DE4234421A1 - Vorrichtung zur stromgeregelten Steuerung mehrerer Stellglieder mittels eines Steuercomputers - Google Patents
Vorrichtung zur stromgeregelten Steuerung mehrerer Stellglieder mittels eines SteuercomputersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stromgeregelten
Steuerung mehrerer Stellglieder mittels eines Steuercomputers,
wobei für jedes Stellglied ein individueller Steuertransistor
vorgesehen ist und die Erfassung des jeweiligen Stromistwertes
mittels eines Meßwiderstandes erfolgt.
Werden in bekannter Weise mehrere solcher Stellglieder durch
einen Steuercomputer gesteuert, so ist im Stromkreis jedes
Stellgliedes ein separater Meßwiderstand vorgesehen, und jedem
Stellglied ist ein analoger Regelkreis zugeordnet, in dem die
analog erfaßte Meßgröße in ein Steuersignal zur Beeinflussung
des Tastverhältnisses einer Steuersignalfolge vom Steuercomputer
umgewandelt wird. Insbesondere dann, wenn eine größere Zahl von
Stellgliedern mit individuell geregelten Strömen beaufschlagt
werden soll, so wird der analoge Schaltungsaufwand sehr groß und
führt zu einer kostenaufwendigen Ausführung der gesamten Regelan
ordnung. Die Vielzahl der notwendigen präzisen Meßwiderstände
erhöht darüberhinaus den Kostenaufwand.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkma
len des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß auch
bei einer größeren Zahl individuell gesteuerter bzw. geregelter
Stellglieder nur ein einziger Meßwiderstand in einem einzigen
Meßkreis erforderlich ist. Spezielle analoge Regelschaltungen
zur Ansteuerung der Steuertransistoren in den einzelnen Strom
kreisen der Stellglieder sind nicht mehr erforderlich, vielmehr
erfolgt die Ansteuerung direkt über den Steuercomputer, und alle
Regelvorgänge laufen in diesem ab. Hierdurch wird der Schal
tungsaufwand und damit die Kosten deutlich reduziert, wobei die
Zahl der angeschlossenen, zu regelnden Stellglieder sehr groß
werden kann. Auch ein nachträgliches Hinzufügen weiterer Stell
glieder ist möglich, ohne daß das Regelverfahren selbst geändert
zu werden braucht. Der einzige Meßwiderstand bzw. Meßpfad kann
bei einer derartigen Erweiterung unverändert verwendet werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Haupt
anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Die Steueranschlüsse der Steuertransistoren sind direkt oder
über wenigstens eine Verstärkerstufe mit Steuerausgängen des
Steuercomputers verbunden, wodurch der Schaltungsaufwand sehr
gering gehalten werden kann.
Um dem Steuercomputer die jeweiligen Stromistwerte sequentiell
zuführen zu können, sind Abgriffe des Meßwiderstandes über einen
Meß-Verstärker mit Eingängen des Steuercomputers verbunden. Auch
der schaltungsmäßige Aufwand zur Stromistwerterfassung ist daher
sehr gering.
Die Umschaltmittel für jedes Stellglied weisen in einfacher
Weise zwei gegensinnig steuerbare Schaltelemente auf, durch die
dieses Stellglied entweder mit der Meß- und Regelanordnung oder
mit dem zugeordneten individuellen Steuertransistor verbindbar
ist. Zur Realisierung der Umschaltmittel werden daher pro Stell
glied nur zwei Schaltelemente und ggf. ein Inverter zur gegen
sinnigen Steuerung der Schaltelemente benötigt.
Weiterhin sind zweckmäßigerweise Freilaufdioden vorgesehen, die
jeweils das Stellglied, die Umschaltmittel und den zugeordneten
Widerstand überbrücken, um auf einen Strommittelwert regeln zu
können.
Die steuerbaren Schaltelemente und/oder die Steuertransistoren
und/oder die Freilaufdioden sind zweckmäßigerweise alle vom je
weils gleichen Typ und weisen die selben Eigenschaften auf.
Hierdurch liegen in den Steuerkreisen einerseits und im Meß- und
Regelkreis andererseits elektrisch identische Verhältnisse vor,
so daß eine Übernahme der im Meß- und Regelkreis ermittelten
Steuersignalfolge in den Steuerkreis ohne weiteres möglich ist.
Die Umschaltung durch die Umschaltmittel auf die Meß- und Regel
anordnung erfolgt im einfachsten Falle in einem festen Zeitra
ster und/oder in einer festen Reihenfolge. Um vor allem bei ei
ner größeren Zahl von Stellgliedern eine möglichst optimale Re
gelung zu erreichen kann in vorteilhafter Weise während dynami
scher Veränderungen bei einzelnen Stellgliedern die Umschaltung
dieser Stellglieder durch die Umschaltmittel auf die Meß- und
Regelanordnung im engeren Zeitraster und/oder häufiger gegenüber
den übrigen Stellgliedern erfolgen. Hierdurch werden dynamische
Vorgänge schneller und exakter ausgeregelt.
In weiterer Ausbildung können die Zeitabstände zwischen Umschal
tungen und/oder die Häufigkeit der Umschaltungen eine Funktion
der Dynamik der jeweiligen Stellglieder sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar
gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsvorrichtung zur Stromre
gelung von drei Stellgliedern durch einen Steuercomputer.
Gemäß dem einzigen Ausführungsbeispiel werden drei induktive
Stellglieder 10-12 stromgeregelt durch einen Steuercomputer 13
gesteuert, der beispielsweise ein Mikrocomputer sein kann. Bei
den induktiven Stellgliedern kann es sich um elektrohydraulische
oder elektropneumatische Stellglieder handeln, beispielsweise um
Druckregler für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugge
triebes o. dgl.
In Reihe zu den Stellgliedern 10-12 ist jeweils ein Schaltele
ment 14-16, ein Widerstand 17-19 und ein Steuertransistor
20-22 geschaltet. Diese drei Reihenschaltungen sind jeweils von
einer Versorgungsspannung Uv beaufschlagt, wobei der positive
Anschluß 23 mit den Stellgliedern 10-12 verbunden ist, während
die gegenüberliegenden Anschlüsse der Reihenschaltungen an Masse
liegen bzw. mit dem negativen Pol der Versorgungsspannung Uv
verbunden sind.
Die Steuerelektroden der Schaltelemente 14-16 sowie der
Steuertransistoren 20-22 sind mit Steuerausgängen des Steuer
computers 13 verbunden.
Die nicht am positiven Anschluß 23 liegenden Anschlüsse der
Stellglieder 10-12 sind weiterhin über jeweils einen Schalt
element 24-26 miteinander verbunden, wobei der Verknüpfungs
punkt über die Reihenschaltung eines Meßwiderstandes 27 mit ei
nem weiteren Steuertransistor 28 an Masse liegt. Die Schaltele
mente 24-26 werden jeweils gegensinnig zu den Schaltelementen
14-16 gesteuert. Hierzu sind die Steueranschlüsse der Schalt
elemente 14-16 jeweils über Inverter 29-31 mit den Steueran
schlüssen der Schaltelemente 24-26 verbunden.
Die beiden Anschlüsse des Meßwiderstandes 27 sind mit den Ein
gängen eines Meß-Verstärkers 32 verbunden, der beispielsweise
ein Differenzverstärker sein kann. Dessen Ausgang ist mit einem
Eingang des Steuercomputers 13 verbunden.
Die Verbindungsstellen zwischen den Widerständen 17-19 sowie
27 mit den Steuertransistoren 20-22 sowie 28 sind über Frei
laufdioden 34-37 mit dem positiven Anschluß 23 verbunden.
Der Meßwiderstand 27 weist den selben Widerstandswert wie die
Widerstände 17-19 auf. Alle Schaltelemente 14-16 sowie
24-26 sind vom selben Typ und weisen die selben elektrischen Eigen
schaften auf. Dies trifft auch für die Steuertransistoren 20-22
sowie 28 untereinander zu, ebenso wie bei den Freilaufdioden
34-37. Die Schaltelemente 14-16 sowie 24-26 sind im Aus
führungsbeispiel als Schalttransistoren ausgebildet, sie können
jedoch auch durch andere bekannte Schalter bzw. Halbleiterschal
ter realisiert sein.
Die Wirkungsweise des in der einzigen Figur dargestellten Aus
führungsbeispieles besteht darin, daß zunächst im Betrieb die
Steuertransistoren 20-22 vom Steuercomputer 13 aus mit indivi
duellen Steuersignalfolgen beaufschlagt sind, um in den indukti
ven Stellgliedern 10-12 die jeweils gewünschten Strommittel
werte zu erzeugen, die über Sollwerte im Steuercomputer 13 vor
gegeben werden, sei es über ein Programm oder durch außen ange
legte Sollsignale. Hierbei sind die Schaltelemente 14-16
stromleitend und die Schaltelemente 24-26 gesperrt. Nun werden
im einfachsten Falle sequentiell Steuersignale an die mit den
Schaltelementen 14-16 verbundenen Steuerausgänge 38-40 des
Steuercomputers 13 gelegt. Zunächst soll ein Steuersignal am
Steuerausgang 38 anliegen. Durch dieses Steuersignal, beispiels
weise ein 0-Signal wird das Schaltelement 14 gesperrt und das
Schaltelement 24 stromleitend. Gleichzeitig wird die zuletzt am
Steuertransistor 20 anliegende Steuersignalfolge dem Steuertran
sistor 28 zugeführt, so daß sich zunächst der Strommittelwert im
induktiven Stellglied 10 nicht verändert, da die aus dem Schalt
element 14, dem Widerstand 17 und dem Steuertransistor 20 beste
hende Reihenschaltung mit der aus dem Schaltelement 24, dem Meß
widerstand 27 und dem Steuertransistor 28 bestehenden Reihen
schaltung identisch ist. Der über den Meßwiderstand 27 erfaßte,
im Meß-Verstärker 32 aufbereitete und umgewandelte Stromwert
wird als Istwert dem Steuercomputer 13 zugeführt. Dort wird er
mittels eines üblichen, an sich bekannten Regelprogrammes mit
dem vorgegebenen Sollwert für das induktive Stellglied 10 verg
lichen, wobei bei einer Regelabweichung die Steuersignalfolge
für den Steuertransistor 28 so lange verändert wird, bis diese
Regelabweichung zu Null wird. Dann wird durch eine Steuersi
gnalumschaltung am Steuerausgang 38 das Schaltelement 14 wieder
stromleitend und das Schaltelement 24 gesperrt. Gleichzeitig
wird die zuletzt eingeregelte Steuersignalfolge mit jetzt an den
Sollwert angepaßtem Tastverhältnis dem Steuertransistor 20 zuge
führt, so daß der neu eingeregelte Stromwert im induktiven
Stellglied 10 erhalten bleibt. Derselbe Vorgang setzt sich nun
für die übrigen Stellglieder 11 und 12 sequentiell fort, so daß
nach einem Zyklus alle Stellglieder 10 bis 12 wieder auf ihren
jeweils vorgegebenen Sollwert bezüglich des gewünschten Strom
mittelwertes eingeregelt bzw. nachgeregelt worden sind. Der Zy
klus kann dann erneut beginnen.
Die Zahl der auf diese Weise zu regelnden Stellglieder ist
selbstverständlich nicht auf die Zahl 3 beschränkt, vielmehr
können weitere Stellglieder in der gleichen Weise parallel ge
schaltet sein. Je größer die Zahl der durch den Steuercomputer
13 angesteuerten Stellglieder ist, desto kleiner wird selbstver
ständlich die Zeitspanne für die Nachregelung pro Zyklus. Bei
einer größeren Zahl von Stellgliedern kann daher der Fall ein
treten, daß bei dynamischen Vorgängen die jeweilige Nachregel
zeit zu kurz ist, bzw. daß ein zu großer Zeitabstand zwischen
zwei Nachregelvorgängen vorliegt. Durch den Steuercomputer 13
wird dann festgestellt, bei welchen Stellgliedern 10 bis 12 der
Sollwert unverändert bleibt und bei welchen Stellgliedern sich
dieser Sollwert dynamisch verändert. Wird eine dynamische Verän
derung festgestellt, so wird das betreffende Stellglied häufiger
nachgeregelt, z. B. alle 20 ms, während die übrigen Stellglieder
mit statischem Sollwert nur etwa jede Sekunde nachgeregelt wer
den. Das einem dynamischen Vorgang unterworfene Stellglied wird
daher häufiger in kürzeren Zeitabständen von der durch den Meß
widerstand 27 und dem Steuertransistor 28 gebildeten Meß- und
Regelanordnung beaufschlagt, um einen exaktere, den dynamischen
Vorgang angepaßte Nachregelung des Strommittelwertes zu errei
chen. Selbstverständlich kann sich die an einem der Steuertran
sistoren 20-22 anliegende Steuersignalfolge auch außerhalb ei
nes Meß- und Regelintervalles durch Interpolation im Steuercom
puter 13 verändern.
Zur Regelung auf einen Strommittelwert ist es zwingend erforder
lich, daß der Meßwiderstand 27 bzw. der entsprechende Widerstand
17-19 in den anderen parallelen Pfaden innerhalb des Freilauf
kreises liegt, der durch die jeweilige Freilaufdiode 37 bzw.
34-36 und die Stellglieder 10-12 gebildet wird.
Sollte der Steuercomputer 13 an seinen mit den Steuertransisto
ren 20-22 sowie 28 angeschlossenen Steuerausgängen nicht über
die erforderliche Ausgangsleistung zur Ansteuerung dieser Steu
ertransistoren verfügen, so können selbstverständlich in bekann
ter Weise Verstärkerstufen diesen Steuerausgängen nachgeschaltet
werden. Dasselbe gilt für die Ansteuerung der Schaltelemente
14-16 sowie 24-26.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur stromgeregelten Steuerung mehrerer Stell
glieder mittels eines Steuercomputers, wobei für jedes Stell
glied ein individueller Steuertransistor vorgesehen ist und die
Erfassung des jeweiligen Stromistwertes mittels eines Meßwider
standes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Meßwi
derstand (27) in Reihe mit einem weiteren Steuertransistor (28)
eine Meß- und Regelanordnung für alle Stellglieder (10-12)
bildet, daß jeder individuelle Steuertransistor (20-22) für
die einzelnen Stellglieder (10-12) in Reihe mit einem Wider
stand (17-19) geschaltet ist, dessen Widerstandswert dem des
Meßwiderstandes (27) entspricht, und daß vom Steuercomputer (13)
gesteuerte Umschaltmittel (14-16, 24-26) vorgesehen sind,
durch die die normalerweise in Reihe mit den zugeordneten indi
viduellen Steuertransistoren (20-22) liegenden Stellglieder
(10-12) nacheinander für eine vorgebbare Meß- und Regelzeit in
Reihe mit der Meß- und Regelanordnung gelegt werden, wobei eine
jeweils während einer solchen Meß- und Regelzeit für eines der
Stellglieder am weiteren Steuertransistor (28) eingestellte
Steuersignalfolge jeweils auch dem zugeordneten Steuertransistor
(20-22) zugeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Steueranschlüsse der Steuertransistoren (20-22, 28) direkt
oder über wenigstens einen Verstärkerstufe mit Steuerausgängen
des Steuercomputers (13) verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Abgriffe des Meßwiderstandes (27) über einen Meß-Verstärker
(32) mit Eingängen des Steuercomputers (13) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umschaltmittel für jedes Stellglied (10-12)
zwei gegensinnig steuerbare Schaltelemente (14, 24 bzw.
15, 25 bzw. 16, 26) aufweisen, durch die dieses Stellglied
(10-12) entweder mit der Meß- und Regelanordnung oder mit dem
zugeordneten individuellen Steuertransistor (20-22) verbindbar
ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Freilaufdioden (34-37) vorgesehen sind,
die jeweils das Stellglied (10-12), die Umschaltmittel
(14-16, 24-26) und den zugeordneten Widerstand (17-19, 27) über
brücken.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die steuerbaren Schaltelemente (14-16, 24-26) und/oder
die Steuertransistoren (20-22, 28) und/oder die Freilaufdioden
(34-37) vom jeweils gleichen Typ sind und dieselben
elektrischen Eigenschaften aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Umschaltung durch die Umschaltmit
tel (14-16, 24-26) auf die Meß- und Regelanordnung in einem
festen Zeitraster und/oder in einer festen Reihenfolge erfolgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß während dynamischer Veränderungen des Stromes
in einzelnen Stellgliedern (10-12) die Umschaltung dieser
Stellglieder durch die Umschaltmittel (14-16, 24-26) auf die
Meß- und Regelanordnung im engeren Zeitraster und/oder häufiger
gegenüber den übrigen Stellgliedern erfolgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitabstände zwischen Umschaltungen und/oder die Häufigkeit der
Umschaltungen eine Funktion der Dynamik des Stromes in den je
weiligen Stellgliedern oder der jeweiligen Sollwerte ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stellglieder (10-12) als induktive
Stellglieder ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stellglieder als elektrohydraulische oder elektropneumati
sche Stellglieder ausgebildet sind.
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Date | Code | Title | Description |
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8141 | Disposal/no request for examination |