DE3042917A1

DE3042917A1 - Regeleinrichtung fuer das signal eines elektromagnetischen stellwerks, insbesondere bei einer brennkraftmaschine mit selbstzuendung

Info

Publication number: DE3042917A1
Application number: DE19803042917
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7015 Korntal-Münchingen Kubach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1982-07-08
Also published as: JPS57109010A; US4520779A

Description

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31 . 10.1980 Mü/Kn

EOBERT BOSCH GMBH₅ TOOO STUTTGART 1

Regeleinrichtung für das Signal eines elektromagnetischen Stellwerks, instesondere "bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung

Stand der Technik

Bei einem "bestimmten Typ von Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch die Lage einer Regelstange festgelegt. Es ist bekannt, mittels eines Meßwertaufnehmers die Position der Regelctange zu erfassen und einen bestimmenten Wert einzuregeln. Dazu dient ein PID-Regler, mit dem sowohl im statischen als auch im dynamischen Bereich Soll-Ist-Abweichungen ausgeregelt werden,

Im Hinblick auf die immer größer werdenden Anforderungen an die Exaktheit der Kraftstoffzumessung haben sich nun die bekannten Regler als nicht immer optimal erwiesen, vor allem dann, wenn es darum geht, vergleichsweise geringe Regelabweichungen auszuregeln.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß Regeleinrichtung lassen sich auch sehr geringe Regelabweichungen sicher beherrschen, was zu

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äußerst exakten Ergebnissen führt. Dabei hat sich gezeigt, daß der Anwendungsbereich der Erfindung im Grunde genommen nicht beschränkt ist, sondern sie sich überall da einsetzen läßt, wo ein Soll-Ist-Vergleich vorgenommen und die jeweilige Abweichung gegen 0 reduziert werden muß. Dabei wird insbesondere auch an die Lageregelung von beliebigen Hydraulikventilen gedacht.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Regler für die Stellung der Regelstange einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, Figur 2 eine Einzelheit des Reglers von Figur 1 in erweitertem Blockschaltbild, Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines nichtlinearen PD-Reglers, wie er beim Gegenstand von Figur 2 eingesetzt werden kann, und Figur h ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt einen Lageregler für die Reglerstange bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung in grobem Blockschaltbild. Mit 10 ist ein Spannungs-Lage-Wandler bezeichnet, der wiederum in drei Blöcke 11, 12 und 13 unterteilt ist. Sie stehen stellvertretend für die einzelnen physikalischen Vorgänge bei der Umsetzung von Spannung in Weg, bzw. Lage, wobei im Block 11 der Kraftverlauf über der Zeit aufgetragen ist, der im wesentlichen dem fließenden Strom entspricht. Aufgrund der ausgeübten Kraft folgt eine Bewegung, die sich in einer im Block 12 eingetragenen Geschwindigkeit äußert. Daraus resultiert wieder eine im Block 13 angegebene Lageverschiebung. Am Ausgang lh des Spannungs-Lage-Wandlers 10 läßt sich ein Lagesignal ε abgreifen und es gelangt zu einer Soll-Istwert— Vergleichstelle 15· Beispielhaft wird hier der Soll-Wert'

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mittels eines Potentiometers 16 eingestellt. Das Vergleichsignal von der Vergleichstelle 15 gelangt über eine Eingangsklemme 18 zu einem nicht-linearen Regler 19 mit einer .Au-S-gangsklemme 20. Ausgangssignal des nicht-linearen Reglers 19 ist ein Stromsollwert, der in einer nachfolgenden Vergleichstüfe 21 mit einem Istvert vom Ausgang des Blocks 11 im Spannungs-Lage-Wandler 10 abgegriffen wird und der gewünschte Stromsollwert wird in einem bekannten nachfolgenden Regler 22 ausgeregelt und in eine Spannung am Ausgang 23 umgesetzt. Wesentlich ist nun, daß beim Gegenstand von Figur 1 der Regle.! 19 eine nicht-lineare Charakteristik aufweist.

Grobschematisch ist eine Realisierungsmöglichkeit dieses Reglertyps in Figur 2 dargestellt. Kr best «lit im wesentlichen aus drei parallel angeordneten Reglerblöcken 25 ₉ 26 und 27 für eine proportionale, eine integrierende und eine differenzierende Übertragungsfunktion.

Alle drei Blöcke 25 - 27 weisen Pfeile auf, die die Verstellbarkeit ihrer Charakteristik eindeuten sollen. Ihren Ursprung haben diese Pjfeile in einer Schwellwertstufe 28, deren Eingangsgröße sich je nach Stellung des Schalters 29 an den Signalen des Eingangs 18, des Ausgangs 20 oder einer wählbaren Verknüpfung dieser beiden Größen in einer gesonderten Stufe 30 orientiert. Mittels der in Figur 2 dargestellten Einrichtung läßt sich eine vom Eingangssignal der Schwellwertstufe 28 abhängige Einstellung des P-, I- oder des D-Anteils einstellen. Darüber hinaus sind je nach Signalverknüpfung in .der Schwellwertstufe 28 beliebige Variationsmöglichkeiten für die einzelnen Einstellglieder möglich. Insbesondere wird angestrebt, daß bei kleinen Regelabweichungen eine größere Verstärkung vor allem des P-Gliedes 25 auftritt als bei großen Regelabweichungen. Dabei wird deutlich, daß sich die Nichtlinearität beim Gegenstand von Figur 1 bzw. der Figur 2 nicht auf absolute Größen wie z.B. die Lage der Regelstangen bezieht, sondern lediglich auf die jeweilige Regelabweichung.

Die einzelnen Regelstufen 25, 26 und 27 sind auch in ihrem prinzipiellen Aufbau bekannt; das gleiche gilt für die Schwellwert stufe 28. Die jeweilige Dimensionierung hat sich am Einzelfall zu orientieren und kann daher kaum allgemein verbindlich angegeben werden.

Ein Beispiel für einen nicht-linearen PD-Regler mit nichtlinearer Charakteristik zeigt Figur 3. Dort sind im Grunde genommen die in Figur 2 getrennt gezeichnete Blöcke 25, 26 und 28 in einer einzigen Schaltung verwirklicht. Er besteht aus einem in bekannter Weise beschalteten Verstärker 35 mit einem Gegenkopplungswiderstand 36 und vorgeschalteter RC-Kombination 37, 38 und 39· Darüber hinaus findet sich ein 5stufiger Spannungsteiler zwischen zwei Betriebsspannungsanschlüssen 1+0 und 1+1 mit sechs Widerständen 1+2 - 1+7. Während der mittlere Verbindungspunkt, d.h. der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen kk und 1+5 unmittelbar mit dem Ausgang 20 des nicht-linearen Reglers gekoppelt ist, führen von den anderen Verbindungspunkten jeweils sysmetrisch zum Ausgang 20 je eine Diode 1+8 - 51 über zwei Widerstände 52 und 53 zum Minus-Eingang des Verstärkers 35·

Je nach Eingangssignal im Vergleich zu einem Teilersignal am 5stufigen Spannungsteiler wird eine oder werden zwei der Dioden leitend und bestimmen somit das Ausgangssignal am Anschlußpunkt 20. Auf diese Weise wird die gewünschte Hichtlinearität im Sinne der obenbeschriebenen Regelung erreicht.

Abb. 1+ zeigt anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles das neuartige Prinzip des nicht-linearen Reglers. Die nicht-lineare Verstärkung bezieht sich auf die Regelabweichung, nicht auf die konstanten oder relativ langsam Veränderlichen Daten des Regelkreises. Die Ausgänge U ₁ und

65, 66 ^a'

U der beiden Verstärker/Werden über Bewertungswiderstände 62 und 63 zum Ausgangssignal i_g .... addiert. Die Nicht-Linearität mit η Knickpunkten bei Betrag U ₁ - JJ / Cn

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ist im wesentlichen in einem Verstärker 65 enthalten; seine

-V-

stationäre Regelabweichung U .. - U^ „.. ist null, da ein zweiten Verstärker 66 mit Integralverhalten stationäre Regelabweichungen zu Null macht. Bei tiefen Frequenzen besitzt also der untere Verstärker 66 eine weit höhere Verstärkung als der obere Verstärker 65. Auch der untere Verstärker 66 kann parallel zur D-Rückführung 67 (gibt Integral-Verhalten) eine Verstärkungsbegrenzung 68 besitzen, um bei Aussteuerungen U₀-U */" C keine Ver-

3. C- 1*61

zögerungen durch Übersteuerung zu erhalten.

In Serie zu den nicht-linearen Rückführungen TO V. .. V können Integratoren 71 mit Zeitkonstanten T. - T liegen, die abhängig von der Regelabweichung unterschiedliche Differentiations-Zeitkonstanten D (U _Λ "** T, U /dt) erzeugen.

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So kann man sich z.B. an die unterschiedlichen Zeitkonstanten der Stromeinprägung anpassen.

Parallel zu den Eingangswiderständen £θ und ^V können Hetzwerke geschaltet sein, die beim unteren Verstärker 66 D- und beim oberen Verstärker 65 D (D_ mit I-Rückführung)-Verhalten ergeben.

In jedem stationären Arbeitspunkt U _? (t)sstfconst wird also das dynamische (Zeit-)Verhalten weitgehend von U . mit einem

zum Mittelpunkt U . - U _., nicht-linearen P (D)-Verhalten * al ref1

gesteuert.

Wesentlich beim erfindungsgemäßen Gegenstand ist es, daß durch die Trennung in einen linearen I (PID)-Regler und einen nicht-linearen P (PD, PD„)-Regler abhängig von der jeweiligen Regelabweichung eine nicht-lineare Regelcharakteristik realisiert wird, mittels der vorzugsweise bei kleinen Abweichungen aus einem Arbeitspunkt beim P-Glied eine höhere Verstärkung als bei großen Regelabweichungen erzielt werden soll.

Claims

R. 66 77 31.10.1980 Mü/Kn ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1 Ansprüche

1. Regeleinrichtung für die Position eines elektromagnetischen Stellwerks, insbesondere "bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, mit einem Meßwertaufnehmer und wenigstens einer Regelstufe, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Regelstufe eine vom Aus- und/oder Eingangssignal beeinflußte nicht-lineare Charakteristik besitzt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Proportional-Regler bei kleinen Regelabweichungen eine größere Verstärkung vorgesehen ist als bei großen Abweichungen.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem D-Regler die Zeitkonstante der Differenzierung abhängig von der Regelabweichung wählbar ist.

U. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - k, dadurch gekennzeichnet, daß die Nichtlinearität über wenigstens 1 stufige Schwellwertschalter steuerbar ist.

5. Regeleinrichtung "bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße ein Positions-^Drehzahl- oder Lastsignal verarbeitet wird.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem I-Regler (26) die Integrationskonstante abhängig von der Regelabweichung steuerbar ist.