DE4433181C2

DE4433181C2 - Verfahren zur Vermeidung von Überschwingungen bei der automatischen Saugleistungsregelung eines Staubsaugers

Info

Publication number: DE4433181C2
Application number: DE4433181A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmedt
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 1994-09-17
Filing date: 1994-09-17
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2014-09-18
Also published as: DE4433181A1

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Über schwingungen bei der automatischen Saugleistungsregelung eines mit einer Bo dendüse und einem regelbaren Motor für das Sauggebläse oder dergl. ausgestatte ten Staubsaugers, wo bei die automatische Leistungseinstellung mittels einer Re geleinrichtung durch Änderung des an der Bodendüse, im Saugschlauch oder dergl. herrschenden Unterdrucks aufgrund einer vom sensierten Unterdruck ver anlaßten Stellgrößenänderung in Form einer Erhöhung oder Verminderung der Stellgröße in Integrationsschritten erfolgt, um einen bestimmten Unterdruck-Soll wertbereich zu erreichen.

Bei einem aus der EP-A 0 379 680 bekannten Verfahren zur Saugleistungssteue rung eines Staubsaugers bestimmt ein Integrator die zum Nachregeln des Motors erforderliche Stellgröße. Der Integrator wird von zwei Druckschaltern angesteuert, deren Druckpunkte zu einem 3-Punkt-Druckschalter miteinander verknüpft sind. Abhängig vom Schaltzustand des 3-Punkt-Schalters wird dann die Stellgröße nach jedem Abtastschritt um einen bestimmten Betrag erhöht, verringert oder nicht verändert. Die so ermittelte Stellgröße eilt dabei dem sich ändernden Unterdruck immer voraus, weil der Staubsaugermotor als Regelstrecke aufgrund der ihm eige nen Trägheit den angelegten Spannungsänderungen nicht augenblicklich folgen kann. Hierdurch wird der gewünschte Unterdruck-Sollwertbereich bei der Rege lung mehrfach über- und unterfahren. Dies führt zu Regelschwingungen, welche das Erreichen eines stabilen (also eingeschwungenen) Zustandes verzögern. Sol che Regelschwingungen werden auch akustisch wahrgenommen und u. U. als stö rend empfunden.

Aus der Regelungstechnik ist es allgemein bekannt, daß Regelschwingungen bei spielsweise unterbunden bzw. gemindert werden können, wenn die Abtastzeit des Integrators vergrößert oder der Betrag, um den sich die Stellgröße in oben genann ter Weise ändern kann, verringert wird. Der zu regelnde Motor kann dann der Stellgröße besser folgen. Ein Überschwingen tritt dann nicht oder nur in geringem Maß auf. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Zeit bis zum Erreichen des einzustellenden Sollwerts sehr lang wird. Ein solches Verfahren ist für die selbsttätige Leistungssteuerung eines Staubsaugers, dessen Bodendüse sich im Saugbetrieb den unterschiedlichen Böden, wie lang- oder kurzflorige Teppichböden sowie Glattböden zum optimalen Staubsaugen schnell anzupassen hat, nicht bedienerfreundlich und vorteilhaft. Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Saugleistungsregelung eines Staubsaugers aufzuzeigen, welches bei kurzen Ein stellzeiten Regelschwingungen vermeidet bzw. auf einen unbedeutsamen Rest re duziert.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren wird diese Aufgabe erfin dungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu ent nehmen.

Die nachstehende Beschreibung dient zusammen mit zeichnerisch dargestellten Regelungsdiagrammen der Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 die Regelung des Unterdrucks eines Staubsaugers nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Unterdruckregelung gemäß der Erfindung.

Für den Saugbetrieb wird ein nicht gezeigter Staubsauger mit einer automatischen Leistungssteuerung verwendet, der sich selbsttätig auf den jeweiligen Boden (z. B. lang- oder kurzfloriger Teppichboden oder Glattboden) einstellt, d. h., dessen sich an der Bodendüse oder im Saugschlauch, Saugrohr oder dergl. beim Staubsaugen einstellender Unterdruck (P) automatisch eingeregelt wird. Bei einem Staubsauger mit drehzahlveränderbarem Sauggebläsemotor kann die Anpassung des Unter drucks (P) durch eine entsprechende Änderung der Motordrehzahl erfolgen. Hierbei wird auf den in der EP-A 0379 680 beschriebenen Technikstand zurückgegriffen, der auch durch die Erfindung hinsichtlich des Überschwingverhaltens wesentlich verbessert wird.

Bei einem Staubsauger hingegen, bei dem durch Anheben oder Absenken der Dü sengleitsohle der Bodendüse der Unterdruck (P) einzuregeln ist, kann ein mit ei nem entsprechenden Stellgetriebe ausgestatteter Stellmotor als Regelstrecke verwendet werden. Ein solcher Stellmotor kann auch die Bürstenwalze bei einer Bodendüse steuern, also die Bürstenwalze je nach Florhöhe des Teppichs oder beim Glattbodensaugen und abhängig vom Unterdruck (P) mehr oder weniger stark anheben oder absenken. Auch für diese Betriebsfälle ist die Erfindung ein setzbar.

Befindet sich beispielsweise die per Stellmotor höhenverstellbar zum Boden ge steuerte Düse des Staubsaugers auf einem sehr dichten Teppich, so wird bei zu großem Unterdruck (P) ein größerer Abstand der Gleitfläche zum Boden her gestellt. Hierdurch wird der Unterdruck (P) automatisch auf den zugeordneten Un terdruck-Sollwert (SW) reduziert. Wird nun die Bodendüse auf einen sehr luft durchlässigen Teppichboden gebracht, dann ist der herrschende Unterdruck (P) zu klein und die Regelung setzt abermals ein, wobei die Bodendüse abgesenkt wird. Hierdurch steigt der Unterdruck (P).

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Regelverfahrens wird dieses bei der automatischen Saugleistungssteuerung des gattungsgemäßen Staubsau gers erklärt. Bei dem bekannten Technikstand sind zwei Druckschalter mit jeweils einem unteren und einem oberen Schaltpunkt vorgesehen, welche durch Verknüp fung einen 3-Punkt-Druckschalter realisieren. Dieser 3-Punkt-Druckschalter steuert einen Integrator des Regelkreises an, welcher abhängig vom jeweils sensierten Unterdruck (P) die aktuelle Stellgröße (y) nach jedem Abtastschritt um einen be stimmten Betrag erhöht oder verringert oder nicht verändert. Mit dieser Stellgröße wird dann der Gebläsemotor nach geeigneter Umsetzung (bspw. Spannung -< Phasenanschnittswinkel) angesteuert. Die Erfindung ist natürlich nicht auf einen solchen Mehrpunktregler beschränkt, es kann auch ein Druckschalter mit nur zwei Ausgangsvariablen (Zweipunktregler) verwendet werden und statt des Gebläsemotors auch der vorerwähnte Stellmotor geregelt werden.

Bei der Verwendung eines 3-Punkt-Druckschalters (Dreipunktregler) werden fol gende drei Bereiche realisiert:
P < Pu Unterdruck zu klein S = + 1
Pu = oder < P Unterdruck S = 0
P = oder < Po im gewünschten Bereich
P < Po Unterdruck zu groß S = -1
Hierbei bedeuten:
S Schalterausgang des 3-Punkt-Druckschalters
P herrschender Unterdruck (z. B. an der Bodendüse)
Pu unterer Schaltpunkt
Po oberer Schaltpunkt.

Der Schalterausgang S bewirkt eine Leistungs- oder Druckerhöhung (S= +1 ) eine Beibehaltung der Leistung (S=0) oder eine Leistungsreduzierung (S=-1). Die Schaltpunkte definieren den Druckbereich, der einzuregeln ist.

In Abhängigkeit des Schalterausgangs (S) wird beim bekannten Technikstand nach (Fig. 1) die Stellgröße (y) pro Abtastschritt (a) um das Stellgrößeninkre ment (dy) mittels s dy solange verändert, bis der gewünschte Sollwert (SW) des Unterdrucks (P) erreicht ist. Die Einregelung des Unterdrucks (P) auf den Soll wert (SW) soll schnell erfolgen; das schnelle Einregeln bedingt bei gegebenem In krement (dy) eine kleine Abtastzeit (dt). Damit steigt die Stellgröße (y) schnell an und der Unterdruck (P) erreicht in kurzer Zeit den erforderlichen Wert. Durch die Trägheit der Regelstrecke (Sauggebläsemotor oder Stellmotor) wird jedoch beim ersten Erreichen des Unterdruck- Sollwertbereichs (SB) die Stellgröße (y) schon zu groß bzw. zu klein sein. (Im Beispiel gemäß Fig. 1 zu groß) Dies erfordert ein Nachregeln. Damit ergeben sich beim Stand der Technik Regelschwingungen, wie die Fig. 1 zeigt.

Die Erfindung vermeidet, wie nachfolgend beschrieben, solche Regelschwingun gen.

Es wird vorangestellt, daß die wie allgemein bei der Unterdrucksensierung bei Staubsaugern üblich nach dem Differenzdruckverfahren geschalteten Druckschal tern innerhalb des Regelkreises keine Aussage über die tatsächliche Größe des Unterdrucks (P) geben. Es ist nur eine Klassifikation in "zu klein", "passend" oder "zu groß" möglich, worauf sich die Bestimmung der Stellgröße (y) stützt. Nach je dem Integrationsschritt (I) wird abgefragt, ob der gewünschte Sollwertbe reich (SB) schon erreicht ist oder nicht. Ist dieser noch nicht erreicht, so wird wei ter nachgeregelt usw.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Stellgröße (y) im Moment des Erreichens des Unterdruck-Sollwertbereichs (SB) einen zu großen Wert angenommen hat. Im Bei spiel liegt der Wert der Stellgröße (y) um das Dreifache des Inkrements (also 3 dy) über dem Soll wert (SW). Der Unterdruck eilt also um etwa 3 Abtastschritte nach. Diese Information steht dem Regler natürlich nicht zur Verfügung, diese dient nur der Anschauung. Indirekt steht jedoch über die Anzahl der benötigten Integrati onsschritte (I) (hier 9 Schritte) vom Beginn der Regelung bis zum erstmaligen Er reichen des Sollwertbereichs (SB) ein Maß für den Unterdruck (P) zu Beginn des Regelvorgangs zur Verfügung, aus dem sich der Grad des Nacheilens des Unter drucks (P) bzw. die Drehzahl- oder Stellbereichsänderung gegenüber der Stell größe (y) ableiten läßt, oder anders ausgedrückt, die Anzahl der benötigten Inte grationsschritte (I), die bis zum ersten Erreichen des Druckpunktes des Druck schalters erforderlich sind, stellt ein Maß für den Grad des Voreilens der Stell größe (y) dar. Mit diesem Maß läßt sich erfindungsgemäß die Stellgröße (y) verän dern.

Nach der Erfindung wird das Überschwingen nun dadurch unterbunden, bzw. die Regelgüte des Regelkreises dadurch verbessert, daß die Stellgröße (y), wenn der Unterdruck (P) erstmalig in den Sollwertbereich (SB) gelangt, um einen aus der Anzahl der bis dahin ausgeführten Integrationsschritte (I) ermittelten Korrektur wert verändert wird. Dieser Korrekturwert ist, da nicht in jedem Fall vom selben Anfangsunterdruck auszugehen ist, in der Regel variabel und errechnet sich für die Stellgröße (y) vorteilhaft aus der Anzahl der vom Beginn der Regelung bis zum er sten Erreichen des Unterdruck-Sollwertbereichs (SB) an den Regler gegebenen Integrationsschritte (I). Auch könnte der Korrekturwert direkt vom Nachlauf des Motors abhängig gemacht werden, wenn der Nachlauf durch eine entsprechende Einrichtung meßbar ist. Es könnten aber auch feste Korrekturwerte für bestimmte Unterdrucksprünge vorgegeben werden, denen jeweils eine bestimmte Integrationsschrittzahl zugeordnet ist. Die Korrekturwerte können beispielsweise in einem elektronischen Speicher der Staubsaugerelektronik zum jeweiligen Abruf abgelegt sein.

Zur Veränderung oder Korrektur der Stellgröße (y) wird die Anzahl der Integrati onsschritte (I) somit um einen errechneten, wählbaren oder festen Korrekturwert reduziert oder erhöht. Die maximal mögliche Reduzierung oder Erhöhung der Inte grationsschritte (I) ist dabei noch von der Stellgröße (y) selbst abhängig. Die Fig. 2 zeigt eine Unterdruckregelung gemäß der Erfindung.

Beim Beispiel nach Fig. 1 ist davon ausgegangen worden, daß nach 9 Integrati onsschritten (I) der untere Druckpunkt erstmals erreicht wird. Wird nun die Stell größe (v) wie in Fig. 1 nicht verändert, so wird sich aufgrund des der Stell größe (y) nacheilenden Druckes ein zu hoher Unterdruck (P) aufbauen und Regel schwingungen sind die Folge. Erfindungsgemäß wird nun die Stellgröße (y) in dem Augenblick, wenn der Unterdruck (P) im Sollwertbereich (SB) liegt, reduziert (sh. Fig. 2). Laborversuche haben gezeigt, daß eine durch drei dividierte Anzahl der Integrationsschritte (I) ein geeignetes Maß für die Stellgrößenkorrektur (hier Kor rektur in den Minusbereich) darstellt. Somit wird die Stellgröße (y) in dem gewähl ten Beispiel augenblicklich um 3 Einheiten reduziert. Der Unterdruck (P) bleibt so innerhalb des Sollwertbereichs (SB), wobei keine Regelschwingungen auftreten. Bei 21 Integrationsschritten (I) wäre der in Abzug zu bringende Korrekturwert 7. Es ist ersichtlich, daß durch die vorgeschlagene Regelung die Einstellzeiten, also die Einregelung des Staubsaugers auf den gewünschten Unterdruck-Soll wert (SW) merklich verkürzt ist. Das Verfahren ist analog anzuwenden, wenn der Unter druck (P) heruntergeregelt werden muß.

Die zur Schwingungsunterdrückung notwendigen Regeln können in ein "unscharfes" Logikschema ("Fuzzy-Logik") entsprechend den nachstehenden Be dingungen übertragen werden.

a) WENN Unterdruck zu klein,
DANN erhöhe Stellgröße (erhöhe Zähler);
b) WENN Unterdruck zu groß,
DANN reduziere Stellgröße (erhöhe Zähler);
c) WENN Stellgröße klein,
DANN Maximum groß;
d) WENN Stellgröße mittel,
DANN Maximum mittel;
e) WENN Stellgröße groß,
DANN Maximum klein;
f) WENN Unterdruck passend (liegt im Sollwertbereich)
UND Zählerwert Null,
DANN verändere Leistung nicht;
g) WENN Unterdruck passend
UND Zählerwert größer Null,
DANN bestimme Änderungswert aus dem Zählerstand, beschränke Änderungswert auf Maximum, addiere oder subtrahiere den Änderungswert in Abhängigkeit davon, ob der Unterdruck vorher zu groß oder zu klein war, lösche Zähler.

Abweichend von dem nachstehenden Beispiel sind jedoch auch andere Realisie rungen denkbar.

Der Unterdruck-Sollwertbereich (SB) kennzeichnet jeweils den geforderten Unterdruckbereich, auf den automatisch nachgeregelt werden soll. Dieser Bereich kann einen konstanten für alle Bodenarten gleichen Unterdruck (P) beinhalten, oder aber einen bspw. durch Verändern der Druckschalter wählbaren Druckbereich kennzeichnen, der jeweils für eine bestimmte Teppichbodenart oder dergl. gilt. Beispielsweise können für das Saugen von Teppichböden andere typische Unter druckwerte gelten, als für Glattböden.

Das durch das Logikschema gekennzeichnete Regelwerk nach der Erfindung läßt sich vorteilhaft mit einem Mikroprozessor realisieren, da evtl. Änderungen in der Reglerstruktur einfach und schnell lösbar sind, weil keine Schaltungsänderung, sondern nur ein Prozessortausch notwendig ist.

Claims

1. Verfahren zur Vermeidung von Überschwingungen bei der automatischen Saugleistungs regelung eines mit einer Bodendüse und einem regelbaren Motor für das Sauggebläse oder dergl. ausgestatteten Staubsaugers, wobei die automatische Leistungseinstellung mittels einer Regeleinrichtung durch Änderung des an der Bodendüse, im Saugschlauch oder dergl. herrschenden Unterdrucks aufgrund einer vom sensierten Unterdruck veranlaßten Stellgrö ßenänderung in Form einer Erhöhung oder Verminderung der Stellgröße in Integrations schritten erfolgt, um einen bestimmten Unterdruck-Sollwertbereich zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (y) um einen Korrekturwert verändert wird, der sich aus der Anzahl der benötigten Integrationsschritte (I) vom Ausgangsunterdruck bis zum erstmaligen Erreichen des neuen Unterdruck-Sollwertbereichs (SB) ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert vom Nachlauf des Motors abhängig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (y) um einen errechneten Korrekturwert reduziert oder erhöht wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert eine veränderliche oder konstante Größe ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte als konstante Größen aus einem Speicher der Staubsaugerelektronik abrufbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Stellgrößen-Korrekturwertes bei einem Mehrpunktregler in unscharfer Logik ("Fuzzy Logik") erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Stellgrößen-Korrekturwertes nach folgenden Bedingungen erfolgt:

a) WENN Unterdruck zu klein,
DANN erhöhe Stellgröße (erhöhe Zähler);
b) WENN Unterdruck zu groß,
DANN reduziere Stellgröße (erhöhe Zähler);
c) WENN Stellgröße klein,
DANN Maximum groß
d) WENN Stellgröße mittel,
DANN Maximum mittel;
e) WENN Stellgröße groß,
DANN Maximum klein;
f) WENN Unterdruck passend
UND Zählerwert Null,
DANN verändere Leistung nicht;
g) WENN Unterdruck passend
UND Zählerwert größer Null,
DANN bestimme Änderungswert aus dem Zählerstand, beschränke Änderungswert auf Maximum, addiere oder subtrahiere den Änderungswert in Abhängigkeit davon, ob der Unterdruck vorher zu groß oder zu klein war, lösche Zähler.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als direkte Folge der Unterdrucksensierung Einfluß auf den Abstand der Bodendüse zum Boden beim Glattbodensaugen oder Teppichsaugen genommen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als direkte Folge der Unterdrucksensierung Einfluß auf die Drehzahl des Gebläsemotors beim Glattbodensaugen oder Teppichsaugen genommen wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als direkte Folge der Unterdrucksensierung Einfluß auf den Abstand der Bürstenwalze einer Bodendüse zum Boden beim Glattbodensaugen oder Teppichsaugen genommen wird.