DE3106479A1

DE3106479A1 - Verfahren und anordnung zum regeln einer wegstrecke in abhaengigkeit von einer variablen fuehrungsgroesse

Info

Publication number: DE3106479A1
Application number: DE19813106479
Authority: DE
Inventors: Eckehard Schmitz
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1981-02-21
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1982-09-09
Also published as: FR2500652A1; FR2500652B3; US4486688A; JPS57155619A; DE3106479C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren, bei dem eine von einem druckempfindlichen Stellgerät vorgegebene Wegstrecke als Regelgröße und eine variable Führungsgröße in Form elektrisch abgebildeter Eingangssignale einem zu einem Regler gehörigen Komparator zugeführt werden, dar das Stellgerät im Sinne einer gegenseitigen Anpassung der Eingangseignale ansteuert. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Durchführen dieses Verfahrens mit einem mit verschiedenen Druckniveaus zu beaufschlagenden druckempfindlichen Stellgerät, mit einem elektrischen Weggeber zum Umwandeln des Wegs tr ecken-* Ausgangssignale des Stellgerätes in eine Regelgröße in Form eines elektrischen Eingangssignals und mit einem das Stellgerät druckbeaufechlageno ansteuernden Regler dessem Komparator die Regelgröße und eine variable Führungsgröße als elektrische Eingangesignale eingegeben werden.

Die Hartmann & Braun-Druckschrift ·Programminformation', April 1977, Seite 49/ Bild 6, beschreibt einen elektropneuiaatischen Stellungsregler mit der Bezeichnung ¹TZIS*, der eine Führungsgröße in Form eines variablen elektrischen Eingangssignals in aine proportionale Wegstrecke bzw. in einen proportionalen öffnungsquerschnitt eines Ventils umformt. Der Stellungsregler besteht im wesentlichen aus einem Weggeber, einem Differenzverstärker, einem Strom/Druck-Umformer mit einem nachgeschalteten Druckverstärker und einem druckempfindlichen Stellgerät., das den Ventilquerschnitt steuert. Dein Differenzverstärker wird einerseitseine eingangsstromproportionaIe Spannung und andererseits vom Weggeber eine der momentanen Ventilstellung entsprechende

Spannung zugeführt. Das Ausgangesignal des dem Differenzverstärker nachgeschalteten Strom/Druck-Umformers wird durch den Druckverstärker in ein zur Ansteuerung des Stellgerätes geeignetes Drucksignal umgewandelt. Bei diesem Gerät ist es nachteilig, daß die Stabilität des Regelkreises durch das dynamische Verhalten der Kegelstrecke bestimmt wird. Deshalb ist eine individuelle Abstimmung des Seglers auf die Regelstrecke erforderlich. Eine Anwendung bei anderen Regelstrecken ist demnach vielfach nicht unmittelbar möglich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Anordnung der im Oberbegriff genannten Art so zu gestalten, daß sich unter Vermeidung der Nachteile des bekannten Gerätes bei einfacher sowie preiswerter Durchführung und Ausbildung unabhängig vom Ubergangsverhalten einer Regelstrecke ein stabiler Regelvorgang erzielen läßt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Regelverfahren der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Komparator3 das Stellglied über Ventile mit jeweils einer von wenigstens zwei Druckquellen unterschiedlichen Druckniveaus richtungsweisend beaufschlagt wird, wenn gleichzeitig ein Freigabesignal vorliegt, daß die absolute Signaldifferenz der Eingangssignale erfaßt wird, dafl aus der absoluten Signaldifferenz zur Grobregelung ein Freigabesignal so lange erzeugt wird, wie dies· Signaldifferenz grosser als eine erste vorgegebene, große Signalschwelle und nach Unterschreiten derselben noch größer als eine einer zulässigen Regelabweichung entsprechenden zweiten vorgegebenen, kleinen Sig-

nalschwelle ist, und daß dann, wenn die absolute Signaldifferenz wieder größer als die zweite Signalschwelle wird, erst nach Ablauf einer dem Ausschwingverhalten der Regelstrecke angepaßten, definierten Pausenzeit zur Feinregulierung ein Freigabesignal mit einer von der Größe der absoluten Signaldifferenz abhängigen Zeitdauer erzeugt wird. Demnach wird das Stellgerät bei einem ausreichend großen Unterschied zwischen den elektrischen Eingangssignalen, also beispielsweise bei einem größeren Sprung der Führungsgröße, so lange im richtigen Verstellsinne angesteuert, bis eine zulässige Regelabweichung der elektrischen Eingangssignale erreicht ist. Dieser Grobregelung schließt sich eine Feinregelung dann an, wenn die zulässige Regelabweichung durch entsprechendes Uberachwingen der Regelgröße wieder überschritten wird. Dieser Vorgang lÖ3t den Beginn einer das Ausschwingverhalten der Regelstrecke berücksichtigenden Pausenzeit aus, bei deren Ablauf ein feinregelndes Freigabesignal erzeugt wird. Die Zeitdauer dieses Freigabesignals ist von der bei Ablauf der Pausenzeit vorliegenden Größe der tatsächlichen Regelabweichung abhängig. Demnach kann innerhalb der Pausenzeit ein Ausschwingen der Regelstrecke erfolgen, ohne daß ein Eingreifen des Reglers erfolgt, was zu einem instabilen Gesamtverhalten führen könnte. Erst nach Ablauf der Pausenzeit wird die Größe der tatsächlichen Regelabweichung festgestellt und zum Erzeugen eines feinregelnden Freigabesignals entsprechender Zeitdauer herangezogen. Während demnach das feinregelnde Freigabesignal stets erst nach Ablauf der Pausenzeit erzeugt werden kann, ist es innerhalb der Pausenzeit beispielsweise im Falle eines erneuten ausreichend großen Sprungs der Führungsgröße ständig möglich, daß wieder eine Grobregelung bis zum Unterschreiten einer zulässigen Regel-

abweichung stattfindet. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt wegen der Pausenzelt zwischen der Grobregelung und der Feinregelung keine besondere Anpassung des Reglers an die Regelstrecke voraus, wobei es jedoch zweckmäßig let, daß sich die Regelstrecke nach der Grobregelung innerhalb der Pausenzeit im wesentlichen weitgehend ausschwingen kann. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist demnach bei großer Einfachheit ausgesprochen leicht und vielseitig einsetzbar.

Es ist ferner bevorzugt, daß die Größe der Zeitdauer des Freigabesignals zur Feinregelung proportional zur Größe der absoluten Signaldifferenz gemacht wird. Abgesehen davon, daß auch andere Abhängigkeiten gewählt werden könnten, führt eine solche Proportioncilität in Verbindung mit einer Ansteuerung von Elektromagnetventilen zu einem optimalen Regelungsvorgang. Je größer die absolute Signaldifferenz bei Ablauf der Pausenzeit ist, umso größer sollte auch die Zeitdauer des feinregelnden Freigabesignals sein, damit ein schnelles Unterschreiten der zulässigen Regelabweichung gewährleistet ist.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, daß das Freigabesignal zur Feinregelung unterdrückt wird, wenn die absolute Signaldifferenz am Ende der Pausenzeit wieder kleiner als die zweite Signalschwelle ist. im Falle einer ausreichend langen Pausenzeit 1st diese Maßnahme vorteilhaft, da die Regelgröße bereits innerhalb der zulässigen Regelabweichung liegt und keine zusätzliche Feinregelung mehe erforderlich ist. Eine solche könnte anderenfalls dazu führen, daß die gerade noch innerhalb der zulässigen Regelabweichung liegende Regelgröße aus der zulässigen Regelabweichung herauswandert und somit eine In-

_ ₁₀ -

Stabilität begründet wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ferner eine Anordnung der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß aus durch zwei das druckempfindliche Stellgerät mit zwei Druckquellen unterschiedlichen Druckniveaus verbindende, durch entsprechende Regleransteuerung wechselseitig zu öffnende Elektromagnet-Ventile, durch einen Richtungsgeber mit die Elektromagnetventile ansteuernden ersten undjzweiten Und-Gattern, deren erste Eingänge im einen Fall über einen Inverter sowie im anderen Fall direkt mit dem Ausgang des Komparators verbunden sind und deren zweite Eingänge gemeinsam an einen Freigabesignal-Erzeuger angeschlossen sind, durch eine mit den elektrischen Eingangssignalen beaufschlagte Differenzbetragsschaltung, durch einen an deren Ausgang angeschlossenen, ausgangsseitig mit den zweiten Eingängen der ersten sowie zweiten Und-Gatter verbundenen und zum Erzeugen eines Freigabesignals dienenden Hystereseschalter:.mit: einer ersten großen Einschalt-Signalschwelle und einer zweiten kleinen Aubschalt-Signalschwelle, durch einen elngangsseltlg einerseits mit der kleinen Signalschwelle beaufschlagten und andererseits mit dem Ausgang der Differenzbetragsschaltung verbundenen weiteren Komparator, durch ein mit dessen Ausgang verbundenes Pausen-Zeitglied zum Erzeugen eines Pausensignals, das bei steigender absoluter Signaldifferenz der Differenzbetragsschaltung ab Gleichheit mit der kleinen Signalschwelle beginnt und nach Beendigung ein Freigabe-Zeitglied zum Erzeugen eines Freigabesignals ansteuert, dessen Zeitdauer von der Augenblicksgröße der absoluten Signaldifferenz abhängt. Eine derartige Anordnung erlaubt mit relativ einfachen Mitteln eine betriebssichere Durchführung des erfin-

dungsgemäßen Verfahrens. Der Richtungsgeber wird durch die gegenseitige Abweichung zwischen der Regelgröße und der Führungsgröße im richtigen Verstellsinne vorbereitet und schließlich bei der
Grobregelung sowie bei der Feinregelung durch ein entsprechendes Freigabesignal freigegeben. Die Differenzbetragsschaltung und
der Hystereseschalter sorgen für das Erzeugen eines Freigabesignale für die Grobregelung. Der weitere Komparator und das Pausen-Zeitglied sorgen in Verbindung mit der Differenzbetrageschaltung sowie dem Freigabe-Zeitglied für das Erzeugen eines feinregelnden, zeitlich variablen Freigabesignals nach Ablauf einer bestimmten
Pausenzeit* Alle Einzelteile einer derartigen Anordnung sind für sich genommen einfach, preiswert sowie betriebssicher und insgesamt in einer sehr übersichtlichen Weise zusammengeschaltet. Unabhängig von der Größe und dem Vorzeichen einer Veränderung der
Führungsgröfie kann die Regelgröße ohne Stabilitätsprobleme und
ohne Anpassung des Reglers an die Regelstrecke schnell und stabil nachgeführt werden.

In weiterer Ausgestaltung sind eine an den Ausgang der Differenzbetrageschaltung angeschlossene Sample & Hold-Schaltung, eine
mit deren Ausgang verbundene spannungsgesteuerte raonostabile
Kippstufe als Freigabe-Zeitglied und Steuerverbindungen der Auslöseeingänge dieser beiden Mittel mit einem nach Beendigung des
Pausensignals auslösenden Ausgang des als monostabile Kippstufe
ausgebildeten Pausen-Zeitgliedes vorhanden. Demnach wird die bei Beendigung der Pausenzeit anliegende absolute Signaldifferenz
gespeichert und dann in einfacher Weise mittels der spannungsgesteuerten monostabilen Kippstufe in ein zeitproportionales Freigabesignal umgewandelt. In diesem Zusammenhang kann es zweckmäs-

sig sein, ein einerseits den Ausgang des Pausen-Zeitgliedes und andererseits den Ausgang des weiteren Komparators mit dem Auslöseeingang des Freigabe-Zeitgliedes verbindendes Oder-Gatter vorzusehen. Dadurch kann sichergestellt werden, daß das Freigabe-Zeitglied nur dann ausgelöst wird und ein Freigabesignal erzeugt, wenn die absolute Signaldifferenz der elektrischen EingangsSigna-Ie zum Zeitpunkt der Beendigung des Pausensignals noch oder wieder größer als die zulässige Regelabweichung ist. Wenn bei Abiauf der Pausenzeit die zulässige Regelabweichung unterschritten ist, vermag das Ausgangssignal des Pausen-Zeitgliedes nicht das Freigabe-Zeitglied auszulösen, so daß in diesem Fall das Freigabesignal unterdrückt wird. Hierdurch wird die Stabilität dee Regelungsvorgangs verbessert.

In weiterer Ausgestaltung ist ein drittes Und-Gatter vorgesehen, des»em ersten Eingang das Freigabesignal des Freigabe-Seitgliedes sowie dessem zweiten Eingang ein dem Pausensignal entsprechendes Sperrsignal des Pausen-Zeitgliedes zugeführt werden und dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des Hystereseschalters über ein Oder-Gatter mit den zweiten Eingängen der ersten und zweiten Und-Gatter verbunden ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß nach dem Starten des Pausen-Zeitgliedes innerhalb der Pausenzeit in keinem Falle ein feinregelndes Freigabesignal zu dem Richtungsgeber gelangen kann, und zwar unabhängig davon, was während der Pausenzeit bezüglich der absoluten Signaldifferenz und dem Ausgangesignal des zweiten Komparator« geschieht. Grundeätxlich könnte das Freigabe-Zeitglied während der Pausenzeit vom Ausgang des weiteren Komparators über das Oder-Gatter mehrfach angesteuert werden, wobei jedoch das ausgangsseitige Signal des

Freigabe-Zeitgliedes nicht über das gesperrte dritte Und-Gatter gelangen kann. Es handelt sich hierbei somit um eine Sicherheitsmaßnahme zum Unterdrücken von Störungen während der Fausenzeit.

Eine bevorzugte praktische Ausführungsform zeichnet sich ferner durch je ein den Elektromagnetventilen parallelgeschaltetes weiteres Elektromagnetventil mit vergleichsweise großem Öffnungsquer schnitt und durch einen diese wechselseitig ansteuernden weiteren Richtungsgeber aus, dessen Eingänge mit den Eingängen des ihm entsprechenden Richtungsgebers verbunden sind und der mit den zweiten Eingängen" seine Und-Gatter an den Ausgang des Hystereseschalters angeschlossen ist. Demnach sorgen die beiden Richtungsgeber wahrend der Grobragelung für ein gleichzeitiges Ansteuern der jeweils parallelgeschalteten Elektromagnetventile. Bei der Feinregelung wird dagegen das diesbezügliche Freigabesignal vom Freigabe-Zeitglied nur einem der Richtungsgeber zugeführt, so daß die Elektromagnetventile mit großem Öffnungsquerschnitt geschlossen bleiben.

Bei einer praktischen Ausführungsform wird ein druckempfindliches Stellgerät mit einer Membrandose benutzt, deren federbelastete, als Stellglied dienende Membran einen belüfteten Raum an einer Membranseite von einer über die Elektromagnetventile mit den Druckquellen zu verbindenden Arbeitskammer an der anderen Membranseite trennt. Ein derartiges an sich bekanntes Stellgerät arbeitet zuverlässig, schnell, genau und mit ausreichender Stellkraft.

In weiterer Ausgestaltung zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung durch ein zwischen einem in bezug auf wenigstens eine

Fahrzeugachse beweglich gelagerten Fahrzeugaufbau sowie einem Fahrzeugscheinwerfer angreifendes druckempfindliches Stellgerät mit einem dessen Verstellweg in ein als Regelgröße dienendes elektrisches Eingangssignal umwandelnden ersten elektrischen Weggeber und durch einen die Lagebeziehung des Fahrzeugaufbaues zu der Fahrzeugachse in eine Führungsgröße ..in Form eines elektrischen Eingangssignals umwandelnden zweiten elektrischen Weggeber aus. Vorzugsweise wird dabei ein zweiter elektrischer weggeber mit einem am Fahrzeugaufbau befestigten Potentiometer benutzt, dessen beweglicher Abgriff mechanisch mit der Fahrzeugachse und elektrisch mit dem Regler verbunden ist. Diese Anordnung ermöglicht eine ausgesprochen wirksame Nachregelung der Scheinwerfer-Ausrichtung, indem die bei Einfederungen des Fahrzeugaufbaues auftretenden Bewegungen schnell und in stabiler Weise kompensiert werden. Oa hierbei die Führungsgröß· schnellen und großen Änderungen unterliegt, ist ein besonders stabiles Betriebsverhalten erforderlich. Bei schnellen Stößen und demnach schnellen Bewegungen des Fahrzeugaufbaues erfolgen wiederholt Grobregelungsvorgänge, an die sich jeweils nach Ablauf einer Pausenzeit Feinregelungsvorgänge anschließen können.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - in einem schematischen Blockschaltbild eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - ein Diagramm zum Eriäutern der auftretenden Regelungsvorgänge und

Figur 3 - ein Anwendungsbeispiel für das Verfahren und die Anord-

nving nach der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit der Positionsregelung eines Fahrzeug-Scheinwerfers.

Gemäß Figur 1 besitzt ein druckempfindliches Stellgerät 1 eine Membrandose, deren federbelastete Membran eine belüftete Kammer an einer Membranseite von einer Arbeitskammer an der anderen Membran.äeite trennt. Die Membran ist mit einer Betätigungsstange verbanden und stellt das Stellglied zum Vorgeben einer Wegstrecke S dar. Die Arbeitskammer der Membrandose kann einerseits über ein Elektromagnetventil 3 kleinen Öffnungsquerschnitts sowie ein pa~ rallalgeschaltetee Elektromagnetventil 5 großen Öffnungsquerschnittes belüftet und andererseits über ein Elektromagnetventil 4 kleinen Strömungsquerschnitts sowie ein parallelgeschaltetes Elektromagnetventil 6 großen Öffnungsquerschnitts mit einer Unterdruckquelle 2 verbunden werden. Die mit der Membran der Mem~ brandose 1 verbundene Betätigungsstange ist mechanisch mit einem beweglichen Abgriff eines Potentiometers 7 verbunden, das an einer Bezugsspannung ü_ _f anliegt und einen elektrischen Weggeber darstellt. Am Potentiometer-Abgriff entsteht ein elektrisches Eingangssignal U als Regelgröße für einen insgesamt mit 31 bezeichneten Regler. Dieser sorgt für eine entsprechende Ansteuerung des insgesamt mit 30 bezeichneten Stellgerätes, zu dem auch das druckempfindliche Stellgerät 1 gehört.

Ein weiterer elektrischer Weggeber mit einem an der Bezugsspannung ü_Ref anliegenden Potentiometer 8 erzeugt an seinem Abgriff ein elektrisches Eingangssignal U^ als Führungsgröße für den Regler 31.

Die Führungsgröße U_w und die Regelgröße ü werden dem Regler 31

über entsprechende Eingänge 9, 10 eingegeben und einem Richtungegeber 28 zugeführt. Die Regelgröße U gelangt zu einem nicht invertierenden Eingang eines Komparator β 20, während die 2'ührungegröße UL· dem invertierenden Eingang diese· Komparators 20 zugeleitet wird. Der Ausgang des Komparators 20 ist einerseits über einen Inverter 16 mit dem ersten Eingang «Ines ersten Und-Gatters 11 und andererseits direkt mit dem ersten Eingang eines zweiten Und-Gatters 12 verbunden. Die zweiten Eingänge der ersten und zweiten Und-Gatter 11, 12 sind miteinander verbunden und an den Ausgang eines bezüglich seiner Funktion noch näher zu beschreibenden Oder-Gatters 1Θ angeschlossen. Das erst« Und-Gatter 11 steuert das belüftende Elektromagnetventil 3 kleinen öffnungsquerschnitts, während das zweite Und-Gatter 12 das mit Unterdruck verbindende Elektromagnetventil 4 kleinen Öffnungsquerschnitts steuert.

Gleichzeitig werden die Regelgröße U und die Führungsgröße U„ den Eingängen einer Differenzbetragsschaltung 23 zugeleitet, die ein der absoluten Differenz der elektrischen Eingongssignale entsprechendes Ausgangssignal U, erzeugt. Dieses gelangt zum Eingang eines Hystereseschalters 27, dessen Ausgang über das erwähnte Oder-Gatter 18 mit den zweiten Eingängen der ersten und zweiten Und-Gatter 11, 12 verbunden ist. Der Hystereseschalter 27 erzeugt an seinem Ausgang ein Freigabesignal immer dann, wenn die absolute Signaldifferenz U größer als eine erste große Signalschwelle U^₂ und nach Unterschreiten derselben noch größer als eine zweite, kleine Signal3chwelle U .. ist, wobei die letztere der zulässigen Regelabweichung entspricht. Demnach wird in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der Regelabweichung das Elektro-

magnetventil 3 oder 4 nach einem auereichend großen Sprung der Führungegröße U^ so lange geöffnet, bis die zulässige Regelabweichung bzw. die zweite Signalschwelle U^. unterschritten ist. Dieser Teil der Regelung wird als Grobregelung bezeichnet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Grobregelung, also beim öffnen des Elektromagnetventils 3 oder 4, gleichzeitig auc.i das entsprechende parallelgeschaltete Elektromagnetventil 5 oder 6 geöffnet, um den Grobregelungsvorgang möglichst schnell durchlaufen zu kennen. Zu diesem Zweck ist ein zweiter Richtungsgeber 29 vorgesehen, der aufbaumäflig dem Richtungsgeber 28 entspricht. Einem dem Komparator 20 entsprechenden Komparator 21 werden ebenfalls die Regelgröße U und die Fühzungsgröße U„ eingangsseitig zugeführt. Der Ausgang des Komparators 21 ist einerseits über einen Inverter 17 mit einem ersten Eiagang eines ersten ünd-Gatters 13 und andererseits direkt mit einem ersten Eingang eines zweiten Uhd-Gatters 14 verbunden. Die zveiten Eingänge der ersten und zweiten Und-Gatter 13, 14 sind miteinander verbunden und an den Ausgang des Hystereseschalters 27 angeschlossen. Das erste Und-Gatter 13 steuert das Elektromagnetventil 5 großen öffnuigsguerschnitts, während das zweite Und-Gatter 14 das Elektromagnetventil 6 großen Öffnungsquerschnitts steuert. Demnach werden die Elektromagnetventile 3, 5 oder 4, 6 bei der Grobregelung stets gleichzeitig angesteuert.

Die absolute Signaldifferenz U₂ am Ausgang des Differenzbetragsschaltung 23 gelangt ferner zu einem Obernähme«ingang einer Sample & Hold-Schaltung 24 und zu einem invertierenden Eingang eines weiteren Komparators 22, dessem nicht invertierenden Eingang die zweite, kleine Slgnalschwello ü_ßl zugeführt wird. Der

Ausgang des weiteren Komparators 22 ist mit dem Auslöse- bzw. Triggereingang eines Pausen-Zeitgliedes 26 in Form einer monostabilen Kippstufe verbunden. Dieses Pausen-Zeitglied 26 kann nur dann ausgelöst werden, wenn die absolute Signaldifferenz, die zunächst kleiner als die zulässige Regelabweichung ist, größer als diese wird. In diesem Falle erscheint am Ausgang des weiteren Komparators 22 eine negative Impulsflanke. Daraufhin erzeugt das Pausen-Zeitglied 26 an einem mit einem Eingang eines Und-Gatters 15 verbundenen Ausgang einen negativen Sperr- bzw. Pausenimpuls definierter Länge. Dieser sorgt dafür, daß während der Pausenzeit keinerlei Freigabesignale über das Und-Gatter 15, da· ausgangsaeitig an einen Eingang des Oder-Gatters 18 angeschlossen ist, zum Richtungsgeber 23 gelangen können. Die gegebenenfalls einstellbare Pausenzeit ist konstant und vorzugsweise so gewählt, daß sie ein zumindest weitgehendes Ausschwingen der Regelstrecke ermöglicht.

An einem weiteren Ausgang des Pausen-Zeitgliede· 26 entsteht gleichzeitig mit dem negativen Sperr- bzw. Pausenimpuls ein positiver > B«ue*nimpuls, der einerseits zu einem Auslöse- ozw. Triggereingang der Sample & Hold-Schaltung 24 und andererseits zu einem Eingang eines Oder-Gatters 19 gelangt, von dem ein weiterer Eingang an den Ausgang des weiteren Komparators 22 angeschlossen ist. Der Ausgang des Oder-Gatters 19 ist mit dem Auslöse- bzw. Triggereingang eines Freigabe-Zeitgliedes 25 verbunden, das als spannungsgesteuerte monostabile Kippstufe ausgebildet ist und mit seinem Eingang an den Ausgang der Sample & Hold-Schaltung angeschlossen ist. Der bei Auslösung ein positives Freijabeeignal führende Ausgang des Freigabe-Zeitgliedes 25 ist mit einem weite-

- 19 -ren Eingang des Und-Gatters 15 verbunden.

Sobald die tatsächliche Regelabweichung größer als lie zulässige Regelabweichung wird, erfolgt durch das Starten des Pausen-Zeitgliedae 26 ein Sperren des Und-Gatters 15 während der Pausenzeit. Nach Ablauf der Pausenzeit wird durch die negativ· Impulsflanke am Ausgang des Pausen-Zeitgliedes 26 die Sample & Hold-Schaltung 24 zu einer Übernahme und Speicherung der momentanen absoluten Signaldifferenz U,. veranlaßt. Gleichzeitig wird das Freigabe-ZaItglied 25 gestartet, so daß an dessem Ausgang ein positives Freigabesignal entsteht, dessen Zeitdauer von der Größe der gespeicherten momentanen Signaldifferenz abhängt und hierzu vorzugsweise proportional ist. Dieses Freigabesignal gelangt zu den zweiten Eingängen der Und-Gatter im Richtungsgeber 28, so daß das Elektromagnetventil 3 oder 4 feinregelnd geöffnet werden kann, und zwar umso länger, je größer die absolute Signaldifferenz am Ende der Pausenzeit ist.

Sofern am Ende der Pausenzeit die absolute Signaldifferenz ϋ_Δ kleiner als die zulässige Regelabweichung bzw. die zweite, kleine Signalschwelle ü_. ist, sorgt das positive Ausgangssignal des weiteren Komparators 22 über das Oder-Gatter 19 für ein Sperren des Auslöse- bzw. Triggereingangs des Freigabe-Zeitgliedes 25, so daß die negative Impulsflanke am Ausgang des Pausen-Zeitgliedes 26 das Freigabe-Zeitglied 25 nicht auszulösen vermag.

Die beschriebene Anordnung aus Figur 1 arbeitet wie folgt: Wenn die Führungsgröße IL, beispielsweise gemäß der Darstellung in Figur 2 sprunghaft ansteigt, werden die Ausgangssignale der Komparatoren 20 bzw. 21 der Richtungsgeber 28 bzw. 29 negativ,

so daß nur die ersten Und-Gatter 11 bzw. 13 für den öffnungsvorgang der belüftenden Elektroinagnetventile 3, 5 zur Freigabe vorbereitet werden. Wenn der Sprung der Führungsgröße U-. ~emäß der Darstellung in Figur 2 so groß ist, daß die erste große Signalschwelle Uq₂ überschritten wird, erfolgt ein Auslösen des Hystereseschalters 27 und damit eine endgültige Freigabe der ersten Und-Gatter 11 bzw. 13. Dadurch kann das druckempfindliche Stellgerät 1 belüftet werden, so daß die Membran unter Vergrößerung der Wegstrecke S nach oben bewegt wird. Dadurch folgt die Regelgröße U ab dem Zeitpunkt t_Q aus Figur 2 der Führungsgröße U^ infolge des großen öffnungsquersciinitt» der Elektroinagnetventile 3, 5 relativ schnell. Zum Zeitpunkt t.. wird die tatsächliche Kegelabweichung kleiner als die zulässige Regelabweichung bzw. die zweite kleine Signalschwelle U₀.., so daß der Grobregelungevorgang durch Wegfall des Ausgangssignals am Hystereseschalter 27 beendet wird.

Nach Beendigung der Grobregelung zum Zeitpunkt t. erfolgt in Abhängigkeit von der Bauart des Stellgeräte* ein weiteres Verstellen, wobei zum Zeitpunkt t~ die Regelgröße U genau der Führungsgröße U_w entspricht und danach die Regelgröße U die FührungsgröBe U„ übersteigt. In dem Zeitraum zwischen t* und t₃ ist das Ausgangssignal des weiteren !Comparators 22 positiv. Zum Zeitpunkt t₃ wird dieses Signal negativ, so daß die Auelösebedingung für das Pausen-Zeitglied 26 vorliegt. Demnach beginnt die Pausenzeit TP zum Zeitpunkt t~, nachdem etwa zum Zeitpunkt t. die Regelgröße U wieder kleiner wird. Es sind drei mögliche Verläufe der Regelgröße für den Fall einer fehlenden Feinregelung dargestellt. Die Regelgröße U₁ durchläuft das doppelte Toleranzband der zulässigen

Regelabweichung lsi umgekehrten Sinne und nimmt am Ende der Pausenzeit TP zum Zeitpunkt t₅ einen stationären Wert an, bei dem die absolute Signaldifferenz größer als die zulässige Regelabweichung bzw. die kleine Signalschwelle ü_g1, jedoch kleiner als die große Signalschwelle U-- ist. Die Regelgröße U₁₃. läuft zwar in da:3 doppelte Toleranzband der zulässigen Regelabweichung hinein, um dann jedoch zum Zeitpunkt t₅ einen stationären Wert anzunehmen, bei dem die absolute Signaldifferenz größer als die kleine Signalschwelle U₃₁ und kleiner als die große Signalschwelle ü_e, ist. Demnach kann in beiden Fällen keine erneute Grobregelung stattfinden. Die Regelgröße U-™ läuft in das doppelte Toleranzband der zulässigen Regelabweichung hinein, ohne dieses wieder zu verlassen. Demnach ist lediglich für die Regelgröße U₁₁₁ keine weitere Feinregelung erforderlich, während die Regelgrößen U₁ und U-- am Ende der Pausenzeit TP beginnend mit dem Zeitpunkt t,- eine nachträgliche Feinregelung erforderlich machen, damit die stationären Werte der Regelgröße in das doppelte Toleranzband der zulässigen Regelabweichung fallen.

Nach Ablauf der Pausenzeit wird in der Sample & Hold-Schaltung 24 jeweils die absolute Signaldifferenz zwischen der Führungsgröße U₁. und der Regelgröße U gespeichert. Diese Signaldifferenz dient im Zusammenhang mit den Regelgrößen U- und U-- für eine Beeinflussung des zeitlich variablen Freigabesignals des spannungsgesteuerten Freigabe-Zeitgliedes 25. Im Falle der Regelgröße U___ wird das Auslösen des Freigabe-Zeitglieds 25 unterdrückt. Die Zeitdauer der Freigabe signale für die Regelgrößen U₁ und U₁₃. kann etwa gleich groß sein, da die Richtungsvorgabe für die Beeinflussung des Stellgerätes im Richtungsgeber 28 erfolgt. Bei der Regelgröße

U₁ ist der Wert derselben zum Zeitpunkt t₅ kleiner als die Führungsgröße U.,, so daß in diesem Falle das Elektromagnetventil 3 geöffnet wird. Dementsprechend wird im Falle der Regelgröße ü__ zum Zeitpunkt t₅ das Elektromagnetventil 4 geöffnet. Diese zeitlich variablen Öffnungsvorgänge im richtigen Veretellsinne sorgen dafür, daß auch die Regelgrößen U₁ und U__ unter Berücksichtigung der ab dem Zeitpunkt t„ erfolgenden Feinregelung schließlich in das doppelte Toleranzband der zulässigen Regelabweichung einlaufen. Sofern zu einem späteren Zeitpunkt wieder ein Herauslaufen der Regelgröße aus diesem Toleranzband auftreten sollte, schließt sich eine weitere Feinregelung an. Sofern die absolute Signaldifferenz sogar größer als die erst« große SignalschwelIe ^U32 ^wird' ergibt sich hierdurch der Beginn eines weiteren Grobregelungsvorgangs.

Wenn die Regelgröße U gleich der Führungsgröße U„ ist, bleiben die Elektromagnetventile 3, 5 bzw. 4, 6 geschlossen. Während des Freigabesignals des Freigabe-Zeitglieds 25 kann der Richtungsgeber 28 eine Umschaltung zwischen den Elektromagnetventilen 3 und 4 vornehmen, falls sich in dieser Zeit das Vorseichen der Signaldifferenz zwischen der Regelgröße U und der Führungsgröße U,. ändert.

Bei hochentwickelten Stellsystemen wird normalerweise 'las in Figur 2 im Zusammenhang mit einem positiven Sprung der Fahrungsgröße U_w dargestellte übergangsverhalten der wegproportionalen Regelgrößen bzw. Spannungen U₃., U₁₃. sowie U,_, durch dj.e Abstimmung des Reglers auf das Streckenverhalten eines bestii nuten Gerätes berücksichtigt. Die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung macht eine derartige anwendungsspezifische Abstimmung über-

flüssig. Dadurch können mehrere Regelstrecken mit unterschiedlichen Aasschwingverhalten mit ein und demselben Regler betrieben werden. Dieser entscheidende Vorteil gegenüber bekannten Stellsystemen wird durch die definierte Pausenzeit TP nach dem ersten Durchlaufen des doppelten Toleranzbandes zum Zeitpunkt t. ersielt. Erst nach Ablauf der Pausenzeit TP wird ein zeitlich variablus, feinregelndes Freigabesignal an den Richtungsgeber 28 geleitet.

Durch die Elektromagnetventlie 5,6 großen Strömungsquerschnitts kann die in Figur 2 mit TL bezeichnete Laufzeit zwischen den Zeitpunkten t„ und t₂ verkürzt werden. Wenn diese Verkürzung nicht erforderlich ist, kann auf die Elektromagnetventile 5_f 6 und den zugehörigen Richtungsgeber 29 verzichtet werden.

GemaL dem Ausführungsbeispiel aus Figur 3 dient die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung zum Nachregeln der Ausrichtung einen Fahrzeug-Scheinwerfers 32. Dieser ist an einer Lagerstelle 33 das Fahrzeugaufbaues angelenkt und bei 34 gelenkig mit der Betätigungsstange des Stellgerätes 30 verbunden, das seinerseits am Fahrzeugaufbau angebracht ist. Das Stellgerät 30 führt dem Regler 31 die Regelgröße U als elektrisches Eingangssignal zu, während der Regler 31 das Stellgerät 30 im beschriebenen Sinne richtungsweisend ansteuert. Dadurch kann der Scheinwerfer 32 entsprechend den einfedernden Bewegungen des Fahrzeugaufbaues um die Lagerstelle 33 geschwenkt werden, damit eine stets gleichbleibende Strahlweite erhalten bleibt.

Eine Fahrzeugachse 35, an der Fahrzeugräder 36, 37 angebracht sind, ist mechanisch starr mit einem beweglichen Abgriff 38 des

am Fahrzeugaufbau befestigten Potentiometers 8 verbunden. In elektrischer Hinsicht ist der Abgriff 38 an den Eingang des Reglers 31 angeschlossen, um diesem das der Fahrzeugeinfederung entsprechende, wegproportionale Führungssignal U_UT zuzuführen. Wenn die Fahrzeugachse 35 die Hinterachse ist und die wegpro.xsrtiona-Ie Führungsgröße ü„ bei zunehmender Fahrzeugbelastung größer wird, wird der Scheinwerfer 32 automatisch durch Vergrößerung der Wegstrecke S des Stellgerätes 30 nach unten geschwenkt, so daß die richtige Leuchtweite des Scheinwerfers 32 erhalten bleibt bzw. auf den korrekten Wert eingeregelt wird.

Die in Figur 1 dargestellte Ausfuhrungsform der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung und die aus Figur 3 ersichtliche Anwendung dieaer Anordnung sind lediglich beispielhaft. lezüglich der Detailgestaltung können in Anpassung an die jeweiligen Betriebs- sowie Bauerforderniese vielfältige Abwandlungei- vorgenommen werden. Wichtig ist dabei, daß nach Ablauf einer erfolgten Grobregelung eine Pausenzeit verstreichen muß, ehe eine v/eitere Feinregelung erfolgen kann. Abgesehen von einer Leuchtweitenregelung kann die Anordnung beispielsweise auf dem :;raftfchrzeugsektor für die Regelung von Abgasrückführventilen, von Drosselklappen, von automatisch betätigten Fahrzeugkupplunjen una dergleichen mehr eingesetzt werden. Die erfindungsgemä^en Maßnahmen sind somit äußerst vielfältig einsetzbar und ermöglichen unabhängig vom Ubergangsverhalten der jeweiligen Regelstrecke stabile Regelungsvorgänge.

Leerseite

Claims

Anwaltsakte 1384/4103 Pierburg GmbH * Co. KG, Leuschstraße 1, 4040 Neuss 1 Verfahren und Anordnung zum Regeln einer riegstrecke in Abhängigkeit von einer variablen Führungsgröße Patentansprüche.

1. Regelverfahren, bei dem eine von einem druckempfindlichen
Stellgerät vorgegebene Wegstrecke als Kegelgröße und eine
variable Führungsgröße in Form elektrisch abgebildeter Eingangssignale einem zu einem Segler gehörigen Komparator zugeführt werden, der das Stellgerät im Sinne einer gegenseitigen Anpassung der Eingangssignale ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Ausgangesignal des Komparator s das Stellglied über Ventile mit jeweils einer von
wenigstens zwei Druakquellen unterschiedlichen Druckniveaus
richtungsweisend beaufschlagt wird, wenn gleichzeitig ein
Freigabesignal vorliegt, daß die absolute Signalaifferenz der Eingangssignale erfaßt wird, daß aus der absoluten Signaldifferenz zur Grobregelung ein Freigabesignal so lange erzeugt
wird, wie diese Signaldifferenz größer als eine erste vorgegebene, große Signalschwelle und nach Unterschreiten derselben noch größer als eine einer zulässigen Regelabweichung entsprechenden zweiten vorgegebenen, kleinen Signalschwelle ist, und daß dann, wenn die absolute Signaldifferenz wieder größer als die zweite Signalschwelle wird, erst nach Ablauf einer
dem Ausschwingverhalten der Regelstrecke angepaßten, definierten Pausenselt zur Feinregulierung ein Freigabesignal mit
einer von der Größe der absoluten Signaldifferenz abhängigen Seitdauer erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Zeitdauer des Freigabesignals zur Feinregelung proportional zur Größe der absoluten Signaldifferenz gemacht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Freigabeaignal zur Feinregulierung unterdrückt wird, wenn die absolute Signaldifferenz am Ende der Pausenzeit wieder kleiner als die zweite Signalschwelle ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung bei der Grobregelung über größere und bei der Feinregelung über kleinere Ventilquerschnitte durchgeführt wird.

5. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einem mit verschiedenen Druckniveaus zu beaufschlagenden druckempfindlichen Stellgerät, mit einem elektrischen Weggeber zum umwandeln des Wegstrecken-Ausgangssignals des Stellgerätes in eine Regelgröße in Form eines elektrischen Eingangssignals und mit einest das Stellgerät druckbeaufschlagend ansteuernden Regler, dessem Komparator die Regelgröße und eine variable Führungsgröße als elektrische Eingangssignale eingegeben werden, gekennzeichnet durch zwei das druckempfindliche Stellgerät (1) mit zwei Druckquellen unterschiedlichen Druckniveaus verbindende, durch entsprechende Rey&ÄJBansteuerung wechselseitig zu öffnende Elektromagnetventil·-- \*, 4), durch einen Richtungsgeber (23) mit die Elektromagnetventile (3, 4) ansteuernden ersten und zweiten Und-Gattern (11, 12), deren erste Eingänge im einen Fall über einen Inverter (16) sowie im anderen Fall direkt mit dem Ausgang des Komparators (20) verbunden sind und deren zweite Eingänge gemeinsam an einen Freigabesig-

nal-Erzeuger angeschlossen sind, durch eine mit den elektrischen Eingangesignalen (U, u_w) beaufschlagte Differenzbetragssohaltung (23), durch einen an deren Ausgang angeschlossenen, ausgangsseitig mit den zweiten Eingängen der ersten sowie zweiten Und-Gatter (11, 12) verbundenen und zum Erzeugen eine* Freigabesignals dienenden Hystereseschalter (27) mit einer ersten großen Einschalt-Signalschwelle (U_g2) und einer zweiten kleinen Ausschalt-Signalschwelle (U₃₁), durch einen eingangeseitig einerseits mit der kleinen Signalschwelle (Ug^) beaufschlagten und andererseits mit dein Ausgang der Differenzbetragsschaltung (23) verbundenen weiteren Komparator (22), durch ein mit dessen Ausgang verbundenes Pausen-Zeit glied (26) zum Erzeugen eines Pausensignals, das bei steigender absoluter Signaldifferenz der Differenzbetragsschaltung (23) ab Gleichheit mit der kleinen Signalschwelle (U-.) beginnt und nach Beendigung ein Freigabe-Zeltglied (25) zum Erzeugen eines Freigabesignals ansteuert, dessen Zeitdauer von der Augenblicksgröße der absoluten Signaldifferenz abhängt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang der Differenzbetragsschaltung (23) angeschlossene Sample ft Hold-Schaltung (24), durch eine mit deren Ausgang verbundene spannungsgesteuerte monostabile Kippstufe als Freigabe-Zeitglied (25) und durch Steuerverbindungen der Auslöseeingänge dieser beiden Mittel mit einem nach Beendigung des Pauaensignals auslösenden Ausgang des als monostabil« Kippstufe ausgebildeten Pausen-Zeitgliedee (26).

7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein einerseits den Ausgang des Pausen-Zeitgliedes (26) und andererseits den Ausgang des weiteren Komparators (22) mit dem Auslöseeingang des Freigabe-Zeitgliedes (25) verbindendes Oder-Gatter (19).

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch ein drittes Und-Gatter (15), dessem ersten Eingang das Freigabesignal des Freigabe-Zeitgliedes (25) sowie dessem zweiten Eingang ein dem Pausensignal entsprechendes Sperrsignal des Pausen-Zeitgliedes (26) zugeführt werden und dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des Hystereseschalters (27) über ein Oder-Gatter (18) stit den zweiten Eingängen der ersten und zweiten Und-Gatter (11, 12) verbunden ist.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch je ein den Elektromagnetventilen (3, 4) parallelgeschaltetes weiteres Elektromagnetventil (5, 6) mit vergleichsweise großem Öffnungsquerschnitt und durch einen diese wechselseitig ansteuernden weiteren Richtungsgeber (29), dessen Eingänge mit den Eingängen des ihm entsprechenden Richtungsgebers (28) verbunden sind und der mit den zweiten Eingängen seiner Und-Gatter (13, 14) an den Ausgang des Hystereseschalters (27) angeschlossen ist.

10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch ein druckempfindliches Stellgerät (1) mit einer Membrandose, deren federbelastete, als Stellglied dienende Membran einen belüfteten Raum an einer Membranseite

von einer über die Elektromagnetventile (3, 4, 5, 6) mit den Druckquellen zu verbindenden Arbeitskammer an der anderen idembranseite trennt.

11. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch ein zwischen einem in bezug auf wenigstens eine Fahrzeugachse (35) beweglich gelagerten Fahrzeugaufbau sowie einem Fahrzeugscheinwerfer (32) angreifendes druckempfindliches Stellgerät (1, 30) mit einem dessen Verstellweg (S) in ein als Regelgröße dienendes elektrisches Eingangssignal (U) umwandelnden ersten elektrischen Weggeber (7) und durch einen die Lagebeziehung des Fahrzeugaufbaues zu der Fahrzeugachse (35) in eine Führungsgröße in Form eines elektrischen Eingangssignals (U_w) umwandelnden zweiten elektrischen Weggeber (8).

12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen zweiten elektrischen Weggeber mit einem am Fahrzeugaufbau befestigten Potentiometer (8), dessen beweglicher Abgriff (38) mechanisch mit der Fahrzeugachse (35) und elektrisch mit dem Regler (31) verbunden ist.