DE4318263A1 - Verfahren und Schaltung zum temperaturkompensierten Anfahren mindestens einer eingelernten SOLL-Position - Google Patents
Verfahren und Schaltung zum temperaturkompensierten Anfahren mindestens einer eingelernten SOLL-PositionInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Schaltung zum temperaturkompensierten Anfahren mehrerer
vorgegebener Positionen (Positionsregelung) gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Der Stand der Technik sowie die Erfindung werden im
folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer
Positionsregelung,
Fig. 2 den Aufbau des verwendeten induktiven
Wegsensors
Fig. 3 das elektrische Ersatzschaltbild des
Wegsensors
Fig. 4 ein Diagramm, welches die Meßergebnisse
des Wegsensors (mit der Auswerteschaltung
nach Fig. 6 ermittelt) bei verschiedenen
Umgebungstemperaturen und verschiedenen
Ankerstellungen angibt,
Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6 eine vereinfacht dargestellte
erfindungsgemäße elektronische Auswerte
schaltung für einen induktiven Wegsensor,
Fig. 7 ein zur Fig. 6 gehöriges Spannungs-
Zeit-Diagramm.
Das Anfahren von festgelegten Positionen mittels eines
Antriebes ist eine Aufgabe, die in der gesamten Technik
vorkommt. Hierzu gibt es je nach der erforderlichen
Zielgenauigkeit eine Vielzahl von möglichen Verfahren.
Als Antriebe können Elektromotoren, Magnete, oder
pneumatische oder hydraulische Arbeitszylinder verwendet
werden. Zum Erkennen, ob die gewünschte Position bereits
erreicht ist, werden Weggeber eingesetzt. Zur Ansteue
rung des Antriebes dient eine Elektronik, an welche die
Weggeber angeschlossen sind.
In der Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild
einer Positionsregelung nach dem Stand der Technik
dargestellt. Mittels Druckluft aus einem Vorratsbehälter
3 läßt sich über ein Wegeventil 2 (Magnetventil) ein
Arbeitszylinder 1 (Antrieb) be- und entlüften. Hier
durch wird ein Kolben 9 um eine Strecke (x) aus dem
Zylinder heraus- bzw. hineingefahren. Zur Rückstellung
dient hier eine eingebaute Druckfeder 8. Über eine
Elektronik 4 läßt sich das Wegeventil 2 in eine
Stellung "Belüften" (gezeichnet), eine Stellung "Druck
halten" und in eine Stellung "Entlüften" steuern. Der
IST-Weg (xIST) des Kolbens 9 läßt sich durch einen
angebauten Wegsensor 5 abfühlen. Dessen Ausgangssignal
(sIST) wird der Elektronik 4 zugeführt. Der Wegsensor
5 kann in einer Kammer 7 ein Netzwerk aus NTC-Wider
ständen zur Temperaturkompensation aufweisen (siehe
Fig. 2). Er kann weiter einen angebauten Temperatur
sensor 6 aufweisen, dessen Signal ebenfalls der
Elektronik 4 zuführbar ist. In diesem Fall wird der
Einfluß der Außentemperatur (T) innerhalb der Elektronik
4 per Programm kompensiert.
Der Elektronik 4 sind Signale (sSOLL) zuführbar, die
die anzufahrenden Positionen (A, B, C) beinhalten. Das
Signal (sSOLL) wird innerhalb der Elektronik mit dem
IST-Signal (sIST) verglichen. Falls eine Abweichung
erkannt wird, regelt die Elektronik 4 durch Betätigung
des Wegeventils 2 mit einem Differenz-Signal A die
gewünschte Position solange nach, bis die Abweichung
verschwunden ist. Die drei Stellungen (A, B, C) können
z. B. Schaltpositionen eines Fahrzeug-Getriebes sein.
Durch das beschriebene Verfahren wird also ein vorge
gebener Weg (sSOLL) mit Hilfe des Reglers und des mehr
oder weniger genauen Wegsensors eingestellt. Diese
Methode hat aber den grundsätzlichen Nachteil, daß durch
elektrische und mechanische Toleranzen, die sich im
ungünstigen Falle addieren können, bei einer Serien
produktion eine derart angefahrene Position in den
verschiedenen Geräten stark unterschiedlich ausfallen
kann. Eine Methode, welche diesen Nachteil vermeidet,
ist das sogenannte "Einlernen".
Hierbei werden bei jedem gefertigten Gerät die gewünsch
ten Positionen von Hand oder automatisch angefahren.
Dies kann dadurch geschehen, daß die Kolbenstange des
Arbeitszylinders 1 z. B. gegen Anschläge gefahren
wird. Zu diesen nun hundertprozentig passenden Posi
tionen werden dann rückwärts die diesen Positionen
entsprechenden Sensorwerte (sSOLL) bestimmt. Die
Anschläge werden dann wieder entfernt und im Betrieb die
gewünschten Positionen mit den nun "eingelernten" und in
der Elektronik gespeicherten Sollwerten eingeregelt. Das
Einlernen erfolgt im Werk, in der Werkstatt, oder
gegebenenfalls auch durch den Fahrer.
Voraussetzung für dieses Verfahren ist allerdings, daß
der Wegsensor 5 temperaturunabhängig ist, oder so
genau temperaturkompensiert ist, daß sich im gegebenen
Temperaturbereich kein nennenswerter Meßfehler ergibt.
Der geforderte Temperaturbereich kann je nach Anwen
dungsart stark unterschiedlich ausfallen. Bei einer
Anwendung in Kraftfahrzeugen ist beispielsweise ein
Bereich von -40°C bis +150°C zu kompensieren.
Als Weggeber können nach unterschiedlichen Prinzipien
arbeitende bekannte Elemente eingesetzt werden. Bei
besonders hohen Ansprüchen an die Betätigungshäufigkeit
werden vorzugsweise induktive Weggeber bzw. -sensoren
eingesetzt. Diese bestehen aus einer Spule, in welcher
ein Eisenkern verschiebbar angeordnet ist. Die Stellung
des Eisenkerns wird durch die hierdurch veränderte
Induktivität der Spule ermittelt.
Ein derartiger induktiver Wegsensor ist in der Fig. 2
dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem
Eisenkern 13, welcher in einer Spule 12 verschiebbar
angeordnet ist. Zur Rückführung des Magnetfeldes ist
noch ein Topfkern 11 vorgesehen. Die Spulenenden sind
zu Anschlüssen 10 herausgeführt. Der Wegsensor 5 ist
in ein Gehäuse 25 eingeschraubt, das die Wand eines
Kfz-Getriebes sein kann. Die Innentemperatur kann dabei
z. B. 100°C, die Außentemperatur 20°C betragen.
Zur Temperaturkompensation ist in einer Kammer 7 ein
Netzwerk 24 aus NTC-Widerständen eingebaut, welches
der Spule 12 vorgeschaltet ist.
Induktive Wegsensoren sind bekannt. Sie sind einfach
aufgebaut, haben allerdings den Nachteil, daß ihr
Meßwert (ohne Kompensationsmaßnahmen) von der Umgebungs
temperatur abhängt.
In der Fig. 3 ist das elektrische Ersatzschaltbild
(ESB) des induktiven Wegsensors nach der Fig. 2 darge
stellt. Es besteht aus der Reihenschaltung eines Wider
standes (RL), welches den Wicklungswiderstand (Kupfer
widerstand) der Spule 12 darstellen soll, mit einem
Element (L), das die durch die Ankerverschiebung ver
änderliche Induktivität (L) des Wegsensors darstellt.
Der gesamte Wegsensor hat damit die elektrische Impedanz
(Z). Der Widerstand (RL) ist temperaturabhängig, da der
Kupferwiderstand der Wicklung mit der Außentemperatur
ansteigt. Die Induktivität (L) ist ebenfalls temperatur
abhängig, da sich die magnetische und elektrische
Leitfähigkeit des Eisenkreises mit der Temperatur
ändert.
In der Fig. 6 ist schematisch die elektrische Auswerte
schaltung für den benutzten Wegsensor dargestellt. Der
Wegsensor 5 mit der Impedanz (Z) (siehe Fig. 3) ist in
eine Brückenschaltung eingefügt, welche außerdem aus den
Widerständen 14, 15 und 16 besteht. Die Brücken
spannung ist mit einem Komparator 18 abfühlbar. Der
obere Teil der Brücke liegt an einer Betriebsspannung
(UB), während der untere Teil an Masse liegt. Am Mittel
teil der Brücke fällt die feste Spannung (U₀) und die
veränderliche Spannung (U) ab.
Mit dem Schließen eines elektronischen Schalters 17,
der vom Mikrocontroller 22 betätigbar ist, wenn eine
Wegmessung erforderlich ist, wird ein einzelner Meßvor
gang eingeleitet.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sinkt dabei die über der
Zeit (t) aufgetragene, an der Impedanz (Z) des Weg
sensors 5 liegende Spannung (U) in Form einer e-
Funktion ab. Der Abfall beginnt bei einem Ausgangswert
(UB), welcher zum Einschaltzeitpunkt (t₀) anliegt.
Im Zeitpunkt (t₁) ist der Wert (U₀) erreicht, welcher
auch am linken Anschluß des Komparators 18 anliegt.
Hierdurch schaltet der Komparator 18 um und teilt dies
dem Mikrocontroller 22 mit. Aus der Zeitdifferenz
(t₁-t₀) errechnet dieser die Induktivität (L) des
Wegsensors 5 bzw. den gerade eingestellten Weg (s).
Eine derartige Schaltung zur Induktivitätsbestimmung ist
für sich bekannt (siehe z. B. DE-A-37 14 993).
In der Fig. 4 ist in einem Diagramm die mit der Aus
werteschaltung aus Fig. 6 generierte Meßzeit (t₁-t₀)
über der Umgebungstemperatur (T) bei den verschiedenen
Positionen (A, B, C) des Weges (x) dargestellt. Diesel
Zeitdifferenz (t₁-t₀) wird als der vom Sensor er
mittelte Weg (s) interpretiert. Man erkennt, daß sich
der Meßwert (s) bei konstanter Position (x) mit der
Temperatur (T) erhöht. Dies liegt u. a. am positiven
Temperaturkoeffizienten des Wicklungswiderstandes RL.
Bezogen auf eine Normaltemperatur (T₀) ergibt sich also
bei einer höheren Temperatur ein zu hoher Meßwert.
Hierdurch ist der Meßwert für den Weg (s) scheinbar
vergrößert, d. h., es wird ein zu großer Weg angezeigt.
Für verschiedene Werte des Weges (x) ergibt sich eine
Kurvenschar, welche aus etwa linearen Kurven besteht. Zu
beachten ist weiter, daß die Steigung der Kurven mit dem
Weg (x) zunimmt, was durch den steigenden Einfluß des
Wirbelstrom-Widerstandes bei eingeschobenem Anker 13
(großer Weg s) erklärt werden kann.
Bei gehobenen Ansprüchen an die Positionierung ist es
notwendig, die Temperaturabhängigkeit des Wegsensors zu
kompensieren (vergl. Fig. 2). Hierzu sind verschiedene
Verfahren bekannt. Aus der DE-OS 35 26 560 ist bei
spielsweise bekannt, den Sensor mit einem eingebauten,
der Spule vorgeschalteten Widerstandsnetzwerk zu ver
sehen, welches temperaturabhängige Widerstände (NTC-
Widerstände) enthält. Der Temperaturgang dieses Netz
werkes wird dann so gewählt, daß sich die Temperatur
gänge des Korrektur-Netzwerkes und der aus Induktivität
und Wicklungswiderstand bestehenden Impedanz etwa
gegenseitig aufheben.
Diese Methode der Temperaturkompensation hat jedoch den
Nachteil, daß zusätzliche Bauteile erforderlich sind,
daß die Kompensation nicht über den gesamten Temperatur
bereich zufriedenstellend möglich ist, und daß bei einem
Temperaturgradienten innerhalb des Sensors, d. h. wenn
z. B. die Spule 12 (Fig. 2) einer erheblich höheren
Temperatur ausgesetzt ist als das Korrektur-Netzwerk
7, nicht die eigentlich wichtige Spulentemperatur,
sondern lediglich die Temperatur am Ort des Kompensa
tions-Netzwerkes 7 berücksichtigt wird. Dies ist z. B.
dann der Fall, wenn der Sensor 5 in eine Wand eines
Getriebe-Gehäuses 25 eingeschraubt ist, derart, daß
die Anschlüsse 10 außen liegen (20°C), und die Spule
12 innen liegt (100°C). Ferner wird eine genaue
Kompensation noch durch Fertigungsstreuungen der Sensor
spule und der NTC-Widerstände erschwert.
Eine andere, denkbare Möglichkeit zur Temperaturkompen
sation von induktiven Wegsensoren ist, die in der Fig. 4
dargestellte Temperaturabhängigkeit des Wegsensors z. B.
funktionell zu beschreiben, die Temperatur am Einbauort
des Wegsensors mit einem Temperatursensor 6 zu messen,
und mit Hilfe der Beschreibung die bei verschiedenen
Temperaturen (TIST) jeweils gemessene Induktivität in
der Auswerte-Elektronik 4 auf die Normaltemperatur T₀,
z. B. 20 °C, umzurechnen. Die Umrechnung erfolgt dann
z. B. nach der bekannten Formel
Hierin ist:
skompensiert = temperaturkompensierter Meßwert
sunkompensiert = nicht temperaturkompensierter Meßwert
m = Temperaturkoeffizient des Wegsensors (Steigung der Temperaturkennlinie)
TIST = Sensortemperatur
T₀ = Normaltemperatur
skompensiert = temperaturkompensierter Meßwert
sunkompensiert = nicht temperaturkompensierter Meßwert
m = Temperaturkoeffizient des Wegsensors (Steigung der Temperaturkennlinie)
TIST = Sensortemperatur
T₀ = Normaltemperatur
Diese Methode erfordert jedoch einen gewissen Rechen
aufwand, und damit Rechenzeit und Speicherplatz des
verwendeten Mikrocontrollers. Der Rechenaufwand ist
besonders hoch, wenn berücksichtigt wird, daß der
Temperaturkoeffizient (m), der die Steigung der Kurven
enthält, von der Ankerstellung (s) abhängt (siehe
Fig. 4. Der Temperaturkoeffizient (m) kann mit Hilfe
einer 2. Funktion berechnet werden, aus der die Anker
stellungsabhängigkeit hervorgeht und die als Eingangs
variable eine temperaturbereinigte Größe verwendet. Da
hierzu Iterationen nötig sind, kann die Kapazität des
verwendeten Microcontrollers, der ja auch noch andere
Aufgaben zu erfüllen hat, eventuell nicht ausreichen. Je
nach der gewählten Genauigkeit der Umrechnung und der
Genauigkeit der Temperaturmessung ergeben sich also
ebenfalls mangelhafte Kompensationsergebnisse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Schaltung zum genauen, temperaturkompensierten
Anfahren mindestens einer vorgegebenen Position an zu
geben.
Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 ange
gebene Verfahren gelöst. In den Unteransprüchen sind
vorteilhafte elektrische Schaltungen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, für eine genaue
Positionsregelung nicht den verwendeten Wegsensor zu
kompensieren, sondern umgekehrt den für die anzufahren
den SOLL-Positionen zu erwartenden Sensorwert (SKORR)
gemäß den jeweils herrschenden Temperaturen voraus zu
berechnen und dann auf diesen Wert zu positionieren.
Hierdurch ergeben sich gegenüber der bekannten Methode,
nämlich einen temperaturkompensierten Wegsensor zu
benutzen, verschiedene Vorteile.
Insbesondere läßt sich eine besonders gute Temperatur
kompensation der Regelung erzielen, wobei gleichzeitig
alle Einflüsse von Fertigungsstreuungen sowohl mechani
scher als auch elektrischer Art sich nicht mehr auswir
ken. Dies gilt bei den mechanischen Streuungen sowohl
für den Wegsensor als auch für die Lage der anzufahren
den Getriebe-Positionen. Der zweite große Vorteil der
erfindungsgemäßen Methode ist eine Minimierung von
notwendiger Rechen zeit und Speicherplatzbedarf im
verwendeten Rechner. Rechenvorgänge sind jetzt nur noch
dann erforderlich, wenn sich die Temperatur ändert, was
erfahrungsgemäß nur langfristig erfolgt. Im Gegensatz
hierzu ist bei der bekannten Methode, den Wegsensor
direkt zu kompensieren, bei jeder Messung eine zeitauf
wendige Kompensationsrechnung (siehe oben) erforderlich.
Weiter wird für die Positionierung gemäß der Erfindung
ohne Zusatzaufwand die jeweilige Ankerstellung des
Wegsensors berücksichtigt und damit die Güte der Tempe
raturkompensation verbessert.
Anhand der Fig. 5 soll erläutert werden, wie das
Verfahren nach Patentanspruch 1 funktioniert.
An einem Prototypen des Wegsensors wurde vorher erfaßt,
wie dessen Temperatur-Kennfeld (siehe Fig. 4) aussieht.
Für das typische Temperaturverhalten kann dann aus dem
Kennfeld eine funktionelle Beschreibung abgeleitet
werden.
Jedes fertig montierte Gerät, z. B. ein Getriebe in
einem Kraftfahrzeug, wird dann einem Einlernvorgang
unterzogen. Dabei wird zunächst bei einer Lerntemperatur
(TL), die z. B. 20°C betragen kann, das zu positio
nierende Bauteil auf die erste SOLL-Position (A) ge
fahren. Position (A) entspricht der in Fig. 5 definier
ten Gerade (A). Dieser Position (A) entspricht dann ein
Sensorwert (LA). Für diese SOLL-Position (A) besitzt der
Wegsensor 5 eine Temperaturkennlinie mit der Steigung
(mA), die aus der funktionellen Beschreibung abgeleitet
werden kann. Der Wert der Lerntemperatur (TL) ist dabei
unkritisch.
Analog dazu werden auch die anderen einzulernenden
Positionen (B, C) angefahren und die Sensorwerte (LB,
LC) bzw. die Steigungen (mB, mC) ermittelt. Die Reihen
folge der einzulernenden Positionen ist beliebig.
Beim Einlernvorgang werden die Lerntemperatur (TL), die
sich für die Positionen (A, B, C) ergebenden Sensorwerte
(LA, LB, LC), und die Temperaturkoeffizienten (mA, mB,
mC) in einem nichtflüchtigen Speicher der für die
Regelung verwendeten Elektronik 4 (Mikrocontroller)
eingegeben. Damit ist der Einlernvorgang beendet.
Bei kleineren Meßwegen (s) oder geringen Anforderungen
an die Kompensationsgüte kann ggf. auf die Berücksichti
gung der Ankerstellungsabhängigkeit des Temperatur
koeffizienten m verzichtet werden. In diesem Fall wird
mit einer konstanten Steigung der Temperaturkennlinien
(m) gerechnet, d. h. diese Koeffizienten brauchen nicht
eingelernt zu werden.
Eine Mittelwertbildung bei den Temperaturmessungen ist
zu empfehlen.
Im folgenden wird der Positionierungs-Vorgang beim
Betrieb des Fahrzeugs beschrieben. Im Betriebszustand des
Getriebes soll die Temperatur (TIST) herrschen (Fig. 5).
Die Elektronik 4 mit einem Mikrocontroller 22
(Fig. 6) soll die Position (A) anfahren. Hierzu berech
net die Elektronik, ausgehend vom eingelernten Punkt
(LA), mit Hilfe der bekannten Steigung (mA) und der
Temperaturabweichung (TIST-TL) den sogenannten Ziel
punkt (ZA), welcher der gemessenen IST-Temperatur
entspricht. Die Elektronik verfährt das Stellglied nun
so weit, bis der Sensor den Wert ZA generiert
(sKORR <= ZA). Durch diese Korrektur ist nun die beim
Einlernvorgang eingestellte Position wieder erreicht.
Die entsprechende Prozedur erfolgt beim Anfahren der
anderen Positionen analog. Ausgehend von einem Lernpunkt
(LC), der zur Ankerstellung (C) des Wegsensors 5
gehört, wird auch hier zu der Position (C) mit Hilfe der
bekannten Steigung (mC) der tatsächlich benötigte
Sensormeßwert berechnet (Zielpunkt ZC). Die Elektronik
regelt nun den Antrieb 1 wiederum auf diesen Sensor
meßwert (sKORR <= ZC) ein.
Eine Neuberechnung der Zielpunkte ist nur bei signifi
kanten Temperaturveränderungen gegenüber der letzten
Berechnung nötig und erfolgt daher relativ selten.
Analog zu diesem Verfahren kann beim Lernvorgang der
Sensorwert auch mit Hilfe der funktionellen Beschreibung
auf eine fest definierte Temperatur (z. B. 20°C)
umgerechnet werden. Dann werden diese umgerechneten
Werte als LA, LB, LC bzw. mA, mB, mC gespeichert. Die
Lerntemperatur braucht dann nicht gespeichert zu werden.
Beim Positioniervorgang werden dann die Zielpunkte (Z)
mit Hilfe der Abweichung zu dieser definierten Tempera
tur (z. B. TIST-20°C) bestimmt.
Wie oben beschrieben, ist für die erfindungsgemäße
Kompensationsmethode erforderlich, daß die Sensortem
peratur bekannt ist. Hierzu wäre es natürlich möglich,
am Sensor einen besonderen Temperaturfühler anzubringen
(vgl. Fig. 1). Der hierzu benötigte Aufwand wäre jedoch
relativ hoch. Aus diesem Grund wird vorteilhaft eine
andere Methode zur Temperaturerfassung des verwendeten
Wegsensors benutzt.
Zur Ermittlung der Temperatur des Wegsensors wird die
Auswerteschaltung nach Fig. 6 verwendet. Es wird eine
Zeitdauer (t₂-t₁), welche erheblich größer ist als die
Zeit (t₁-t₀) abgewartet. Nach dieser Zeitdauer
(t₂-t₁) wird dann die am Wegsensor (5 anliegende
Spannung (UL) nur noch vom Kupferwiderstand (RL) der
Wicklung bestimmt. Da dieser aber temperaturabhängig
ist, läßt sich hieraus die Temperatur der Wicklung und
damit die Sensortemperatur bestimmen. Hierzu wird zum
Zeitpunkt (t₂) ein zweiter Schalter 19 vom Mikro
controller 22 eingeschaltet. Die Spannung (U = UR)
wird auf ein RC-Glied 20 geschaltet. Es wird gewartet,
bis die am RC-Glied ansteigende Spannung eine Referenz
spannung (UREF) eines zweiten Komparators 21 erreicht
hat (t₃). Sobald dies geschehen ist, wird die vom Mikro
controller 22 erfaßte Zeitdifferenz (t₃-t₂) in eine
entsprechende Sensortemperatur umgerechnet.
Die in der Fig. 6 dargestellte Schaltungserweiterung
mit dem RC-Glied 20 mit angeschlossenem Komparator
21 ist deswegen erforderlich, weil der Mikrocontroller
22 Zeitdifferenzen einfacher bearbeiten kann. Falls
ein (teurerer) Mikrocontroller mit eingebautem Analog-
Digital-Wandler verwendet wird, kann auch die am Weg
sensor 5 abfallende Spannung (UR) direkt ausgewertet
werden.
Durch die vorteilhafte Auswertung der Spannung (UR) kann
also auf einen separaten Temperaturfühler am Wegsensor
5 verzichtet werden.
Die gesamte links vom Mikrocontroller 22 angeordnete
Schaltung kann in einen Kundenschaltkreis integriert
werden.
Wie in dem beanspruchten Verfahren beschrieben, berech
net der Mikrocontroller 22 sodann je nach der IST-
Temperatur eine von dem SOLL-Weg (sSOLL) abweichenden
korrigierten Weg (sKORR) Anschließend wird das Magnet
ventil 2 über einen Verstärker 23 so lange ange
steuert, bis der Ausgangswert des Wegsensors 5 den
abgespeicherten korrigierten Weg (sKORR) erreicht hat.
Damit ist der genau passende Stellweg angefahren.
Die beschriebene Methode zum temperaturkompensierten
Anfahren von Positionen ist grundsätzlich auch auf
anderen technischen Gebieten anwendbar. So ist es
denkbar, auch andere physikalische Größen, beispiels
weise einen SOLL-Druck, mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens einzustellen.
Claims (5)
1. Verfahren zum temperaturkompensierten Anfahren
mehrerer vorgegebener Positionen (A, B, C),
- a) mit einem Antrieb (1),
- b) mit einem Wegsensor (5) zur Stellungsmeldung des Antriebs (1),
- c) mit einer Elektronik (4) mit einem Eingang zur Eingabe des gewünschten Weges (sSOLL), sowie einem Eingang für den vom Wegsensor (5) ermittel ten Weg (sIST),
- d) und mit einem Ausgang zur Steuerung des Antriebs (1), sofern eine Abweichung (Δ) zwischen (sSOLL) und (sIST) vorliegt,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- e) es wird die Betriebstemperatur (T) des Wegsensors (5) und/oder dessen Umgebungstemperatur gemessen und der Elektronik (4) mitgeteilt,
- f) die Elektronik (4) enthält einen bei einer Lerntemperatur (TL) eingelernten Datenspeicher, der die zu den Positionen (A, B, C) gehörenden Meßwerte (L, m) bei Lerntemperatur (TL) enthält,
- g) die Elektronik (4) enthält einen weiteren Daten speicher, der die Temperatur-Weg-Kennlinien bzw. die Parameter für eine funktionelle Beschreibung des Temperaturverhaltens des verwendeten Weg sensors (5) enthält,
- h) die Elektronik (4) berechnet mit Hilfe der gespeicherten Steigungen (m) der Temperatur-Weg- Kennlinien einen korrigierten Sollwert (Z =< SKORR), der zur gewünschten Position (A, B, C) bei der Betriebstemperatur (T) gehört,
- i) die Elektronik (4) regelt den so korrigierten Sollwert (SKORR) mit Hilfe des Antriebs (1) und des Wegsensors (5) ein.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß ein nicht-temperaturkompensierter Wegsensor (5)
verwendet wird.
3. Verfahren zum Ermitteln der Induktivität (L), des
Weges (s) und der Spulentemperatur (T) bei einem
induktiven Wegsensor (5) für das Verfahren nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) die auszuwertende Impedanz (Z) des Wegsensors (5) wird zum Zeitpunkt (t₀) über einen Widerstand (16) an eine Betriebsspannung (UB) gelegt;
- b) es wird erfaßt, wann die daraufhin nach einer e-Funktion abfallende Spannung (U₀) erreicht (Zeitpunkt t₁));
- c) die induktivitätsabhängige Zeitdifferenz (t₀-t₁) wird von einem Mikrocontroller (22) in die Induktivität (L) bzw. den Weg (s) umgesetzt;
- d) es wird eine Zeitdauer (t₂) abgewartet, welche erheblich größer ist als die Zeitdifferenz (t₀-t₁);
- e) die zum Zeitpunkt (t₂) an der Induktivität (5) abfallende, dem Kupferwiderstand entsprechende Spannung (UR) wird vom Mikrocontroller (22) in die Spulentemperatur (T) umgesetzt.
4. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach An
spruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) die auszuwertende Impedanz (Z) des Wegsensors (5) ist in eine Brückenschaltung (14, 16), (15, 5) eingesetzt, welche von einer Betriebsspannung (UB) versorgt wird;
- b) die Induktivität (5) ist mit einem Schalter (17) einschaltbar;
- c) die Brückenspannung (U₀-u) ist mit einem Komparator (18) abtastbar, dessen Ausgang an den Mikrocontroller (22) angeschlossen ist;
- d) der Wegsensor (5) ist über einen weiteren Schal ter (19) an ein RC-Glied (20) angeschlossen;
- e) das RC-Glied (20) ist an einen weiteren Kompara tor (21) angeschlossen, dessen zweiter Eingang an einer Referenzspannung (UREF) liegt;
- f) der Ausgang des weiteren Komparators (21) ist an den Mikrocontroller (22) angeschlossen;
- g) die beiden Schalter (17, 19) sind vom Mikro controller (22) bei Bedarf ansteuerbar.
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