DE69800956T2 - Zeitpunktregler - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine An-Aus-Steuerung für einen Parameter, wie etwa Strom, einer elektrischen Last.
• Es gibt verschiedene Verfahren zur An-Aus-Steuerung eines Parameters, wie etwa Strom, in einer elektrischen Last. Beispielsweise kann der Stromausgang einer getakteten Stromversorgung oder der Drehmomentausgang eines geschalteten Reluktanzmotors durch eine Steuerung mit fest eingestellter Aus-Zeit oder durch Hysteresesteuerung gesteuert werden. Das sind Beispiele für An-Aus oder "bang-bang" Steuerungen, in denen die Steuerbetriebsart eine Betätigung einer Schalteinrichtung zwischen nur den zwei Basiszuständen An und Aus einschließt.
• Die US-A-4959602 offenbart einen Motorantrieb, in welchem der Strom in einer Motorspule innerhalb von Hysteresebändern an jeder Seite eines Referenzstromniveaus An-Aus gesteuert wird. Wenn der Spulenstrom den Referenzstrom überschreitet, wird er einfach abgeschaltet, wenn er den oberen Grenzwert des Hysteresebandes erreicht, und bleibt ausgeschaltet, bis er den unteren Grenzwert erreicht.
• JP-A-05328800 offenbart eine Stromsteuerung für einen Generator, in welchem ein Anregungsspulenstrom dadurch gesteuert wird, dass er ausgeschaltet wird, wenn er einen eingestellten Wert erreicht hat und eine festgelegte Verzögerung verstrichen ist.
• EP-A-0769844 offenbart einen Stromsteuerungsschaltkreis, der einen Tiefpassfilter zum Herausmitteln des Stromsignals verwendet. Dieses wird verglichen mit einem Befehlssignal und der Fehler zwischen ihnen wird in eine pulsweiten-modulierte Ausgabe umgewandelt, die benutzt wird, Stromsteuerungsschalter zu betätigen.
• Ein geschalteter Reluktanzmotor wird oft durch Regeln des Phasenstroms in der oder jeder Phasenspule mit niedriger Geschwindigkeit gesteuert. Darauf Bezug genommen wird als Strom-gespeiste Steuerung. Aus praktischen Gründen steht normalerweise eine spannungsregulierte Stromquelle zur Verfügung, so dass eine dazwischenliegende Stromsteuerung benutzt wird. Die Steuerung betätigt Leistungsschalter, um die Spannung an der oder jeder Phasenspule der Maschine anzulegen, um den gewünschten Phasenstrom zu erzeugen und aufrecht zu erhalten.
• Eine Beschreibung von geschalteten Reluktanzmaschinen und ihrer Steuerung kann in dem Artikel "The Characteristics, Design and Applications of Switched Reluctance Motors and Drives" von Stephenson und Blake, vorgestellt auf der PCIM '93 Konferenz und Ausstellung in Nürnberg, Deutschland, am 21.-24. Juni 1993, gefunden werden.
• Sowohl vorübergehende als auch stationäre Reaktionen der Steuerung werden beeinflusst durch die Eigenschaften der elektrischen Last, die die Phasenspule darstellt. Beispielsweise hat der Phasenstromkreis eines geschalteten Reluktanzmotors weder eine konstante Induktivität noch eine einfache "Bewegungs- EMF (elektromotorische Kraft)" Wirkung. Ein vereinfachter mathematischer Ausdruck für die Spannung über einem Phasenstromkreis eines geschalteten Reluktanzmotors ist:
• wobei:
• v die Phasenspannung ist
• R der Phasenwiderstand ist
• i der Phasenstrom ist
• L die Phaseninduktivität ist
• l die differentielle Phaseninduktivität ist
• ω die Winkelgeschwindigkeit ist
• θ der Rotorwinkel relativ zum Stator ist
• t die Zeit ist
• Die drei verschiedenen Terme in Gleichung 1 können wie folgt erklärt werden:
• der erste Term (iR) ist begründet in dem widerstandsbedingten Spannungsabfall in der Phasenspule;
• der zweite Term (1 (i, θ) di/dt) ist proportional zu der Steigung eines Phasenstroms und ist begründet in der effektiven Induktivität der Phase, d. h. in der differentiellen Induktivität. Dieser Term kann als nicht linear in seiner Natur angesehen werden, da die differentielle Induktivität eine Funktion sowohl des Stroms als auch des Winkels ist. Eine graphische Auswertung, die die Änderung der differentiellen Induktivität einer geschalteten Muster-Reluktanzmaschine zeigt, ist in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigt, welche ein Graph der differentiellen Induktivität gegen den Rotorwinkel für verschiedene Werte des Phasenstroms ist. Sie zeigt, dass die differentielle Induktivität Werte von über 10 bis 1 bei einer Maschine, die über einen weiten Bereich von Strömen betrieben wird, z. B. einem Servoantrieb, durchlaufen kann;
• der letzte Term der Gleichung 1 (iω∂L (i, θ) / ∂θ) kann als proportional zu der Winkelgeschwindigkeit (ω) angesehen werden und wird daher manchmal die "Bewegungs- EMF (elektromotorische Kraft)" genannt. Er tritt auf, da die Phaseninduktivität eine Funktion des Rotorwinkels ist und deshalb mit der Zeit variiert, wenn die Maschine rotiert. Er ist auch nichtlinear in seiner Natur und hängt davon ab, wie sich die Phaseninduktivität mit dem Rotorwinkel bei einem bestimmten Phasenstrom und Rotorwinkel ändert. In einer Abbildung zeigt Fig. 2 die Bewegungs-EMF (elektromotorische Kraft) für eine geschaltete Reluktanzmaschine für eine gegebene Geschwindigkeit und verschiedene Werte eines Phasenstroms.
• Viele verschiedene Arten von Stromsteuerungsschemen werden bei geschalteten Reluktanzmaschinen verwendet. Zum Beispiel wird oft eine Stromsteuerung mit fest eingestellter Aus-Zeit benutzt, da sie hohe Bandbreitensteuerung und eine einfache Implementierung erreicht. Die Einfachheit basiert darauf, dass zur Rückkopplung nur der Schaltstrom überwacht werden muss, im Gegensatz zu dem Phasenspulenstrom. Fest eingestellte Auszeitsteuerung funktioniert durch Abschalten der Spannung für eine vorgeschriebene Zeitdauer, wenn der Strom ein vorgegebenes Bedarfsniveau erreicht. Nach dem Auszeitintervall wird die Spannung durch Betätigung der Schalter des Konverters wieder angelegt. Während die Schalter des Konverters nicht-leitend sind, ist die Kenntnis des Phasenstroms nicht verfügbar, aber in vielen Anwendungen ist das kein Nachteil.
• Fig. 3 zeigt die Basiselemente eines herkömmlichen Auszeitreglers, der eine fest eingestellte Aus-Zeit benutzt. Der zu überwachende Strom wird in einen Stromwandler 14 gespeist, welcher jeder bekannte Typ sein kann. Der Ausgang des Stromwandlers wird durch einen Rauschfilter 30 geführt, um Störsignale, die im Stromwandlerausgang vorhanden sein könnten, beispielsweise auf Grund des Schaltvorgangs des Konverters, zu entfernen. In einigen handelsüblichen Implementierungen werden die Wandler einen integralen Rauschtilter besitzen. In jedem Fall wird das Ausmaß des Filterns so gewählt, dass das Rauschen unterdrückt wird, ohne irgendwelche bedeutenden Verzögerungen in das Rückkopplungssignal einzuführen. Der Ausgang des Rauschfilters ist ein Signal if, repräsentativ für den Strom, der gesteuert werden soll. Dieses Signal wird in einen Komparator 10 eingespeist, welcher auch ein Signal id empfängt, welches repräsentativ für den erforderlichen Strom ist. Der Vergleicher ist angeordnet, ein Signal it auszugeben, welches den Zustand wechselt, wenn das Rückkopplungssignal if das Bedarfssignal id überschreitet.
• Der Ausgang des Vergleichers it wird sowohl an den Rücksetz-Eingang einer bistabilen Kippschaltung zum Einstellen / Zurücksetzen 22 und an einen Pulsgenerator 20 angelegt, der einen Puls an dem Einstell-Eingang der bistabilen Kippschaltung für eine fest eingestellte Zeit, toff, anlegt, nachdem der Ausgang des Komparators 10 anzeigt, dass der Laststrom das erforderliche Niveau erreicht hat. Der Ausgang der bistabilen Kippschaltung ist deshalb ein Signal, das benutzt werden kann, um einen Leistungskonverter oder eine andere Vorrichtung (nicht gezeigt) einzuschalten, so dass er Strom an eine Last anlegt. Wenn der Strom in der Last den erforderlichen Strom erreicht, wechselt der Ausgang des Vergleichers den Zustand.
• Dort, wo die Last linear ist, führt diese Schaltstrategie zu einer Wellenform des Stroms wie der in Fig. 4 gezeigten.
• Der Anstieg und Abfall von Strom ist als linear dargestellt und in Spannungen über die Spule derselben Größe, aber unterschiedlicher Polarität unterworfen. Mit diesen Annahmen kann ein Ausdruck für den durchschnittlichen Strom wie folgt abgeleitet werden:
• wobei:
• iav der durchschnittliche Phasenstrom über dem Schaltzyklus ist.
• ic der erforderliche Phasenstrom ist
• Δi der Hub des Stroms während der Aus-Zeit ist
• V die Verbindungsgleichspannung ist
• R der Phasenwiderstand ist
• ε die "Bewegungs-elektromotorische Kraft" ist
• l die differentielle Induktivität ist
• Der Anstieg und Abfall des Stroms ist natürlich in der Praxis nicht generell linear. Jedoch ist der Fehler auf Grund dieser Annäherung oft annehmbar klein, angenommen, der Schaltzeitraum ist verglichen mit der Zeitkonstante des Phasenstromkreises kurz.
• In diesem Kontext sollte angemerkt werden, dass es einen Unterschied zwischen dem Durchschnittsstrom, der über viele Schaltzyklen berechnet wird und dem Strom, der über einige Schaltzyklen berechnet wird, geben könnte. Dies kann durch die Nichtlinearitäten, auf die vorher Bezug genommen wurde, geschehen, oder dadurch, dass sich der erforderliche Strom über den Phasenzyklus der Maschine ändert. In der folgenden Beschreibung bezieht sich der Begriff "Durchschnittsstrom" auf den Durchschnitt über einige Schaltzyklen.
• Aus Gleichung 2 kann abgeleitet werden, dass der Unterschied zwischen dem durchschnittlichen Phasenstrom und dem erforderlichen Strom gemäß den speziellen Eigenschaften des Stromkreises variieren wird. In vielen Fällen ist die Abweichung annehmbar. Wenn der Hub des Phasenstroms von dem erforderlichen Niveau klein ist, und/oder eine äußere Steuerschleife die letzte Motorausgabe regelt, kann der Unterschied ausgeglichen werden. In anderen Situationen kann der Unterschied jedoch nicht hingenommen werden, z. B. bei Anwendungen, wo es erforderlich ist, dass der Phasenstrom über einen gesamten Leitungszyklus genau profiliert ist.
• Bei einer Stromsteuerung mit fest eingestellter Aus-Zeit einer nichtlinearen elektrischen Last, sowie eine Phase eines geschalteten Reluktanzmotors, tritt ein variabler Fehler beim durchschnittlichen Strom auf. Während das in einigen Anwendungen annehmbar sein kann, werden Anwendungen mit höherer Leistung ansteigend schnellere Veränderungen im Strom besitzen, die durch eine äußere Kontrollschleife nicht angemessen angesteuert werden können, da es wahrscheinlich ist, dass beim Versuch, den Fehler im Durchschnittsstrom auszulöschen, eine Welligkeit der Ausgabe eingeführt wird.
• Das Gleiche gilt im allgemeinen für andere Arten von Steuerungen, sowie Hysterese-Stromsteuerung.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, den Fehler zwischen dem erforderlichen Parameter und dem durchschnittlichen Parameter in einer Last, die durch eine An-Aus-Steuerung gesteuert wird, zu reduzieren.
• Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur An-Aus-Steuerung eines Parameters einer elektrischen Last bereitgestellt, umfassend: Einstellen eines erforderlichen Parameter-Werts; Anlegen einer Spannung an die Last durch Betätigen einer Schalteinrichtung, um einen Veränderungsparameter in der Last auszulösen; und Entfernen der Spannung von der Last nach einer Verzögerung, die dem Parameter, der den erforderlichen Wert erreicht, folgt, so dass der Parameter den erforderlichen Wert übersteigt, wobei als Folge der Wert des Fehlers zwischen dem durchschnittlichen Parameter und dem erforderlichen Wert verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Verzögerung von einer Zeitspanne, in der die Spannung vorher an die Last angelegt wurde, abgeleitet wird.
• Die Verzögerung kann gleich sein wie die Zeitspanne, in der die Spannung früher an der Last angelegt wurde.
• In einer speziellen Form kann das Verfahren einschließen: Vergleichen eines Bedarfsignals, bezeichnend für den erforderlichen Strom mit einem Rückkopplungssignal, bezeichnend für einen Laststrom, um ein Ausgabesignal zu erzeugen, das zwei Zustände besitzt; Erzeugen eines Abschaltsignals für die Schalteinrichtung als Reaktion auf den sich ändernden Zustand des Ausgangs; und Verzögern des Abschaltens der Schalteinrichtung durch das Abschaltsignal für die Zeitdauer der Verzögerung.
• In einer anderen Form kann das Verfahren umfassen: Erzeugen eines Rückkopplungssignals, bezeichnend für einen Strom in der Last; Tiefpassfiltern des Rückkopplungssignals; und Vergleichen eines Bedarfssignals, bezeichnend für den erforderlichen Stromwert mit dem Rückkopplungssignal, um ein Abschaltsignal für die Schalteinrichtung als Reaktion auf das Rückkopplungssignal zu erzeugen, dadurch Verzögern der Betätigung der Schalteinrichtung durch das Abschaltsignal.
• In einer weiteren alternativen Form kann das Verfahren umfassen: Festlegen des Betätigungszeitraums, in dem die Schalteinrichtung betätigt wird; und Einstellen des Abschaltzeitraums, in dem die Schalteinrichtung anschließend als Reaktion auf den Betätigungszeitraum abgeschaltet wird. Bei dieser Form ist der Abschaltzeitraum im wesentlichen gleich wie der Betätigungszeitraum. Der Betätigungszeitraum kann bestimmt werden durch Auslösen eines Zählimpulses in einer Richtung von einem Wert am Beginn des Betätigungszeitraums, und der Abschaltzeitraum wird eingestellt durch Auslösen eines anderen Zählimpulses in die andere Richtung von dem Wert am Ende des einen Zählimpulses zu dem einen Wert. Das Verfahren kann auch einschließen: Einstellen eines gewünschten Betätigungszeitraums; Vergleichen des bestimmten Betätigungszeitraums mit dem maximalen Betätigungszeitraum; und Verringern des Abschaltzeitraums, wenn der bestimmte Betätigungszeitraum den maximalen Betätigungszeitraum überschreitet. In diesem Fall kann der Abschaltzeitraum auf einen vorbestimmten Wert verringert werden.
• Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein An-Aus-Steuergerät für einen Parameter einer elektrischen Last, wobei das Steuergerät umfasst: eine Schalteinrichtung betätigbar zum Steuern der Versorgung der Last mit elektrischer Leistung; eine Bedarfseinrichtung zum Erzeugen eines Parameter-Bedarfssignals; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Parametersignals, das auf den Parameter der Last schließen lässt; eine Einrichtung zum Ableiten eines Fehlersignals vom Bedarfsignal und dem Parametersignal; eine Steuereinrichtung, angeordnet, das Fehlersignal zu empfangen und ein Betätigungssignal für die Schalteinrichtung mit einer Zeitdauer zum Verringern des Fehlers, wenn das Fehlersignal einen vorbestimmten Wert übersteigt, zu erzeugen und andernfalls ein anderes Betätigungssignal für die Schalteinrichtung zu erzeugen; und eine Verzögerungseinrichtung, die betrieben werden kann, das eine Betätigungssignal zu verzögern, wenn das Fehlersignal den Bedarfswert überschreitet, wobei der Wert eines Fehlers zwischen dem durchschnittlichen Parameterwert und dem Wert, der durch das Parameterbedarfssignal angezeigt wird, reduziert wird als Ergebnis der Verzögerung, dadurch gekennzeichnet, dass: die Verzögerungseinrichtung auf die Dauer des anderen Betätigungssignals reagiert, um die Zeitdauer der Verzögerung des einen Betätigungssignals zu bestimmen.
• Gemäß der Erfindung kann eine Verzögerung so in das Steuergerät eingeführt werden, dass das System die Fehler ausgleicht, die von Natur aus in einem An-Aus-Steuergerät vorhanden sind. Das richtet sich gegen die herkömmliche Einsicht, dass Steuersysteme im allgemeinen besser durch Ausschalten von Verzögerungen in der Verarbeitung arbeiten.
• Die Erfindung kann in die Praxis auf verschiedene Arten umgesetzt werden, von welchen einige jetzt beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
• Fig. 1 ein Graph der differentiellen Induktivität gegen den elektrischen Winkel einer geschalteten Reluktanzmaschine über einen halben Zyklus eines Induktivitäts-Zeitraums für verschiedene Phasenstromwerte ist;
• Fig. 2 ein Graph einer Bewegungs-EMF (elektromotorischen Kraft) gegen den elektrischen Winkel einer geschalteten Reluktanzmaschine über einen halben Zyklus des Induktiviätszeitraums für verschiedene Phasen Stromwerte ist;
• Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines herkömmlichen Steuergeräts mit fest eingestellter Aus-Zeit ist;
• Fig. 4 eine graphische Darstellung des Schaltens eines Phasenstroms für ein herkömmliches Steuergerät mit fest eingestellter Aus-Zeit ist;
• Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm eines Aus-Zeit-Steuergeräts mit Verwendung fest eingestellter Verzögerung ist;
• Fig. 6 eine graphische Darstellung des Schaltens eines Phasenstroms für das Aus- Zeit-Steuergerät von Fig. 5 ist;
• Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Aus-Zeit- Steuergeräts gemäß dieser Erfindung unter Benutzung einer variablen Verzögerung ist; und
• Fig. 8 ein schematisches Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Aus- Zeit-Steuergeräts gemäß der Erfindung unter Verwendung variabler Verzögerung ist.
• Während unter allgemeinen Bedingungen ein Steuersystem im allgemeinen durch Reduzieren oder Ausschalten von Zeitverzögerungen in Rückkopplungsschleifen als verbessert angesehen wird, erkennt diese Erfindung, dass der Fehler zwischen dem erforderlichen und dem eigentlichen Durchschnittsstrom, der normalerweise in einem Steuergerät mit fest eingestellter Aus-Zeit auftritt, durch Einfügen einer Zeitverzögerung in die Rückkopplungsschleife in hohem Maß reduziert und, in manchen Beispielen praktisch ausgeschaltet werden kann. Durch Betrachtung von Fig. 6 und oben angeführter Gleichung 2 wird deutlich, dass die Zeitverzögerung, welche zum Ausschalten des stationären Fehlers erforderlich ist, lautet:
• tdelay = (V + iR + ε)/(V - iR - ε) · toff/2 (3)
• Die Zeitverzögerung kann von fest eingestellter Dauer sein, vorteilhafter wird es jedoch sein, wenn sie von variabler Dauer ist, vorzugsweise so, dass die Dauer mit der Anstiegsrate des Stroms verbunden ist.
• Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, in welchem eine fest eingestellte Verzögerung in die Rückkopplungsschleife eines Aus-Zeit-Steuergeräts eingeführt ist. Wie oben festgestellt, ist das Aus-Zeit-Steuergerät eine Form von An-Aus-Steuergerät, welches im Gegensatz z. B. zu einem Steuergerät, welches fähig ist einen Steuersignalwert zu erzeugen, der eine Funktion des Fehlers zwischen einem Bedarfssignal und einem tatsächlichen Wert des Parameters ist, nur zu einem An-Zustand und einem Aus-Zustand fähig ist.
• Das Steuergerät umfasst einen Vergleicher 10, der ein Eingangssignal ii empfängt, welches auf einen Bedarfstrom zurückzuführen ist, und ein Rückkopplungssignal if, welches auf den Phasenstrom in der Phasenspule einer geschalteten Rehtktanzmaschine 12 zurückzuführen ist, empfängt. Das Signal if wird von einem Sensor in Form eines Stromwandlers 14 durch einen geeigneten Rauschfilter 30 geliefert. Der Ausgang des Vergleichers ist ein Schalter- Betätigungssignal it, das an einem Ausschalt-Verzögerungsstromkreis 18 angelegt wird. Der Ausgang des Verzögerungsstromkreises 18 wird an einen Aus-Zeit-Pulsgenerator 20 angelegt, der einen Puls bereitstellt, nachdem die für die Anwendung geeignete fest eingestellte Aus-Zeit abgelaufen ist. Der Ausgang der Verzögerung wird auch direkt an den Rücksetz- Eingang einer bistabilen Kippschaltung zum Einstellen-Zurücksetzen 22 angelegt, die einen Zündpuls T, der an einen Leistungskonverter 34 geliefert wird, für einen Schalter erzeugt. Der Leistungskonverter hat die Funktion, die Leistungsschalter von jedem Phasenstromkreis des Motors 12 auf bekannte Art und Weise selektiv zu aktivieren, so dass Strom in der Phasenspule gesteuert wird.
• Wenn if geringer ist als id, wird der Vergleicher ein Anschaltsignal it, das unbeeinflusst von der Gegenwart des Verzögerungsschaltkreises 18 ist, für einen Schalter ausgeben. Das Signal it schaltet das Zündsignal T in einem Phasen-Leitungszeitraum an. Schließlich wird das Signal if den Wert des erforderlichen Stroms id erreichen. An diesem Punkt wird der Ausgang des Vergleichers zu einem Ausschaltsignal für einen Schalter wechseln. Das Ausschaltsignal wird jedoch nur durch den Verzögerungsstromkreis 18 weiter übertragen, nachdem der Verzögerungszeitraum abgelaufen ist. Nach der Verzögerung wird das Abschaltsignal an die bipolare Kippschaltung 22 angelegt, die es zurücksetzt und die Schalter im Leistungskonverter zum Öffnen veranlasst. Der Strom beginnt dann abzufallen. Nachdem die vorbestimmte Aus-Zeit abgelaufen ist (bestimmt durch den Aus-Zeit-Pulsgenerator 20) wird die bistabile Kippschaltung gesetzt und die Schalter im Leistungskonverter werden geschlossen. Es wird deshalb zu sehen sein, dass der Strom in der Phasenspule für die vorbestimmte Dauer fallen wird und dass, am Ende der Aus-Zeit, unter der Annahme, dass der Phasenstrom unter das erforderliche Niveau gefallen ist, die Leistungsschalter wieder angeschaltet werden, um die Spannung wieder anzulegen, bis der erforderliche Strom wieder erreicht wird.
• Fig. 6 zeigt den Phasenstrom Iph auf das erforderliche Niveau id ansteigen und mit dem Ansteigen fortfahren, da das Abschalten der Schalter für den Verzögerungszeitraum tdelay verzögert wird. Nach der Verzögerung werden die Schalter abgeschaltet, um einen fallenden Strom für eine vorbestimmte Aus-Zeit toff einzuleiten. Am Ende der Aus-Zeit werden die Schalter wieder betätigt, um den Strom zum Ansteigen zu bringen und der Schaltzyklus wiederholt sich.
• Eine konstante Aus-Zeit-Verzögerung wird in die Strom-Kontrollschleife eingeführt. Der Verzögerungsstromkreis könnte entweder eine analoge oder eine digitale Anordnung, ausgelöst durch den Phasenstrom, der den Bedarf erreicht, sein. Ein typischer Wert für tdelay ist die halbe Aus-Zeit. Die Verzögerung könnte auch als ein gemeinsamer Teil des Stromkreises des Aus-Zeit-Pulsgenerators 20 bewirkt werden, abhängig vom Wert der erforderlichen Zeitverzögerung und der gewählten Implementierung.
• Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher einige Teile die gleichen Bezugszeichen wie ihre Äquivalente in Fig. 5 haben.
• Ein Tiefpassfilter 32 ist zwischen dem Ausgang des Rauschfilters 30 und dem Eingang des Vergleichers 10 geschaltet. Das erzeugt eine Verzögerung, die ausreichend ist, um den tatsächlichen Strom zum Überschießen des erforderlichen Stroms und damit zum Reduzieren des durchschnittlichen Fehlers zu bringen. Dies geschieht auf Grund des Zeitabstands, welchen das zusätzliche Filtern zwischen dem Stromrückkopplungssignal und dem tatsächlichen Phasenstrom einführt. Das Ausmaß des Zeitabstands wird gemäß der Eigenschaft des zusätzlichen Filterns und dem Abfall des Phasenstroms variieren. Es muss darauf geachtet werden, sicherzustellen, dass das zusätzliche Filtern keine Instabilität oder einen anderen fehlerhaften Betrieb der Stromsteuerung verursacht. Unter einigen Umständen kann das zusätzliche Filtern mit herkömmlichem Filtern kombiniert werden, das benutzt wird, um elektrisches Rauschen zu reduzieren, das korrekten Betrieb der Stromsteuerung zulässt. Diese Technik könnte deshalb ausgeführt werden, indem die Abschneidefrequenz von existierendem Filtern, das zur Rauschunterdrückung benutzt wird, verringert wird. Die eingeführte Abschaltverzögerung wäre nur eine Nährung für die, die erforderlich wäre, den Fehler auszulöschen, aber mit der richtigen Wahl von Filtern kann diese Technik den Fehler über einen großen Teil des Betriebsbereichs deutlich verringern. Typische Werte für den Tietassfilter wären R = 1kΩ C = 1nF für eine Aus-Zeit von 40 usec. Im Ergebnis stellt diese Ausführungsform eine variable Abschaltverzögerung abhängig von der Rate des Anstiegs des Rückkopplungssignals zur Verfügung.
• In einer zweiten Ausführungsform, dargestellt in Fig. 8, ist die Aus-Zeit variabel und wird gemäß der Rate des Stromanstiegs gewählt. Der Stromkreis schließt von der Anordnung her einen Auf/Abzähler 36 ein, der einen integralen Null-Zählimpulsdetektor besitzt, und der den Ausgang it des Vergleichers 10 empfängt. Der Ausgang des Zählers an dem Pulsgenerator 20 und die bistabile Kippschaltung 22 angeschlossen. Die übrigen Komponenten des Stromkreises sind wie in den früheren Ausführungsformen angeordnet und haben die entsprechenden Bezugszeichen.
• Nachdem der Zyklus der Aus-Zeit eines früheren Zyklus beendet ist, wird das Schaltersignal T durch die bistabile Kippschaltung 22 in der vorher beschriebenen Weise erzeugt, die Spannung wird an die Last angelegt und der Auf/Abzähler wird zurückgesetzt. Der Zähler beginnt dann hochzuzählen. Wenn der Vergleicher entdeckt, dass der erforderliche Strom erreicht worden ist und seinen Ausgangszustand ändert, wird der Ausgang an den Zähler 36 angelegt, um die Zählung zu veranlassen, in die umgekehrte Richtung zu gehen. Die Länge der Zählung ist die effektive Verzögerung, bevor der Ausgang der bistabilen Kippschaltung 22 geändert wird. Am Ende der umgekehrten Zählung veranlasst der Null-Zähldetektor den Ausgang des Zählers, nach oben zu gehen.
• Auf diese Weise, und vorausgesetzt, dass die Phasenstromparametervariationen langsam vonstatten gehen verglichen mit einem Schaltzeitraum, ist die Wellenform des Phasenstroms automatisch symmetrisch um den erforderlichen Strom. Der stationäre Fehler wird im wesentlichen ausgeschaltet. Zeitverzögerungen in der Steuerschleife auf Grund des Abtastens des Stroms, des Detektierens, dass das erforderliche Stromniveau erreicht worden ist und Verzögerungen beim Steuern der Schalter werden in der Praxis einen kleinen stationären Fehler verursachen, aber diese können in dem gesamten Steuerungssystem, welches bekannte Techniken benutzt, herausgerechnet werden.
• Diese Zeitraummessung und Anpassung arbeitet in einer gewünschten Art, vorausgesetzt, das erforderliche Stromsignal ändert sich nicht so schnell, dass der Phasenstrom in seiner Schwankung begrenzt wird durch die endliche vorhandene erzwingende Spannung. Unter diesen Umständen wird entweder die An-Zeit oder die Aus-Zeit viel länger als ein gewöhnlicher Schaltungszeitraum, um den Wert des durchschnittlichen Stroms zu einem neuen erforderlichen Stromniveau zu ändern. Diese Ausführungsform der Erfindung arbeitet auch korrekt, vorausgesetzt, der Übergang vom erforderlichen. Stromniveau geht in eine negative Richtung. In diesem Fall ist die An-Zeit sehr klein, da, nachdem die Aus-Zeit vorbei ist, die Schalter gezündet werden und beinahe sofort wieder ausgeschaltet werden, da sich zu viel Strom in der Phase befindet. Wenn der Übergang jedoch in der positiven Richtung stattfindet, wird die An-Zeit lang. Wenn diese Ausführungsform der Erfindung benutzt wird, wird eine längere Abschaltzeitspanne erzeugt, die im wesentlichen verursachen könnte, dass der Strom über das erforderliche Stromniveau hinausschießt. Dieser Zustand wird in der Praxis eintreten am Beginn jedes Phasenzeitraums, und besser sind zusätzliche Steuerungshandlungen vorzunehmen, um dem zu begegnen. Deshalb begrenzt das in Fig. 8 gezeigte System die maximale Abschaltverzögerung, wenn die An-Zeit einen gegebenen Betrag (z. B. einen vollständigen Schaltzeitraum) übersteigt.
• In Fig. 8 ist dies durchgeführt durch Begrenzen des maximalen Zählerstands des Zählers und kann erreicht werden durch irgendeines von einer Anzahl bekannter Verfahren. Unter sehr schnellen dynamischen Bedingungen ist eine gute Antwort von dem Steuergerät möglich, während unter stationären oder langsam variierenden Bedingungen der Fehler zwischen dem erforderlichen Strom und dem tatsächlichen Phasenstrom im wesentlichen entfernt wird.
• Während die Beschreibungen obiger Implementierungen auf einen Leistungskonverter basieren, der nur zwei Zustände für die Schalteranordnung verwendet, wird ein Fachmann erkennen, dass es gleichermaßen möglich ist, die Erfindung mit einem Leistungskonverter zu verwenden, der einen "Freilauf"-Zustand in seiner Schaltsequenz aufnimmt. Während die eigentlichen Parameterwerte für eine solche Anordnung von den oben beschriebenen abweichen könnten, findet das gleiche grundsätzliche Verfahren Anwendung.
• Es wird auch offensichtlich sein, dass eine digitale Implementierung der oben genannten Ausführungsformen der Erfindung durch einen Mikroprozessor oder eine ähnliche digitale Vorrichtung als Teil von einem größeren gesamten Steuerschema hergestellt werden könnte. Solche Implementierungen sind den Fachleuten wohl bekannt.
• Die Erfindung ist beschrieben worden in Verbindung mit den veranschaulichten Ausführungsformen wie oben diskutiert, Fachleute werden erkennen, dass viele Variationen gemacht werden können ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Man wird sich darüber bewusst sein, dass die Stromkreise in digital, analog oder einer Kombination von Digital- und Analoganordnungen ausgeführt werden können. Dementsprechend ist die obige Beschreibung der Ausführungsformen in der Form von Beispielen und nicht zum Zweck einer Beschränkung ausgeführt. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche beschränkt sein soll.

Claims (15)

1. Verfahren zur An-Aus-Steuerung eines Parameters einer elektrischen Last, umfassend:

Einstellen eines erforderlichen Parameter-Werts (id);

Anlegen einer Spannung an die Last durch Betätigen einer Schalteinrichtung (34), um einen Veränderungsparameter in der Last auszulösen; und

Entfernen der Spannung von der Last nach einer Verzögerung, die dem Parameter, der den erforderlichen Parameterwert erreicht, folgt, so daß der Parameter den erforderlichen Wert übersteigt, wobei als Folge der Wert des Fehlers zwischen dem durchschnittlichen Parameter und dem erforderlichen Wert verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Verzögerung von einer Zeitspanne, in der die Spannung vorher an die Last angelegt wurde, abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches einschließt:

Vergleichen eines Bedarfssignals (id), bezeichnend für den erforderlichen Parameter mit einem Rückkopplungssignal (if), bezeichnend für einen Lastparameter zum Erzeugen eines Ausgabesignals (ie), welches zwei mögliche Zustände besitzt;

Erzeugen eines Abschaltsignals für die Schalteinrichtung als Reaktion auf den sich ändernden Zustand der Ausgabe; und

Verzögern der Betätigung der Schalteinrichtung durch das Abschaltsignal für die Zeitdauer der Verzögerung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches einschließt:

Erzeugen eines Rückkopplungssignals (if), bezeichnend für einen Parameter in einer Last; und

Tiefpaßfiltern des Rückkopplungssignals;

Vergleichen eines Bedarfssignals (id), bezeichnend für den erforderlichen Parameterwert in dem Rückkopplungssignal zum Erzeugen eines Abschaltsignals (it) für die Schalteinrichtung als Reaktion auf das Rückkopplungssignal, und damit Verzögern der Betätigung der Schalteinrichtung durch das Abschaltsignal.

4. Verfahren nach Anspruch 1, das einschließt:

Festlegen des Betätigungszeitraums, in dem die Schalteinrichtung betätigt wird; und Einstellen des Abschaltzeitraums, in dem die Schalteinrichtung anschließend als Reaktion auf den Betätigungszeitraum abgeschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, in welchem der Abschaltzeitraum im wesentlichen gleich dem Betätigungszeitraum ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, in welchem der Betätigungszeitraum bestimmt ist durch Auslösen eines Zählimpulses in einer Richtung von einem Wert am Beginn des Betätigungszeitraums, und der Abschaltzeitraum eingestellt ist durch Auslösen eines anderen Zählimpulses in die andere Richtung von dem Wert am Ende des einen Zählimpulses zu dem einen Wert.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, welches einschließt:

Einstellen eines gewünschten Betätigungszeitraums;

Vergleichen des bestimmten Betätigungszeitraums mit dem gewünschten Betätigungszeitraum; und

Verringern des Abschaltzeitraums, wenn der bestimmte Betätigungszeitraum den gewünschten Betätigungszeitraum übersteigt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches das Reduzieren des Abschaltzeitraums auf einen vorbestimmten Wert einschließt.

9. An-Aus-Steuergerät für einen Parameter einer elektrischen Last (12), wobei der Parameter einen momentanen und einen durchschnittlichen Wert besitzt, wobei das Steuergerät umfaßt:

eine Schalteinrichtung (34) betätigbar zum Steuern der Versorgung der Last mit elektrischer Leistung;

eine Bedarfseinrichtung zum Erzeugen eines Parameter-Bedarfssignals;

eine Einrichtung (14) zum Erzeugen eines Parametersignals, das auf den momentanen Wert des Parameters der Last schließen läßt;

eine Einrichtung (10) zum Ableiten eines Fehlersilgnals vom Bedarfssignal und dem Parametersignal;

eine Steuereinrichtung (20, 22, 36), angeordnet, das Fehlersignal zu empfangen und ein Betätigungssignal für die Schalteinrichtung mit einer Zeitdauer zum Verringern des Fehlers, wenn das Fehlersignal einen vorbestimmten Wert übersteigt, und andernfalls zum Erzeugen eines anderen Betätigungssignals für die Schalteinrichtung zu erzeugen; und

eine Verzögerungseinrichtung (18), die betrieben werden kann, das eine Betätigungssignal zu verzögern, wenn das Fehlersignal den vorbestimmten Wert übersteigt, wobei der Wert eines Fehlers zwischen dem durchschnittlichen Parameterwert und dem Wert, der durch das Parameter-Bedarfssignal angezeigt wird, als ein Ergebnis der Verzögerung reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung auf die Dauer des anderen Betätigungssignals reagiert, um die Zeitdauer der Verzögerung des einen Betätigungssignals zu bestimmen.

10. Steuergerät nach Anspruch 9, in welchem die Steuereinrichtung einen Schwellendetektor einschließt, wobei der vorbestimmte Wert eine im Schwellendetektor festgesetzte Schwelle ist.

11. Steuergerät nach Anspruch 10, in welchem die Verzögerungseinrichtung angeordnet ist, die Ausgabe des Schwellendetektors zu empfangen, um das eine Betätigungssignal zu verzögern.

12. Steuergerät nach Anspruch 9, 10 oder 11, das einen Komparator (10) einschließt, der angeordnet ist, das Bedarfssignal und das Parametersignal zum Erzeugen des Fehlersignals, das auf den Unterschied zwischen den Bedarfs- und den Parametersignalen schließen läßt, zu empfangen.

13. Steuergerät nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, in dem die Verzögerungseinrichtung einen Tiefpaßfilter (30) einschließt, der angeordnet ist, das Parametersignal zu empfangen, um es zu veranlassen, dem Bedarfssignal nachzufolgen.

14. Steuergerät nach Anspruch 9, in dem die Verzögerungseinrichtung betrieben werden kann, die Dauer des einen Betätigungssignals im wesentlichen gleich zu der Dauer des anderen Betätigungssignals einzustellen.

15. Steuergerät nach Anspruch 9 oder 14, in dem die Verzögerungseinrichtung einen Zähler (36) einschließt, der betrieben werden kann, in einer Richtung von einem Startwert über die Dauer des anderen Betätigungssignals zu einem Endwert zu zählen und in die andere Richtung von dem Endwert am Ende des anderen Betätigungszeitraums zum Startwert zu zählen, um den einen Betätigungszeitraum zu bestimmen.