DE69630282T2 - Elektrisches stellglied mit verbesserter kaskadierter steuerungseinheit - Google Patents

Elektrisches stellglied mit verbesserter kaskadierter steuerungseinheit Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Stellglied, wie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Drosselvorrich tung zur Verwendung in einem Lufteinlass eines Verbrennungsmotors, wobei diese Drosselvorrichtung die nachfolgenden Elemente aufweist: ein Drosselventilgehäuse, einen Luftdurchgang, der mit dem Lufteingang verbindbar ist, ein Drosselventil, das in dem Drosselwentilgehäuse gelagert ist, so dass es in dem Lufteingang schwenkbar ist, und ein elektrisches Stellglied aufweist zum Schwenken des Drosselventils.
  • Kapitel 15.2 mit dem Titel "Linear Position Control" des Buches "Control of Electrical Drives" von W. Leonhard, ISBN 3-540-13650-9 Springer Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo beschreibt ein elektrisches Stellglied. Die Steuerungseinheit des bekannten Stellgliedes hat eine sog. kaskadierte Steuerungsstruktur mit einem System verschiedener überlagerter Steuerungsschleifen für das elektromagnetische Moment, die Winkelbeschleunigung, die Drehgeschwindigkeit und den Drehungswinkel des Stellgliedes. Die Steuerungsschleife des elektromagnetischen Momentes umfasst ein Steuerglied mit einem elektrischen Eingang zum Empfangen eines elektrischen Signals entsprechend einer erfor derlichen Winkelbeschleunigung und einen elektrischen Ausgang zum Liefern des elektrischen Signals entsprechend dem erforderlichen elektrischen Strom durch die Versorgungsmittel. Die kaskadierte Steuerungsstruktur schafft eine natürliche Steuerungssequenz, die der Struktur und der Wirkung des Stellgliedes entspricht. Dadurch hat die Steuerungseinheit eine transparente Struktur und kann schrittweise entworfen und optimiert werden.
  • Einelektrisches Stellglied der eingangs genannten Art ist in US-A-5.428.285 beschrieben. Das bekannte Stellglied hat einen Positionscontroller mit einer ersten Positionssteuerschaltung, die ein erstes Geschwindigkeitssignal schafft, mit einer zweiten Positionssteuerschaltung, die eine ein mechanisches System simulierende Schaltungsanordnung steuert, und ein zweites Geschwindigkeitssignal schafft, einen Addierer, der das erste und das zweite Geschwindigkeitssignal miteinander addiert zum Schaffen eines dritten Geschwindigkeitssteuersignals, eine erste Geschwindigkeitssteuerschaltung, die das dritte Geschwindigkeitssignal empfängt und ein erstes Momentsignal liefert, eine zweite Geschwindigkeitssteuerschaltung, die ein zweites Momentsignal liefert, eine dritte Geschwindigkeitssteuerschaltung, die ein drittes Momentsignal schafft, und einen Addierer, der das erste, zweite und dritte Momentsignal miteinander addiert zum Schaffen eines schlussendlichen Momentsignals. Das Ausgangsmoment des bekannten Stellgliedes wird derart gesteuert, dass das Ausgangsmoment mit einem Moment zusammenfällt, das durch das schlussendliche Momentsignal dargestellt wird.
  • Ein Nachteil des bekannten Stellgliedes ist, dass die Reaktion der Steuereinheit des bekannten Stellgliedes auf Änderungen des Signals entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel ist relativ langsam, wenn die Abhängigkeit der elektromagnetischen, magnetostatischen oder mechanischen Charakteristiken des Stellgliedes auf den Drehungswinkel des zweiten Stellgliedes oder auf den Strom durch die Energieversorgungsmittel stark nicht linear ist. Wegen der Nicht-Linearität der genannten Charakteristik ist die Anzahl iterativer Berechnungen, die von der Steuereinheit durchgeführt werden sollen, bevor ein erforderlicher Drehungswinkel erreicht ist, relativ groß.
  • Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Stellglied der eingangs erwähnten An zu schaffen, das eine Steuereinheit mit einer kaskadierten Steuerstruktur aufweist, wobei die Reaktionszeit der Steuereinheit auf Änderungen des Signals entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel verbessert wird.
  • Nach der vorliegenden Erfindung weist das elektrische Stellglied das Kennzeichen auf, dass der Addierer einen dritten elektrischen Eingang aufweist zum Empfangen eines elektrischen Signals entsprechend eines Lastmoments, das auf den zweiten Stellgliedkörper ausgeübt wird und abhängig ist von dem Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers und im Wesentlichen unabhängig ist von dem Strom durch die Versorgungsmittel. Durch die Verwendung des genannten ersten und zweiten Steuerelementes umfasst die Steuereinheit eine verfeinerte Steuersequenz, in der das Signal entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel zunächst in ein Signal verwandelt wird, das dem erforderlichen elektromagnetischen Moment entspricht, und zwar durch das erste Steuerelement und danach das Signal entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment in das Signal verwandelt wird, das dem erforderlichen Strom durch die Versorgungsmittel entspricht, und zwar durch das zweite Steuerelement. Auf diese Weise ermöglicht das erste Steuerelement eine spezifische Berechnung des erforderlichen elektromagnetischen Momentes, wobei die mechanischen und magnetischen Eigenschaften des Stellgliedes berücksichtigt wer den, während das zweite Steuerelement eine spezifische Berechnung des erforderlichen Stromes erlaubt, wobei die elektromagnetischen Eigenschaften des Stellgliedes berücksichtigt werden. Da die mechanischen und die magnetostatischen Eigenschaften des Stellgliedes einerseits und die elektromagnetischen Eigenschaften des Stellgliedes andererseits einzeln berücksichtigt werden, werden Kenntnisse dieser Eigenschaften des Stellgliedes auf eine relativ spezifische und detaillierte An und Weise berücksichtigt, so dass die Berechnungen des ersten und zweiten Steuerelementes relativ genau sind und die Zusammenarbeit zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerelement sehr effektiv ist. Auf diese Weise ist die Anzahl iterativer Berechnungen, die von den Steuerelementen durchgeführt werden sollen, bevor ein erforderlicher Drehungswinkel erreicht ist, begrenzt. Dadurch, dass das genannte Vor- und Rückkopplungssteuersignal addiert werden, wird eine schnelle und genaue Berechnung und Steuerung des erforderlichen elektromagnetischen Momentes erreicht. Das Lastmoment wird auf den zweiten Stellgliedkörper ausgeübt, beispielsweise durch eine mechanische, magnetische oder pneumatische Vorrichtung, wie eine mechanische Feder, die verformt wird, wenn der zweite Stellgliedkörper geschwenkt wird, und wird beispielsweise benutzt um den zweiten Stellgliedkörper in die Ruhelage zurückzubringen, wenn der Strom durch die Versorgungsmittel null ist. Die Addition des elektrischen Signals entsprechend dem Lastmoment zu dem oben genannten Vor- und Rückkopplungssignal hat zum Ergebnis, dass das Vorwärtssteuersignal nicht berechnet zu werden braucht, da dies einen Anteil des elektromagnetischen Momentes enthält, erforderlich zum Ausgleichen des genannten Lastmomentes. Auf diese Weise werden die Reaktionszeit und die Genauigkeit der Steuerungseinheit weiter verbessert.
  • Eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das erste Steuerelement einen Profilgenerator aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel, mit einem zweiten elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel, und mit einem elektrischen Ausgang zum Liefern eines elektrischen Bezugssignals, das einem Drehungswinkel-zu-Zeit-Profil entspricht, das von dem Profilgenerator erzeugt wird, wobei das Vorschubsteuersignal proportional zu einer erforderlichen Winkelbeschleunigung des zweiten Stellgliedkörpers entsprechend dem Drehungswinkel-zu-Zeitprofil ist. Das von dem Profilgenerator erzeugte Drehungswinkel-zu-Zeit-Profil erstreckt sich von dem gemessenen Drehungswinkel zu dem erforderlichen Drehungswinkel. Auf diese Weise wird eine augenblickliche, nicht kontinuierliche Änderung des Signals entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel durch den Profilgenerator in ein Profil des Bezugssignals umgewandelt, was brauchbar ist wegen der Steuerfähigkeit und der dynamischen Eigenschaften des elektrischen Stellgliedes.
  • Eine spezielle Ausführungsform des elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das erste Steuerelement eine Vergleichsstufe aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel, mit einem zweiten elektrischen Eingang zum Empfangen des Bezugssignals, und mit einem elektrischen Ausgang zum Liefern eines Differenzsignals, das proportional zu einer Differenz zwischen dem Signal entsprechend. dem gemessenen Drehungswinkel und dem Bezugssignal ist, wobei das erste Steuerelement weiterhin einen Regler aufweist mit einem elektrischen Eingang zum Empfangen des Differenzsignals und mit einem elektrischen Ausgang zum Liefern des Rückkopplungssteuersignals. Der genannte Regler bestimmt das Rückkopplungssteuersignal derart, dass das genannte Differenzsignal auf Null ausgeglichen wird, so dass der gemessene Drehungswinkel sich genau entsprechend dem von dem Profilgenerator erzeugten Drehungswinkel-zu-Zeit-Profil ändert. Dadurch, dass der Regler so gemacht wird, dass er das genannte Differenzsignal statt eines Signals steuert, das proportional ist zu einer Differenz zwischen dem Signal entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel und dem Signal entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel, wird erreicht, dass sog. Aufwickeleffekte und ein dynamischen Überschießen des Reglers vermieden wird.
  • Eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das Lastmoment ein magnetostatisches Moment ist, das von dem ersten Stellgliedkörper auf den zweiten Stellgliedkörper ausgeübt wird. Das genannte magnetostatische Moment ist ein magnetisches Moment, das von dem ersten Stellgliedkörper auf den zweiten Stellgliedkörper ausgeübt wird, und zwar unabhängig von dem Strom durch die Versorgungsmittel. Das magnetostatische Moment ist abhängig von dem Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers und bildet ein Wiederherstellungsmoment, wobei der zweite Stellgliedkörper in Richtung der Ruhelage gezwungen wird. Da das magnetostatische Moment durch die Struktur des ersten und des zweiten Stellgliedkörpers bestimmt wird, kann das Signal, das dem Lastmoment entspricht, als eine Funktion des Drehungswinkels des zweiten Stellgliedkörpers berechnet werden.
  • Eine spezielle Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das erste Steuerelement einen elektrischen Speicher aufweist mit einem elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel und mit einem elektrischen Ausgang zum Liefern des Signals entsprechend dem Lastmoment, wobei der Speicher mit einer Tabellenbeziehung zwischen dem Lastmoment und dem Drehungswinkel versehen ist. Da die Beziehung zwischen dem Lastmoment und dem Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers in dem genannten Speicher des ersten Steuerelementes in Tabellenform gespeichert wird, ist der Wert des Lastmomentes relativ genau und wird auf einfache Weise ohne wesentliche Verzögerung ausgelesen. Auf diese Weise werden die Reaktionszeit und die Genauigkeit der Steuereinheit weiter verbessert.
  • Eine andere Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das erste Steuerelement einen Störungsbeobachter aufweist zum Berechnen eines Lastmomentes, ausgeübt auf den zweiten Stellgliedkörper auf Basis eines mathematischen Modells des elektrischen Stellgliedes, wobei der Addierer einen dritten elektrischen Eingang aufweist zum Empfangen eines elektrischen Ausgangssignals des Störungsbeobachters entsprechend einem Wert des Lastmomentes, berechnet durch den Störungsbeobachter. Im Betrieb wird der Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers durch innere störende Lastmomente, wie Reibe- und Haftmomente der Lager des elektrischen Stellgliedes und durch ein magnetostatisches Moment, ausgeübt auf den zweiten Stellgliedkörper durch den ersten Stellgliedkörper, und durch externe störende Lastmomente, ausgeübt auf den zweiten Stellgliedkörper, beeinflusst oder gestört. Solche störenden Lastmomente sind nicht unmittelbar messbar oder sie sind nur mit großer Mühe messbar. Der Störungsbeobachter berechnet das gesamte störende Lastmoment auf Basis eines Rechenmodells des elektrischen Stellglieds, d. h. auf Basis eines Satzes differenzieller Gleichungen erster Ordnung, welche die physikalischen Eigenschaften des elektrischen Stellglieds beschreiben. Die Addition des Ausgangssignal des Störungsbeobachters zu den Vor- und Rückkopplungssteuersignalen führt dazu, dass das Rückkopplungssteuersignal nicht von dem Regler des ersten Steuerelementes berechnet zu werden braucht, um einen Anteil des erforderlichen elektromagnetischen Momentes, erforderlich zum Ausglei chen des störenden Lastmomentes zu enthalten. Auf diese Weise wird die erforderliche Konvergenzzeit der Rückkopplungssteuerschleife und folglich die Reaktionszeit der Steuereinheit stark verbessert.
  • Eine besondere Ausführungsform eines elektrischen Stellglieds nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das erste Steuerelement einen elektrischen Begrenzer aufweist zum Begrenzen des Signals entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment, wenn das genannte Signal einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Auf diese Weise wird der Wert des von den Versorgungsmitteln zu erzeugenden erforderlichen elektromagnetischen Momentes auf einen Wert begrenzt, der gegenüber den mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften des Stellglieds angemessen ist, so dass ein elektromagnetisches Überlastungsmoment, das zu Beschädigung oder zu einem nicht einwandfreien Funktionieren des Stellgliedes führt, vermieden wird.
  • Eine andere Ausführungsform des elektrischen Stellgliedes nach der vorlie genden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das zweite Steuerelement einen elektrischen Speicher aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment, mit einem zweiten elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel, und mit einem elektrischen Ausgang zum Liefern des Signals entsprechend dem erforderlichen Strom, wobei der Speicher mit einer Tabellenbeziehung zwischen dem elektromagnetischen Moment, dem Drehungswinkel und dem Strom versehen ist. Da das elektromagnetische Moment durch die Struktur des ersten und des zweiten Stellgliedkörpers und der Versorgungsmittel bestimmt wird, kann das Signal entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment als eine Funktion des Drehungswinkels des zweiten Stellgliedkörpers und des elektrischen Stromes durch die Versorgungsmittel berechnet werden. Da die Beziehung zwischen dem elektromagnetischen Moment, dem Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers und dem Strom durch die Versorgungsmittel in Tabellenform in dem genannten Speicher des zweiten Steuerelementes gespeichert wird, ist der Wert des Stromes relativ genau und wird auf einfache Weise ohne wesentliche Verzögerung ausgelesen. Auf diese Weise werden die Reaktionszeit und die Genauigkeit der Steuereinheit weiter verbessert.
  • Eine spezielle Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Steuereinheit eine Vergleichsstufe aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen Strom, mit einem zweiten elektrischen Eingang zum Empfangen eines elektrischen Signals, das von einem elektrischen Stromsensor geliefert wird und das einem gemessenen Strom durch die Versorgungsmittel entspricht, und mit einem elektrischen Ausgang zum Liefern eines Differenzsignals, das einer Differenz zwischen dem Signal entsprechend dem erforderlichen Strom und dem Signal entsprechend dem gemessenen Strom proportional ist, wobei die Steuereinheit weiterhin einen Regler aufweist mit einem elektrischen Eingang zum Empfangen des genannten Differenzsignals und mit einem elektrischen Ausgang zum Liefern eines elektrischen Signals entsprechend einem elektrischen Strom, der den Versorgungsmitteln geliefert wird. Die genannte Vergleichsstufe, der Stromsensor und der Regler gehören zu einer Stromsteuerschleife der Steuereinheit. Der genannte Regler bestimmt das Signal entsprechend dem elektrischen Strom, der den Versorgungsmitteln zugeführt wird, und zwar derart, dass das genannte Differenzsignal auf Null ausgeglichen wird, so dass der gemessene Strom durch die Versorgungsmittel dem durch die Steuereinheit bestimmten erforderlichen Strom genau entspricht.
  • Eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vor liegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Störungsbeobachter einen elektrischen Eingang aufweist zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Strom durch die Versorgungsmittel, wobei der Störungsbeobachter den Drehungswinkel, eine Winkelgeschwindigkeit des zweiten Stellgliedkörpers und das Lastmoment auf Basis von drei Zustandsvergleichen für das elektrische Stellglied berechnet. Das Signal entsprechend dem gemessenen Strom wird von dem Stromsensor geliefert, der in der Stromsteuerschleife der Steuereinheit verwendet wird. Da die Steuereinheit eine Stromsteuerschleife aufweist, wird der Wert des Stromes durch die Versorgungsmittel des elektrischen Stellgliedes durch die Stromsteuerschleife überlagert und nicht durch eine elektrische Spannung an den Versorgungsmitteln. Auf diese Weise wird der Wert des Stromes durch die Versorgungsmittel durch die Stromsteuerschleife vorgeschrieben, so dass das Rechenmodell des Stellgliedes, das dem Störungsbeobachter unterliegt, auf eine übliche differenzielle Gleichung für den Strom als eine Funktion einer überlagerten Spannung verzichten kann. Da aus diesen Grün den das Rechenmodell nur drei Zustandsgleichungen aufweist, ist der Störungsbeobachter relativ einfach und zur On-Line-Berechnungen geeignet.
  • Noch eine andere Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Störungsbeobachter einen weiteren elektrischen Eingang aufweist zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel, eine Vergleichsstufe zum Ermitteln einer Abweichung zwischen dem gemessenen Drehungswinkel und dem berechneten Drehungswinkel, und einen Addierer zum Korrigieren des berechneten Drehungswinkels, der berechneten Winkelgeschwindigkeit und des berechneten Lastmomentes durch einen Wert, proportional zu der genannten Abweichung. Bei dieser Ausführungsform werden Ungenauigkeiten der Werte des Drehungswinkels, der Winkelgeschwindigkeit und des Lastmomentes, berechnet durch den Störungsbeobachter und verursacht durch Ungenauigkeiten des Rechenmodells, das dem Störungsbeobachter unterliegt, durch eine Rückkopplungsschleife korrigiert. Der korrigierte Drehungswinkel ist die Summe des berechneten Drehungswinkels und des Produktes aus der genannten Abweichung und einem ersten Gewichtungsfaktor, die korrigierte Winkelgeschwindigkeit ist die Summe der berechneten Winkelgeschwindigkeit und des Produktes aus der genannten Abweichung und einem zweiten Gewichtungsfaktor, und das korrigierte Lastmoment ist die Summe des berechneten Lastmomentes und des Produktes aus der genannten Abweichung und einem dritten Gewichtungsfaktor, wobei der erste, der zweite und der dritte Gewichtungsfaktor mit Hilfe eines sog. "Pol-Placement"-Verfahrens bestimmt werden.
  • Eine spezielle Ausführungsform eines elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Steuereinheit einen elektrischen Begrenzer aufweist zum Begrenzen des Signals entsprechend dem Strom, wenn das genannte Signal einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Auf diese Weise wird der Wert des elektrischen Stromes durch die Versorgungsmittel auf einen Wert begrenzt, der in Bezug auf die thermischen Eigenschaften der Versorgungsmittel möglich sind, so dass ein Überstrom, der zu einer Überhitzung der Versorgungsmittel und des Stellgliedes führen könnte, vermieden wird.
  • Eine Drosselvorrichtung der eingangs beschriebenen An weist das Kennzeichen auf, dass das darin verwendete elektrische Stellglied ein elektrisches Stellglied nach der vorliegenden Erfindung ist. Die Drosselvorrichtung wird in einem Lufteinlass eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs verwendet und ist einstellbar, beispielsweise mit Hilfe eines Gaspedals. Das Gaspedal ist nicht mechanisch mit dem Drosselventil der Drosselvorrichtung gekoppelt, sondern das elektrische Stellglied ist mit einem elektrischen Eingang versehen zum Empfangen eines elektrischen Signals entsprechend einem erforderlichen Drehungswinkel des Drosselventils in dem Luftdurchgang der Drosselvorrichtung, wobei das genannte elektrische Signal beispielsweise von einem elektronischen Motorregelsystems geliefert wird, das ebenfalls die Kraftstoffeinspritzung und das Zündsystem des Verbrennungsmotors steuert. Der Drehungswinkel des Drosselventils in dem Luftdurchgang der Drosselvorrichtung wird von dem Motorregelsystem nicht nur als eine Funktion der Lage des Gaspedals, sondern auch als eine Funktion beispielsweise der Drehzahl des Motors, des Drucks und der Temperatur der Einlass-Luft und der Temperatur des Motors eingestellt. Auf diese Weise werden die Leistung, den Kraftstoffverbrauch und die Zusammensetzung der Auspuffgase des Verbrennungsmotors verbessert. Da das Drosselventil der Drosselvorrichtung durch ein elektrisches Stellglied nach der vorliegenden Erfindung betätigt wird, wird der Drehungswinkel des Drosselventils, der für das Motorregelsystem erforderlich ist, auf eine sehr genaue Art und Weise erzielt und die Reaktionszeit, die erforderlich ist zum Durchführen von Änderungen des erforderlichen Drehungswinkels wird stark begrenzt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Drosselvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, verwendet in einem Lufteinlass eines Verbrennungsmotors,
  • 2a einen Schnitt durch ein elektrisches Stellglied nach der vorliegenden Erfindung, verwendet in der Drosselvorrichtung nach l, in einem nicht mit Energie versehenen Zustand,
  • 2b eine Darstellung des elektrischen Stellgliedes nach 2a in einem mit Energie versehenen Zustand,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit des elektrischen Stellgliedes nach 2a,
  • 4a ein Drehungswinkel-zu-Zeit-Profil des elektrischen Stellgliedes, erforderlich für ein Motorregelsystem des Motors,
  • 4b ein Drehungswinkel-zu-Zeit-Profil, erzeugt von einem Profilgenerator der Steuereinheit nach 3,
  • 4c ein Drehungswinkel-zu-Zeit-Profil entsprechend dem aus 4b,
  • 5 eine schematische Darstellung einer alternativen Steuereinheit des elektrischen Stellgliedes nach 2a, und
  • 6 eine schematische Darstellung eines Störungsbeobachters der alternativen Steuereinheit nach 5.
  • Die Drosselvorrichtung nach 1 umfasst ein Drosselventilgehäuse 1 mit einem rohrförmigen Luftdurchgang 3 und einem Flansch 5, mit dessen Hilfe die Drosselvorrichtung mit einem Lufteinlass oder einem Verteiler eines in der Zeichnung nicht dargestellten Verbrennungsmotors verbunden werden kann. Die Drosselvorrichtung umfasst weiterhin ein scheibenförmiges Drosselventil 7, das auf einer Stange 9 befestigt ist, die sich quer durch den Luftdurchgang 3 erstreckt. Die Stange 9 ist in dem Flansch 5 des Drosselventilgehäuses 1 schwenkbar gelagert, so dass das Drosselventil 7 in dem Luftdurchgang schwenkbar ist. Wenn das Drosselventil 7 geschwenkt wird, wird die Öffnung des Luftdurchgangs 3 und der Luftstrom zu den Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors geändert.
  • Das Drosselventil 7 ist mit Hilfe eines elektrischen Stellgliedes 11 in dem Luftdurchgang 3 schwenkbar, wobei dieses Stellglied einen ersten Stellgliedkörper 13 aufweist, der in einem Stellgliedgehäuse 15 des Drosselventilgehäuses 1 vorgesehen ist und einen zweiten Stellgliedkörper 17 aufweist, der auf der Stange 9 befestigt ist. Wie die 2a und 2b zeigen, umfasst der zweite Stellgliedkörper einen zylinderförmigen Dauermagnet-Läuferkörper 19, der diametral magnetisiert ist und einen Nordpol N und einen Südpol S aufweist. Der erste Stellgliedkörper 13 umfasst einen U-förmigen Ständerkörper 21 aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität, wie gesintertem Eisen, oder aus Magnetstahllaminat. Der U-förmige Ständerkörper 21 umfasst zwei Schenkel 23, 25, die durch einen Steg 27 miteinander verbunden sind. Das elektrische Stellglied 11 umfasst weiterhin ein Versorgungsmittel 29 mit einer elektrischen Spule 31, die von dem Steg 27 getragen wird. Die Schenkel 23, 25 des Ständerkörpers 21 sind mit je einem Polschuh 33, 35 versehen, während die Polschuhe 33, 35 je eine gekrümmte Oberfläche 37, 39 haben. Wie die 2a und 2b zeigen, umgeben die gekrümmten Flächen 37, 39 der Polschuhe 33, 35 den Dauermagnet-Läuferkörper 19, wobei die Fläche 37 einen Luftspalt 41 zwischen dem Läuferkörper 19 und dem Polschuh 33 definiert und die Fläche 39 einen Luftspalt 43 zwischen dem Läuferkörper 19 und dem Polschuh 35 definiert. Weiterhin gibt es zwischen den Polschuhen 33, 35 einen ersten Spalt 45 und einen zweiten Spalt 47, während ein erster Schlitz 49 zentral in der Fläche 37 des Polschuhs 33 vorgesehen ist und ein zweiter Schlitz 51 in der Fläche 39 des Polschuhs 35 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird die Fläche 37 in einen ersten Flächenteil 53 und einen zweiten Flächenteil 55 aufgeteilt, und die Fläche 39 wird in einen ersten Flächenteil 57 und einen zweiten Flächenteil 59 aufgeteilt, während der Luftspalt 41 in einen ersten Luftspaltteil 61 und einen zweiten Luftspaltteil 63 aufgeteilt wird, und der Luftspalt 43 in einen ersten Luftspaltteil 65 und einen zweiten Luftspaltteil 67 aufgeteilt wird. Wie die 2a und 2b zeigen, ist die Breite der einander diametral gegenüber liegenden Luftspaltteile 61 , 67 kleiner als die Breite der einander diametral gegenüber liegenden Luftspaltteile 63, 65.
  • Da die Breite der Luftspaltteile 61, 67 kleiner ist als die Breite der Luftspaltteile 63, 65, wird von dem ersten Stellgliedkörper 13 auf den zweiten Stellgliedkörper 17 ein magnetostatisches Moment TMS ausgeübt, was den zweiten Stellgliedkörper 17 in eine in 2a dargestellte Ruhelage zwingt, wenn die elektrische Spule 31 nicht erregt ist. Zur Steigerung des magnetostatischen Momentes TMS können auf alternative Weise in dem ersten Flächenteil 53 des Polschuhs 33 und in dem zweiten Flächenteil 59 des Polschuhs 35 Dauerhilfsmagnete 69 vorgesehen sein, die in 2a und 2b durch gestrichelte Linien angegeben sind. Wenn die elektrische Spule 31 erregt ist, wird auf den zweiten Stellgliedkörper 17 ein elektromagnetisches Moment TEM ausgeübt und der zweite Stellgliedkörper 17 wird aus der in 2a dargestellten Ruhelage in eine in 2b dargestellte Lage geschwenkt, die gekennzeichnet wird durch einen Drehungswinkel ϕ des zweiten Stellgliedkörpers 17 gegenüber der Ruhelage. Wenn die auf das Drosselventil 7 ausgeübten externen Kräfte außer Betracht gelassen werden, gleicht in der in 2b dargestellten Lage das elektromagnetische Moment TEM dem magnetostatischen Moment TMS. Wenn der Strom durch die Spule 31 hindurch abgeschaltet wird, werden der zweite Stellgliedkörper 17 und das Drosselventil unter dem Einfluss des magnetostatischen Momentes Tms wieder in die Ruhelage zurückkehren. Der Wert des Drehungswinkels ϕ in der in 2b dargestellten Lage wird bestimmt durch den Wert des elektrischen Stromes durch die elektrische Spule 31 hindurch und ist durch Einstellung des Stromes durch die Spule 31 hindurch auf eine nachstehend beschriebene Art und Weise einstellbar.
  • Es sei bemerkt, dass die Ruhelage des elektrischen Stellgliedes 11 in 2a der Lage des zweiten Stellgliedkörpers 17 und des Drosselventils 7 nicht genau entspricht, wenn die elektrische Spule 31 nicht erregt wird. Wie 1 zeigt, umfasst die Drosselvorrichtung ebenfalls einen mechanischen Stop 71 und der zweite Stellgliedkörper 17 umfasst einen Nocken 73, der an dem Stop 71 anliegt, wenn die Spule 31 nicht erregt ist. Die Lage des zweiten Stellgliedkörpers 17, wobei der Nocken 73 an dem Stop 71 anliegt, weicht einigermaßen von der Lage des zweiten Stellgliedkörpers 17, dargestellt in 2a ab, so dass der Nocken 73 an dem Stop 71 anliegt, und zwar unter dem Einfluss eines magnetostatischen Momentes TMS. Wie 1 zeigt, entspricht diese Lage einer sog. "limp-home"-Lage des Drosselventils 7 in dem Luftdurchgang 3, welche Lage etwas abweicht von einer sog. "idling"-Lage des Drosselventils 7, wobei in dieser Lage die Öffnung des Luftdurchgangs 3 minimal ist. In der "limp-home"-Lage des Drosselventils 7, die beispielsweise auftritt, wenn die elektrische Energielieferung der Drosselvorrichtung ausfällt, dann ermöglicht die Öffnung des Luftdurchgangs 3 einen kleinen Luftstrom zu den Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors, so dass ein Notvorgang des Motors dennoch möglich ist. Der Stop 71 ist mechanisch einstellbar, so dass der Luftstrom durch den Luftdurchgang 3 in der "limp-home"-Lage des Drosselventils 7 einstellbar ist. In allen anderen Lagen des Drosselventils 7, und zwar einschließlich der Leerlauf- und der Volldrossel-Lage, worin die Öffnung des Luftdurchgangs 3 minimal bzw. maximal ist, wird ein elektrischer Strom durch die Spule 31 geschickt.
  • Wie 1 zeigt, umfasst das elektrische Stellglied 11 weiterhin eine elektrische Steuereinheit 75, mit deren Hilfe der Drehungswinkel ϕ des Drosselventils 7 gesteuert wird. Die Steuereinheit 75 ist in 3 schematisch dargestellt und umfasst einen elektrischen Eingang 77 zum Empfangen eines elektrischen Signals uϕ, das einem erforderlichen Drehungswinkel ϕ des zweiten Stellgliedkörpers 17 und des Drosselventils 7 entspricht, und einen elektrischen Ausgang 79 zum Liefern eines elektrischen Signals uc, das einen elektrischen Strom durch die Anregungsmittel 29 des Stellgliedes 11 bestimmt. Das Signal uϕ wird von einem elektronischen Motorsteuersystem des Verbrennungsmotors geliefert, wobei dieses System in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Das Motorsteuersystem bestimmt den Wert des Signals uϕ nicht nur als eine Funktion der Lage des von dem Fahrer betätigten Gaspedals, sondern auch als eine Funktion anderer Parameter wie beispielsweise der Drehzahl des Motors, des Drucks und der Temperatur der Einlassluft und der Motor temperatur. Weiterhin steuert das Motorsteuersystem die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors während und nach dem kalten Start des Motors, so dass übliche Luftumleitungssysteme nicht notwendig sind. Das Motorsteuersystem steuert ebenfalls die Kraftstoffeinspritzung und Zündungseinrichtungen des Motors. Auf diese Weise wird die Wirkung der Kraftstoffeinspritzung, und die der Zünd- und der Drosselvorrichtungen des Motors aufeinander abgestimmt, so dass die Leistung, der Kraftstoffverbrauch und die Zusammensetzung der Abgase des Motors verbessert werden.
  • Wie 3 weiter zeigt, umfasst die Steuereinheit 75 ein erstes Steuerelement 81 und ein zweites Steuerelement 83. Das erste Steuerelement 81 umfasst den elektrischen Eingang 77 der Steuereinheit 75 und einen elektrischen Ausgang 85 zur Lieferung eines elektrischen Signals uEM, das einem auf den zweiten Stellgliedkörper 17 auszuübenden, erforderlichen elektromagnetischen Moment TEM entspricht. Das zweite Steuerelement 83 umfasst einen elektrischen Eingang 87 zum Empfangen des Signals uEM von dem ersten Steuerelement 81 und einen elektrischen Ausgang 88 zur Lieferung eines elektrischen Signals uI, das einem erforderlichen elektrischen Strom durch die Versorgungsmittel 29 hindurch entspricht.
  • Wie 3 zeigt, umfasst das erste Steuerelement 81 einen Profilgenerator 89 mit einem ersten elektrischen Eingang 91 zum Empfangen des Signals uϕ und einen zweiten elektrischen Eingang 93 zum Empfangen eines elektrischen Signals uϕϕ, das einem gemessenen Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers 17 und des Drosselventils 7 entspricht. Das Signal uϕϕ wird von einem Drehungswinkelsensor 95 der Drosselvorrichtung über ein übliches HF-Filter 97 geliefert. Wie 1 zeigt, ist der Drehungswinkelsensor 95 auf dem Drosselventilgehäuse 1 in der Nähe eines Endes der Stange 9 vorgesehen, das von dem elektrischen Stellglied 11 entfernt liegt. Der Profilgenerator 89 erzeugt ein Drehungswinkel-zu-Zeitprofil, das sich von einem gemessenen wirklichen Drehungswinkel ϕM bis an den erforderlichen Drehungswinkel ϕR erstreckt. 4a zeigt ein Beispiel eines Drehungswinkel-zu-Zeitprofils, erforderlich für das Motorsteuersystem, wobei der erforderliche Drehungswinkel von ϕM zu ϕR zu einem Zeitpunkt t0 sich ändert. Ein derartiges Profil kann nicht von dem elektrischen Stellglied 11 verwirklicht werden, weil das erforderliche elektromagnetische Moment unendlich groß ist. 4b zeigt ein Drehungswinkel-zu-Zeitprofil, erzeugt von dem Profilgenerator 89, wobei der Drehungswinkel geschmeidig von ϕM zu ϕR zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 läuft. 4c zeigt ein Drehungswinkel- zu-Zeitprofil, das dem Profil aus 4b entspricht. Der Profilgenerator 89 umfasst einen ersten elektrischen Ausgang 99 zur Lieferung eines Vorwärts-Steuersignals uFF, welches das Produkt aus einer Winkelbeschleunigung, erforderlich nach dem Drehungswinkel-zu-Zeitprofil und einem Trägheitsmoment der schwenkbaren Teile der Drosselvorrichtung. Das Signal uFF entspricht dazu einem elektromagnetischen Momentanteil, erforderlich zur Verwirklichung der genannten Winkelbeschleunigung. Der Profilgenerator 89 umfasst weiterhin einen zweiten elektrischen Ausgang 101 zur Lieferung eines elektrischen Bezugssignals uϕR, das dem von dem Profilgenerator 89 erzeugten Drehungswinkel-zu-Zeitprofil entspricht. Auf diese Weise ist einen augenblickliche, unterbrochene Änderung des Signals uϕ, das von dem Motorsteuersystem geliefert wird, verwandelbar durch den Profilgenerator 89 in Profile des Vorwärtssteuersignals uFF und des Bezugssignals uϕR, die wahrscheinlich sind, nicht nur wegen der dynamischen Eigenschaften des elektrischen Stellgliedes 11, sondern auch wegen der Steuerbarkeit des Stellgliedes.
  • Wie 3 weiterhin zeigt, umfasst das erste Steuerelement 81 eine Vergleichsstufe 103 mit einem ersten elektrischen Eingang 105 zum Empfangen des Signals uϕϕ und einem zweiten elektrischen Eingang 107 zum Empfangen des Bezugssignals uϕR. Die Vergleichsstufe 103 umfasst einen elektrischen Ausgang 109, der ein Differenzsignal uDϕ liefert, das zu einer Differenz zwischen den Signalen uϕϕ und uϕR proportional ist. Das Differenzsignal uDϕ wird einem elektrischen Eingang 111 eines PID-Reglers 113 zugeführt, der weiterhin einen elektrischen Ausgang 115 aufweist zur Lieferung eines Rückkopplungs-Steuersignals uFB.
  • Das Vorwärts-Steuersignal uFF und das Rückkopplungs-Steuersignal uFB werden einem ersten elektrischen Eingang 117 bzw. einem zweiten elektrischen Eingang 119 eines elektrischen Addierers 121 des ersten Steuerelementes 81 zugeführt. Wie 3 zeigt umfasst der Addierer 121 weiterhin einen dritten Eingang 123 zum Empfangen eines elektrischen Signals uMS, das einem geschätzten magnetostatischen Moment TMS, das durch den ersten Stellgliedkörper 13 auf den zweiten Stellgliedkörper 17 ausgeübt wird. Der wert des magnetostatischen Momentes TMS, das den zweiten Stellgliedkörper 17 und das Drosselventil 7 in Richtung der "limp-home"-Lage dringt, wie oben beschrieben, ist abhängig von dem Drehungswinkel ϕ und ist im Wesentlichen unabhängig von dem Strom durch die Versorgungsmittel 31. Die Beziehung zwischen TMS und ϕ wird durch die Struktur und die Zusammensetzung des ersten und des zweiten Stellgliedkörpers 13, 17 bestimmt. Die ge nannte Beziehung wird berechnet oder gemessen und wird in einer Tabellenform in einem elektrischen Speicher 125 des ersten Steuerelementes 81 gespeichert, wobei der genannte Speicher einen elektrischen Eingang 127 aufweist zum Empfangen des Signals uϕϕ und einen elektrischen Ausgang 129 zum Liefern des Signals uMS zu dem Addierer 121. Durch Speicherung der Beziehung zwischen dem magnetostatischen Moment und dem Drehungswinkel in einer Tabellenform in dem genannten Speicher 125 wird erreicht, dass der Wert des magnetostatischen Momentes auf eine genaue und relativ einfache Art und Weise ohne wesentliche Verzögerung ausgelesen wird. Auf diese Weise lässt die Lieferung des Signals uMS zu dem Addierer 121 die Reaktionszeit der Steuereinheit 75 nicht zunehmen.
  • Der Addierer 121 umfasst einen elektrischen Ausgang 131 zum Liefern des elektrischen Signals uEM entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment, das auf den zweiten Stellgliedkörper 17 ausgeübt werden soll. Das Signal uEM ist die mathematische Summe der Signale uFF, uFB und uMS. Auf diese Weise ist das erforderliche elektromagnetische Moment TEM die Summe des elektromagnetischen Momentanteils, das erforderlich ist zur Verwirklichung der erforderlichen Winkelbeschleunigung des Drosselventils 7, des geschätzten magnetostatischen Momentes TMS und eines durch das Signal uFB dargestellten elektromagnetischen Rückkopplungsmomentanteils. Der PID-Regler 113 bestimmt die Signale uFB und uEM derart, dass das Differenzsignal uDϕ auf Null ausgeglichen wird, so dass der gemessene Drehungswinkel des Drosselventils 7 genau entsprechend dem von dem Profilgenerator 89 erzeugten Drehungswinkel-zu-Zeitprofil sich ändert. Da die Vergleichsstufe 103 nicht, wie üblich, eine Differenz zwischen den Signalen uϕϕ und uϕ bestimmt, sondern die Differenz zwischen den Signalen uϕϕ und uϕR, ist die Steuerung der Signale uFB und uEM durch den PID-Regler 113 sehr stabil, so dass übliche Aufwickeleffekte und dynamisches Überschießen des PID-Reglers 113 nicht auftreten. Weiterhin ist die Steuerung der Signale uFB und uEM durch den PID-Regler 113 sehr schnell, und zwar durch die Verwendung des Addierers 121. Da die Signale uFF und uMS zu dem Signal uFB addiert werden, braucht der PID-Regler 113 nicht den elektromagnetischen Momentanteil zu berechnen, der erforderlich ist zur Verwirklichung der erforderlichen Winkelbeschleunigung des Drosselventils 7 und des elektromagnetischen Momentanteils, erforderlich zum Ausgleichen des magnetostatischen Momentes TMS. Die Berechnung dieser elektromagnetischen Momentanteile durch einen PID-Controller in einer Rückkopplungssteuerschleife würde mehrere Controller-Abtastzeiten erfordern, umso mehr, da die Beziehung zwischen dem magnetostatischen Moment TMS und dem Drehungswinkel ϕ stark nicht linear ist, so dass die Reaktionszeit der Steuereinheit 75 verschlechtern würde und die Gefahr vor Unstabilitäten des PID-Controllers zunehmen würde. Mit dem Addierer 121 braucht der PID-Regler 113 nur eine Anzahl elektromagnetischer Momentanteile zu berechnen, die gegenüber den oben genannten elektromagnetischen Momentanteilen, wie einem Anteil, der strömungskräfte kompensiert und einem Anteil, der mechanische Reibkräfte kompensiert, klein sind. Auf diese Weise werden die Reaktionszeit und die Genauigkeit der Steuereinheit 75 verbessert.
  • Wie 3 zeigt, umfasst das erste Steuerelement 81 einen elektrischen Begrenzer 133 zum Begrenzen des Signals uEM, wenn das Signal uEM einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Der genannte Grenzwert des Signals uEM wird derart bestimmt, dass das auf den zweiten Stellgliedkörper 17 und auf das Drosselventil 7 ausgeübte elektromagnetische Moment einen vorbestimmten maximalen Momentwert niemals übersteigt. Auf diese Weise werden mechanische Beschädigung oder ein schlechtes Funktionieren des elektrischen Stellgliedes 11 sowie eine Überhitzung der Versorgungsmittel 29 vermieden. Wenn das Signals uEM, das von dem Addierer 121 geliefert wird, den genannten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, wird der Wert des Signals uEM durch den Begrenzer 133 auf den genannten Grenzwert eingestellt.
  • Wie 3 zeigt, umfasst das zweite Steuerelement 83 der Steuereinheit 75 einen elektrischen Speicher 135 mit einem ersten elektrischen Eingang 137 zum Empfangen des Signals uEM von dem Eingang 87 des zweiten Steuerelementes 83, mit einem zweiten elektrischen Eingang 139 zum Empfangen des Signals uϕϕ von dem Drehungswinkelsensor 95, und mit einem elektrischen Ausgang 141 zum Liefern des elektrischen Signals uI, das einem elektrischen Strom durch die elektrische Spule 31 der Versorgungsmittel 29 entspricht, erforderlich zum Erzielen des erforderlichen elektromagnetischen Momentes TEM. Der Wert des elektromagnetischen Momentes TEM ist abhängig von dem Drehungswinkel ϕ des zweiten Stellgliedkörpers 17 und von dem Wert des elektrischen Stromes durch die Spule 31. Die Beziehung zwischen dem elektromagnetischen Moment TEM, dem Drehungswinkel ϕ und dem Strom durch die Spule 31 ist abhängig von der Struktur und der Zusammensetzung des ersten und des zweiten Stellgliedkörpers 13, 17 und der Versorgungsmittel 29. Die genannte Beziehung wird berechnet oder gemessen und wird in einer Tabellenform in dem Speicher 135 gespeichert. Auf diese Weise wird der Wert des Stro mes, erforderlich zum Erzielen eines erforderlichen elektromagnetischen Momentes an dem gemessenen Drehungswinkel aus dem Speicher 135 auf eine genaue und einfache Weise ohne wesentliche Verzögerung ausgelesen. Es sei bemerkt, dass eine Berechnung des erforderlichen Stromes durch einen üblichen Rechner viel Zeit beanspruchen würde, zumal die Beziehung zwischen dem elektromagnetischen Moment, dem Drehungswinkel und dem Strom stark nicht linear ist. Durch Verwendung des Speichers 135 wird die kurze Reaktionszeit der Steuereinheit 75, erhalten durch den PID-Regler 113 in Kombination mit dem Addierer 121 nicht durch das zweite Steuerelement 83 verschlechtert.
  • Die Steuereinheit 75 umfasst weiterhin eine Vergleichsstufe 143 mit einem ersten elektrischen Eingang 145 zum Empfangen des Signals uI von dem Ausgang 88 des zweiten Steuerelementes 83, mit einem zweiten elektrischen Eingang 147 zum Empfangen eines elektrischen Signals uII, das einem gemessenen elektrischen Strom durch die Versorgungsmittel 29 entspricht, und mit einem Ausgang 149 zum Liefern eines Differenzsignals uDI, das zu einer Differenz zwischen den Signalen uI und uII proportional ist. Das Signal uII wird von einem elektrischen Stromsensor 151 geliefert, und zwar über ein übliches HF-Filter 153. Der Stromsensor 151 misst den elektrischen Strom, der den Versorgungsmitteln 29 von der Leistungsendstufe 155 des elektrischen Stellgliedes 11 zugeführt wird. In 3 sind der Stromsensor 151 und die Leistungsendstufe 155 nur schematisch dargestellt. Weiterhin umfasst die Steuereinheit 75 einen PI-Regler 157 mit einem elektrischen Eingang 159 zum Empfangen des Differenzsignals uDI und mit einem elektrischen Ausgang 161 zum Liefern eines elektrischen Signals u'I, das dem den Versorgungsmitteln 29 durch die Leistungsendstufe 155 zu liefernden elektrischen Strom entspricht. Der PI-Regler 157 bestimmt das Signal u'I derart, dass das Differenzsignal uDDI auf Null ausgeglichen wird, so dass der gemessene Strom, der von der Leistungsendstufe 155 den Versorgungsmitteln 29 geliefert wird, dem erforderlichen Strom entspricht, der durch das zweite Steuerelement 83 bestimmt wird.
  • Wie 3 weiterhin zeigt, wird die Leistungsendstufe 155 des elektrischen Stellgliedes 11 mit einer konstanten elektrischen Spannung aus beispielsweise einer Batterie, gespeist. Die Leistungsendstufe 155 umfasst vier NPN-Transistoren, d. h. zwei obere Transistoren 163, 165 und zwei untere Transistoren 167, 169, und zwei elektrische Inverter 171, 173. Die Transistoren 163, 165, 167, 169 und die Inverter 171, 173 sind in einer üblichen Brückenkonfiguraton miteinander verbunden. Die Transistoren 163, 165, 167, 169 werden auf übliche Weise von einem Pulsbreitenmodulator 175 der Steuereinheit 75 betrieben, die einen ersten elektrischen Eingang 177 aufweist zum Empfangen des Signals u'I, geliefert von der PPI-Regler 157, und einen zweiten elektrischen Eingang 179 aufweist zum Empfangen des Signals uII, das von dem Stromsensor 151 geliefert wird. Ein erster elektrischer Ausgang 181 des Pulsbreitenmodulators 175 ist mit der Basis des unteren Transistors 167 und über den Inverter 171 mit der Basis des oberen Transistors 163 verbunden, während ein zweiter elektrischer Ausgang 183 des Pulsbreitenmodulators 175 mit der Basis des unteren Transistors 169 und über den Inverter 173 mit der Basis des oberen Transistors 165 verbunden ist. Das Signal uI wird durch den Pulsbreitenmodulator 175 in zueinander komplementäre pulsförmige Treibersignale uc und –uc an dem ersten und zweiten elektrischen Ausgang 181 bzw. 183 des Pulsbreitenmodulators 175 umgewandelt. In Abhängigkeit von der Polarität der Treibersignale uc und –uc werden der untere Transistor 167 und der obere Transistor 165 geöffnet, wodurch ein elektrischer Strom in den Versorgungsmitteln 29 in der einen Richtung zugelassen wird, oder der untere Transistor 169 und der obere Transistor 163 werden geöffnet, wodurch ein elektrischer Strom in den Versorgungsmitteln 29 in der entgegengesetzten Richtung zugelassen wird. Der Pulsbreitenmodulator 175 umfasst weiterhin einen elektrischen Begrenzer zum Begrenzen der Pulsbreite der Treibersignale uc und –uc, wenn das Signal uII, das von dem Stromsensor 151 geliefert wird, einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Auf diese Weise wird die Pulsbreite des elektrischen Stromes durch die Spule 31 auf einen Wert begrenzt, der in Bezug auf die thermischen Eigenschaften der Versorgungsmittel 29 geeignet ist. Ein Überstrom in der Spule 31, der zu Überhitzung der Versorgungsmittel 29 und des elektrischen Stellgliedes 11 führen könnte, wird auf diese Weise vermieden.
  • Die oben beschriebene Steuereinheit 75 hat eine sog. kaskadierte Steuerstruktur, nach der das Signal uϕ entsprechend einem erforderlichen Drehungswinkel zunächst in ein Signal umgewandelt wird, das einer erforderlichen Winkelbeschleunigung entspricht, wobei das Signal, das der erforderlichen Winkelbeschleunigung entspricht, danach in ein Signal uEM umgewandelt wird, das einem erforderlichen elektromagnetischen Moment entspricht, und wobei das Signal uEM, das dem erforderlichen elektromagnetischen Moment entspricht, zum Schluss in ein Signal uI umgewandelt wird, das einem erforderlichen elektrischen Strom durch die Versorgungsmitteln 29 entspricht. Wie oben beschrieben, ermöglicht diese verfeinerte kaskadierte Steuerstruktur mit dem ersten und dem zwei ten Steuerelement 81, 83 eine spezifische Berechnung des erforderlichen elektromagnetischen Momentes TEM, wobei die mechanischen und magnetostatischen Eigenschaften des elektrischen Stellgliedes 11 berücksichtigt werden, und sie ermöglicht eine spezifische Berechnung des erforderlichen Stromes, wobei die elektromagnetischen Eigenschaften des Stellgliedes 11 berücksichtigt werden. Diese verfeinerte kaskadierte Steuerstruktur führt zu einer Reaktionszeit der Steuereinheit 75, die gegenüber üblichen Steuerstrukturen, nach denen der erforderliche Strom auf eine iterative Weise durch eine Rückkopplungssteuerschleife ohne oder mit nur wenigen Zwischensteuerschritten, berechnet wird, kurz ist. Die genannten üblichen Strukturen würden eine Vielzahl iterativer Berechnungen erfordern und würden deswegen zu einer langen Reaktionszeit führen, insbesondere weil die Beziehung zwischen dem erforderlichen Strom und dem Drehungswinkel stark nicht linear ist.
  • In der oben beschriebenen Steuereinheit 75 empfängt der dritte Eingang 123 des Addierers 121 ein elektrisches Signal uMS entsprechend einem geschätzten magnetostatischen Moment TMS, durch den ersten Stellgliedkörper 13 auf den zweiten Stellgliedkörper 17 ausgeübt. Das magnetostatische Moment TMS ist ein internes Lastmoment, das den Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers 17 und des Drosselventils 7 beeinträchtigt oder stört. Der Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers 17 wird ebenfalls durch die anderen internen störenden Lastmomente, wie Reibungsmomente und Haftmomente der Lager des elektrischen Stellgliedkörpers 11 beeinträchtigt. Der Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers 17 wird ebenfalls durch externe störende Lastmomente beeinträchtigt, die auf den zweiten Stellgliedkörper 17 und das Drosselventil 7 ausgeübt werden, wie ein Moment, verursacht durch Luftströmungskräfte, durch die Luftströmung durch den Luftdurchgang 3 hindurch, auf das Drosselventil 7 ausgeübt. 5 zeigt eine alternative Steuereinheit 185 des elektrischen Stellgliedes 11, wobei der elektrische Speicher 125 der Steuereinheit 75 durch einen sog. Störungsbeobachter 187 zum Berechnen des gesamten störenden Lastmomentes, das auf den zweiten Stellgliedkörper 17 und auf das Drosselventil 7 auf Basis eines Rechenmodells der Drosselvorrichtung und des elektrischen Stellgliedes ausgeübt wird, ersetzt ist. Der Störungsbeobachter 187, der nachstehend noch näher beschrieben wird, umfasst einen elektrischen Ausgang 189 zum Liefern eines elektrischen Signals uCLT entsprechend einem Wert des Lastmomentes, berechnet durch den Störungsbeobachter 187. Das genannte Signal uCLT wird dem dritten Eingang 123 des Addierers 121 zugeführt. Durch die Verwendung des Störungsbeobachters 187 ist eine direkte Messung des stören den Lastmomentes, was sehr schwer wenn nicht unmöglich ist, vermieden. Weiterhin braucht der PID-Regler 113 nicht den elektromagnetischen Momentanteil zu berechnen, der erforderlich ist zum Kompensieren des gesamten störenden Lastmomentes, das auf den zweiten Stellgliedkörper 17 und das Drosselventil 7 ausgeübt wird. Mit dem Störungsbeobachter 187, braucht der PID-Regler 113 nur eine relativ geringe Abweichung zwischen dem berechneten Lastmoment und einem Lastmoment zu berechnen, das tatsächlich das Drosselventil 7 und den Stellgliedkörper 17 beeinflusst. Auf diese Weise werden die Reaktionszeit und die Genauigkeit der Steuereinheit 185 noch weiter verbessert.
  • Wie oben erwähnt, wird der Störungsbeobachter 187 zum Berechnen des Lastmomentes, das auf den zweiten Stellgliedkörper 17 und auf das Drosselventil 7 ausgeübt wird, auf Basis eines Rechenmodells der Drosselvorrichtung und des elektrischen Stellgliedes 11 benutzt, so dass eine schwere und unzuverlässige Messung des Lastmomentes vermieden wird. Das Rechenmodell, das dem Störungsbeobachter 187 zugrunde liegt, basiert auf einen Satz von drei Differentialgleichungen erster Ordnung, die sich wie folgt lesen lassen: J·dω/dt = k(ϕ)·IACT – TLOAD [1] ω = dϕ/dt [2] dTLOAD/dt = 0 [3]
  • Die Gleichung [1] ist eine Gleichung der Bewegung des Drosselventils 7 und des zweiten Stellgliedkörpers 17, wobei J das Trägheitsmoment der schwenkbaren Teile der Drosselvorrichtung ist, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der schwenkbaren Teile der Drosselvorrichtung ist, wobei k(ϕ).IACT das elektromagnetische Moment TEM ist, das auf den zweiten Stellgliedkörper 17 ausgeübt wird, wobei k(ϕ) ein Faktor ist, der von dem Drehungswinkel ϕ abhängig ist und wobei IACT der Strom durch die Versorgungsmittel 29 ist und TLOAD das Lastmoment ist, das auf das Drosselventil 7 und auf den zweiten Stellgliedkörper 17 ausgeübt wird. Die Gleichung [2] beschreibt die Beziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeit ω und dem Drehungswinkel ϕ des Drosselventils 7. Die Gleichung [3] umfasst eine vereinfachende Annahme für das Lastmoment, und zwar: dass das Lastmoment konstant ist.
  • Da der Wert des Stromes IACT durch die Versorgungsmittel 29 durch den PI-Regler 157 der Steuereinheit 75 und nicht durch die elektrische Spannung bestimmt wird, durch welche die Leistungsendstufe 155 des elektrischen Stellgliedes 11 gespeist wird, kann das Rechenmodell, das dem Störungsbeobachter 187 zugrunde liegt, auf eine vierte Differentialgleichung, die eine Beziehung zwischen dem Strom durch die Versorgungsmittel 29 und der den Versorgungsmitteln 29 zugeführten Spannung beschreibt, verzichtet werden. Wie 5 zeigt , hat der Störungsbeobachter 187 einen ersten Eingang 191 zum Empfangen des Signals uII, das von dem Stromsensor 151 geliefert wird und dem gemessenen elektrischen Strom durch die Versorgungsmittel 29 entspricht. Der Störungsbeobachter 187 berechnet den Drehungswinkel ϕ, die Winkelgeschwindigkeit ω und das Lastmoment TLOA auf Basis des Eingangssignals uII und der drei oben genannten Differentialgleichungen [1],[2] und [3]. Da das Rechenmodell, das dem Störungsbeobachter 187 zugrunde liegt, nur drei Differentialgleichungen erster Ordnung enthält, ist der Störungsbeobachter 187 relativ einfach und geeignet für eine On-Line-Berechnung.
  • In einer Matrixform liest sich der Satz von Gleichungen [1],[2] und [3] wie folgt:
  • Figure 00210001
  • Weiterhin basiert der Störungsbeobachter 187 auf den nachfolgenden Diskretisierungen: ϕk+1 = ϕk + T·ωk + T2/2J·k(ϕ)·IACT – T2/2J·TLOAD,k ; ωk+1 = ωk + T/J·k(ϕ)·IACT – T/J·TLOAD,k ;wobei ϕk+1 und ωk+1 die Werte des Drehungswinkels und der Winkelgeschwindigkeit sind, berechnet durch den Störungsbeobachter 187 zu einem Zeitpunkt k+1, wobei ϕk, ωk und TLOAD,k die Werte des Drehungswinkels, der Winkelgeschwindigkeit und des Lastmomentes sind, berechnet durch den Störungsbeobachter 187 zu einem Zeitpunkt k, und wobei T ein Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten k und k+1 ist. Mit diesen Diskretisierungen liest sich der Satz mit Gleichungen [1],[2] und [3] in Matrixform wie folgt: xk+1 = ϕ·xk + H·k(ϕ).IACT ;worin
  • Figure 00220001
  • Die Vektoren xk und xk+1 sind die Zustandsvektoren für die Zeitpunkte k und k1, die Matrix ϕ ist die Systemmatrix und die Matrix H ist die Eingangsmatrix.
  • Die Gleichungen [1],[2] und [3] werden in dem Störungsbeobachter 187 in Form eines Computerprogramms implementiert. 6 zeigt schematisch den Störungsbeobachter 187 in Form einer Anzahl Funktionsblöcke, die das Computerprogramm darstellen. Wie oben erwähnt, umfasst der Störungsbeobachter 187 einen ersten elektrischen Eingang 191 zum Empfangen des Signals uII entsprechend dem gemessenen Strom IACT durch die Versorgungsmittel 29 hindurch. Weiterhin umfasst der Störungsbeobachter 125 einen zweiten elektrischen Eingang 193 zum Empfangen des Signals uϕϕ entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel. Das Signal uϕϕ wird von dem Störungsbeobachter 187 auf eine nachher noch zu beschreibende Art und Weise benutzt. Wie 6 weiterhin zeigt, umfasst der Störungsbeobachter 187 einen ersten Funktionsblock 195 zum Multiplizieren des Wertes IACT mit einem konstanten Faktor K, der einen mittleren Wert des Faktors k(ϕ) darstellt. Auf alternative Weise kann der Funktionsblock 195 eine Beziehung zwischen k(ϕ) und ϕ beispielsweise in einer Tabellenform enthalten, wobei in diesem Fall der Funktionsblock 195 einen Eingang 197 aufweist zum Empfangen des Eingangssignals uϕϕ. In 6 ist der alternative Eingang durch eine gestrichelte Linie angegeben. Der Störungsbeobachter 187 umfasst weiterhin einen zweiten Funktionsblock 199 zum Multiplizieren der Eingangsmatrix H mit dem Wert K·IACT oder mit dem Wert k(ϕ)·IACT, wobei ein Ausgang des Funktionsblocks 199 den Vektor H·k(ϕ)·IACT darstellt. Der Störungsbeobachter 187 umfasst weiterhin einen dritten Funktionsblock 201 zum Addieren des Vektors H·k(ϕ)·IACT und eines nachstehend noch näher zu beschreibenden Vektors xCORR, wobei ein Ausgang des dritten Funktionsblocks 201 den neuen Zustandsvektor xk+1 darstellt. Weiterhin umfasst der Störungsbeobachter 187 einen vierten Funktionsblock 203 zum Liefern des Anteils TLOAD,k+1 des neuen Zustandsvektors xk+1 zu dem Ausgang 189 des Störungsbeobachters 187. Wei terhin führt der vierte Funktionsblock 203 den Zustandsvektor xk+1 zu dem fünften Funktionsblock 205, der den Zustandsvektor xk+1 mit der Systemmatrix ϕ multipliziert. Ein Ausgang des fünften Funktionsblocks 205 stellt den Wert ϕ·xk dar.
  • Wie oben beschrieben, berechnet der Störungsbeobachter 187 die Werte des Drehungswinkels ϕ, der Winkelgeschwindigkeit ω und des Lastmomentes TLOAD auf Basis des Satzes von Gleichungen [1],[2] und [3]. Da der Wert des Drehungswinkels ϕ ebenfalls von dem Drehungswinkelsensor 95 gemessen wird, kann der gemessene Wert des Drehungswinkels verwendet werden zum Korrigieren von Ungenauigkeiten des Rechenmodells, das dem Störungsbeobachter 187 zugrunde liegt und von Ungenauigkeiten der Diskretisierungen der Gleichungen [1],[2] und [3]. Dazu umfasst der Störungsbeobachter 187 einen sechsten Funktionsblock 207 zum Vergleichen des gemessenen Wertes des Drehungswinkels, der durch das Eingangssignal uϕϕ dargestellt wird, mit dem berechneten Wert ϕk+1 des Drehungswinkels, der von dem vierten Funktionsblock 203 geliefert wird. Ein Ausgangswert Δϕ des sechsten Funktionsblocks 207 entspricht einer Abweichung zwischen dem gemessenen Drehungswinkel und dem berechneten Drehungswinkel und wird einem siebenten Funktionsblock 209 zugeführt, der eine Korrekturmatrix L mit dem Wert Δϕ multipliziert. Die Korrekturmatrix L umfasst einen ersten Gewichtungsfaktor L1, einen zweiten Gewichtungsfaktor L2 und einen dritten Gewichtungsfaktor L3 zum Korrigieren des berechneten Wertes des Drehungswinkels, des berechneten Wertes der Winkelgeschwindigkeit, und des berechneten Wertes des Lastmomentes, wobei die Gewichtungsfaktoren mit Hilfe eines sog. "pole-placement"-Verfahrens bestimmt wird, das an sich bekannt und üblich ist. Ein Ausgangsvektor L·Δϕ des siebenten Funktionsblocks 209 wird einem achten Funktionsblock 211 des Störungsbeobachters 187 zugeführt, der zum Addieren des Ausgangsvektors L·Δϕ des siebenten Funktionsblocks 209 und des Vektors ϕ·xk benutzt wird. Auf diese Weise liest sich ein Ausgangsvektor xCORR des achten Funktionsblocks 211 wie folgt: XCORR = ϕ·xk + L·Δϕ;
  • Mit
  • Figure 00240001
  • Deswegen liest sich der neue Zustandsvektor xk+1 wie folgt: Xk+1 = ϕ·xk + H·k(ϕ)·IACT + L·Δϕ.
  • In dem oben beschriebenen elektrischen Stellglied 11 übt der erste Stellgliedkörper 13 ein magnetostatisches Moment auf den zweiten Stellgliedkörper 17 aus, wobei das genannte magnetostatische Moment abhängig ist von dem Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers 17 gegenüber dem ersten Stellgliedkörper 13. Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung sich ebenfalls auf andere Typen elektrische Stellglieder bezieht mit einem ersten Stellgliedkörper, einem zweiten Stellgliedkörper, der gegenüber dem ersten Stellgliedkörper über einen begrenzten Drehungswinkel schwenkbar ist, mit Versorgungsmitteln zum Ausüben eines elektromagnetischen Momentes auf den zweiten Stellgliedkörper, und mit einer Steuereinheit zur Steuerung des genannten Drehungswinkels. Das Stellglied kann beispielsweise mit einer mechanischen Torsionsfeder versehen sein zum Ausüben eines mechanischen Federmomentes auf den zweiten Stellgliedkörper anstelle von oder zusätzliche zu dem magnetischen Moment. In einem derartigen Fall ist auf den Speicher 125 des ersten Steuerelementes 81 verzichtet oder dieser ist durch einen Speicher ersetzt worden, in dem eine Beziehung zwischen dem genannten mechanischen Federmoment und dem Drehungswinkel in Tabellenform gespeichert wird, wobei der genannte Speicher ein elektrisches Signal liefert entsprechend einem geschätzten mechanischen Federmoment.
  • Es sei weiterhin bemerkt, dass das Signal uEM entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment ebenfalls auf eine alternative Weise durch das erste Steuerelement 81 bestimmt werden kann, während das Signal uI, das dem erforderlichen elektrischen Strom durch die Versorgungsmittel 29 hindurch entspricht, auch auf eine alternative Weise von dem zweiten Steuerelement 83 bestimmt werden kann. In dem ersten Steuerelement 81 kann beispielsweise der Profilgenerator 89 fortgelassen werden oder es kann eine Vergleichsstufe mit den Signalen uϕ und uϕϕ als Eingangssignale verwendet wer den. Weiterhin kann der Speicher 125 durch einen Rechner ersetzt werden, der eine mathematische Beziehung zwischen dem magnetostatischen Moment und dem Drehungswinkel enthält. Weiterhin kann abhängig von der Struktur und der Zusammensetzung des elektrischen Stellgliedes statt des magnetostatischen Momentes ein anderes Lastmoment, das auf den zweiten Stellgliedkörper ausgeübt wird, und zwar in Abhängigkeit des Drehungswinkels, durch den Speicher 125 oder den Rechner bestimmt werden. Zum Schluss kann der Speicher 135 des zweiten Steuerelementes 83 durch einen Rechner ersetzt werden, der eine mathematische Beziehung zwischen dem elektromagnetischen Moment, dem Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers und dem Strom durch die Versorgungsmittel hindurch enthält.
  • Zum Schluss sei bemerkt, dass das elektrische Stellglied nach der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Vorrichtungen angewandt werden kann, bei denen die Winkellage einer Stange gegenüber einem konstanten oder variablen Bezugswinkel gesteuert werden soll. Das elektrische Stellglied kann beispielsweise bei servo-betätigten Ventilen in chemischen Anlagen und Kraftwerken oder in Vorrichtungen zum Lenken der Steuerflächen eines Flugzeugs verwendet werden. In allen Applikationen des elektrischen Stellgliedes nach der vorliegenden Erfindung, sowie in der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird das Stellglied als ein sog. Haupt-Stellglied ohne ein Getriebe verwendet, wobei das Stellglied unmittelbar einen Körper antreibt, der verlagert werden soll.

Claims (13)

  1. Elektrisches Stellglied (11) mit einem ersten Stellgliedkörper (13), einem zweiten Stellgliedkörper (17), der gegenüber dem ersten Stellgliedkörper über einen Drehungswinkel um eine Drehungsachse schwenkbar ist, mit elektrischen Versorgungsmitteln (29) zum Ausüben eines elektromagnetischen Momentes auf den zweiten Stellgliedkörper, und mit einer elektrischen Steuereinheit (75) zur Steuerung des Drehungswinkels des zweiten Stellgliedkörpers, wobei die genannte Steuereinheit einen elektrischen Eingang (77) hat zum Empfangen eines elektrischen Signals entsprechend einem erforderlichen Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers und einen elektrischen Ausgang (88) zum Liefern eines elektrischen Signals entsprechend einem erforderlichen elektrischen Strom durch die Versorgungsmittel, wobei die Steuereinheit (75) ein erstes Steuerelement (81) mit einem elektrischen Eingang (77) aufweist zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel und mit einem elektrischen Ausgang (85) zum Liefern eines elektrischen Signals entsprechend einem erforderlichen elektromagnetischen Kraft an dem zweiten Stellgliedkörper (17), und ein zweiten Steuerelement aufweist mit einem elektrischen Eingang (87) zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment und mit einem elektrischen Ausgang (88) zum Liefern des Signals entsprechend dem erforderlichen Strom, wobei das erste Steuerelement (81) einen elektrischen Addierer (121) aufweist mit einem elektrischen Ausgang (131) zum Liefern des Signals entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment, wobei der Addierer einen ersten elektrischen Eingang (117) aufweist zum Empfangen eines Vorschubsteuersignals, bestimmt durch das Signal entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel, und einen zweiten elektrischen Eingang (119) zum Empfangen eines Rückkopplungssteuersignals, bestimmt durch das Signal entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel und durch ein elektrisches Signal, das von einem Drehungswinkelsensor (95) geliefert wird, und das einem gemessenen Drehungswinkel des zweiten Stellgliedkörpers (17) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Addierer (121) einen dritten elektrischen Eingang (123) aufweist zum Empfangen eines elektrischen Signals entsprechend eines Lastmoments, das auf den zweiten Stellgliedkörper (17) ausgeübt wird und abhängig ist von dem Drehungs winkel des zweiten Stellgliedkörpers und im Wesentlichen unabhängig ist von dem Strom durch die Versorgungsmittel (29).
  2. Elektrisches Stellglied (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (81) einen Profilgenerator (89) aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang (91) zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen Drehungswinkel, mit einem zweiten elektrischen Eingang (93) zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel, und mit einem elektrischen Ausgang (101) zum Liefern eines elektrischen Bezugssignals, das einem Drehungswinkel-zu-Zeit-Profil entspricht, das von dem Profilgenerator erzeugt wird, wobei das Vorschubsteuersignal proportional zu einer erforderlichen Winkelbeschleunigung des zweiten Stellgliedkörpers (17) entsprechend dem Drehungswinkel-zu-Zeitprofil ist.
  3. Elektrisches Stellglied (11) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (81) eine Vergleichsstufe (103) aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang (105) zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel, mit einem zweiten elektrischen Eingang (107) zum Empfangen des Bezugssignals, und mit einem elektrischen Ausgang (109) zum Liefern eines Differenzsignals, das proportional zu einer Differenz zwischen dem Signal entsprechend dem gemessenen Dre hungswinkel und dem Bezugssignal ist, wobei das erste Steuerelement weiterhin einen Regler (113) aufweist mit einem elektrischen Eingang (111) zum Empfangen des Differenzsignals und mit einem elektrischen Ausgang (115) zum Liefern des Rückkopplungssteuersignals.
  4. Elektrisches Stellglied (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastmoment ein magnetostatisches Moment ist, das von dem ersten Stellgliedkörper auf den zweiten Stellgliedkörper (17) ausgeübt wird.
  5. Elektrisches Stellglied (11) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (81) einen elektrischen Speicher (125) aufweist mit einem elektrischen Eingang (127) zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel und mit einem elektrischen Ausgang (129) zum Liefern des Signals ent sprechend dem Lastmoment, wobei der Speicher mit einer Tabellenbeziehung zwischen dem Lastmoment und dem Drehungswinkel versehen ist.
  6. Elektrisches Stellglied (11) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (81) einen Störungsbeobachter (187) aufweist zum Berechnen eines Lastmomentes, ausgeübt auf den zweiten Stellgliedkörper (17) auf Basis eines mathematischen Modells des elektrischen Stellgliedes, wobei der Addierer (121) einen dritten elektrischen Eingang (123) aufweist zum Empfangen eines elektrischen Ausgangssignals des Störungsbeobachters entsprechend einem Wert des Lastmomentes, berechnet durch den Störungsbeobachter.
  7. Elektrisches Stellglied (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (81) einen elektrischen Begrenzer (133) aufweist zum Begrenzen des Signals entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment, wenn das genannte Signal einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  8. Elektrisches Stellglied (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerelement (83) einen elektrischen Speicher (135) aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang (137) zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen elektromagnetischen Moment, mit einem zweiten elektrischen Eingang (139) zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel, und mit einem elektrischen Ausgang (141) zum Liefern des Signals entsprechend dem erforderlichen Strom, wobei der Speicher mit einer Tabellenbeziehung zwischen dem elektromagnetischen Moment, dem Drehungswinkel und dem Strom versehen ist.
  9. Elektrisches Stellglied (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (75) eine Vergleichsstufe (143) aufweist mit einem ersten elektrischen Eingang zum Empfangen des Signals entsprechend dem erforderlichen Strom, mit einem zweiten elektrischen Eingang (147) zum Empfangen eines elektrischen Signals, das von einem elektrischen Stromsensor (151) geliefert wird und einem gemessenen Strom durch die Versorgungsmittel (29) entspricht, und mit einem elektrischen Ausgang (149) zum Liefern eines Differenzsignals, das einer Differenz zwischen dem Sig nal entsprechend dem erforderlichen Strom und dem Signal entsprechend dem gemessenen Strom proportional ist, wobei die Steuereinheit weiterhin einen Regler (157) aufweist mit einem elektrischen Eingang (159) zum Empfangen des genannten Differenzsignals und mit einem elektrischen Ausgang (161) zum Liefern eines elektrischen Signals entsprechend einem elektrischen Strom, der den Versorgungsmitteln geliefert wird.
  10. Elektrisches Stellglied (11) nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Störungsbeobachter (187) einen elektrischen Eingang (191) aufweist zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Strom durch die Versorgungsmittel (29), wobei der Störungsbeobachter den Drehungswinkel, eine Winkelgeschwindigkeit des zwei ten Stellgliedkörpers (17) und das Lastmoment auf Basis von drei Zustandsvergleichen für das elektrische Stellglied berechnet.
  11. Elektrisches Stellglied (11) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Störungsbeobachter (187) einen weiteren elektrischen Eingang (193) aufweist zum Empfangen des Signals entsprechend dem gemessenen Drehungswinkel; eine Vergleichsstufe (207) zum Ermitteln einer Abweichung zwischen dem gemessenen Drehungswinkel und dem berechneten Drehungswinkel, und einen Addierer (211) zum Korrigieren des berechneten Drehungswinkels, der berechneten Winkelgeschwindigkeit und des berechneten Lastmomentes durch einen Wert, proportional zu der genannten Abweichung.
  12. Elektrisches Stellglied (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (75) einen elektrischen Begrenzer aufweist zum Begrenzen des Signals entsprechend dem Strom, wenn das genannte Signal einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  13. Drosselvorrichtung zur Verwendung in einem Lufteinlass eines Verbrennungsmotors, wobei diese Drosselvorrichtung die nachfolgenden Elemente aufweist: ein Drosselventilgehäuse (1), einen Luftdurchgang (3), der mit dem Lufteingang verbindbar ist, ein Drosselventil (7), das in dem Drosselventilgehäuse gelagert ist, so dass es in dem Lufteingang schwenkbar ist, und ein elektrisches Stellglied (11) aufweist zum Schwenken des Drosselventils, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Stellglied (11) ein elektrisches Stellglied nach einem der vorstehenden Ansprüche ist.
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