WO1990011557A1 - Elektrischer stellantrieb - Google Patents

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WO1990011557A1
WO1990011557A1 PCT/DE1990/000109 DE9000109W WO9011557A1 WO 1990011557 A1 WO1990011557 A1 WO 1990011557A1 DE 9000109 W DE9000109 W DE 9000109W WO 9011557 A1 WO9011557 A1 WO 9011557A1
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actuator
circuit
arrangement according
control
circuit arrangement
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PCT/DE1990/000109
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Inventor
Klaus Heck
Manfred Mezger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit arrangement with an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim.
  • Electric actuators can be dimensioned so that they are suitable for continuous operation. However, if there are jamming or sluggish actuators, a higher active power is necessary for an adjustment process than is permissible for continuous operation. If operation takes place at nominal voltage, the resulting adjusting force is usually not sufficient for jamming or stiff actuators. If the supply voltage is not the same as the nominal voltage, there is a drop in output in the event of undervoltage and an overload in the event of overvoltage.
  • the electrical circuit arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that high performance data of the actuator are guaranteed even with different supply voltages. Overheating, which can destroy the actuator or the control circuit (output stage), is avoided. By keying the supply voltage, optimal performance data and thus corresponding forces can be achieved on the actuator, so that mostly jamming or stiff actuators can be adjusted without causing unacceptable operating conditions. In the case of different supply voltages, these performance data are retained, since the actuator duty cycle is changed depending on the size of the supply voltage. Duty cycle is understood as the Ratio of pulse duration to pulse period. The duty cycle corresponds to the reciprocal of the duty cycle also known from pulse technology.
  • the actuator assumes its electrical nominal values with an actuator duty cycle of "1" (continuous operation) and an actuator voltage which is less than the largest possible supply voltage. With corresponding, relatively small supply voltages, a duty cycle of "1" is then used, as a result of which the actuator nevertheless preferably at least reaches its nominal values. In the case of larger supply voltages, the actuator is not overloaded due to the reduction in the duty cycle, but nevertheless the corresponding situation-related performance values are present, so that correspondingly high performance data are also available.
  • the actuator is a servomotor, preferably a DC motor.
  • control circuit and the actuator are components of a control circuit for actuator positioning.
  • a control circuit it is provided that it has a first multiplication point, which is supplied with the control differential variable formed from the setpoint and actual value and a supply voltage duty cycle that decreases with increasing supply voltage, and the output signal for the formation of the actuator -Tast ⁇ degrees is used.
  • the Control difference size and on the other hand the supply voltage duty cycle dependent on the size of the supply voltage are used to form the actuator duty cycle.
  • control difference variable can influence the actuator duty cycle.
  • the procedure is preferably such that the actuator duty cycle also increases with a larger control difference size.
  • the result is a particularly quick and vigorous reaction of the actuator.
  • the control difference variable is preferably fed to the first multiplication point via a two-point limiter circuit which determines the sign.
  • the two-point limiter circuit supplies an output signal with the value "0" for small positive or negative control differential values.
  • the two-point limiter circuit supplies an output signal with the value "+1" or "-1".
  • control difference quantity exceeds the positive or negative threshold value
  • sign-corresponding value "+1" or "-1" is supplied to the first multiplication point, so that a sign-corresponding multiplication is carried out at the multiplication point.
  • the supply voltage duty cycle receives a controller difference speaking sign. This information is available at the output of the first multiplication point.
  • a characteristic curve circuit which increases the actuator duty cycle with an increase in the amount of the control difference variable.
  • the "amount of the control difference size" is to be understood as the corresponding sign-independent value. It is therefore achieved by this configuration that the amplitude of the control difference variable influences the actuator duty cycle, the sign determination being carried out via the two-point limiter circuit already described.
  • the procedure is preferably such that between the first multiplication point and the actuator there is a second multiplication point which is supplied as input variables with the output voltages of the first multiplication point and the characteristic circuit and whose output signal represents the actuator duty cycle.
  • the supply voltage duty cycle which is dependent on the size of the supply voltage, is combined with the output signal of the characteristic curve circuit, the size of this output signal being dependent on the magnitude of the control difference size.
  • the circuit arrangement can be dimensioned such that the nominal values of the actuator are exceeded in the case of relatively large actuator duty cycles.
  • the connection between the characteristic curve circuit and the second multiplication point can be interrupted by a time control. It can be done in such a way that the time until the interruption is dependent on the control difference size.
  • a large control difference variable leads to a correspondingly short time until the point of interruption, while a smaller control differential variable permits a correspondingly longer operation of the actuator with a large actuator duty cycle.
  • the time control only re-establishes the interrupted connection after a cooling time has elapsed.
  • This cooling time can depend on the size of the output signal of the characteristic curve circuit. The larger the output signal, the longer the cooling time.
  • the characteristic curve circuit outputs the value "0" at the output. Which reaches the second multiplication point and would lead to a multiplication by the value "0".
  • a constant value preferably "1" is applied via the summing point mentioned and is accordingly passed on to the second multiplication point. If the curve switching at the output has a value of "0" provides a different value, the constant is added to it, and the sum of the second multiplication point is supplied.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a circuit arrangement integrated in a control circuit
  • FIG. 2 shows a diagram relating to a supply voltage duty cycle as a function of the supply voltage
  • FIG. 3 shows a diagram relating to the output voltage of a characteristic curve circuit as a function of the amount of the control differential variable
  • FIG. 4 shows a flow chart which explains a time control connected downstream of the characteristic circuit.
  • the electrical circuit arrangement described below has an actuator 1, which is designed as a DC motor 2.
  • the respective position of the actuator 1 is transmitted to the wiper position of a potentiometer 4 via a transmission path 3, which is only shown schematically.
  • the potentiometer set Value reaches a summation 6 of a control circuit 7 via a line 5 with a negative sign as the actual value U ist .
  • the actuator 1 with its associated control circuit which will be explained in more detail below, is part of the control circuit 7 mentioned, that is, the respective actuator position to be assumed is corrected in accordance with the specification of a setpoint.
  • the setpoint '-soll wi-zd ⁇ m - ⁇ positive sign - also supplied to the mentioned summing point 6.
  • the control difference value U D formed at the summing point 6 reaches a two-point limiter circuit 9 via a line 8. As can be seen from FIG. 1, this has a dead zone, that is to say small positive or negative control difference values lead according to their Characteristic curve for an output signal 10 with the value "0". Provided that the control difference value U D lenwert a certain positive or negative Schwel ⁇ U exceeds the output signal takes sign corresponding to the control difference value U D to the value "+1" or "-1".
  • Output signal 10 of the two-point limiter circuit 9 is fed to a first multiplication point 11.
  • the supply voltage U v (arrow 12) of the actuator is fed to an evaluation circuit 13 which, depending on the supply voltage magnitude, forms a supply voltage pulse rate 14 which is also present as an input signal at the first multiplication point 11.
  • the characteristic curve of the evaluation circuit 13 is shown in FIG. 2.
  • On the ordinate is the supply Voltage duty cycle is plotted, which corresponds to the ratio of pulse duration t e _ n to pulse period T.
  • the supply voltage U v is plotted on the abscissa. It can be seen that with relatively small supply voltages Uy the duty cycle 14 assumes the value "1", that with increasing supply voltages Uy the duty cycle 14 decreases linearly in order to finally - with relatively large supply voltages Uy - assume the duty cycle value 0.25 .
  • This characteristic curve can be stored in a table in a memory or can also be calculated on the basis of an equation.
  • the output signal 15 of the first multiplication point 11 thus consists of the product of the output signal 10 (-1.0, + 1) of the two-point limiter circuit 9 and the supply voltage duty cycle 14 which is dependent on the level of the supply voltage Uv.
  • a line 16 branches off from the line 8 and applies the control difference variable U D to a characteristic circuit 17.
  • the characteristic curve of the characteristic circuit 17, likewise stored in terms of value or determined by a function, is shown in FIG. 3.
  • the output voltage U A is plotted on the ordinate, while the abscissa relates to the amount of the control difference variable U D.
  • An output voltage U A of "0" results for small control difference values U D. With the value U D ⁇ the output voltage assumes the value "1" and with the value U D2 the output voltage U A jumps to the value "2".
  • the output voltage Ua of the characteristic circuit 17 is connected via a break contact S of a time 1 ⁇ ⁇
  • Control 18 with a positive sign is directed to a summing point 19.
  • a constant K is - also with a positive sign - passed to the summing point 19.
  • the constant K has the value "1".
  • the sum formed in the summing point 19 is passed via a line 20 as an input variable to a second multiplication point 21, which - likewise as an input variable - also sends the output signal 15 to the first multiplication point 11.
  • the output signal 22 of the second multiplication point 21 represents an actuator duty cycle 23 with which the supply voltage U v is applied. This supply voltage Uy is accordingly applied to the actuator 1 as the actuator voltage.
  • the output voltage U ⁇ is determined in accordance with the existing conditions. As soon as it takes on a value greater than 0, a selection is made which depends on whether the value is greater than 1 or less than 1. If the output voltage U A is less than 1, but greater than 0, the interrupter contact S remains closed for a time T1. If the output voltage U A is greater than 1, the interrupter contact S remains closed for a shorter time T2. After the corresponding time T1 or T2, the interrupter contact S opens, so that the supply of value to the summing point 19 is omitted. Then only the constant K equal to 1 is transmitted, that is to say that the output signal 15 of the first multiplication point 11 is transmitted unchanged to the actuator 1 via the second multiplication point 21 as an actuator duty factor 23.
  • the time controller 18 provides an increase time TP1 or TP2 (see FIG. 4) before the characteristic circuit 17 can take a new value of the output voltage U A.
  • an essential aspect of the invention is that To control the actuator with an actuator duty cycle, which decreases with increasing supply voltage.
  • This can preferably be done in conjunction with a control circuit, the control difference variable U D being evaluated in terms of its sign by means of the two-point limiter circuit 9 described.
  • the control difference variable U D is also fed to the characteristic curve circuit 17, the output voltage U A of which is present at the summing point 1.
  • a constant is added here.
  • the output value U w (see FIG. 1) is preferably in the range 1 ⁇ U w 3. 3.
  • This output value U w is then multiplied by the supply voltage duty cycle 14 by means of the second multiplication point 21.
  • the multiplication result corresponds to the actuator duty cycle 23.
  • the time controller 14 is added to limit the actuation time of the actuator 1 with a large actuator duty cycle as a function of the control difference variable U D.
  • the proposed duty cycle control has the advantage that the desired performance data can be achieved even with relatively small supply voltages Uy and that no overloads occur with large supply voltages.
  • the described control circuit can be constructed at low cost and correspondingly enlarged performance data are made available on the actuator 1 for a short time in the event of correspondingly large control deviations (control difference size).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit einem elektromagnetisch arbeitenden Stellglied. Sie schlägt zur Erzielung hoher Leistungsdaten unabhängig von der Größe der Versorgungsspannung vor, daß das Stellglied (1) von einer einen Tastbetrieb einer Versorgungsspannung (UV) vornehmenden Ansteuerschaltung betrieben ist, die bei steigender Versorgungsspannung (UV) den Stellglied-Tastgrad (23) verkleinert. Vorzugsweise ist das Stellglied (1) derart dimensioniert, daß es seine elektrischen Nennwerte bei einem Stellglied-Tastgrad (23) von ''1'' und einer Stellgliedspannung kleiner als die größtmöglich auftretende Versorgungsspannung (UV) annimmt.

Description

Elektrischer Stellantrieb
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungs- anordung mit einem elektromagnetisch arbeitenden Stellglied nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Elektrische Stellantriebe können so dimensioniert werden, daß sie für den Dauerbetrieb geeignet sind. Sofern allerdings klemmende oder schvergängige Stell¬ organe vorliegen, ist für einen Verstell organg kurz¬ fristig eine höhere Wirkleistung notwendig, als für den Dauerbetrieb zulässig. Erfolgt ein Betrieb mit Nennspannung, so reicht die daraus resultierende Ver¬ stellkraft bei klemmenden oder schwergängigen Stell¬ organen zumeist nicht aus. Wenn die versorungsspan- nung nicht die Größe der Nennspannung aufweist, stellt sich bei Unterspannung ein Leistungsabfall und bei Überspannung eine Überbelastung ein. Ist der Stellantrieb für einen Kurzzeitbetrieb ausgelegt und darf demgemäß kurzzeitig überlastet werden, so lassen sich zwar relativ große Stellkräfte realisieren, je¬ doch führt ein längerer Betrieb bzw. ein mehrmaliger Kurzzeitbetrieb in zeitlich kurz aufeinanderfolgenden Intervallen zu einer überhit∑ung des beispielsweise als Stellmotor ausgebildeten Stellgliedes. Überdies lassen sich nicht alle in der Praxis vorkommenden Stellaufgaben im Kurzzeitbetrieb bewältigen. Insge¬ samt wird deutlich, daß Probleme auftreten, wenn bei der Vorgabe einer bestimmten Dimensionierung die Ver¬ sorgungsspannung von Fall zu Fall unterschiedliche Werte annehmen kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Schaltungεanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß hohe Leistungsdaten des Stellgliedes auch bei unterschiedlichen Versor¬ gungsspannungen gewährleistet sind. Überhitzungen, die zu einer Zerstörung des Stellgliedes oder aber auch der Ansteuerschaltung (Endstufe) führen können, sind vermieden. Durch den Tastbetrieb der Versorgungsspannung lassen sich situationsent¬ sprechend optimale Leistungsdaten und somit ent¬ sprechende Kräfte am Stellglied erzielen, so daß zu¬ meist auch klemmende oder schwergängige Stellorgane problemlos verstellt werden können, ohne daß es zu unzulässigen Betriebszuständen kommt. Bei unter¬ schiedlichen Versorgungsspannungen bleiben diese Leistungsdaten erhalten, da der Stellglied-Tastgrad in Abhängigkeit von der Größe der Versorgungsspannung verändert wird. Unter Tastgrad versteht man das Ver- hältnis von Impulsdauer zu Impulsperiodendauer. Der Tastgrad entspricht dem Kehrwert des ebenfalls aus der Impulstechnik bekannten Tastverhältnisses.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Stellglied seine elektrischen Nennwerte bei einem Stellglied-Tastgrad von "1" (Dauerbetrieb) und einer Stellgliedspannung annimmt, die kleiner als die größtmöglich auftretende Versorgungsspannung ist. Bei entsprechenden, relativ kleinen Versorgungsspannungen wird dann mit einem Tastgrad von "1" gefahren, wodurch der Stellantrieb dennoch vorzugsweise zumindest seine Nennwerte er¬ reicht. Bei größeren Versorgungsspannungen kommt es aufgrund der Verkleinerung des Tastgrades nicht zu einer Überlastung des Stellantriebes, jedoch dennoch zum Anliegen der entsprechenden situationsbedingten Leistungswerte, so daß gleichfalls entsprechend hohe Leistungsdaten vorliegen.
Insbesondere ist vorgesehen, daß das Stellglied ein Stellmotor, vorzugsweise ein Gleichstrommotor ist.
Hohe Stellgenauigkeiten werden erzielt, wenn die An¬ steuerschaltung und das Stellglied Bestandteile eines Regelkreises für die Stellgliedpositionierung sind.
Bei dem mit Regelkreis versehenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß dieser eine erste Multiplika¬ tionsstelle aufweist, der die aus Soll- und Istwert gebildete Regeldi ferenzgröße und ein sich mit steigender Versorgungsspanunng verkleinernder Ver- sorungsspannungs-Tastgrad zugeführt sind und deren Ausgangssignal für die 3ildung des Stellglied-Tast¬ grades herangezogen ist. Mithin wird zum einen die Regeldifferenzgröße und zum anderen der von der Größe der Versorgungsspannung abhängige Versorgungsspan- nungs-Tastgrad herangezogen, um den Stellglied-Tast¬ grad zu bilden.
Wie bereits ausgeführt, kann die Regeldifferenzgröße Einfluß auf den Stellglied-Tastgrad haben. Vorzugs¬ weise wird dabei so vorgegangen, daß sich mit größerer Regeldifferenzgröße auch der Stellglied- Tastgrad vergrößert. Ein besonders schnelles und auch kräftiges Reagieren des Stellgliedes ist die Folge. Vorzugsweise wird die Regeldifferenzgröße über eine eine Vorzeichenfestlegung vornehmende Zweipunkt-Be¬ grenzerschaltung der ersten Multiplikationsstelle zu¬ geführt. Dabei liefert die Zweipunkt-Begrenzerschal¬ tung für kleine positive oder negative Regeldif¬ ferenzgrößen ein Ausgangssignal mit dem Wert "0". Für eine einen positiven oder negativen Schwellenwert überschreitende Regeldifferenzgröße liefert die Zwei¬ punkt-Begrenzerschaltung ein Ausgangssignal mit dem Wert "+1 " oder "-1". Diese Ausgestaltung führt dazu, daß relativ kleine Regeldifferenzgrößen keinen Ein¬ fluß auf den Stellglied-Tastgrad haben, da an der ersten Multiplikationsstelle eine Multiplikation mit dem Wert "0" erfolgt, so daß das entstehende Aus¬ gangssignal ebenfalls den Wert "0" annimmt. Sofern die Regeldifferenzgröße den positiven oder negativen Schwellenwert überschreitet, wird zu der ersten Mul¬ tiplikationsstelle der vorzeichenentsprechende Wert "+1 " oder "-1 " geliefert, so daß eine vorzeichenent¬ sprechende Multiplikation an der Multiplikations¬ stelle vorgenommen wird. Mithin erhält der ersor- gungsspannungs-Tastgrad ein der Reglerdifferenz ent- sprechendes Vorzeichen. Diese Information liegt an dem Ausgang der ersten Multiplikationsstelle an.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine den Stellglied-Tastgrad mit Vergrößerung des Betrages der Regeldifferenzgröße erhöhende Kennlinienschaltung vorgesehen. Unter "Betrag der Regeldifferenzgröße" ist der entsprechende vorzeichenunabhängige Wert zu verstehen. Mithin wird durch diese Ausgestaltung er¬ reicht, daß die Amplitude der Regeldifferenzgröße Einfluß auf den Stellglied-Tastgrad nimmt, wobei die Vorzeichenbestimmung über die bereits beschriebene Zweipunkt-Begrenzerschaltung erfolgt.
Vorzugsweise ist dabei so vorgegangen, daß zwischen der ersten Multiplikationsstelle und dem Stellglied eine zweite Multiplikationsεtelle liegt, der als Ein¬ gangsgrößen die Ausgangsspannungen der ersten Multi¬ plikationsstelle und der Kennlinienschaltung zuge¬ führt werden und deren Ausgangssignal den Stellglied- Tastgrad darstellt. An dieser zweiten Multiplika¬ tionsstelle wird somit der von der Größe der Versor¬ gungsspannung abhängige Versorungsspannungs-Tastgrad mit dem Ausgangssignal der Kennlinienschaltung zusam¬ mengeführt, wobei die Größe dieses Ausgangssignals vom Betrag der Regeldifferenzgröße abhängig ist.
Nach einer Weiterbildung kann die Schaltungsanordnung derart dimensioniert sein, daß bei relativ großen Stellglied-Tastgraden die Nennwerte des Stellgliedes überschritten werden. Dieses bedeutet, daß zwar sehr große Stellkräfte aufgebracht werden können, jedoch ein Dauerbetrieb aufgrund der sich einstellenden thermischen Probleme nicht möglich ist. Daher ist be- vorzugt vorgesehen, daß die Verbindung zwischen der Kennlinienschaltung und der zweiten Multiplikations¬ stelle durch eine Zeitsteuerung unterbrechbar ist. Dabei kann so vorgegangen sein, daß die Zeit bis zur Unterbrechung von der Regeldifferenzgröße abhängig ist. Eine große Regeldifferenzgröße führt zu einer entsprechend kurzen Zeit bis zum Unterbrechungszeit¬ punkt, während eine kleinere Regeldifferenzgröße einen entsprechend längeren Betrieb des Stellgliedes mit einem großen Stellglied-Tastgrad erlaubt.
Da auch schnell aufeinanderfolgende Kurzzeiteinsätze des Stellgliedes aus thermischen Gründen bei großem Stellglied-Tastgraden vermieden werden müssen, ist - nach einer Weiterbildung der Erfindung - vorgesehen, daß die Zeitsteuerung die unterbrochene Verbindung erst nach Ablauf einer Abkühlzeit wieder herstellt. Diese Abkühlzeit kann von der Größe des Ausgangs¬ signales der Kennlinienschaltung abhängig sein. Je größer das Ausgangssignal, umso länger ist die Ab¬ kühlzeit.
Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, daß in der Ver¬ bindung zwischen der Kennlinienschaltung und der zweiten Multiplikationsstelle eine Summierstelle zur Addition einer Konstanten liegt. Bei relativ kleinen Regeldifferenzgrößen gibt die Kennlinienschaltung am Ausgang den Wert "0" aus. Der zur zweiten Multiplika¬ tionsstelle gelangt und zu einer Multiplikation mit dem Wert "0" führen würde. Um dieses zu verhindern, wird über die genannte Summierstelle ein konstanter Wert, vorzugsweise "1" angelegt und dementsprechend der zweiten Multiplikationsstelle zugeleitet. Sofern die Kennlinienschaltung am Ausgang einen von "0" ver- schiedenen Wert liefert, wird diesem die Konstante hinzuaddiert, und die Summe der zweiten Multiplika- tionsεtelle zugeleitet.
Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer in einen Regel¬ kreis eingebundenen Schaltungsanordnung,
Figur 2 ein Diagramm betreffend einen Versorungs¬ spannungs-Tastgrad in Abhängigkeit von der Versor¬ gungsspannung,
Figur 3 ein Diagramm betreffend die Ausgangεεpan- nung einer Kennlinienschaltung in Abhängigkeit von dem Betrag der Regeldifferεnzgröße und
Figur 4 ein Flußdiagramm, das eine der Kennlinien¬ schaltung nachgeschaltete Zeitsteuerung erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispieleε
Die im folgenden beεchriebene elektrische Schaltungs¬ anordnung weist gemäß Figur 1 ein Stellglied 1 auf, das als Gleichstrommotor 2 ausgebildet ist.
Die jeweilige Position des Stellgliedes 1 wird über eine nur schematisch dargestellte Ubertragungsstrecke 3 auf die Schleiferstellung eines Potentiometers 4 übertragen. Der jeweils eingestellte Potentiometer- wert gelangt über eine Leitung 5 mit negativem Vor¬ zeichen als Istwert Uist zu einer Summierεtεlle 6 eines Regelkreises 7. Demgemäß ist das Stellglied 1 mit seiner zugehörigen, im nachfolgenden noch näher zu erläuternden Ansteuerεchaltung Bestandteil des ge¬ nannten Regelkreises 7, das heißt, die jeweils einzu¬ nehmende Stellgliedposition wird - entsprechend der Vorgabe eines Sollwertes - ausgeregelt. Der Sollwert '-'soll wi-zd ~ m-- ~ positivem Vorzeichen - ebenfalls der genannten Summierstelle 6 zugeleitet.
Die an der Summierstelle 6 gebildete Regeldifferenz¬ größe UD gelangt über eine Leitung 8 zu einer Zwei¬ punkt-Begrenzerschaltung 9. Wie aus der Figur 1 er¬ sichtlich, besitzt diese eine Totzone, das heißt, kleine positive oder negative Regeldifferenzgrößen führen gemäß ihrer Kennlinie zu einem Ausgangsignal 10 mit dem Wert "0". Sofern die Regeldifferenzgröße UD einen bestimmten positiven oder negativen Schwel¬ lenwert U- überschreitet, nimmt das Ausgangssignal vorzeichenentsprechend zur Regeldifferenzgröße UD den Wert "+1 " bzw. "-1" an.
Das .Ausgangssignal 10 der Zweipunkt-Begrenzerschal¬ tung 9 wird einer erεten Multiplikationsstelle 11 zu¬ geleitet. Die Versorgungsεpannung Uv (Pfeil 12) deε Stellantriebes wird einer Auswerteschaltung 13 zuge¬ führt, die in Abhängigkeit von der Versorgungsεpan- nungsgröBe einen Versorgungsspannungs-Taεtgrad 14 bildet, welcher ebenfallε alε Eingangεsignal an der ersten Multiplikationsstelle 11 anliegt.
Die Kennlinie der Auswerteschaltung 13 geht aus der Figur 2 hervor. Auf der Ordinate ist der Verεorgungε- spannungε-Tastgrad aufgetragen, der dem Verhältnis von Impulsdauer te_n zu Impulεperiodendauer T ent¬ spricht. Auf der Abszisse ist die Versorgungsspannung Uv aufgetragen. Es ist ersichtlich, daß bei relativ kleinen Versorungεspannungen Uy der Tastgrad 14 den Wert "1" annimmt, daß mit größerwerdenden Versor¬ gungsspannungen Uy der Tastgrad 14 linear abnimmt, um schließlich - bei relativ großen Versorungsspannungen Uy - den Tastgrad-Wert 0,25 anzunehmen. Diese Kenn¬ linie kann tabellarisch in einem Speicher niederge¬ legt sein oder aber auch unter Zugrundelegung einer Gleichung berechnet werden.
Das Ausgangεsignal 15 der ersten Multiplikations¬ stelle 11 besteht somit aus dem Produkt des Ausgangs¬ signals 10 (-1,0,+1) der Zweipunkt-Begrenzerschaltung 9 und dem von der Höhe der Versorgungsspannng Uv ab¬ hängigen Versorgungsεpannungs-Tastgrad 14.
Von der Leitung 8 zweigt eine Leitung 16 ab, die die Regeldifferenzgröße UD an eine Kennlinienschaltung 17 anlegt. Die ebenfalls wertemäßig abgespeicherte oder durch eine Funktion bestimmte Kennlinie der Kenn¬ linienschaltung 17 ist in der Figur 3 dargestellt. Auf der Ordinate ist die Ausgangsspannung UA aufge¬ tragen, während sich die Abεzisεe auf den Betrag der Regeldifferenzgröße UD bezieht. Für kleine Regeldif¬ ferenzgrößen UD ergibt εich eine Ausgangsspannung UA von "0". Bei dem Wert UDτ nimmt die Ausgangsspannung den Wert "1" an und bei dem Wert UD2 springt die Aus- gangsspannung UA auf den Wert "2".
Die Ausgangsspannung Ua der Kennlinienεchaltung 17 wird über einen Unterbrecherkontakt S einer Zeit- 1 ι π
Steuerung 18 mit positivem Vorzeichen auf eine Sum¬ mierstelle 19 geleitet. Eine Konstante K wird - eben¬ falls mit poεitivem Vorzeichen - zur Summierεtelle 19 geleitet. Die Konstante K besitzt den Wert "1". Die in der Summierstelle 19 gebildete Summe wird über eine Leitung 20 als Eingangsgröße auf eine zweite Multiplikationsstelle 21 gegeben, der - ebenfalls als Eingangsgröße - auch das Ausgangssignal 15 der ersten Multiplikationsstelle 11 zugeleitet wird. Das Aus¬ gangssignal 22 der zweiten Multiplikationsstelle 21 stellt ein Stellglied-Tastgrad 23 dar, mit dem die Versorungεspannung Uv beaufschlagt wird. Diese Ver- εorungsspannung Uy liegt demgemäß am Stellglied 1 als Stellgliedspannung an.
Die Dimensionierung ist nun so vorgenommen, daß bei normal hoher Versorgungsspannung Uy das alε Ausgangs¬ signal 15 vorliegende Tastgradverhältnis bei großen Regeldifferenzgrößen zu einer zu großen Dauerverlust¬ leistung im Hinblick auf die beschriebene Endstufe und/oder das Stellglied 1 führt. Demzufolge muß die Ansteuerzeit bei dem daraus resultierenden, relativ großen Tastgradverhältnis begrenzt werden. Hierfür ist die bereits genannte Zeitsteuerung 18 vorgesehen.
Die Funktionsweise der Zeitεteuerung 18 geht auε dem Flußdiagramm der Figur 4 hervor. Zunächst wird - nach dem Start - entsprechend den vorliegenden Verhältnis¬ sen die Ausgangsspannung U^ ermittelt. Sobald diese einen Wert größer ,0 annimmt, erfolgt eine Auswahl, welche davon abhängt, ob der Wert größer als 1 oder kleiner als 1 ist. Ist die Ausgangsspannung UA kleiner als 1, jedoch größer als 0, so bleibt der Unterbrecherkontakt S für eine Zeit Tl geschlossen. Ist die Ausgangεspannung UA größer als 1 , so bleibt der Unterbrecherkontakt S für eine kürzere Zeit T2 geschlossen. Nach Ablauf der entsprechenden Zeit T1 oder T2 öffnet der Unterbrecherkontakt S, so daß die Wertzuführung zur Summierstelle 19 unterbleibt. Es wird dann lediglich die Konstante K gleich 1 über¬ tragen, daß heißt, das Ausgangsssignal 15 der ersten Multiplikationsstelle 11 wird über die zweite Multi¬ plikationsstelle 21 unverändert als Stellglied-Tast¬ grad 23 zum Stellglied 1 übertragen.
Hieraus wird deutlich, daß in der Zeit, während der der Unterbrecherkontakt S geschlosεen ist, zu dem Wert UA die Konstante K addiert und die so gebildete Summe über die Leitung 20 zur zweiten Multiplika¬ tionsstelle 21 geleitet wird. Da die Summe größer als 1 ist, erfolgt durch die Multiplikation an der zweiten Multiplikationsstelle 21 eine entsprechende Vergrößerung des Ausgangssignal 22, das heißt, in Ab¬ hängigkeit von der Reglerdifferenzgröße UD erfolgt eine Vergrößerung des Stellglied-Tastgrades 23. Dieses vergrößerte Tastgradverhältnis steht jedoch aufgrund der Zeitsteuerung 18 nur begrenzt, nämlich entweder für die Zeit Tl oder für die Zeit T2 zur Verfügung.
Um nach Ablauf der Zeit Tl bzw. T2 eine Abkühlphase zu ermöglichen, sieht die Zeitsteuerung 18 eine Er- hohlungεzeit TP1 bzw. TP2 (vergleiche Figur 4) vor, bevor der Kennlinienεchaltung 17 ein neuer Wert der Ausgangsspannung UA entnommen werden kann.
Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß ein wesent¬ licher Gesichtspunkt der Erfindung darin besteht, das Stellglied mit einem Stellglied-Tastgrad anzusteuern, der sich mit steigender Versorgungsspannung ver¬ kleinert. Dieses kann vorzugsweise im Verbund mit einem Regelkreis geschehen, wobei die Regeldifferenz¬ größe UD hinsichtlich ihres Vorzeichens mittels der beschriebenen Zweipunkt-Begrenzerschaltung 9 auεge- wertet wird. Nach einer zuεätzlichen Variante wird die Regeldifferenzgröße UD ferner der Kennlinien¬ schaltung 17 zugeführt, deren Ausgangsspannung UA an der Summierstelle 1 anliegt. Hier wird eine Kon¬ stante hinzuaddiert. Der Ausgangswert Uw (vergl. Figur 1 ) liegt vorzugsweise im Bereich 1 < Uw ≤ 3. Dieser Ausgangεwert Uw wird dann mittelε der zweiten Multiplikationεstelle 21 mit dem Versorgungεspan- nungs-Tastgrad 14 multipliziert. Das Multiplikations- ergebniε entspricht dem Stellglied-Tastgrad 23. Alε mögliche weitere Maßnahme tritt dann noch die Zeit¬ steuerung 14 hinzu, um die mit großem Stellglied- Tastgrad erfolgende Ansteuerzeit des Stellgliedes 1 in Abhängigkeit von der Regeldifferenzgröße UD zeit¬ lich zu begrenzen.
Die vorgeschlagene Tastgradverhältnis-Ansteuerung hat den Vorteil, daß auch bei relativ kleinen Versor¬ gungsspannungen Uy die angestrebten Leistungsdaten erzielt werden und daß bei großen Versorgungεspan- nungen keine Überlastungen eintreten. Die be¬ schriebene Ansteuerεchaltung ist koεtengünstig auf¬ baubar und es werden entsprechend vergrößerte Leistungsdaten am Stellglied 1 kurzzeitig im Falle entsprechend großer Regelabweichungen (Regeldif¬ ferenzgröße) zur Verfügung gestellt.

Claims

Ansorüche
1. Elektrische Schaltungsanordnung mit einem elektro¬ magnetisch arbeitenden Stellglied, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Stellglied ( 1 ) von einer einen Tastbetrieb einer Versorgungsεpannung (Uv) vornehmenden Ansteuerschaltung betrieben ist, die den Stellglied-Tastgrad (23) mit steigender Ver¬ sorgungsspannung (Uy) verkleinert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Stellglied (l) derart dimensioniert ist, daß es seine elektrischen Nennwerte bei einem Stellglied-Tastgrad (23) von "1" und einer Stellgliedspannung kleiner als die größtmöglich auftretende Versorgungsspannung (Uy) annimmt.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, .d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß das Stellglied (1 ) ein Stellmotor, vor¬ zugsweise ein Gleichstrommotor (2) ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Ansteuerschaltung und das Stellglied (1 ) Bestandteile eineε Regelkreiεes (7) für die Stellgliedpoεitionierung sind.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß der Regelkreis (7) eine erste Multipli¬ kationsstelle (11 ) aufweist, der die aus Soll- und Istwert gebildete RegeldifferenzgröBe ( UD) und ein sich mit steigender Versorgungsspannung (Uy) ver- kleinender Versorgungsspannungs-Tastgrad (14) zuge¬ führt sind und deren Ausgangssignal (15) für die Bil¬ dung des Stellglied-Tastgradeε (23) herangezogen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Regeldifferenzgröße (UD) über eine eine Vorzeichen estlegung vornehmende Zweipunkt- Begrenzerschaltung (9) der ersten Multiplikations¬ stelle (11 ) zugeführt wird.
7. Schaltungεanordnung nach einem der vorhergehenden Anεprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Zweipunkt-Begrenzerschaltung (9) für kleine positive oder negative Regeldifferenzgrößen (UD) ein Ausgangssignal (10) mit dem Wert "0" liefert.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Zweipunkt-Begrenzerschaltung (9) für eine einen positiven oder negativen Schwellenwert ( U~) überschreitende Regeldifferenzgröße (UD) ein Ausgangssignal mit dem Wert "+i " oder "-1" liefert.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine den Stellglied-Tastgrad (23) mit Vergrößerung des Betrages der RegeldifferenzgröBe (UD) erhöhende Kennlinienschaltung (17).
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß zwischen der ersten Multiplikationsstelle (11) und dem Stellglied ( 1 ) eine zweite Multiplika¬ tionsstelle (21) liegt, der als Eingangsgrößen die Ausgangsspannungen der ersten Multiplikationsstelle (11) und der Kennlinienschaltung (17) zugeführt wer¬ den und deren Ausgangssignal (22) den Stellglied- Tastgrad (23) darstellt.
11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Verbindung zwischen der Kennlinien¬ schaltung (17) und der zweiten Multiplikationsstelle (21 ) durch eine Zeitsteuerung (18) unterbrechbar ist.
12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß der von der Zeitsteuerung (18) vorge¬ gebene Zeitraum bis zur Unterbrechung von der Regel¬ differenzgröße (UQ) abhängig ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Zeitsteuerung (18) die unterbrochene Verbindung erst nach Ablauf einer Abkühlzeit (TP1,TP2) wieder herstellt.
14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß in der Verbindung zwischen der Kenn¬ linienschaltung (17) und der zweiten Multiplikations¬ stelle (21) eine Summierstelle (19) zur Addition einer Konεtanten (K) liegt.
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