DE4118975A1 - Detecting position of core of electromagnetic control element - determining time required for current produced by pulses superimposed on control voltage to achieve defined change - Google Patents
Detecting position of core of electromagnetic control element - determining time required for current produced by pulses superimposed on control voltage to achieve defined changeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung der Position des Kerns eines elektromagnetischen Stellglie des, dessen Spule von einem Steuergerät mit einer Steuer spannung (U) sowie mit überlagerten Spannungsimpulsen (Δ u) beaufschlagt wird und bei dem der Kern gegen die Kraft einer Rückstellfeder eine dem Steuerstrom (I) entsprechende Position (P) einnimtt.The invention relates to a method for detection the position of the core of an electromagnetic actuator of whose coil is from a control unit with a control voltage (U) and with superimposed voltage pulses (Δ u) is applied and in which the core against the force a return spring corresponding to the control current (I) Position (P).
Bei derartigen Stellgliedern bewegt sich der Kern nicht, wenn die dem Steuerstrom (I) proportional elektromotorische Kraft mit der Kraft der Rückstellfeder im Gleichgewicht ist. Durch eine Änderung der Steuerspannung wird der in der Spalte fließende Steuerstrom geändert und der Kern um einen Betrag Δ 1 in eine neue Position bewegt, in der die geän derte elektromotorische Kraft wieder mit der proportional zu Δ 1 geänderten Federkraft im Gleichgewicht ist. Für ein gegebenes Stellglied kann man so jedem Steuerstrom I eine bestimmte Position P des Kerns zuordnen. Man erhält eine Kennlinie P=f(I).With such actuators, the core does not move, if the electromotive proportional to the control current (I) Force balanced with the force of the return spring is. By changing the control voltage, the in Column flowing control current changed and the core by one Amount Δ 1 moved to a new position in which the geän der electromotive force again with the proportional spring force changed to Δ 1 is in equilibrium. For a given actuator you can each control current I a assign specific position P of the core. You get one Characteristic curve P = f (I).
Durch unvermeidbare Reibungseinflüsse hat diese Kennlinie eine gewisse Hysterese, die durch der Steuerspannung U überlagerte Spannungsimpulse u vermindert bzw. aufgeho ben werden kann. Der Kern wird dadurch mit einer Kraft wechselnder Richtung beaufschlagt, die knapp unterhalb der Haftreibungskraft liegt. Bei größerem Δ u schwingt der Kern mit kleiner Amplitude um den zum Steuerstrom I propor tionalen Mittelwert, so daß eine wirkliche Ruhelage nicht erreicht wird und der damit verbundene Einfluß der Haftrei bung auf die Hysterese völlig entfällt.This characteristic has due to unavoidable friction influences a certain hysteresis caused by the control voltage U superimposed voltage pulses u reduced or canceled can be used. The core becomes a force alternating direction, which is just below the Stiction is. With a larger Δ u the oscillates Core with small amplitude around the proportions to the control current I tional mean, so that a real rest position is not is achieved and the associated influence of custody Exercise on the hysteresis is completely eliminated.
In der Praxis kann man allerdings nicht mit Sicherheit von dem angelegten Steuerstrom I auf die erreichte Position P des Kerns schließen. Durch Ermüden oder Bruch der Rück stellfeder kann die bei einem bestimmten Steuerstrom I erreichte Position P "größer" sein, als bei der normalen Kennlinie. Umgekehrt können ein Klemmen der Rückstellfeder oder zusätzliche äußere Hemmnisse dazu führen, daß die einem bestimmten Steuerstrom I entsprechende Position P nicht erreicht wird oder daß das Stellglied vollständig blockiert. Indem kann eine äußere Gegenkraft die Soll-Kern position verändern.In practice, however, one cannot be certain of the applied control current I to the position P reached close of the nucleus. By fatigue or break the back actuator can the at a certain control current I Position P reached be "larger" than in the normal Curve. Conversely, a jamming of the return spring or additional external obstacles cause the position P corresponding to a specific control current I is not reached or that the actuator is complete blocked. In doing so, an external counterforce can set the target core change position.
Für eine sichere Funktion des Stellgliedes ist daher eine "Rückmeldung" über die tatsächlich erreichte Position des Kerns unbedingt erforderlich. Im einfachsten Fall kann man im Weg des Stellgliedes einen oder mehrere Kontakte anord nen, durch die bestimmte Positionen markiert sind und die Korrelation P=f(I) kontrolliert und ggf. neu geeicht wer den kann. Man kann aber auch stetig wirkende optische oder elektrische Sensoren vorsehen, die in Abhängigkeit von der erreichten Position P ein Signal S erzeugen S=f(P), das dann für einen Vergleich mit dem Steuerstrom I und zur Kor rektur der Steuerspannung (U) benutzt werden kann.For a safe function of the actuator is therefore a "Feedback" about the position actually reached Kerns absolutely necessary. In the simplest case you can arrange one or more contacts in the path of the actuator by which certain positions are marked and which Correlation P = f (I) checked and, if necessary, re-calibrated that can. But you can also optically or continuously acting provide electrical sensors that depend on the reached position P generate a signal S S = f (P) that then for a comparison with the control current I and to the cor rectification of the control voltage (U) can be used.
In allen Fällen sind zusätzlich Bauteile und Verkabelungen erforderlich, die das Stellglied verteuern und sich viel fach aus Platzgründen gar nicht realisieren lassen. In all cases there are additional components and cabling required, which make the actuator more expensive and much can not be realized for space reasons.
Es besteht somit die Aufgabe, für ein Stellglied der ein gangs genannten Art ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Positionserkennung ohne nennenswerten Mehraufwand möglich ist.There is therefore the task of an actuator to specify a method with which a Position detection possible without significant additional effort is.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die zeitliche Änderung (i=f(t)) des durch die überlagerten Spannungsim pulse Δ u erzeugten Stroms zu ermitteln und zur Erkennung der Position P des Kerns heranzuziehen.To solve this task, the time is proposed Change (i = f (t)) of the voltage im pulse Δ u generated current to determine and for detection the position P of the core.
Der Erfindung liegt die Erwägung zugrunde, daß sich die Induktivität der Spule des Stellgliedes mit der Eintauch tiefe des Kerns ändert und daß die zeitliche Änderung des Stroms (i=f(t)), die durch die gleichbleibenden Spannungs impulse Δ u verursacht wird, der Induktivität der Spule pro portional ist und somit Rückschlüsse auf die Position des Kerns erlaubt. Es wird also die vorhandene Ansteuerung des Stellglieds mit der Steuerspannung überlagerten Impulsen dazu benutzt, eine Rückmeldung über die Position des Kerns zu generieren. Es leuchtet ein, daß dazu am Stellglied selbst keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Es muß nur im Steuergerät eine Möglichkeit zur Messung des Steuerstroms vorgesehen werden.The invention is based on the consideration that the Inductance of the coil of the actuator with the immersion depth of the core changes and that the temporal change of the Current (i = f (t)) by the constant voltage Impulse Δ u is caused by the inductance of the coil per is proportional and thus conclusions about the position of the Kerns allowed. So it will control the existing Actuator superimposed with the control voltage pulses used to provide feedback on the position of the core to generate. It makes sense that the actuator itself no additional components are required. It only one possibility in the control unit for measuring the Control current are provided.
Vorzugsweise wird die Zeitspanne Δ t ermittelt, die bis zum Erreichen einer vorgegebenen Änderung Δ i des durch die überlagerten Spannungsimpulse Δ u erzeugten Stroms vergeht. Zur selbsttätigen Kompensation äußerer Störeinflüsse ist es erforderlich, für das elektromagnetische Stellglied eine Kennlinie entsprechen der Beziehung Δ t=f(P) zu ermit teln, damit die Differenz Δ tist und Δ tsoll festgestellt und durch Änderung der Steuerspannung U zum Verschwinden gebracht werden kann. Mit anderen Worten, bei einer blei benden Änderung der die normale Kennlinie P=f(I) bestim menden Einflußgröße kann man mit der Kennlinie Δ t=f(P) eine neue Kennlinie P=f(I′) "erzeugen", die nachfolgend für die Ansteuerung des Stellglieds dienen kann.Preferably, the time period .DELTA.t is determined which elapses until a predetermined change .DELTA.i of the current generated by the superimposed voltage pulses .DELTA.u is reached. For the automatic compensation of external interference, it is necessary for the electromagnetic actuator, a characteristic curve corresponding to the relationship Δ t = f (P) stuffs to ermit so that the difference Δ t and Δ t is to be determined, and converted by changing the control voltage U to disappear can. In other words, in the event of a permanent change in the influencing variable determining the normal characteristic P = f (I), the characteristic Δ t = f (P) can be used to “generate” a new characteristic P = f (I ′), which follows can serve to control the actuator.
Die Beziehung Δ t=f(P) bewährt sich aber auch bei sich laufend ändernden Einflußgrößen, solange nur das Stellglied selbst sich in seinen elektrischen Daten nicht ändert und die überlagerten Impulse Δ u konstant bleiben.The relationship Δ t = f (P) also proves itself in itself continuously changing influencing variables, as long as only the actuator itself does not change in its electrical data and the superimposed pulses Δ u remain constant.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf elektromagne tische Stellglieder mit nichtlinearer Bewegung des Kerns ebenso anwenden, wie bei Regelventilen von Kraftfahrzeug stoßdämpfern, wo es auf eine exakte Rückmeldung der Posi tion des Kerns ankommt.The inventive method can be done on electromagnetic table actuators with non-linear movement of the core apply as well as control valves of motor vehicles shock absorbers, where there is an exact feedback of the Posi tion of the core arrives.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further details of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 shows a simplified circuit diagram for imple out the method according to the invention,
Fig. 2 zeigt den Spannungs- und Stromverlauf über der Zeit bei konstanter Steuerspannung, Fig. 2 shows the voltage and current curve over time with a constant control voltage,
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 mit drei verschiedenen Kurven i=f(t). FIG. 3 shows an enlarged section from FIG. 2 with three different curves i = f (t).
In Fig. 1 ist schematisch eine Spule 2 im Schnitt darge stellt, in die je nach angelegter Steuerspannung U gegen die Kraft der Rückstellfeder 3 ein Kern 1 mehr oder weniger eintaucht. Die Steuerspannung U wird der Spule 2 von einer steuerbaren Spannungsquelle 5 über einen Shunt 6 zugeführt. Die steuerbare Spannungsquelle 5 erhält ihre Stellgröße von einem Mikrocontroller 4, der den über die Leitung 8 einge henden Sollwert erfaßt und - soweit erforderlich - für die Ansteuerung der Spannungsquelle 5 aufbereitet. Von dem ins gesamt über den Shunt 6 fließenden Strom wird nur der An teil gemessen, der durch die der Steuerspannung überlager ten Spannungsimpulse ausgelöst wird. Gleichzeitig wird mit Beginn jedes Spannungsimpulses ein Zeitzählwerk gestartet. Der am Shunt 6 gemessene Strom wird über eine entsprechende Signalaufbereitung 7 einem AD-Wandler-Eingang des Microcon trollers 4 zugeführt und dort laufend mit einem Schwellwert verglichen. Bei Erreichen des Schwellwertes wird das Zeit zählwerk gestoppt. Das ermittelte Zeitintervall Δ tist wird mit einer tabellarisch oder als Kennlinie im Mikrocontrol ler abgelegten Funktion Δ t=f(P) verglichen. Entspricht der gefundene Wert P dem vorgegebenen Sollwert, d. h. stimmt Δ tist mit Δ tsoll überein, so erfolgt keine Korrektur der Position P des Kerns durch Änderung der Ansteuerspannung U. Andernfalls wird U so lange geändert bis Δ tist und Δ tsoll übereinstimmen. Auf diese Weise kann die zeitliche Änderung des durch die Spannungsimpulse Δ u verursachten Stroms i nicht nur zur Erkennung der aktuellen Position P des Kerns herangezogen werden, sie dient auch zur automatischen Kor rektur der Position P falls Abweichungen zwischen Δ tist und Δ tsoll festgestellt werden.In Fig. 1, a coil 2 is shown schematically in section Darge, in which, depending on the control voltage U applied, a core 1 is more or less immersed against the force of the return spring 3 . The control voltage U is supplied to the coil 2 from a controllable voltage source 5 via a shunt 6 . The controllable voltage source 5 receives its manipulated variable from a microcontroller 4 , which detects the setpoint via line 8 and, if necessary, prepares it for the control of the voltage source 5 . Of the total current flowing through the shunt 6 , only the portion that is triggered by the voltage pulses superimposed on the control voltage is measured. At the same time, a time counter is started at the beginning of each voltage pulse. The current measured at the shunt 6 is fed via an appropriate signal conditioning 7 to an AD converter input of the Microcon troller 4 and is continuously compared there with a threshold value. When the threshold value is reached, the time counter is stopped. The time interval Δ t is determined is compared with a tabulated ler or as a characteristic curve in the micro control function stored Δ t = f (P). The found value P corresponds to the predetermined desired value, that is true Δ t with Δ t should coincide, no correction of the position P is carried out of the core by changing the driving voltage U. Otherwise, U is changed until such time as Δ t and Δ t is to be accorded . In this way, the time variation can the current and caused by the voltage pulses Δ i not only for detecting the current position P of the core are used, it is also used for automatic Cor rection of the position P if discrepancies between Δ t and Δ t should found will.
Fig. 2 zeigt im unteren Teil den Spannungsverlauf bei kon stanter Steuerspannung U mit überlagerten rechteckigen Spannungsimpulsen Δ u. Im oberen Teil ist der Verlauf des Steuerstroms I mit überlagerten Stromspitzen i=f(t) dar gestellt. Fig. 2 shows the lower part of the voltage curve with constant control voltage U with superimposed rectangular voltage pulses Δ u. The upper part shows the course of the control current I with superimposed current peaks i = f (t).
Gemäß Fig. 3, in der drei Stromspitzen i=f(t) vergrößert dargestellt sind, kann der Spannungsanstieg unterschiedlich steil verlaufen. Ändert sich die Eintauchtiefe des Kerns in die Spule, dann ist dies auf eine Änderung der Steuerspan nung U bzw. des Steuerstroms I oder auf äußere Einflüsse zurückzuführen. Die Spannungsimpulse bleiben jedoch gleich, bewirken aber je nach Eintauchtiefe des Kerns unterschied lich steile Verläufe des Stroms i=f(t). Aus der Steilheit des Anstiegs kann auf die Eintauchtiefe des Kerns, d. h. auf seine Position rückgeschlossen werden.According to FIG. 3, in which three current peaks i = f (t) are shown enlarged, the voltage rise can be of different steepness. If the depth of immersion of the core in the coil changes, then this is due to a change in the control voltage U or the control current I or to external influences. The voltage pulses remain the same, however, depending on the immersion depth of the core, they cause the current i = f (t) to have different steep gradients. From the steepness of the rise, the depth of immersion of the core, ie its position, can be deduced.
Mißt man statt der Steigung das Erreichen eines bestimmten Schwellwertes Δ i, dann kann man die zugehörigen Zeitin tervalle Δ t bestimmten Kernpositionen P zuordnen, woraus sich eine Kennlinie bzw. eine Tabelle Δ t=f(P) oder P=f(Δ t) ergibt. Damit ist ein Weg aufgezeigt, die zur Verminderung der Hysterese angewandten Spannungsimpulse, genauer deren Auswirkung auf den Stromverlauf für eine Positionserkennung des Kerns heranzuziehen. Dazu werden keine zusätzlichen Bauteile am Stellglied und keine zusätz lichen Kabel benötigt. Sie ist mit einer geringfügigen Erweiterung des Steuergeräts zu realisieren und erlaubt außerdem jederzeit eine Änderung der Basiskennlinie P= f(I) in eine Kennlinie P=f(I′), wenn die ursprünglich oder zuvor vorhandene Proportionalität zwischen P und I durch äußere Einflüsse gestört wird.If one measures the achievement of a certain one instead of the slope Threshold value Δ i, then the associated time in Assign tervalle Δ t to certain core positions P, from which a characteristic curve or a table Δ t = f (P) or P = f (Δ t) results. This shows a way to the Reduction of the hysteresis applied voltage pulses, more precisely their impact on the current flow for a Use the position detection of the core. To do this no additional components on the actuator and no additional needed cable. It is with a slight Extension of the control unit to be realized and allowed also change the basic characteristic P = at any time f (I) into a characteristic curve P = f (I ′) if the originally or previously existing proportionality between P and I. is disturbed by external influences.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MANNESMANN VDO AG, 60326 FRANKFURT, DE |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |