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DE4019218A1 - Verfahren und system zur regelung des mittleren stroms durch eine last sowie elektrische fernsteuervorrichtung nach art eines manipulators, bei der das verfahren bzw. das system angewendet werden - Google Patents

Verfahren und system zur regelung des mittleren stroms durch eine last sowie elektrische fernsteuervorrichtung nach art eines manipulators, bei der das verfahren bzw. das system angewendet werden

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Publication number
DE4019218A1
DE4019218A1 DE19904019218 DE4019218A DE4019218A1 DE 4019218 A1 DE4019218 A1 DE 4019218A1 DE 19904019218 DE19904019218 DE 19904019218 DE 4019218 A DE4019218 A DE 4019218A DE 4019218 A1 DE4019218 A1 DE 4019218A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
value
load
theoretical
electrical
control information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19904019218
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Piere Rigat-Esselin
Patrick Gerbier
Marc Menvielle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rexroth Sigma SA
Original Assignee
Rexroth Sigma SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rexroth Sigma SA filed Critical Rexroth Sigma SA
Publication of DE4019218A1 publication Critical patent/DE4019218A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32Energising current supplied by semiconductor device
    • H01H47/325Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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Description

Die Erfindung betrifft die Regelung des mittleren Stroms, der durch eine Last fließt. Sie befaßt sich insbesondere mit einem elektrischen Steuerorgan zur Steuerung eines zu regelnden Phänomens, wobei diese Regelung auf der Grundlage einer variablen Steuerinformation (α) und des Effektivwerts einer Versorgungsspannung zur Speisung der genannten Last erfolgt.
Die Regelung eines Phänomens (z.B. eines Fluid-Durchsatzes in einem hydraulischen oder pneumatischen Gerät) kann durch eine gleichlaufende Regelung des Stroms erreicht werden, der ein elektrisches Steuerorgan einer Regelungsvorrichtung (z.B. die Steuerspule des Schiebers in einem hydraulischen Verteiler) durchfließt. Dieser Strom kann der mittlere Strom sein, der von einem rechteckförmigen Spannungssignal erzeugt wird, dessen Impulse feste Frequenz haben und ihrer Breite gesteuert werden. In diesem Falle ist die mittlere Größe des Stroms nicht nur von dem Zyklusverhältnis der Impulse sondern auch von ihrer Amplitude abhängig. Letztere kann direkt dem Wert einer Speisegleichspannung entsprechen. Diese kann (z.B. im Fall einer Batterie) einen variablen Wert haben, der bei gegebenem Zyklusverhältnis den Wert des mittleren Stroms in unerwünschter Weise beeinflussen kann. Es ergibt sich hieraus, daß die Steuerung des zu regelnden Phänomens durch Änderungen der Versorgungsspannung gestört werden kann.
Es ist deshalb eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und/oder ein System zur wirksamen Regelung des mittleren Stroms anzugeben, der durch eine Last fließt, beispielsweise ein elektrisches Organ zur Steuerung eines zu regelnden Phänomens, wobei die Regelung frei sein soll von den Nachteilen, die durch Schwankungen der Versorungsspannung entstehen können; die Regelung soll ausschließlich eine möglichst getreue und exakte Übersetzung einer variablen Steuergröße sein.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus Anspruch 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Festsetzung des Zyklusverhältnisses, die nicht nur der Steuer- oder Einstellinformation Rechnung trägt sondern auch dem Effektivwert der Versorgungsspannung, derart, daß der Wert des mittleren Stroms dem entspricht, den das Organ zur Steuerung des Phänomens effektiv empfangen soll, und zwar unabhängig von Änderungen der Speisespannung. Ein anderer wichtiger Aspekt des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Erzeugung des rechteckförmigen Spannungssignal in zwei Stufen erfolgt, die zunächst in der vorausgehenden Erzeugung eines Signals auf der Basis theoretischer Daten und sodann in der Verfeinerung des so vorbereiteten Signals bestehen, derart, daß es den tatsächlichen Bedingungen entspricht. Eine solche Regelung ist wirksam, und die Ansprechzeit ist kurz.
Die variable Steuerinformation kann insbesondere der Neigungswinkel eines manuellen Betätigungsglieds oder dergleichen sein.
Die Last kann insbesondere die elektrische Spule eines Elektromagneten sein.
Das Steuerorgan kann die Regelung des Durchsatzes eines Antriebsfluids in einer Fluid-Betätigungsvorrichtung ermöglichen.
Man speichert vorteilhafterweise wenigstens eine zuvor festgesetzte Relation I = f (α) zwischen den Werten der variablen Steuerinformation (α) und entsprechenden Werten des mittleren theoretischen Stroms und ordnet jedem Meßwert der variablen Steuerinformation (α) den entsprechenden vorbestimmten Wert des mittleren theoretischen Stroms zu. Es ist dann leicht, mehrere zuvor festgelegte Relationen I = f1 (α), I = f2 (α), ... zu speichern. Man wählt zuvor die gewünschte Kennlinie aus, indem man eine der zuvor festgelegten Relationen auswählt. Diese Anordnung ermöglicht auf besonders einfache und rasche Weise (beispielsweise durch Betätigen eines einfachen Schalters) eine beträchtliche Vergrößerung des Anwendungsgebiets des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Benutzer setzt wahlweise eine Kennlinie ein, die den Bedingungen am besten entspricht, ohne daß hiermit eine übermäßige Komplikation der Mittel zur Durchführung des Verfahrens verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein System zur Regelung des durch eine Last fließenden Stroms vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines solchen Systems ist in Anspruch 7 angegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Systems ergeben sich aus den Ansprüchen 8-12.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Fernsteuerung nach Art eines Manipulators oder dergleichen.
Solche Vorrichtungen sind Gegenstand der Ansprüche 13, 14 und 15, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.
Im folgenden sei die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Regelungssystems gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt ebenfalls als Blockschaltbild eine Variante eines Teils des Regelungssystems von Fig. 1,
Fig. 3 zeigt schematisch eine elektrische Fernsteuervorrichtung, bei der das erfindungsgemäße Regelungssystem Anwendung findet.
Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen. Eine Last 1, die von einem elektrischen Steuerorgan zur Steuerung eines zu regelnden Phänomens gebildet ist, (beispielsweise die Spule eines Elektromagneten zur Betätigung eines hydraulischen Verteilers zur Regelung des Durchsatzes eines Antriebsflügels in einem hydraulischen Kreis) wird von einer rechteckförmigen oder zerhackten Spannung gespeist, die von einem Generator oder Zerhacker 2 aus einer Versorgungsgleichspannung Valim, die z.B. an den Anschlüssen einer Batterie zur Verfügung steht, erzeugt wird. Der Spitzenwert der Rechteckspannung entspricht dem Wert der Versorgungsspannung oder einem festen Bruchteil derselben.
Die Last spricht auf den Augenblickswert des mittleren Stroms an, der durch sie fließt und dessen Wert einerseits von dem Zyklusverhältnis pwm und andererseits von der Amplitude der Rechteckspannung abhängt.
Nun kann sich der Wert der Speisespannung Valim im Laufe der Zeit (z.B. aufgrund des Ladungszustands der Batterie) oder momentan (z.B. durch die gelieferte elektrische Leistung) ändern.
Es ergibt sich hieraus, daß eine Steuerung der Last 1 durch Regelung des mittleren momentanen Stroms, der durch die Last fließt, in der Lage sein muß, das Zyklusverhältnis pwm in Abhängigkeit einerseits von einer Steuerinformation und andererseits von der Speisespannung Valim so einzustellen, daß diese Spannungsänderungen ohne Einfluß auf den Wert des mittleren Stroms bleiben.
Die Erfindung schlägt ein Servosteuersystem 3 vor, das diesem Ziel entspricht.
Die gewünschte Regelung erfolgt auf der Grundlage einer variablen Anfangssteuerinformation α, deren tatsächlicher Wert in 4 ständig gemessen wird. Diese Information kann beispielsweise der Neigungswinkel eines Steuerhebels in Form eines Manipulators sein. Die Information α kann der wahre Wert der Steuergröße sein (beispielsweise der Wert des Neigungswinkels des Manipulatorhebels), oder aber der Wert einer insbesondere elektrischen Ersatzgröße, die für diese Steuergröße kennzeichnend ist und die mit Hilfe von Wandlermitteln gewonnen wird (beispielsweise ein elektrisches Signal, das mit einem Parameterwert wie Amplitude, Frequenz usw. den Wert der Steuergröße repräsentiert).
In 5 wird eine Korrespondenz I = f (α) gespeichert, die für jeden Wert der Steuerinformation α einen eindeutig korrespondierenden Stromwert liefert. In der Praxis besteht diese Korrespondenz aus einer Tabelle von Wertepaaren (I, α), die zuvor für alle Werte von α erstellt wurde, die in einem gegebenen Bereich enthalten sind und denen man jeweils Werte des Stroms I nach einer vorbestimmten Transpositionsfunktion zuordnet, die für eine gewünschte Kennlinie repräsentativ ist.
Auf der Grundlage jedes Meßwerts der Anfangsinformation α kann man dann in 6 einen Stromwert zuordnen, der einen vorherbestimmten Wert des theoretischen mittleren Stroms für die Last 1 darstellt.
Außerdem wird in 7 ständig der tatsächliche Augenblicks­ wert der Speisespannung gemessen.
Sodann berechnet man auf der Grundlage des in 6 vorherbestimmten theoretischen Werts des mittleren Stroms und des in 7 gemessenen tatsächlichen Werts der Speisespannung in 8 ein theoretisches Zyklusverhältnis pwm für ein rechteckförmiges Spannungssignal mit fester Frequenz. Der Wert dieses theoretischen Zyklusverhält­ nisses wird einem Addierer 9 zugeführt, der an seinem Ausgang einen korrigierten Wert des Zyklusverhältnisses liefert, der als Steuersignal für den Generator oder Zerhacker 2 dient, welcher die rechteckförmige Spannung mit fester Frequenz und variablem, gesteuertem Zyklus­ verhältnis für die Speisung der Last 1 liefert.
Außerdem wird ständig in 10 der mittlere Strom gemessen, der tatsächlich durch die Last 1 fließt. Sodann wird in 11 ein Fehlersignal ε berechnet, indem man die Augenblickswerte der mittleren Ströme vergleicht (subtrahiert) , die an der Last 1 tatsächlich gemessen und in 6 theoretisch bestimmt werden. Das Fehlersignal ε wird dann über eine (nicht dargestellte) Schaltung zur proportionalen Differentiation und Integration, eine sogenannte PID-Schaltung, einem Korrektureingang des Summierers 9 zugeführt. Das Fehlersignal ε ist einem Prozentsatz des Werts des Zyklusverhältnisses pwm homogen und wird in dem Summierer 9 zu dem an seinem Eingang anliegenden theoretischen Wert des Zyklusverhältnisses hinzugefügt oder von diesem abgezogen, derart, daß man an dem Ausgang einen korrigierten Wert des Zyklusverhält­ nisses erhält, der zur Steuerung des Generators 2 verwendet wird.
Das vorangehend beschriebene System bildet ein Servosteuerungssystem für den mittleren Strom durch die Last, bei dem die Vorausbestimmung des Zyklusverhältnisses pwm eine Verringerung des Funktionsbereiches der Servosteuerung auf den Abstand ermöglicht, der zwischen dem tatsächlichen und dem theoretischen Zyklusverhältnis besteht. Dies hat eine beträchtliche Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit zur Folge.
Die praktische Realisierung der Servosteuerung wird außerordentlich erleichtert durch die Verwendung eines Mikroprozessors, der die Anzahl der diskreten elektronischen Bauelemente und die Herstellkosten der Schaltungen erheblich verringert, den Raumbedarf der Schaltung oder der Schaltungen verkleinert und ihre Unterbringung in einem sehr begrenzten Raum ermöglicht.
Unter Beibehaltung der erwähnten Vorteile ist es leicht möglich, zusätzliche Speicher zu verwenden, um die Leistungsfähigkeit des beschriebenen Systems zu steigern. Insbesondere ist es möglich, mehrere Ansprechkurven I = f1 (α), I = f2 (α), I = f3 (α) zur Verfügung zu stellen, indem man in entsprechenden Speichern 5a, 5b, 5c (Fig. 2) die jeweiligen Korrespondenztabellen der Wertepaare (I, α) speichert. Die Wahl der gewünschten Ansprechkennlinie erfolgt mit Hilfe eines Wählers 12, dessen Ausgang mit den Mitteln 6 zur Bestimmung des theoretischen mittleren Stroms verbunden ist.
Fig. 3 zeigt in schematischer Form ein Beispiel für die Anwendung des beschriebenen Servosteuerungssystems auf die Steuerung eines hydraulischen Verteilers mit Hilfe einer elektrischen Fernsteuervorrichtung nach Art eines Manipulators. Im dargestellten Ausführungsbeispiels besitzt diese Vorrichtung zwei Steuerkreise, die Erläuterungen behalten ihre Gültigkeit jedoch auch für eine Vorrichtung mit drei oder vier solchen Steuerkreisen.
Die in Fig. 3 dargestellte elektrische Fernsteuervorrichtung in Form eines Manipulators, die insgesamt mit 20 bezeichnet ist, umfaßt einen manuellen Betätigungsblock 21 (oberer Teil der Vorrichtung 20 in Fig. 3), der in herkömmlicher Weise angeordnet ist, wie sie beispielsweise für die hydraulischen Manipulatoren zur Steuerung von hydraulischen Verteilern bekannt sind. Ein mit einem Nocken 23 fest verbundener Betätigungshandgriff 22 ist um eine Achse 24 (im Fall einer Steuerung mit nur einem oder zwei Kreisen) oder um einen Kippunkt (im Fall einer Steuerung mit mehr als zwei, z.B. drei oder vier Kreisen) schwenkbar montiert. Der Körper 25, der den Handgriff 22 über sein Gelenk 24 trägt, besitzt Bohrungen 26 mit parallelen, vorzugsweise zur Achse des Körpers 25 symmetrischen Achsen, in denen Gleitstäbe oder Stößel 27 eingeordnet sind, die mit ihrem (in Fig. 3) oberen Teil in Fingern 28 enden, die aus dem Körper 25 herausragen. Den Stäben 27 zugeordnete Druckfedern 29 drücken diese ständig nach oben, so daß einer der Finger 28 sich gegen den Nocken 23 abstützt, wenn dieser seinerseits durch Betätigung des Handgriffs 22 (z.B. nach links oder rechts, bezogen auf Fig. 3) gekippt wird.
Die unteren Enden der Stäbe 27 ragen aus dem unteren Teil des Körpers 25 hervor. Am unteren Ende jedes Stabes 27 ist eine Platte 30 befestigt, die variable Transparenz besitzt und zwischen einem Infrarotsender 31 und einem Infrarotempfänger 32 gleiten kann, die zu beiden Seiten der Platte 30 angeordnet und von geeigneten mechanischen Mitteln getragen sind, die dem System die erforderliche Stabilität verleihen. In Fig. 3 sind aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung alle elektrischen Verbindungen des Infrarotsenders und des Empfängers mit den ihnen zugeordneten elektrischen Schaltungen nicht dargestellt. Alle diese Schaltungen oder ein Teil von ihnen kann im übrigen in einem nicht dargestellten, von dem Körper 25 getragenen Gehäuse untergebracht sein.
Bei jeder Bewegung des Handgriffs 22 nach rechts oder nach links bewegt sich einer der Stäbe 27 und damit die diesem zugeordnete Platte in entsprechender Weise, so daß der jeweilige Empfänger 32 ein elektrisches Signal liefert, das sich in einem Parameter (z.B. in der Amplitude) in äquivalenter Weise ändert.
Die Fernsteuerungsvorrichtung 20 bildet also eine Proportionalsteuerung, die ein elektrisches Signal liefert, das für eine mechanische Bewegung (Neigungswinkel des Manipulators 22) kennzeichnend ist.
Es ist wünschenswert, daß in der neutralen oder Nullstellung der Vorrichtung diejenige Zone der beweglichen Zone 30, die am wenigstens lichtdurchlässig ist, zwischen dem Sender 31 und dem Empfänger 32 liegt. Das von dem Empfänger gelieferte elektrische Signal hat dann seinen kleinsten Wert (der gegebenenfalls Null ist) und der Einfluß thermischer Abweichungen, denen es gegebenenfalls ausgesetzt ist, ist entsprechend reduziert.
Wenn die Zone mit minimaler Transparenz in einem Endbereich der beweglichen Platte 30 völlig lichtundurchlässig ist, ist es schwiering, wenn nicht unmöglich, eine gute Progressivität in der Änderung der Lichtundurchlässigkeit zwischen dieser völlig lichtundurchlässigen Zone und dem Beginn der Zone mit variabler Transparenz zu gewährleisten. Bei der Anwendung für eine elektrische Fernsteuervorrichtung bringt dieser nichtprogressive Übergang beispielsweise die Gefahr mit sich, daß in der Steuerung des zugeordneten Organs (z.B. des Arms eines Krans) ein Ruck oder Stoß auftreten kann, der schädlich und/oder gefährlich sein kann. In einem solchen Fall sollte die Zone mit minimaler Transparenz also nicht vollständig lichtundurchlässig sein.
Im folgenden sei der elektronische Teil der in Fig. 3 dargestellten elektrischen Fernsteuervorrichtung beschrieben. Das Ausgangssignal jedes Empfängers 22 wird in 33 geformt und/oder verstärkt. Die einerseits aus der beweglichen Platte 30, dem Sender 31 und dem Empfänger 32 (die eine Verschiebung in ein elektrisches Signal umwandeln) und andererseits aus der Schaltung 33 bestehende Einheit ist mit der Schaltung 4 von Fig. 1 vergleichbar und liefert ein elektrisches Signal, das mit dem Wert eines seiner Parameter (z.B. der Amplitude) die variable Steuerinformation (α) bildet oder für diese Information kennzeichnend ist.
In jedem Steuerungsweg ist die Schaltung 4 mit dem Eingang einer Servosteuerungsschaltung 3 verbunden, die in der oben beschriebenen Weise angeordnet ist und einen Zerhacker 2 steuert, der eine Spule 1 mit einer zerhackten Spannung speist, wobei die Schaltung derjenigen von Fig. 1 analog ist. Die beiden Spulen 1, die jeweils den beiden Steuerungswegen zugeordnet sind, sind mechanisch mit den betreffenden Enden des Schiebers 34 eines hydraulischen Verteilers derart verbunden, daß die Erregung der einen oder der anderen Spule 1 die Bewegung des Schiebers 34 in der einen oder anderen Richtung (Doppelpfeil 35) hervorruft und so die gewünschten Verbindungen in dem hydraulischen Kreis 36 herstellt.
Dank dieser Anordnung wird eine genaue und rasche Korrespondenz zwischen dem Neigungswinkel des Manipulators 22 und dem zu regelnden Phänomen (Regelung des hydraulischen Durchsatzes durch die Position des Schiebers des hydraulischen Verteilers im Fall des Beispiels von Fig. 3) hergestellt. Diese Korrespondenz wird durch gesteuerte elektrische Mittel erzeugt, die sehr kompakt sind und eine Fernübertragung der Steuerinformation erleichtern.
Die folgenden allgemeinen Angaben fassen die Vorteile des erfindungsgemäßen Regelungssystems, das einer elektrischen Fernsteuerungsvorrichtung in Form eines Manipulators oder dergleichen, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, zusammen.
Die Fernsteuerungsvorrichtung kann in jedem Zeitpunkt einen Ausgang (Vorrichtung mit zwei Wegen) oder zwei Ausgänge (Vorrichtung mit drei oder vier Wegen) haben, die gleichzeitig aktiv sind und bei denen der mittlere Erregungsstrom der entsprechenden Spulen geregelt werden muß.
Die entsprechenden Lasten (z.B. Spulen, die eine Ohmsche und eine induktive Last bilden) sind direkt mit der Speisespannung verbunden. Der Strom, der sie durchfließt, ist direkt von dem Wert dieser Spannung abhängig. Die an jeder Last anliegende Spannung wird durch Zerhacken der Speisegleichspannung erzeugt. Die dem Effektivwert der Speisespannung zugeordnete Stromflußdauer bestimmt den tatsächlichen mittleren Erregungsstrom der Last. Die Zerhackerfrequenz beträgt typisch 200 Hz (ihre Perioden­ dauer beträgt also 5 ms).
Die Geschwindigkeit, mit der sich dieser Strom im Anschluß an eine Änderung der Neigung des Steuermanipulators entwickelt, bewirkt, daß die Abtastperiode vor 100 ms (der kleinstmöglichen Zeit, um den Manipulator aus der neutralen Stellung in eine seiner Positionen maximaler Neigung zu kippen) schwach sein muß. Eine minimale Abtastperiode von 10 ms erscheint angemessen.
Die Messung des mittleren Stroms sollte jedoch eine Mindestdauer von 5 ms haben (d.h. sich über wenigstens eine Periode des Signals erstrecken). Außerdem benötigen die Berechnungen zur Regelung und die Einführung der Parametrierung eine Zeit von 7 ms für jeden der Ausgänge. Da die Verarbeitung der Daten durch einen einzigen Mikroprozessor erfolgt, der die gesamte Elektronik steuert, werden die Wege nacheinander bearbeitet, und die gesamte Abtastperiode zur Bearbeitung der beiden Wege liegt in der Größenordnung von 24 ms. Um eine sichere Funktion der mechanischen Organe zu gewährleisten, die durch die hydraulischen Kreise angetrieben werden (Vermeidung von Stößen), ist es erforderlich, daß jedes Überschwingen der Intensität, und damit des hydraulischen Drucks, vermieden wird.
Schließlich kann sich die Speisespannung, die beispielsweise von einem Akkumulator geliefert wird, in beträchtlichem Umfang ändern, und zwar sowohl im Laufe der Zeit (beispielsweise in Abhängigkeit von dem elektrischen Ladezustand der Batterie) als auch momentan in Abhängigkeit von der geforderten elektrischen Leistung. (Die Spannung kann beispielsweise für eine Batterie mit 12 V Nennspannung zwischen 8 und 16 V, und für eine Batterie mit 24 V Nennspannung zwischen 16 und 32 V liegen).
Es ist erforderlich, eine rasche Einstellung des Stroms (beispielsweise in 100 ms) ohne Überschwinger und unabhängig von dem tatsächlichen Wert der Speisespannung zu erzielen: Eine klassische Regelung mit proportionaler Integration, eine sogenannte PI-Regelung, ist nicht ge­ eignet, diese Ziele gleichzeitig zu erreichen.
Die Regelung gemäß der Erfindung befriedigt hingegen diese Anforderungen. Sie besteht darin, daß ausgehend von einem im voraus eingestellten mittleren Strom und einer Messung des tatsächlichen Werts der Speisespannung die Stromflußzeit des zerhackten Erregungssignals vorausbestimmt wird und dieser vorausbestimmte Wert im Fall eines Fehlbetrages durch eine klassische PID-Regelung korrigiert wird, deren Ansprechgeschwindigkeit ausreichend groß ist, um das gestellte Problem zu lösen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Regelung des durch eine Last (1), insbesondere ein elektrisches Organ zur Steuerung eines zu regelnden Phänomens, fließenden mittleren Stroms, wobei diese Regelung auf der Grundlage einer variablen Steuerinformation (α) und des tatsächlichen Werts einer Speisespannung zur Speisung der Last durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß jedem tatsächlichen Wert der variablen Steuerinformation (α) ein vorausbestimmter theoretischer Wert des mittleren Stroms zugeordnet wird,
  • - daß der tatsächliche Augenblickswert der Speisespannung gemessen wird,
  • - daß für jeden theoretischen Wert des mittleren Stroms und in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Wert der Speisespannung ein theoretisches Zyklusverhältnis (pwm) eines rechteckförmigen Spannungssignals mit fester Frequenz bestimmt wird,
  • - daß eine rechteckförmige Spannung mit fester Frequenz erzeugt wird, die das theoretische Zyklusverhältnis besitzt,
  • - daß diese rechteckförmige Spannung an die Last angelegt wird,
  • - daß der tatsächliche mittlere Strom gemessen wird, der durch die Last fließt,
  • - daß der tatsächliche und der theoretische mittlere Strom miteinander verglichen werden,
  • - daß hieraus ein Fehlersignal abgeleitet wird,
  • - und daß der Wert des Zyklusverhältnisses, von dem aus das genannte für die Last bestimmte Spannungssignal erzeugt wird, in der gewünschten Richtung und in der gewünschten Größe korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Steuerinformation (α) der Neigungswinkel eines mechanischen Betätigungsglieds (22) oder dergleichen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Last eine elektrische Spule (1) eines Elektromagneten ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Last ein Steuerorgan ist, das die Regelung des Durchflusses eines Antriebsfluids in einer Fluid-Betätigungsvorrichtung (34) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß im voraus wenigstens eine vorbestimmte Relation I = f (α) zwischen den Werten der variablen Steuerinformation (α) und den korrespondierenden Werten des theoretischen mittleren Stroms gespeichert wird, und daß jedem gemessenen Wert der variablen Steuerinformation (α) der korrespondierende vorherbestimmte Wert des theoretischen mittleren Stroms zugeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorherbestimmte Relationen I = f1 (α), I = f2 (α), ... gespeichert werden und daß die gewünschte Ansprechkennlinie vorgewählt wird, indem man eine der vorherbestimmten Relationen auswählt.
7. System zur Regelung des durch eine Last (1), insbesondere ein elektrisches Organ zur Steuerung eines zu regelnden Phänomens, fließenden Stroms auf der Grundlage eines Betätigungsorgans (22) von dem ein Parameter eine variable Anfangs-Steuerinformation (α) bildet, wobei eine elektrische Gleichspannungsquelle (Valim) zur Speisung dieser Last vorgesehen ist, gekennzeichnet durch
  • - eine Meßeinrichtung (4) zum ständigen Messen des Werts der variablen Anfangs-Steuerinformation (α),
  • - Mittel (5,6), die jedem Wert der Information (α) einen theoretischen Wert des mittleren Stroms zuordnen, der an die Last (1) angelegt werden muß,
  • - eine Meßeinrichtung (7) zur Messung des tatsächlichen Werts der von der Speisespannungsquelle gelieferten Spannung,
  • - eine Recheneinrichtung (8), die auf der Grundlage des festgesetzten theoretischen Werts des mittleren Stroms und des Meßwerts der Speisegleichspannung einen theoretischen Wert des Zyklusverhältnisses (pwm) eines rechteckförmigen Spannungssignals mit fester vorbestimmter Freqeunz berechnet,
  • - eine Generatoreinrichtung (2) zur Erzeugung eines rechteckförmigen Spannungssignals mit fester Frequenz, das das berechnete Zyklusverhältnis besitzt, wobei dieses Signal an die Last angelegt wird,
  • - eine Meßeinrichtung (10) zur Messung des tatsächlichen durch die Last fließenden mittleren Stroms,
  • - eine Vergleichereinrichtung (11) zum Vergleichen der Werte des tatsächlichen und des theoretischen mittleren Stroms und zur Erzeugung eines Fehlersignals (ε),
  • - sowie Mittel (9) zum Korrigieren des theoretischen Werts des Zyklusverhältnisses in Abhängigkeit von den Fehlersignalen.
8. Regelungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (5, 6) zur Bestimmung des theoretischen mittleren Stroms Speichermittel (5) umfassen, die für jeden möglichen Wert der Information (α) einen entsprechenden Wert des theoretischen Stroms enthalten sowie Suchmittel (6), die in den Speichermitteln das Wertepaar (α, Imoy. th.) ermitteln, das einem gemessenen Wert der Information (α) entspricht.
9. Regelungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel (5a,5b,5c) mehrere Gruppen von Wertepaaren (α, Imoy. th.), I = f1 (α), I = f2 (α), I = f3 (α) ... enthalten und daß Wählmittel (12) vorgesehen sind, die eine dieser Gruppen von Wertepaaren auswählen.
10. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (22) eine schwenkbare Bedienungshandhabe oder dergleichen ist und daß die variable Anfangs-Steuerinformation der Neigungswinkel (α) dieser Bedienungshandhabe ist.
11. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 7-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Last von einer Spule (1) eines Elektromagneten gebildet ist.
12. Regelungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet funktionell einer Vorrichtung (34) zur Regelung des Durchsatzes des Antriebsfluids in einer Fluid-Betätigungs­ vorrichtung ist.
13. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung in Form eines Manipulators oder dergleichen, mit einem insbesondere manuellen Betätigungsorgan (22), das um eine Achse oder um einen festen Punkt (24) verschwenkbar ist und eine Steuerinformation (α) liefern kann, deren Wert eine Funktion der Winkelamplitude der Schwenkbewegung ist, sowie mit Mitteln zur Regelung des mittleren Stroms durch eine Last (1), insbesondere ein elektrisches Organ zur Steuerung eines zu regelnden Phänomens, auf der Grundlage der genannten Steuerinformation, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Signalverarbeitung ein Regelungssystem nach einem der Ansprüche 7-12 umfassen.
14. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung in Form eines Manipulators oder dergleichen zur Steuerung eines elektrischen Organs (1), beispielsweise einer Spule, zur Betätigung eines Elements zur Regelung eines hydraulischen Durchsatzes, beispielsweise eines hydraulischen Verteilers (34), wobei die Vorrichtung ein insbesondere manuelles Betätigungsorgan (22) aufweist, das um eine Achse oder um einen festen Punkt (24) verschwenkbar ist und eine Steuerinformation (α) liefert, deren Wert eine Funktion der Winkelamplitude der Kippbewegung ist, mit Mitteln zur Signalverarbeitung, mit denen der durch das genannte elektrische Steuerorgan (1) fließende mittlere Strom auf der Grundlage der genannten Steuerinformation regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Signalverarbeitung ein Regelungssystem nach einem der Ansprüche 7-12 umfassen.
15. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung in Form eines Manipulators (20) oder dergleichen, mit einem Körper (25), in dem Bohrungen (26) mit parallelen Achsen ausgebildet sind, in denen einander paarweise zugeordnete Gleitstäbe (27) montiert sind, die vorzugsweise symmetrisch zur Achse des Körpers angeordnet sind und die durch einen schwenkbaren Nocken (23) betätigbar sind, der mit einem vorzugsweise manuellen Betätigungsorgan (22) fest verbunden ist, das durch entsprechende elastische Mittel (29) gegen den Nocken oder dergleichen vorgespannt ist, wobei jedem Gleitstab Wandlermittel zugeordnet sind, die ein elektrisches Signal liefern können, von dem ein Parameter für die Bewegung und/oder die Position des betreffenden Gleitstabs bekennzeichnend ist, wobei Mittel zur Signalverarbeitung vorgesehen sind, die das am Ausgang der Wandlermittel auftretende Signal aufnehmen und an ein elektrisches Organ zur Steuerung eines zu regelnden Phänomens, insbesondere eines zu regelnden hydraulischen Durchsatzes, einen mittleren Erregungsstrom liefern, der in voreingestellter Weise der durch das Betätigungsorgan mitgeteilten Steuerung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Signalverarbeitung ein Regelungssystem nach einem der Ansprüche 7-12 umfassen.
16. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlermittel ein bewegliches Element (30) umfassen, das mit dem jeweiligen Gleitstab (27) fest verbunden ist und eine Transparenz besitzt, die sich zwischen einem mittleren Maximalwert im Bereich einer ihrer Enden und einem mittleren Minimalwert in Richtung auf das entgegensetzte Ende ändert, sowie einen Strahlungssender (31) und einen Strahlungsempfänger (32), die einander gegenüberliegen und zwischen denen das bewegliche Element (30) so angeordnet ist, daß es die Größe der von dem Empfänger aufgenommenen Strahlung in korrelierter Weise ändert.
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