DE4343136C2 - Regelanordnung für ein Proportionalventil - Google Patents
Regelanordnung für ein ProportionalventilInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Regelanordnung für ein
Proportionalventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Regelanordungen für Proportionalventile der eingangs an
gegebenen Art setzen ein elektrisches Ansteuersignal ge
ringer Leistung beispielsweise in ein hydraulisches Si
gnal hoher Leistung zur Betätigung von mechanischen
Stellgliedern oder dergleichen um. Bei einer aus der DE-
PS 34 13 959 bekannten Regelanordnung für ein Proportio
nalventil ist ein als Servoventil bezeichneter Zustands
regler, eine als Servoverstärker gekennzeichnete Regel
strecke sowie ein Geschwindigkeitsrechner vorhanden, der
als Zustandsbeobachter fungiert. Der Aufbau und die Funk
tion dieser Anordnung sind anhand der Fig. 5 und 6 in
der DE-PS 34 13 959 beschrieben. Die zu regelnde Größe
ist der Ansteuerstrom für die Spule des Elektromagneten,
der im Proportionalventil die Bewegung eines Schiebers
bewirkt mit dem die mechanisch-hydraulisch Stellgröße er
zeugbar ist.
Eine auch bei dieser Regelanordnung notwendige Rückfüh
rung der Stellgröße auf den Eingang des Zustandsreglers
zum Vergleich mit einem Sollwert erfolgt bei der bekann
ten Anordnung nicht nur direkt, sondern auch nach Ver
gleich mit einem vom Zustandsbeobachter erzeugten Signal.
Der Zustandsbeobachter-Schaltkreis ist als Abbild der Re
gelstrecke aufgebaut und ermöglicht durch Integration des
Ansteuerstromsignals die simultane Errechnung der Be
schleunigungs-Geschwindigkeits- und Weggrößen des Schie
bers. Als Rückführsignal des Zustandsbeobachter-Schalt
kreises wird die Geschwindkeitsgröße nach Gewichtung und
einmaliger Integration des Ansteuerstroms benutzt. Die
Ermittlung der Geschwindigkeitsgröße durch einfache Inte
gration des Ansteuerstromsignals ist insofern nachteilig,
als die Wirkung des Stroms in der Erregerspule eines,
insbesondere mit viel Eisen versehenen Magnetankers
durch entgegenstehende Kräfte beeinflußt wird, die bei
der einfachen Integration nicht berücksichtigt sind.
Bei der erfindungsgemäßen Regelanordnung mit den Merkma
len des Kennzeichens des Hauptanspruchs ist eine Ermitt
lung der Zustandsgrößen im Zustandsbeobachter-Schaltkreis
mit größerer Genauigkeit möglich. Durch die angegebene
Erweiterung der Struktur des Zustandsbeobachter-Schalt
kreises mit Gewichtung und einem Verzögerungsglied am
Eingang wird die jeweilige Eingangsgröße optimal verar
beitet und eine realistische Nachbildung der Zustandsgrö
ßen erreicht. Insbesondere ist es mit der erfindungsgemä
ßen Anordnung möglich, Proportionalventile mit einem
Elektromagneten mit Längsanker optimal zu regeln. Die
hier auftretenden induktiven Rückwirkungen können mit ei
ner entsprechen Wahl der Konstanten bei der Gewichtung
und bei der Verzögerung vorteilhaft kompensiert werden.
Auch bleiben die Vorteile bei dieser Art der Rückführung
eines durch mehrmalige Integration nachgebildeten Wegsi
gnals erhalten, da eine sonst erforderliche Rückführung
differenzierter Signale insbesondere bei verrauschten
Wegsignalen nicht möglich ist.
Gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels nach Anspruch 2
ist als Eingangsgröße des Zustandsbeobachter-Schaltkrei
ses der Ansteuerstrom für den Elektromagneten gewählt.
Aus diesem Strom wird durch entsprechende Gewichtung und
Verzögerung die vom Elektromagneten auf den Schieber wir
kende Kraft optimal nachgebildet.
Beim weiteren Ausführungsbeispiel nach Anspruch 3 wird
auf eine Messung des Stroms im Elektromagneten verzichtet
und statt dessen die Ausgangsspannung des Zustandsreglers
als Eingangsgröße im Zustandsbeobachter-Schaltkreis ge
nommen. Diese Maßnahme erfordert eine Erweiterung des
Schaltkreises auf ein System 4. Ordnung mit einer zusätz
lichen Gewichtung und Verzögerung der Eingangsgröße um
den Strom im Elektromagneten nachzubilden. Dieser nachge
bildete Strom kann somit zusätzlich, zur weiteren Opti
mierung der Regelanordnung auf den Zustandsregler zurück
geführt werden.
Die in den weiteren Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen
dienen einer weiteren Optimierung des Regelverhaltens und
somit einer erhöhten Genauigkeit bei der Betätigung me
chanisch-hydraulischer Stellglieder mittels eines Propor
tionalventils.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Er
findung dargestellt, wobei die Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel
einer Regelanordnung mit dem Strom der Erreger
wicklung des Elektromagneten als Eingangsgröße und Fig.
2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit der Ansteuerspan
nung des Elektromagneten als Eingangsgröße des Zustands
beobachter-Schaltkreises darstellt.
Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Regelanordnung für ein Proportionalventil, wobei die hier
nicht dargestellten mechanischen Teile des Proportional
ventils in herkömmlicher Weise, insbesondere auch mit
einem Elektromagneten mit Längsanker ausgeführt sind, der
den beweglichen Schieber im Innern betätigt. Ein Zu
standsregler 1 erhält als Eingangsgröße w einen Sollwert
für den geforderten Ventilhub und stellt nach einem Ver
gleich mit dem gemessenen Ventilhub eine Ansteuerspannung
als Ausgangsgröße u für eine Regelstrecke 2 zur Verfü
gung. Die Regelstrecke 2 enthält eine elektronische
Schaltung mit der eine Ansteuerung des Elektromagneten
und die Wegmessung des Ventilhubs (Istwert), wie unten
näher erläutert wird, durchführbar ist. Als weiterer
strichpunktiert umrahmter Block in der Fig. 1 ist ein
Zustandsbeobachter-Schaltkreis 3 dargestellt, der die
Nachbildung der Regelstrecke 2 unter Beaufschlagung mit
gewichteten Zustandsgrößen, die aus der Regelabweichung
gewonnen werden, vornimmt. Die zu verarbeitende Eingangs
größe ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Strom i des
Elektromagneten und als Ausgangsgrößen werden die errech
neten Größen wie Beschleunigung , Geschwindigkeit und
Weg zum Zustandsregler 1 zurückgeführt.
Im Detail enthält der Zustandsregler 1 ein Proportional
glied 4 mit dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen Soll
wert w und zurückgeführtem Wegsignal als Eingangssignal,
ein Integralglied 5, das auf einen Vergleichspunkt
am Ausgang des Zustandsreglers 1 geschaltet ist und Pro
portionalglieder 6, 7 und 8. Über die Proportionalglie
der 6 und 7 sind hier die im Zustandsbeobachter-Schalt
kreis 3 gebildeten Beschleunigungs- und Geschwindigkeits
größen auf einen Vergleichspunkt 9 zurückgeführt. Die An
ordnung des Integralglieds 5 ist hierbei nicht zwingend
notwendig, sondern kann von Fall zu Fall vorgesehen wer
den. Die bei den bisher behandelten Bausteinen und den
folgend beschriebenen sind noch Gewichtungs- und Zeitkon
stanten K, R, g und T mit entsprechenden Indizes angege
ben, deren optimale Größe bei jeden Anwendungsfall rech
nerisch oder empirisch zu ermitteln sind.
Die Regelstrecke 2 enthält in der Anordnung gemäß Fig. 1
die Bausteine, die das dynamische Verhalten der elektro
nischen Schaltung zur Ansteuerung und Wegmessung sowie
der mechanischen Teile des Proportionalventils darstel
len. Am Eingang liegen Verzögerungsglieder 10 und 11, wo
bei der Ansteuerstrom i am Ausgang des Verzögerungsglie
des 10 wahlweise auch über ein Proportionalglied 12 auf
den Eingang zurückgeführt werden kann um statische Abwei
chungen zu minimieren. Das Verzögerungsglied 10 stellt
die zeitliche Verzögerung beim Kraftaufbau in der Erre
gerspule des Elektromagneten dar und am Ausgang des Ver
zögerungsgliedes 11 liegt eine der Kraft des Elektroma
gneten entsprechende Größe F an. Diese Kraft wirkt, redu
ziert um der Auslenkung des Schiebers entgegenwirkende
Kräfte, als Beschleunigungskraft auf die Masse bestehend
aus Magnetanker und Steuerschieber. Die Beschleunigung
des Schiebers steht am Ausgang eines Proportionalgliedes
13, die Geschwindigkeit am Ausgang eines Integrators 14
und der Weg x am Ausgang eines Integrators 15. Die Re
gelabweichung ist durch Rückführungen über Proportional
glieder 16 und 17 auf einen Vergleichspunkt 18 berücksichtigt.
Die Regelstrecke 2 stellt als Ausgangsgröße
über ein Proportionalglied 19 das Signal q und über einen
Vergleichspunkt 20 im Zustandsbeobachter-Schaltkreis 3
das Ausgangssignal für die Zustandsgrößen Beschleunigung,
Geschwindigkeit und Weg zur Verfügung.
Das Wegsignal x liegt hierbei direkt vor und kann über
die gestrichelt gezeichnete Verbindung auf das Proportio
nalglied 8 geführt werden. Damit die gemessene Größe x
mit errechneten Größe verglichen werden kann, wird die
Eingangsgröße i des Zustandsbeobachter-Schaltkreises 3
erfindungsgemäß über ein Proportionalglied 22 geführt,
mit einer Gewichtung g1 versehen und mittels eines Inte
grators 23 hieraus die Beschleunigung ermittelt. In
gleicher Weise werden über Integratoren 24 und 25 und Ge
wichtungen g2 und g3 die Geschwindigkeits- und Weggrößen
, errechnet, sodaß mit einer optimierten Gewichtung
diese Signale über die Proportionalglieder 6 und 7 zu
rückgeführt werden können um die Abweichungen zwischen
den Streckengrößen und den Beobachtergrößen zu minimie
ren.
In Abweichung von dem in der Fig. 1 gezeigten ersten
Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
nach der Fig. 2 die Ausgangsspannung u des Zustandsreg
lers 1 die Eingangsgröße des Zustandsbeobachter-Schalt
kreises 3. Zusätzlich ist somit eine Gewichtung der Span
nung u über eine Gewichtungsbaustein g0 und ein Propor
tionalglied 26 notwendig. Am Ausgang eines nachgeschalte
ten Verzögerungsgliedes 27 steht nunmehr der Strom i an,
der zusätzlich über ein Proportionalglied 28 auf den Zu
standsregler 1 zurückgeführt ist.
Claims (6)
1. Regelanordnung für ein Proportionalventil bestehend
aus
- - einem Zustandsregler (1), der aus einem Sollwert (w) und einem aus einem dem Ventilhub entsprechenden Wegsi gnal (x) abgeleiteten Istsignal ein Reglerausgangssignal (u) zur Ansteuerung eines Elektromagneten im Proportio nalventil erzeugt,
- - einer eine Regelstrecke (2) darstellenden elektronischen Schaltung, zur Steuerung des Proportionalventils und zur Verarbeitung von Meßsignalen und
- - einem Zustandsbeobachter-Schaltkreis (3), der der Re gelstrecke nachgebildet ist und mit dem eine Optimierung der auf den Zustandsregler (1) rückgeführten Zustandsgrö ßen des Proportionalventils durchführbar ist,
- - die Eingangsgröße des Zustandsbeobachter-Schaltkreises (3) mit zusätzlichen Schaltungsgliedern (22, 23, g1; 26, 27, g0) derart gewichtet und verzögert ist, daß induk tive und magnetische Verzerrungen der Eingangsgröße kom pensierbar sind.
2. Proportionalventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß
- - der Ansteuerstrom (i) des Elektromagneten als Eingangs größe des Zustandsbeobachter-Schaltkreises (3) über ein Proportionalglied (22) geführt ist und nach einem Ver gleich mit dem Ausgangssignal eines weiteren Proportial gliedes (g1) am Eingang eines Verzögerungsgliedes (23) anliegt und daß
- - das Ausgangssignal dieses Verzögerungsgliedes (23) auf den Zustandsregler (1) zurückgeführt ist.
3. Proportionalventil nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- - als Eingangsgröße des Zustandsbeobachter-Schaltkreises (3) die Reglerausgangsgröße (u) über ein Proportional glied (26) und über ein Verzögerungsglied (27) geführt ist und nach einem Vergleich mit dem Ausgangssignal eines weiteren Proportialgliedes (g1) am Eingang eines Verzöge rungsgliedes (23) anliegt und das Ausgangssignal dieses Verzögerungsgliedes (23) auf den Zustandsregler (1) zu rückgeführt ist.
4. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Ausgangsgröße () des Zustandsbeobachter-Schalt kreises (3) über ein Proportionalglied (8) direkt auf einen Vergleichspunkt am Eingang des Zustandsreglers (1) zurückgeführt wird.
5. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Reglerbausteine in analoger Schaltungstechnik aus geführt sind.
6. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Reglerbausteine in digitaler Schaltungstechnik aus geführt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934343136 DE4343136C2 (de) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | Regelanordnung für ein Proportionalventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934343136 DE4343136C2 (de) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | Regelanordnung für ein Proportionalventil |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4343136A1 DE4343136A1 (de) | 1995-06-22 |
DE4343136C2 true DE4343136C2 (de) | 2001-09-06 |
Family
ID=6505318
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19934343136 Expired - Fee Related DE4343136C2 (de) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | Regelanordnung für ein Proportionalventil |
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DE (1) | DE4343136C2 (de) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JP2004211669A (ja) * | 2003-01-09 | 2004-07-29 | Toshiba Corp | サーボ弁制御装置およびサーボ弁制御システムの異常検出装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3413959C2 (de) * | 1983-04-19 | 1989-02-23 | Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K. |
-
1993
- 1993-12-17 DE DE19934343136 patent/DE4343136C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE3413959C2 (de) * | 1983-04-19 | 1989-02-23 | Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K. |
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DE4343136A1 (de) | 1995-06-22 |
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