Integrationszeitkonstante TI zugeführt ist.

Einem weiteren Additionsbereich als Schaltungspunkt P 3 im Eingang des Zustandsreglers mit Stromregelkreis 10, 14 werden von Summations- oder Vergleicherbereichen (Schaltungspunkte P 4 und P 5) über Verstärker enthaltende Koeffizientenglieder K 1 und K 3 die vom Beobachter gelieferten und insoweit als Schätzwerte zu bezeichnenden Zustandsgrößen und sowie über den Koeffizienten K 2 die Regelgröße (Regelweg x) zugeführt. Es versteht sich natürlich, daß bei einer anderen Auslegung des analogen Schaltungsbereichs oder auch bei digitaler Realisierung die jetzt und im folgenden noch zu erwähnenden Schaltungspunkte auch zusammengefaßt sein können oder einfach Bereiche sind, an denen die zugeführten Größen verglichen und entsprechend weiterverarbeitet werden.

Im Eingang des integrierenden Bypasses 15 ist noch ein weiterer Summations- oder Vergleichspunkt P 6 gebildet, der dem Eingang des I-Bypasses 15 die Regelabweichung e aus der Regelgröße x und dem über den Führungsformer 16 aufbereiteten Positions-Sollwert w zuführt.

Über ein Koeffizientenglied K 0 gelangt ein entsprechender Strom-Sollwert Isoll auf den Eingang des Stromregelkreisbereichs mit Proportionalregelanteil P. Vorher erfolgt über den Rückführblock KMES (stationär Übertragungsfaktor) beim Stromregler noch ein Vergleich mit dem Strom I (Stellgröße) mit dem das nachgeschaltete Magnetstellwerk KI als Übertragungsfaktor von Strom auf Kraft angesteuert wird. Der Vergleich erfolgt am Schaltungspunkt P 1′, wobei am vorgeschalteten Schaltungspunkt P 1 noch die Aufschaltung der vom Beobachter stammenden Störgröße stör erfolgt. Hierauf wird weiter unten noch eingegangen. Der Stromregelkreis umfaßt noch einige Integrations-Zeitkonstanten- und Schaltungsglieder PBM, KMS und TM, die für den hier lediglich grundsätzlich betrachteten allgemeinen Aufbau des Zustandsreglers mit Strecke und Beobachter nicht von Bedeutung sind. Bei P 7 wird die geschwindigkeitsabhängige Ankerrückwirkung als rückgeführte EMK über den Block KV noch angedeutet.

Am Ausgang des Magnetstellers KI ergibt sich die von diesem erzeugte Kraft F, zu welcher bei P 8 noch die Federvorspannung F 0 der auf den Anker oder das Stellglied (Regelstange) einwirkenden Vorspannungsfeder kommt.

Eine weitere, dem physikalischen Aufbau des Zustandsreglers mit Strecke kennzeichnenden Wirkung resultiert aus dem Block KCX, über den, abhängig vom Regelweg x die Federkonstante der Rückstellfeder am Schaltungspunkt P 9 auftaucht. Der Schaltungspunkt P 9 ebenso wie P 10 sind Krafteinwirkungspunkte, die insoweit real natürlich nicht bestehen - es ist ja weiter vorn schon erwähnt worden, daß in Fig. 2 der Zustandsregler mit seinen physikalischen Größen und Parametern angegeben ist. Daher ergibt sich im Bereich P 10 auch eine weitere, insofern geschwindigkeitsabhängige Rückführung über den Block KR, die dem P-Beiwert für geschwindigkeitsproportionale Reibung entspricht. Im übrigen tauchen eine Vielzahl dieser Blöcke aus der bisherigen und der folgenden Erläuterung auch bei der Besprechung des grundsätzlichen Aufbaus des Beobachters auf, sie sind dort mit einem Index "B" versehen, um sie von den entsprechenden Blöcken, physikalischen Größen und Parametern des Zustandsreglers mit Strecke zu unterscheiden.

Zusätzlich zu der geschwindigkeitsproportionalen Reibung ergeben sich im Bereich P 10 auch die aus der Reibungshysterese herrührenden Kraftbeeinflussungen, die ebenfalls geschwindigkeitsabhängig sind und deren jeweiliges Auftreten durch die kleine Tabelle 18 angezeigt ist. Je nachdem also, ob die Geschwindigkeit der Regelstange gleich Null oder größer oder kleiner als Null ist, ergeben sich drei Schaltungsfälle 1, 2, 3 entsprechend der Tabelle, wobei im Schaltungsfall 1 (v = 0) Haftreibung F _RH vorliegt, angedeutet durch das kleine Schaubild 19 und die Schalterposition für die Reibungsangabe im Punkt 1.

Ist dementsprechend die Geschwindigkeit der Regelstange größer oder kleiner Null (v ≦λτ 0; v ≦ωτ 0), dann ergeben sich in etwa konstante Reibungsgrößen F _RG bzw. -F _RG .

An diesen "Kraftbereich" schließen sich dann noch Integrationszeitkonstanten T 1 für die Integration der Magnetkraft (ergibt Geschwindigkeit der Regelstange) bzw. Integrationszeitkonstante T 2 für die Integration der Regelstangengeschwindigkeit (ergibt Regelweg) an.

Hiermit ist das Modell der bewegten Regelstange, die eine Strecke dritter Ordnung darstellt, hinreichend beschrieben (dritter Ordnung deshalb, weil drei Energiespeicher vorhanden sind, nämlich die magnetische Energie, die Federenergie und die kinetische Energie entsprechend Geschwindigkeit der bewegten Masse - mit den Zustandsgrößen Regelweg x, Geschwindigkeit v und (Magnet)Kraft F).

Der Reglerentwurf kann dann über Polvorgabe realisiert werden, indem die Übertragungsfunktion des geschlossenen Kreises ermittelt und durch einen Koeffizientenvergleich mit der Standardübertragungsfunktion durchgeführt wird. Hierauf, und das gleiche gilt sinngemäß für den Beobachterentwurf, der ebenfalls über Polvorgabe festgelegt wird, braucht nicht weiter eingegangen zu werden, da es sich hier im wesentlichen um mathematische Ableitungen und Berechnungen handelt.

Der Teil des Strukturbilds des Beobachters 12 in Fig. 2, der dem Stellwert entspricht, umfaßt die Blöcke T 2 _B , T 1 _B (KV, TV), KI _B und KCX _B .

Der Beobachter stellt so eine elektronische Nachbildung der Reststrecke dar, wobei ihm der über einen Shunt gemessene Strom I als Eingangsgröße zugeführt wird (Leitung L 4). Statt des Spulenstroms könnte auch die Spulenspannung als Eingangsgröße für den Beobachter gewählt werden, dann muß man die induzierte Gegenspannung EMK im Beobachter simulieren. Die Spuleninduktivität hängt aber vom Regelweg ab, so daß die exakte Realisierung im elektronischen Modell schwierig ist. Daher ist es im Hinblick auf eine gewünschte möglichst genaue Simulation der Strecke sinnvoll, nur diese Reststrecke im Beobachter zu simulieren, wobei in der Nachbildung der Strecke die nichtlineare Reibung nicht berücksichtigt ist. Die Totzone und die von der Geschwindigkeit abhängige Reibungsaufschaltung entfallen deshalb. Die Blöcke GB, GA und TIB dienen der Abgleichung des Beobachtermodells so, daß gilt x = . Daher sind die Blöcke GA, GB und TIB die Entwurfsparameter des Beobachters. Da wie erwähnt weder die nichtlineare Reibung noch andere Störgrößen im Beobachter eingehen, muß der Integrierer mit der Zeitkonstanten TIB die durch die Störgröße und die Reibung hervorgerufenen Regelabweichungen zwischen Modell und Strecke ausgleichen, da nur dann gilt x = . Ist der Streckenbeobachter hinreichend schnell, dann ist deshalb der Ausgang _{R, stör} dieses Integrierers ein Maß für die auftretende resultierende Störkraft (Reibung, Absteuergrößen u. dgl.). Die Größe _{R, stör} wird deshalb zur Störgrößenbeaufschlagung des Zustandsreglers herangezogen, wobei neben dieser Größe der Beobachter noch Schätzgrößen und für die Geschwindigkeit v und die Magnetkraft F liefert, die als Eingangsgrößen für den Zustandsregler benötigt werden und über K 1 und K 3 auf den Schaltungspunkt P 3 gelangen, wie schon erwähnt.

Der Integral-Bypaß 15 im Eingangsbereich des Zustandsreglers ist vorgesehen, da der Zustandsregler selbst keinen I- Anteil aufweist und durch den Integrator die stationär genaue Einregelung des Regelwegs erfolgt.

Der Führungsformer 16 ist vorgesehen, um eine schnellere Reaktion auf eine Sollwertänderung zu erreichen. Der Führungsformer ist ein DT 1-Glied, also insofern ein realer Differenzierer, wie ja auch die schaubildlichen Kurvenverläufe innerhalb der Blöcke angeben, zu welcher Kategorie von Funktionsblöcken das jeweilige Glied gehört. Es ist möglich, den Führungsformer 16 auch direkt in den Zweig für die Sollwertzuführung w zu legen, der zum Zustandsregler führt.

Die Aufschaltung der Störgröße _{R, stör} auf den Stromsollwert bei P 1 kann über verschiedene Übertragungsglieder erfolgen, beispielsweise PDT 1-Glied oder ein DT 1-Glied; auf jeden Fall hat dieses Glied, sei es nun ein Proportional- Differenzierglied oder ein reines Differenzierglied, Hochpaßcharakter und ist in Fig. 2 mit DT 1 bezeichnet.

Untersuchungen haben ergeben, daß die Aufschaltung der Stör- und Reibungskräfte vom Beobachter über ein DT 1-Glied zweckmäßig ist, da sich bei dieser Störgrößenaufschaltung eine ausreichende Stabilitätsreserve und eine Verbesserung des Systemverhaltens insbesondere bei großer Reibung ergibt. Die grundsätzliche Wirkung der Aufschaltung über ein DT 1-Glied kann so erläutert werden, daß bei einer Pumpe mit angenommen sehr großer Reibung (breite Reibungshysterese) ein Sprung im Sollwert w zunächst zu einer Stromänderung führt. Der Regelweg bleibt konstant (es herrscht Haftreibung vor), bis die Reibungshysterese durchschritten ist. Die Änderung der Magnetkraft und die Änderung der Reibkraft verlaufen jedoch bis zur Überschreitung der Haftreibung gleich. Der Sollsprung führt also zu einem steilen Übergang in der beobachteten Störkraft _{R, stör} . Diese steile Änderung von _{R, stör} zeigt, daß der Zustandspunkt sich innerhalb der Reibungshysterese befindet. Durch das DT 1-Glied, also durch die vom Hochpaß bzw. Differenzierer DT 1 ausgeübte Beeinflussung der ihm vom Beobachter zugeführten Störkraftgröße ergibt sich daher eine zusätzliche Änderung der Stellkraft im Zustandsregler so lange, bis die Reibungshysterese verlassen wird. Sobald die Reibungshysterese durchschritten ist, wird der Verlauf von _{R, stör} flacher und die Aufschaltung tritt außer Kraft.

Auch Absteuerstöße und Erschütterungen der Pumpe führen zu Störkräften, die der Beobachter in dieser Ausgangsgröße _{R, stör} widergibt. Die Aufschaltung über den Hochpaß wirkt daher auch diesen Störkräften entgegen. Erschütterungen und Absteuerstöße bewirken Störungen, die ihr Spektrum maximal im Bereich von 10 Hz bis 100 Hz haben. Die Stärke der Störungen sowie deren Frequenzen hängen von der Pumpendrehzahl ab. Ob Störgrößen in diesem Frequenzbereich noch wirksam unterdrückt werden können, hängt von der Phasenverschiebung im Beobachter und von der Phasenverschiebung im Stromregelkreis bei diesen Störfrequenzen ab. Dabei lassen sich Störgrößen im Frequenzbereich bis über 20 Hz durch die erfindungsgemäße Konzeption gut ausregeln.

Ein weiterer Vorteil der Hochpaßaufschaltung der Beobachter- Störgrößenangabe _{R, stör} ist weiter vorn schon erwähnt worden und besteht darin, daß auf Toleranzen im Beobachter zurückzuführende stationäre Fehler nicht mit auf den Zustandsbeobachter aufgeschaltet, sondern von Anfang an eliminiert werden.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn der Beobachter 12 nur die Störgröße _{R, stör} , hauptsächlich verursacht durch Reibung, ermittelt. Statt des Zustandsreglers 10 wird nur ein beispielsweise PID-Verhalten aufweisender Regler benötigt. Die Aufschaltung der Störkräfte _{R, stör} , auf das Ausgangssignal dieses Reglers, erfolgt dadurch, daß einem Zustands- und Störgrößenbeobachter als vorgesteuertes und nachgeführtes Streckenmodell die meßbare Eingangsgröße zugeführt und die Nachführung durch wenigstens eine proportionale und/oder integrale Gewichtung aus dem Fehler vorgenommen wird, der durch Vergleich des Streckenausgangs x mit dem entsprechenden Signal des Beobachters 12 entsteht. Der Beobachter liefert dabei wenigstens eine Schätzgröße _{R, stör} für durch Reibung und sonstige Störungen verursachte Störkräfte. Diese Störkraft wird über einen Hochpaß, der z. B. DT 1- oder PTDT 1-Verhalten aufweist, auf das Ausgangssignal eines dem Ist/Sollwertvergleich P 2 nach folgenden Reglers 10 aufgeschaltet. Als Eingangsgrößen für den Beobachter dienen der Steuerstrom für den Stellmagneten und der tatsächliche Regelweg x.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei minimalem Aufwand, die Regelstangengeschwindigkeit und die Magnetkraft wird nicht berechnet und die Führungsformer 16 und der I-Bypaß 15 entfallen, eine schnelle Lageregelung unabhängig von Reib- und Störkräften möglich ist.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (6)

1. Verfahren zur adaptiven Stellregelung der elektro-magnetischen Verstellung eines mengenbestimmenden Gliedes, dadurch gekennzeichnet, daß einem Zustands- und Störgrößenbeobachter als vorgesteuertes und nachgeführtes Streckenmodell die meßbare Eingangsgröße zugeführt und die Nachführung durch wenigstens eine proportional und/oder integrale Gewichtung aus dem Fehler vorgenommen wird, der durch Vergleich des Treckenausgangs (x) mit dem entsprechenden Signal ( ) des Beobachters (12) entsteht, wobei der Beobachter wenigstens eine Schätzgröße ( _{R, stör} ) für durch Reibung und sonstige Störungen verursachte Störkräfte liefert, die über einen Hochpaß (DT 1, PTDT 1) auf das Ausgangssignal eines dem Ist/Sollwertvergleich nachfolgenden Reglers (10) aufgeschaltet wird.

2. Verfahren zur adaptiven Stellregelung der elektro-magnetischen Verstellung eines mengenbestimmenden Gliedes, dadurch gekennzeichnet, daß einem Zustands- und Störgrößenbeobachter als vorgesteuertes und nachgeführtes Streckenmodell die meßbare Eingangsgröße zugeführt und die Nachführung durch die proportionalen Gewichtungen aus dem Fehler vorgenommen wird, der durch Vergleich des Streckenausgangs (x) mit dem entsprechenden Signal ( ) des Beobachters (12) entsteht, wobei die vom Beobachter gelieferten Schätzgrößen für Regelstangengeschwindigkeit ( ) und Magnetkraft ( ) dem Zustandsregler zur Stromsollwertaufbereitung zugeführt und ferner die vom Beobachter gleichzeitig gelieferte Schätzgröße ( _{R, stör} ) für durch Reibung und sonstige Störungen verursachte Störkräfte liefert, die über einen Hochpaß (DT 1, PTDT 1) ebenfalls auf den Zustandsregler (10) aufgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beobachteten Schätzgrößen für Regelstangengeschwindigkeit ( ) und Magnetkraft ( ) über Verstärkungsfaktoren enthaltene Koeffizientenglieder (K 1, K 3) auf den Eingang des Zustandsreglers (10) aufgeschaltet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße (Positionssignal w) dem Eingang des Zustandsreglers direkt und über einen integrierenden Bypaß (15) zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur adaptiven Stellregelung bei der elektro-magnetischen Verstellung eines mengenbestimmenden Gliedes bei Dieseleinspritzpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß einem Regler (10) ein vorgesteuertes und nachgeführtes Streckenmodell als Beobachter zugeordnet ist, dem die meßbare Eingangsgröße und der Regelweg (x) zur Nachführung aus dem Fehler zugeführt sind, der durch Vergleich des Streckenausgangs mit dem entsprechenden Signal des Beobachters entsteht, wobei ein Hochpaß, gegebenenfalls mit Proportionalglied (DT 1; PDT 1) vorgesehen ist, über den die vom Beobachter gelieferte Schätzgröße ( _{R, stör} ) für die durch Reibung und sonstige Störung verursachten Störkräfte auf den Ausgang des dem Ist/Sollwertvergleich nachfolgenden Reglers (10) geschaltet ist.

6. Vorrichtung zur adaptiven Stellregelung bei der elektro-magnetischen Verstellung eines mengenbestimmenden Gliedes bei Dieseleinspritzpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zustandsregler (10) ein vorgesteuertes und nachgeführtes Streckenmodell als Beobachter zugeordnet ist, dem die meßbare Eingangsgröße und der Regelweg (x) zur Nachführung aus dem Fehler zugeführt sind, der durch Vergleich des Streckenausgangs mit dem entsprechenden Signal des Beobachters entsteht, wobei die vom Beobachter (12) gelieferten Schätzgrößen für Regelstangengeschwindigkeit ( ) und Magnetkraft ( ) dem Eingang des Zustandsreglers (10) über mit Verstärkungsfaktoren versehene Koeffizientenglieder (K 1, K 3) zugeführt sind und ferner ein Hochpaß, gegebenenfalls mit Proportionalglied (DT 1; PDT 1) vorgesehen ist, über den die vom Beobachter gelieferte Schätzgröße ( _{R, stör} ) für die durch Reibung und sonstige Störung verursachten Störkräfte auf den Ausgang des Zustandsreglers (10) geschaltet ist.