DE19645210A1 - Frictionally-loaded positioning element, such as valve, control method - Google Patents
Frictionally-loaded positioning element, such as valve, control methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Lage eines reibungsbehafteten Stellers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method and a device to regulate the position of a frictional actuator according to the preambles of the independent claims.
Aus der DE 31 37 419 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Ventils beschrieben. Dort wird eine Steuerung vorgeschlagen, die eine feste Zitterfrequenz in den Lageregler einspeist. Die Zitterfrequenz wird als gesteuertes Signal über den Lageregelkreis des Ventilschiebers geführt.DE 31 37 419 A1 describes a control method described a valve. There is a controller suggested that a fixed dither frequency in the Position controller feeds. The dither frequency is called controlled signal via the position control loop of the Valve spool.
Dies hat den Nachteil, daß man in der Wahl der Zitterfrequenz durch den Frequenzgang des Lagereglers beschränkt ist. Weiterhin ist es schwer möglich, einen optimalen Wert für die Zitterfrequenz zu finden, da man die ungünstigsten Systembedingungen berücksichtigen muß und diese in der Regel nicht konstant sind.This has the disadvantage that the choice of Dither frequency due to the frequency response of the position controller is limited. Furthermore, it is difficult to get one to find the optimal value for the dither frequency, since the unfavorable system conditions must take into account and these are usually not constant.
Aus der EP 494 164 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die nachteiligen Einflüsse der Reibung in einem Stellsystem überwunden werden. Dazu wird erfindungsgemäß ein Lageregler verwendet, der nichtlinear ist. Die Nichtlinearität besteht darin, daß die Verstärkung des Lagereglers in Abhängigkeit von der Regelabweichung umgeschaltet wird. Außerdem wird der Stellgröße für den Lageregler ein zusätzlicher Anteil zugegeben. Dieser zusätzliche Anteil wird so groß gewählt, daß die von ihm herrührende Bewegung des Stellsystems gerade so groß ist, daß das Stellsystem sich losreißt, aber noch keine spürbare Bewegung vornimmt. Damit ist von außen die Wirkung der Haftreibung nicht spürbar.A method is known from EP 494 164 B1 in which the adverse influences of friction in an actuating system be overcome. For this purpose, according to the invention, a position controller is used used, which is non-linear. The non-linearity exists in that the gain of the position controller is dependent is switched from the control deviation. In addition, the Control variable for the position controller an additional portion admitted. This additional portion is chosen so large that the movement of the positioning system originating from him is straight is so big that the control system breaks free, but still makes no noticeable movement. So that's the outside Effect of static friction not noticeable.
Nachteilig bei dieser Lösung ist die Tatsache, daß sich ändernde Werte für die Größe der Haftreibung, die durch Temperatur, Betriebsdauer, Alterung usw. auftreten können, nicht berücksichtigt werden, da es sich hier um eine Steuerung handelt. Damit wird es schwierig, über eine längere Zeit zu gewährleisten, daß der zusätzliche Anteil genau die optimale Größe hat. Weiterhin nachteilig ist die Verringerung der Verstärkung des Lagerreglers bei kleinen Regelfehlern. Dadurch wird die Regelgüte negativ beeinflußt.The disadvantage of this solution is the fact that changing values for the amount of stiction caused by Temperature, operating time, aging etc. can occur, not be taken into account as this is a Control acts. This will make it difficult to get over a longer time to ensure that the additional share is exactly the optimal size. Another disadvantage is that Reduce the gain of the storage controller for small ones Control errors. This affects the control quality negatively.
Weiterhin ist aus der DE 40 12 577 (US 5 211 712) ein Regelsystem bekannt, welches die Eigenschaften eines reibungsbehafteten Stellsystems verbessert. Dazu wird ein Zwei-Punkt-Regler verwendet, der die Regelgröße in eine Bewegung umsetzt. Diesem Regler wird eine Hysterese aufgeschaltet. Die Größe der Hysterese ist variabel, und soll die negativen Einflüsse der Reibung verringern. Die Größe der Hysterese und das sich daraus ergebende Maß der Verbesserung der Eigenschaften des Systems müssen experimentell ermittelt werden.Furthermore, from DE 40 12 577 (US 5 211 712) Control system known, which has the properties of a frictional control system improved. To do this, a Two-point controller is used that converts the controlled variable into one Implements movement. This controller becomes a hysteresis activated. The size of the hysteresis is variable, and should reduce the negative influences of friction. The Size of the hysteresis and the resulting measure of Need to improve the properties of the system can be determined experimentally.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß hier ebenfalls einmal ermittelte Werte zur Kompensation von negativen Auswirkungen verwendet werden. Wenn sich die Einflüsse der Reibung auf das System ändern, ist das vorgeschlagene Verfahren nicht selbsttätig in der Lage, dieses zu kompensieren.A disadvantage of this method is that here too once determined values for the compensation of negative Effects are used. If the influences of the Changing friction on the system is the suggested one The process is not able to do this automatically compensate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die negativen Auswirkungen der Haftreibung auf den Regelkreis zu minimieren.The invention is based, the negative Effects of static friction on the control loop minimize.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren können die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Die sich automatisch einstellende Zitterfrequenz nimmt immer ihren besten Wert an, ohne den Lageregelkreis negativ zu beeinflussen.With the device and the method according to the invention can avoid the disadvantages of the prior art will. The automatically setting dither frequency always takes its best value without the position control loop to affect negatively.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 ein detailliertes Blockdiagramm und Fig. 3 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale.The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the drawing. In the drawings Fig. 1 is a block diagram of the apparatus according to the invention, Fig. 2 is a detailed block diagram and FIG. 3 different over time applied signals.
In der Fluid-Technik, wie beispielsweise zur elektrohydraulischen Verstellung von Radial-Kolben-Pumpen, zur Vorschubbewegungen an hydraulischen Werkzeugachsen und zur definierten Pendelbewegungen mit hoher Genauigkeit und Frequenz, benötigt man Steller, die sich über einen weiten Frequenzbereich definiert steuern lassen. Mit diesen Stellern, insbesondere stetig wirkenden Hydraulikventilen mit Längsschiebern, werden Regelkreise aufgebaut, die die geforderte Aufgabe realisieren.In fluid technology, such as electrohydraulic adjustment of radial piston pumps, for feed movements on hydraulic tool axes and for defined pendulum movements with high accuracy and Frequency, you need actuators that extend over a wide range Have the frequency range controlled. With these Actuators, especially continuously acting hydraulic valves with longitudinal slides, control loops are built up that realize the required task.
Zu den Ventilen gehören Elektronik-Baugruppen. Beide Komponenten ergeben ein System, welches regelungstechnisch vom Anwender eingesetzt werden kann. Dazu gibt der Anwender auf das System elektrische Sollwerte und das System reagiert darauf hydraulisch. Diese Umwandlung von elektrischem Sollwert in hydraulischen Istwert geschieht mit einer bestimmten Genauigkeit und Geschwindigkeit. Während es regelungstechnische Konzepte gibt, die Genauigkeit statisch beliebig zu erhöhen, stellt die Erhöhung der Geschwindigkeit, mit der der elektrische Sollwert in einen hydraulischen Istwert umgesetzt wird, hohe Anforderungen an die Auslegung des Systems.The valves include electronic assemblies. Both Components result in a system that is based on control technology can be used by the user. The user gives to the system electrical setpoints and the system reacts then hydraulic. This conversion of electrical Setpoint in hydraulic actual value is done with a certain accuracy and speed. While it control engineering concepts, the accuracy static arbitrarily increase represents the increase in Speed at which the electrical setpoint is converted into one hydraulic actual value is implemented, high demands on the design of the system.
In Fig. 1 sind einzelne Elemente eines solchen Systems dargestellt. Mit 100 ist ein Steller bezeichnet. Dieser Steller umfaßt eine Spule 105 sowie ein bewegliches Element 107, das abhängig von dem durch die Spule fließenden Strom unterschiedliche Lagen einnehmen kann.In Fig. 1, individual elements of such a system are shown. 100 is an actuator. This actuator comprises a coil 105 and a movable element 107 , which can assume different positions depending on the current flowing through the coil.
Der erste Anschluß der Spule 105 steht mit einer Versorgungsspannung Ubat in Verbindung. Der zweite Anschluß der Spule 105 steht über ein Schaltmittel 110 und ein parallel zum ersten Schaltmittel 110 geschaltetes zweites Schaltmittel 115 mit einem Masseanschluß in Verbindung. Durch das erste Schaltmittel 110 fließt der Strom IS. Durch das zweite Schaltmittel 115 fließt der Strom IS'. Die Schaltmittel 110 und 115 können auch als Steuermittel bezeichnet werden. Die Lage des Stellers ist mittels der Steuermittel beeinflußbar.The first connection of the coil 105 is connected to a supply voltage Ubat. The second connection of the coil 105 is connected to a ground connection via a switching means 110 and a second switching means 115 connected in parallel with the first switching means 110 . The current IS flows through the first switching means 110 . The current IS 'flows through the second switching means 115 . The switching means 110 and 115 can also be referred to as control means. The position of the actuator can be influenced by the control means.
Das erste Schaltmittel 110 wird von einer Endstufe 170 mit einem Ansteuersignal A1 beaufschlagt. Die Endstufe 170 wird mit Signalen Ull von einem ersten Regler 160 beaufschlagt. Als Eingangsgröße für den ersten Regler 160 dient das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 130.The first switching means 110 is acted upon by a drive signal A1 from an output stage 170 . The output stage 170 is acted upon by signals Ull from a first controller 160 . The output signal of a node 130 serves as the input variable for the first controller 160 .
Das zweite Schaltmittel 115 wird von einer Endstufe 175 mit einem Ansteuersignal A2 beaufschlagt. Die Endstufe 175 wird mit Signalen von einem zweiten Regler 165 beaufschlagt. Als Eingangsgröße für den zweiten Regler 165 dient das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 135.The second switching means 115 is acted upon by an output signal A2 from an output stage 175 . The output stage 175 is acted upon by signals from a second controller 165 . The output signal of a node 135 serves as the input variable for the second controller 165 .
Mit negativen Vorzeichen liegt am Verknüpfungspunkt 130 das Ausgangssignal ULI eines Sensors 120 und mit positiven Vorzeichen das Ausgangssignal ULS einer Sollwertvorgabe 140. Der Sollwertvorgabe 140 werden Eingangssignale verschiedener Sensoren 150 zugeleitet.The output signal ULI of a sensor 120 is present at node 130 with a negative sign and the output signal ULS of a setpoint specification 140 with a positive sign. Input signals from various sensors 150 are fed to the setpoint specification 140 .
Entsprechend gelangt mit negativen Vorzeichen ein Ausgangssignal eines Sensors 125 zum Verknüpfungspunkt 135. Mit positiven Vorzeichen liegt das Ausgangssignal einer zweiten Sollwertvorgabe 145 ebenfalls am Verknüpfungspunkt 135. Die Sollwertvorgabe 145 bearbeitet Signale verschiedener Sensoren 155. Vorteilhaft ist es, wenn die beiden Sollwertvorgaben 140 und 145 zumindestens teilweise auf die selben Sensoren zugreifen.Accordingly, an output signal from a sensor 125 reaches node 135 with a negative sign. With a positive sign, the output signal of a second setpoint specification 145 is also at node 135 . The setpoint specification 145 processes signals from various sensors 155 . It is advantageous if the two setpoint values 140 and 145 at least partially access the same sensors.
Bei den Sensoren 120 und 125 handelt es sich vorzugsweise um Wegaufnehmer, die ein Signal bereitstellen, das abhängt von der Position des beweglichen Elements 107.The sensors 120 and 125 are preferably displacement sensors that provide a signal that depends on the position of the movable element 107 .
Bei dem Steller 100 handelt es sich vorzugsweise um ein stetig wirkendes Schieberventil, das zur Steuerung von Hydraulikflüssigkeit eingesetzt wird. Dabei wird die Position des beweglichen Elements, das beispielsweise als Magnetventilnadel oder als Magnetventilschieber ausgebildet ist, durch den Stromfluß durch die Spule 105 gesteuert. Die Position der Magnetventilschieber wird von dem Sensor 120 erfaßt und mittels des Reglers 160 auf vorgebbare Sollwerte geregelt. Abhängig von der Regelabweichung steuert die Endstufe 170 das Schaltmittel 110 derart an, daß ein solcher Strom durch die Spule fließt, daß das bewegliche Element 107 die gewünschte Position einnimmt.The actuator 100 is preferably a continuously acting slide valve that is used to control hydraulic fluid. The position of the movable element, which is designed, for example, as a solenoid valve needle or as a solenoid valve slide, is controlled by the current flow through the coil 105 . The position of the solenoid valve slide is detected by the sensor 120 and regulated by means of the controller 160 to predefinable target values. Depending on the control deviation, the output stage 170 controls the switching means 110 in such a way that such a current flows through the coil that the movable element 107 assumes the desired position.
Das Schaltmittel 110 wird von der Endstufe 170 angesteuert. Durch die Spule 105 wird ein bestimmter Strom IS eingestellt, dessen Größe der Steuergröße ULS proportional ist. In Abhängigkeit von ULS und dem dazu proportionalen Strom IS nimmt das bewegliche Element eine zu ULS mehr oder weniger proportionale Stellung ein.The switching means 110 is controlled by the output stage 170 . A specific current IS is set by the coil 105 , the size of which is proportional to the control variable ULS. Depending on ULS and the current IS proportional to it, the movable element assumes a position more or less proportional to ULS.
Das entspricht dem bekannten Prinzip eines Lage Stellers ohne Rückführung und ist relativ ungenau.This corresponds to the well-known principle of a position controller without feedback and is relatively imprecise.
Diese Nachteile werden überwunden, wenn man eine Regelung der Lage des beweglichen Elementes 107 einführt. Dazu wird die tatsächliche Lage des beweglichen Elementes 107 mit dem Sensor 120 gemessen und dieser Wert ULI mit dem vom Sollwertgeber 140 vorgegebenen Wert ULS phasenrichtig verglichen. Dazu dient der Verknüpfungspunkt 130, der auch als Vergleicher bezeichnet werden kann.These disadvantages are overcome by introducing control of the position of the movable element 107 . For this purpose, the actual position of the movable element 107 is measured with the sensor 120 and this value ULI is compared in phase with the value ULS specified by the setpoint generator 140 . Link point 130 serves this purpose, which can also be referred to as a comparator.
Liegt eine Abweichung zwischen beiden Signalen vor, wird das vom Vergleicher 130 gebildete Signal in einem Regler 160 verstärkt und führt über die Endstufe 170 und das Schaltmittel 110 zu einer Änderung des Stromes IS und damit zu einer Änderung der Position des beweglichen Elements 107.If there is a deviation between the two signals, the signal formed by the comparator 130 is amplified in a controller 160 and leads via the output stage 170 and the switching means 110 to a change in the current IS and thus to a change in the position of the movable element 107 .
Hierdurch wird die Abweichung zwischen vorgegebenem Sollwert ULS und gemessenem Istwert ULI verringert. Wenn der Sollwert ULS mit dem Istwert ULI übereinstimmt, liefert der Vergleicher 130 kein Ausgangssignal mehr und der bestehende Zustand wird beibehalten.This reduces the deviation between the specified setpoint ULS and the measured actual value ULI. If the setpoint ULS matches the actual value ULI, the comparator 130 no longer delivers an output signal and the existing state is maintained.
Diese Vorgehensweise wird üblicherweise als Lageregelung bezeichnet. Ausgehend von verschiedenen Signalen 150, gibt die Sollwertvorgabe 140 den Sollwert ULS für die Position des beweglichen Elements 107 vor. Beispielsweise wird bei einem hydraulischen System ein Druck und/oder eine Durchflußmenge einer Flüssigkeit vorgegeben. Ausgehend von diesen Größen gibt die Sollwertvorgabe 140 den Sollwert ULS vor. Es ist aber auch möglich einen gewünschten Wert für die Position des beweglichen Elements unmittelbar vorzugeben.This procedure is usually referred to as position control. Starting from various signals 150 , the setpoint specification 140 specifies the setpoint ULS for the position of the movable element 107 . For example, in a hydraulic system, a pressure and / or a flow rate of a liquid is specified. Based on these variables, the setpoint specification 140 specifies the setpoint ULS. However, it is also possible to directly specify a desired value for the position of the movable element.
Auf die Geschwindigkeit und die Genauigkeit, mit der die Lageregelung stattfindet, hat die Gestaltung des Reglers 160 wesentlichen Einfluß. Zu seiner Auslegung gibt es eine Vielzahl von Verfahren und Prinzipien. Allen gemeinsam ist die Tatsache, daß der Regler als Filter, der insbesondere ein Tiefpaßverhalten aufweist, ausgebildet ist.The design of the controller 160 has a significant influence on the speed and the accuracy with which the position control takes place. There are a variety of methods and principles for its interpretation. Common to all is the fact that the controller is designed as a filter, which in particular has a low-pass behavior.
Dabei kann der Fall eintreten, daß das elektromechanische System aus Spule 105 und beweglichem Element 107 eine höhere Grenzfrequenz hat als der Regler 160 und man aus Stabilitätsgründen dessen Grenzfrequenz nicht weiter erhöhen kann. Dadurch wird der Frequenzgang des gesamten Systems nachteilig beeinflußt, insbesondere wird der Frequenzgang beschnitten.In this case, the case may arise that the electromechanical system consisting of coil 105 and movable element 107 has a higher cut-off frequency than controller 160, and its cut-off frequency cannot be increased further for reasons of stability. This adversely affects the frequency response of the entire system, in particular the frequency response is cut.
Ein wesentlicher Grund, der zu einer niedrigen Grenzfrequenz des Reglers 160 führt, liegt darin, daß man ihn auf zwei sehr unterschiedliche Reaktionsweisen des elektromechanischen Systems gleichzeitig optimieren muß.An important reason that leads to a low cut-off frequency of the controller 160 is that it must be optimized for two very different ways of reacting the electromechanical system at the same time.
Zum einen muß der Fall, daß eine Bewegung des beweglichen Elements 107 aus dem vorherigen Stillstand heraus zu starten ist, regelungstechnisch stabil beherrscht werden. Zum anderen muß der Fall, daß sich das noch in Bewegung befindliche bewegliche Element 107 in eine andere Lage zu verfahren ist, vom Regler 160 mit der geforderten Genauigkeit ausgeregelt werden.On the one hand, the case in which a movement of the movable element 107 has to be started from the previous standstill must be mastered in a stable manner in terms of control technology. On the other hand, the case in which the moving element 107 , which is still in motion, has to be moved into a different position, must be corrected by the controller 160 with the required accuracy.
Der ungünstigere Fall ist das Losbrechen des beweglichen Elements 107 aus seiner Lagerung 200 nach vorherigem Stillstand. Das führt durch den Übergang von Haft- auf Gleitreibung im allgemeinen immer zu einem Ruck. Diese Überreaktion muß der Regler 160 sofort wieder ausregeln. Um diesen Vorgang stabil zu beherrschen, ist eine niedrige Grenzfrequenz des Reglers 160 notwendig. Dies ist für das Gesamtsystem nachteilig.The more unfavorable case is the breaking away of the movable element 107 from its storage 200 after a previous standstill. This generally leads to a jerk due to the transition from static to sliding friction. The controller 160 must immediately correct this overreaction. In order to master this process stably, a low cut-off frequency of the controller 160 is necessary. This is disadvantageous for the overall system.
Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch überwunden, daß der zweite Regler 165 eingeführt wird. Dieser erfindungsgemäße zusätzliche Regler hat die Aufgabe, das bewegliche Element 107 immer im Zustand der Gleitreibung zu halten. Der zweite Sollwert wird so vorgegeben, daß sich der Steller ständig im Zustand der Gleitreibung befindet.According to the invention, this disadvantage is overcome by introducing the second regulator 165 . This additional controller according to the invention has the task of always keeping the movable element 107 in the state of sliding friction. The second setpoint is specified so that the actuator is constantly in the state of sliding friction.
Das System bestehend aus den Komponenten Spule 105, bewegliches Element 107 und Lagerung 200 besitzt Tiefpaßverhalten. Verändert man den Sollwert ULS, benötigt das System eine bestimmte Zeit, um dieser Änderung zu folgen. Wenn die Frequenz der Änderung erhöht wird, kann das System ab einer bestimmten Frequenz der Sollwertvorgabe ULS nur noch sinusförmig folgen. Das heißt auch bei rechteckigen Sollwerten ULS wird der Sensor 120 nur eine sinusförmige Bewegung des beweglichen Elements 107 feststellen. Erhöht man die Frequenz weiter, wird die Amplitude der Bewegung von 107 immer geringer, bis ab einer bestimmten Eingangsfrequenz das mechanische System in Ruhe verbleibt, obwohl der Strom IS der Änderung von ULS folgt. The system consisting of the components coil 105 , movable element 107 and bearing 200 has low-pass behavior. If the setpoint ULS is changed, the system needs a certain time to follow this change. If the frequency of the change is increased, the system can only follow the setpoint specification ULS from a certain frequency in a sinusoidal manner. That means that even with rectangular setpoints ULS, the sensor 120 will only detect a sinusoidal movement of the movable element 107 . If the frequency is increased further, the amplitude of the movement decreases from 107 until the mechanical system remains at rest after a certain input frequency, although the current IS follows the change in ULS.
Der Betriebspunkt, bei dem das bewegliche Element 107 gerade noch sinusförmige Bewegungen durchführt, ist von besonderem Interesse, weil sich hier das bewegliche Element 107 und die Lagerung 200 zueinander genau im Grenzgebiet zwischen Haft- und Gleitreibung befinden und die störenden Auswirkungen auf die an das bewegliche Element 107 angeschlossenen Systeme minimal sind.The operating point at which the movable element 107 is just still carrying out sinusoidal movements is of particular interest because here the movable element 107 and the bearing 200 are located exactly in the border area between static and sliding friction and the disruptive effects on those moving Element 107 connected systems are minimal.
Im allgemeinen wird das angeschlossene System auf diese Bewegungen des beweglichen Elementes 107 nicht mehr reagieren.In general, the connected system will no longer react to these movements of the movable element 107 .
Der erfindungsgemäße zweite Regler mit seinen wesentlichen Komponenten Sollwertgeber 145, Sensor 125 für die Bestimmung der Bewegung des beweglichen Elementes 107, Vergleicher 135, Regler 165, Endstufe 175 und Schaltmittel 115 hat die Aufgabe, das bewegliche Element 107 immer in Pendelbewegungen um die durch den bekannten Lageregler (140, 130, 170 und 110) eingestellte Lage des beweglichen Elementes 107 zu halten, wobei sich bei maximaler rechteckförmiger Anregung des Magneten 105 am beweglichen Element 107 eine sinusförmige oder sinusähnliche Bewegung gleicher Frequenz einstellt, deren Amplitude vorgegeben ist.The second controller according to the invention with its essential components setpoint generator 145 , sensor 125 for determining the movement of the movable element 107 , comparator 135 , controller 165 , output stage 175 and switching means 115 has the task of always moving the movable element 107 in oscillating movements by the known ones Position controller ( 140 , 130 , 170 and 110 ) set position of the movable element 107 to hold, with a maximum rectangular excitation of the magnet 105 on the movable element 107, a sinusoidal or sinusoidal movement of the same frequency occurs, the amplitude of which is predetermined.
Die Frequenz, die sich dabei ergibt, wird vom Regler generiert und in Abhängigkeit der auf das System aus Magnet 105, beweglichem Element 107 und Lagerung 200 einwirkenden Einflüsse und Störfaktoren durch den Regler selbsttätig verändert. Die Form der Anregungsfrequenz auf die Endstufe 175 ist dabei vorzugsweise rechteckförmig. Die Amplitude der Anregungsfrequenz für die Endstufe 175 ist die in der konkreten Ausbildung maximal mögliche. Die Frequenz der Bewegung des beweglichen Elementes 107 ist gleich der rechteckförmigen Anregung durch das Schaltmittel. Die Form dieser Bewegung ist im wesentlichen sinusartig. Die Amplitude dieser Bewegung ist der vom Sollwertgeber 145 vorgegebenen Größe proportional.The frequency that results is generated by the controller and automatically changed by the controller depending on the influences and disturbing factors acting on the system of magnet 105 , movable element 107 and bearing 200 . The shape of the excitation frequency on the output stage 175 is preferably rectangular. The amplitude of the excitation frequency for the output stage 175 is the maximum possible in the specific embodiment. The frequency of the movement of the movable element 107 is equal to the rectangular excitation by the switching means. The shape of this movement is essentially sinusoidal. The amplitude of this movement is proportional to the size specified by the setpoint generator 145 .
Eine mögliche Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Bereits in Fig. 1 dargestellte Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.A possible embodiment is shown in FIG. 2. Elements already shown in FIG. 1 are identified by corresponding reference symbols.
Das Signal des Sensors 125 gelangt über ein abstimmbares Filtermittel 210 zu einem Spitzenwertdetektor 220. Das Ausgangssignal SGI des Spitzenwertdetektors 220 gelangt mit negativem Vorzeichen als Istwert zum Verknüpfungspunkt 135. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 135 liegt das Ausgangssignal SGS der Sollwertvorgabe 145.The signal from the sensor 125 reaches a peak value detector 220 via a tunable filter means 210 . The output signal SGI of the peak value detector 220 arrives at node 135 with a negative sign as the actual value. The output signal SGS of the setpoint specification 145 is present at the second input of the node 135 .
Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes gelangt über den Regler 165 zur Endstufe 175. Der Regler 165 ist als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildet, der ein Signal mit einer, von der Eingangsspannung abhängigen, Frequenz fs erzeugt. Dieses Signal wird ferner dem abstimmbaren Filtermittel 210 zugeleitet.The output signal of the connection point reaches the output stage 175 via the controller 165 . The controller 165 is designed as a voltage-controlled oscillator, which generates a signal with a frequency fs that is dependent on the input voltage. This signal is also fed to the tunable filter means 210 .
Die Endstufe 175 wirkt als Zweipunkt-Regler, die den Magneten rechteckförmig maximal erregt. Das Rechtecksignal wird von dem spannungsgesteuerten Oszillator 165 erzeugt. Dessen Frequenz fs ist eine Funktion der Steuerspannung, die der Vergleicher 135 zur Verfügung stellt. Die Vergleicherspannung wird aus der Differenz des Sollwerts SGS und des Istwert SGI gebildet, der von dem Spitzenwert-Detektor 220 gebildet wird.The output stage 175 acts as a two-point controller, which excites the magnet maximally in a rectangular shape. The square wave signal is generated by the voltage controlled oscillator 165 . Its frequency fs is a function of the control voltage that the comparator 135 provides. The comparator voltage is formed from the difference between the target value SGS and the actual value SGI, which is formed by the peak value detector 220 .
Das Istwert-Signal SGI wird aus der tatsächlichen Bewegung des beweglichen Elements 107 über den Sensor 125 gewonnen. Das Signal aus dem Sensor 125 läuft über das durchstimmbare Filtermittel 210. Dieses Filter 210 wird auf die Frequenz fs abgestimmt, mit der der Oszillator 165 die Endstufe 175 ansteuert. Dies bedeutet, das Filtermittel 210 selektiert periodische Signale, deren Frequenz der Ansteuerfrequenz fs entsprechen. Als Istwert werden daher nur Bewegungen des Elements 107 ausgewertet, die durch das Ansteuersignal des zweiten Reglers 165 verursacht werden.The actual value signal SGI is obtained from the actual movement of the movable element 107 via the sensor 125 . The signal from the sensor 125 runs through the tunable filter means 210 . This filter 210 is tuned to the frequency fs with which the oscillator 165 controls the output stage 175 . This means that the filter means 210 selects periodic signals whose frequency corresponds to the drive frequency fs. Therefore, only movements of the element 107 which are caused by the control signal of the second controller 165 are evaluated as the actual value.
Wird die maximale Schwingungsamplitude als Sollwertsignal des beweglichen Systems verwendet, so ist nach dem abstimmbaren Filter 210 der Spitzenwert-Detektor 220 notwendig. Alternativ können auch andere Signale, die ein Maß für die Amplitude darstellen, als Regelgröße verwendet werden. So kann beispielsweise der Effektivwert des Sensorsignals verwendet werden.If the maximum vibration amplitude is used as the setpoint signal of the movable system, the peak value detector 220 is necessary after the tunable filter 210 . Alternatively, other signals that represent a measure of the amplitude can also be used as the controlled variable. For example, the effective value of the sensor signal can be used.
Die Arbeitsweise der beiden Regler wird anhand der Fig. 3 erläutert. In Fig. 3 ist die Position SL des beweglichen Elements 107 über der Zeit t aufgetragen. Die Position, die der Lageregler einregelt ist mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet.The operation of the two controllers is explained with reference to FIG. 3. In Fig. 3, the position of the movable member 107 SL is plotted over time t. The position that the position controller adjusts is shown with a dashed line.
Der Lageregler 160 veranlaßt zum Zeitpunkt t1 eine Veränderung der Position des beweglichen Elementes 107 von Position SL1 zur Position SL2. Die neue Position wird zum Zeitpunkt t2 erreicht.The position controller 160 causes the position of the movable element 107 to change from position SL1 to position SL2 at time t1. The new position is reached at time t2.
Bis zu dem Zeitpunkt t1 erzwingt der erfindungsgemäße zweite Regler 165 sinusförmige Schwingungen des beweglichen Elementes 107 mit der Amplitude SG und der Frequenz fg1 um die Lage SL1 herum. Ab dem Zeitpunkt t2, wenn die Position SL2 erreicht ist, bewirkt der zweite Regler 165 wiederum sinusförmige Schwingungen des beweglichen Elements 107 um die Position SL2 herum. Aufgrund der neuen Bedingungen besitzt diese Schwingung die Frequenz fg2. Up to the time t1, the second controller 165 according to the invention forces sinusoidal vibrations of the movable element 107 with the amplitude SG and the frequency fg1 around the position SL1. From the time t2, when the position SL2 is reached, the second controller 165 again causes sinusoidal vibrations of the movable element 107 around the position SL2. Due to the new conditions, this vibration has the frequency fg2.
Die Frequenz fg2 und die Frequenz fg1 sind in der Regel unterschiedlich. Die Amplitude SG der vom zweiten Regler 165 erzwungenen Schwingungen ist immer gleich und dem durch den Sollwertgeber 145 vorgegebenen Sollwert proportional.The frequency fg2 and the frequency fg1 are usually different. The amplitude SG of the vibrations forced by the second controller 165 is always the same and is proportional to the setpoint given by the setpoint generator 145 .
Der Regler 165 gibt ein periodisches Signal vor, dessen Frequenz vom Vergleich zwischen dem Istwert und dem Sollwert für die Amplitude der Schwingung des beweglichen Elements 107 abhängt. Der zweite Regler 165 versetzt den Steller ständig in Oszillationen mit einer vorgebbaren Amplitude. Dies bedeutet, der zweite Regler 165 regelt die Amplitude der angeregten Schwingungen durch Verändern der Frequenz fs des Ansteuersignals auf den vorgegebenen Sollwert. Dieser Sollwert wird von der Sollwertvorgabe 145 bereitgestellt. Der Sollwert ist vorzugsweise so gewählt, daß sich das Element 107 gerade noch mit einer gut nachweisbaren Amplitude um die vom Lageregler eingestellte Position schwingt, und diese Bewegung aber keinen Einfluß auf das zu steuernde System besitzt. Vorzugsweise wird als Sollwert eine Amplitude gewählt, die ca. 0,1% bis 0,5% der maximalen möglichen Amplitude des Elements 107 entspricht.The controller 165 specifies a periodic signal, the frequency of which depends on the comparison between the actual value and the target value for the amplitude of the oscillation of the movable element 107 . The second controller 165 constantly sets the actuator in oscillations with a predeterminable amplitude. This means that the second controller 165 regulates the amplitude of the excited vibrations by changing the frequency fs of the control signal to the predetermined target value. This setpoint is provided by setpoint 145 . The setpoint is preferably selected so that the element 107 just swings with an easily detectable amplitude around the position set by the position controller, but this movement has no influence on the system to be controlled. An amplitude is preferably selected as the target value which corresponds to approximately 0.1% to 0.5% of the maximum possible amplitude of element 107 .
Die Frequenz fs wird durch den Regler 165 so eingestellt, daß die Amplitude der Schwingung des Elements 107 ihren Sollwert annimmt. Es stellt sich somit automatisch immer die Frequenz der Zitterschwingung ein, die erforderlich ist um das System in der Gleitreibung zu halten wobei aber keine störenden Schwingungen des Gesamtsystems auftreten.The frequency fs is set by the controller 165 so that the amplitude of the oscillation of the element 107 assumes its target value. The frequency of the trembling is therefore automatically set, which is required to keep the system in sliding friction, but no disturbing vibrations of the overall system occur.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Regelkreise zumindestens teilweise die selben Bauelemente verwenden. So kann vorgesehen sein, daß das Filtermittel 210 das Ausgangssignal des Sensors 120 auswertet. In diesem Fall kann ein Wegsensor eingespart werden. Ferner ist es möglich, daß nur ein Schaltmittel als Steuermittel vorgesehen ist, und die beiden Endstufen das gleiche Schaltmittel ansteuern. Dies führt zur Einsparung eines Schaltmittels. Das Steuermittel ist als ein einziges Schaltmittel oder als zwei parallel geschaltete Schaltmittel ausgebildet wobei es in Reihe zwischen dem Steller und einer Spannungsversorgung geschaltet ist.It is particularly advantageous if the two control loops at least partially use the same components. It can be provided that the filter means 210 evaluates the output signal of the sensor 120 . In this case, a distance sensor can be saved. Furthermore, it is possible that only one switching means is provided as the control means and the two output stages control the same switching means. This leads to the saving of a switching means. The control means is designed as a single switching means or as two switching means connected in parallel, wherein it is connected in series between the actuator and a voltage supply.
Claims (10)
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| DE1996145210 DE19645210A1 (en) | 1996-11-02 | 1996-11-02 | Frictionally-loaded positioning element, such as valve, control method |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1996145210 DE19645210A1 (en) | 1996-11-02 | 1996-11-02 | Frictionally-loaded positioning element, such as valve, control method |
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| DE19645210A1 true DE19645210A1 (en) | 1998-05-07 |
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ID=7810478
Family Applications (1)
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| DE1996145210 Withdrawn DE19645210A1 (en) | 1996-11-02 | 1996-11-02 | Frictionally-loaded positioning element, such as valve, control method |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10234717A1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-19 | Siemens Ag | Controlling actuator in exhaust gas turbocharger, involves applying control signals with duration and in sequence so that actuator adopts effective position between first and second desired positions |
| DE102009004569A1 (en) * | 2009-01-14 | 2010-07-15 | Abb Technology Ag | Method and electronic device for compensating the hysteresis of pneumatically driven valves |
| US8412358B2 (en) | 2009-01-14 | 2013-04-02 | Abb Technology Ag | Method and device for testing drive parameters of an electropneumatic valve for a pneumatic actuating drive |
-
1996
- 1996-11-02 DE DE1996145210 patent/DE19645210A1/en not_active Withdrawn
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