DE10341865B4 - Verbesserter Schalter mit ruckfreiem Übergang - Google Patents

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Abstract

Ein Schalter mit weichem Übergang, der aufweist:
– einen Schalter (SW1) mit mindestens einem Eingang für ein Steuerungssignal (s), einem ersten Signaleingang, einem zweiten Signaleingang und mindestens einem Ausgang;
– eine erste Schleife (L1), die operativ mit dem ersten Signaleingang und dem Ausgang des Schalters (SW1) verbunden ist und aufweist:
– ein erstes Summations-Element (S1) mit einer Vielzahl von Eingängen und mindestens einem Ausgang;
– einen Vorwärts-Kompensator (C1), der operativ zwischen dem mindestens einen Ausgang des Summations-Elements (S1) und dem ersten Signaleingang des Schalters (SW1) verbunden ist;
– ein weiteres Summations-Element (S3) mit einem ersten Eingang, der operativ mit einem Ausgang des Vorwärts-Kompensators (C1) verbunden ist und mit einem zweiten Eingang, der operativ mit dem Ausgang des Schalters (SW1) verbunden ist; und
– einen Rückkopplungs- Kompensator (K1), der operativ zwischen einem Ausgang des weiteren Summations-Elements (S3) und einem Eingang des ersten Summations-Elements (S1) verbunden...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Schalter, vorzugsweise industrielle Schalter, und im Besonderen auf das Feld von Schaltern mit ruckfreiem bzw. weichem Übergang.
  • Aus Patent Abstracts of Japan, 03218484 A, 26.09.91 ist ein Schalter SW1 bekannt, der aufweist einen ersten Signaleingang a, einen zweiten Signaleingang b, mindestens einen Ausgang 10, eine erste Schleife 1, SW12, die operativ mit dem ersten Signaleingang und dem Ausgang des Schalters SW1 verbunden ist und eine zweite Schleife 2, SW22, die operativ mit dem zweiten Signaleingang und dem Ausgang des Schalters SW1 verbunden ist. Nicht dargestellt ist mindestens ein Eingang für ein Steuerungssignal.
  • Schalter sind sehr häufig eingesetzte Komponenten, die in verschiedenen industriellen Umfeldern verwendet werden. Systeme mit industriellen Prozessen und Geräte erfordern oft das Umschalten zwischen alternativen Betriebszuständen oder Steuerungen, um verschiedene optimale Ziele zu erreichen. Beispiele dafür sind das Umschalten von manuellen auf automatische Steuerungs-Zustände. Andere Beispiele sind das Umschalten von einem bestimmten Regler, wie zum Beispiel einem proportionalen Regler, zu einem anderen Regler, wie zum Beispiel einem proportional-integral Regler für einen Prozess.
  • Beim Umschalten zwischen Steuerungen oder Betriebszuständen (switchover) erzeugt die Differenz zwischen den Ausgängen verschiedener Steuerungen oder Betriebszustände einen nicht kontinuierlichen plötzlichen Einbruch bzw. Sprung im Eingang des Prozesses. Dieses wiederum erzeugt uner tern. Das Phänomen ist bekannt als Stoß-Übergang. Die Aufgabenstellung, den Stoß-Übergang in einem Prozess zu vermeiden, ist eine der wichtigsten Aufgaben in industriellen Prozessen. Ein Ziel des Umschaltens ist es, einen ruckfreien bzw. weichen Übergang zwischen den verschiedenen Steuerungszuständen oder Prozess-Betriebszuständen zu realisieren. Die Technologie, die zur Realisierung des weichen Übergangs verwendet wird, wird bezeichnet als Technologie für stoßfreien Übergang.
  • Der Zweck des stoßfreien Übergangs ist es, das Steuerungssignal, das in das gesteuerte Umfeld gesendet wird, kontinuierlich zu halten, wenn die Umschaltung stattfindet. Die meisten heutigen Steuerungsgeräte für stoßfreien Übergang bauen auf Betriebsinformationen auf oder einer spezifischen Technologie für das System -Design. Diese Methode erfordert, dass ein Entwickler den Prozess-Ablauf oder die Steuerungs-Zustände kennt. Deswegen erfordert dies, dass die Steuerungs-Zustände immer berechenbar sein müssen. Daher ist es eine Herausforderung für Elemente mit stoßfreiem Übergang, anwendbar zu sein in verschiedenen Prozessen und verschiedenen industriellen Umfeldern, ohne den oben erwähnten Einschränkungen unterworfen zu sein. Eine andere Herausforderung für Geräte zum stoßfreien Übergang ist es, dass sie für Nutzer verwendbar sein müssen, die das spezielle System oder den speziellen Prozess nicht im Detail kennen.
  • Die Erfindung beschreibt einen Schalter mit weichem bzw. angepasstem Übergang zum stoßfreien bzw. kontinuierlichem bzw. stetigen Signalübergang, der einen Schalter mit einem Steuerungseingang enthält, einem ersten Signaleingang, einem zweiten Signaleingang und einem Ausgang. Zusätzlich hat der Schalter mit weichem Übergang auch eine erste Rückkopplungsschleife, die operativ mit dem ersten Signaleingang und dem Ausgang des Schalters verbunden ist, und eine zweite Rückkopplungsschleife, die operativ mit dem zweiten Signaleingang und dem Ausgang des Schalters verbunden ist.
  • Bei der Erfindung enthält mindestens eine der Rückkopplungsschleifen im Schalter mit weichem Übergang ein Summierungs- Element (Addierstufe) mit einer Vielzahl von Eingängen und mindestens einem Ausgang, die operativ mit dem ersten Signaleingang des Schalters verbunden sind. Die Schleife hat auch einen vorwärts – gerichteten Kompensator, der operativ mit dem Ausgang des Summierungs- Elements und dem ersten Signaleingang des Schalters verbunden ist. Zusätzlich hat die Schleife einen Vergleicher (Komparator) mit einem ersten Eingang, der operativ mit einem Ausgang des vorwärts – gerichteten Kompensators verbunden ist und einen zweiten Eingang, der operativ mit dem Ausgang des Schalters verbunden ist.
  • In einer weiteren Ausführung ist die Erfindung ausgerichtet auf eine Methode des Schaltens mit weichem Übergang, die die Schritte des Lesens eines Steuerungssignals, Lesens einer Vielzahl von Eingangs-Signalen, Lesens von mindestens einem Rückkopplungssignal und der Generierung von mindestens einem Fehlersignal einschließt. Die Methode weist weiterhin eine vorwärtsgerichtete Kompensation des mindestens einen Fehlersignals und die Erzeugung von mindestens einem Eingangs-Kommando-Signal für den Schalter auf. Weiterhin wird ein Ausgangs-Kommando-Signal auf das mindestens eine Eingangs-Kommando-Signal umgeschaltet. Als Nächstes wird ein weiteres Fehlersignal berechnet und dann rückgekoppelt kompensiert. Abschließend wird das mindestens eine Rückkopplungs-Signal aus dem kompensierten Fehlersignal generiert.
  • Weitere mögliche Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung ersichtlich. Dies ist allerdings so zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungen der Erfindung darstellen, nur zum Zwecke der Illustration verwendet werden, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs und Geistes der Erfindung für Fachleute klar werden werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird eingehender verständlich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen, und aus der begleitenden Zeichnung, in dieser zeigt:
  • 1: ein Blockdiagramm eines konventionellen Schalters;
  • 2: ein vereinfachtes Blockdiagramm des bidirektionalen Schalters mit weichem Übergang entsprechend der vorliegenden Erfindung, der zwei Rückkopplungsschleifen enthält;
  • 3: ein Blockdiagramm des bidirektionalen Schalters mit weichem Übergang entsprechend der vorliegenden Erfindung;
  • 4: ein Flussdiagramm, das die Schritte darstellt, die in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, wenn zwischen Steuerungs- oder Kommando-) Signalen geschaltet wird;
  • 5: eine Implementierungen des Schalters mit weichem Übergang mit Hilfe eines Mikroprozessors; und
  • 6: eine Implementierung des Schalters mit weichem Übergang mit Hilfe eines Mikroprozessors und eines konventionellen analogen Schalters.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt einen bidirektionalen Schalter mit weichem Übergang und mit stoßfreiem Signalübergang, der nicht von System- oder Steuerungsmodellen abhängig ist. Weiterhin ist keine spezialisierte Kenntnis des Systems erforderlich, um den bidirektionalen Schalter mit weichem Übergang zu betreiben. Anwendungen für den bidirektionalen Schalter mit weichem Übergang liegen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt-Industrie, Leistungs-Elektronik und der chemischen Industrie.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines konventionellen Schalters. Es ist ein einpoliger Schalter mit zwei Schaltstellungen. Die Eingabe eines Steuerungssignals an der Klemme für Steuerungseingabe verbindet die Klemme des Ausgangs mit entweder der Klemme des Eingangs 1 oder des Eingangs 2. Es wird nun angenommen, dass die Eingangs-Klemme 1 mit der Ausgangs-Klemme verbunden ist. Dann veranlasst ein Signal an der Steuerungs-Klemme, dass das Eingangssignal an der Eingangs-Klemme 2 mit der Ausgangs-Klemme verbunden wird. Wenn der Wert des Eingangssignals an der Eingangs-Klemme 1 nicht gleich dem Wert an der Eingangs-Klemme 2 ist, wird ein Sprung im Ausgangssignal stattfinden, wenn von Eingangs-Klemme 1 auf Eingangs-Klemme 2 geschaltet wird. Dieser Sprung stellt die Differenz zwischen dem gegenwärtigen und dem gewünschten Ausgangssignal dar, wenn die Umschaltung stattfindet. Dies wird zu einer plötzlichen Änderung in dem Prozess führen, der gesteuert wird.
  • 2 ist ein illustriertes Block-Diagramm des bidirektionalen Schalters mit angepasstem bzw. weichem Übergang entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Differenzen zwischen den Eingangs-Werten und dem Ausgang des Schalters werden auf die Eingänge durch die dynamischen Kompensatoren KC1 und KC2 zurück gekoppelt, die die zwei Rückkopplungsschleifen L1 und L2 bilden. Die Parameter KC1 und KC2 werden so gewählt, dass sie das dynamische Antwortverhalten des Schalters optimieren.
  • Beim Schalten von der Eingangs-Klemme T1 auf T2 wird die Antwort am Ausgang des Schalters durch die Rückkopplungsschleife geregelt, so dass der Sprung im Ausgangssignal minimiert wird. Auf diese Weise verwendet die vorliegende Erfindung Kompensation durch Rückkopplung, um die plötzlichen Signaländerungen zu kompensieren. In einer bevorzugten Ausführung enthält die Kompensation die zwei Rückkopplungs- Schleifen L1 und L2. Auf diese Weise können die durch das Umschalten hervorgerufenen Effekte minimiert und ein kontinuierliches Ausgangssignal mit weichen Übergängen erhalten werden.
  • Das Block-Diagramm des Schalters mit weichem Übergang nach der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Zwei Rückkopplungsschleifen werden ausgebildet, ausgehend von zwei Eingangsreferenzsignalen r1 und r2 an den Eingangs-Klemmen T1 und T2 zu dem Ausgangssignal c an der Ausgangs Klemme O1 über die Kompensatoren K1 und K2 und die Vorwärts-Kompensatoren C1 und C2. An der Eingangs-Klemme T1 liegt das Eingangssignal r1 als Eingangssignal auf das Summations-Element oder Summierer S1 an. In ähnlicher Weise wird an der Eingangs Klemme T2 das Eingangssignal r2 als Eingangssignal auf das Summations-Element S2 gegeben. In den Summations-Elementen S1 und S2 werden jeweils die Rückkopplungs-Signale f1 und f2 von den Eingangs-Referenzsignalen r1 und r2 subtrahiert und dadurch die Fehlersignale e1 und e2 gebildet. Die Fehlersignale e1 und e2 werden dann durch die entsprechenden Vorwärts-Kompensatoren C1 und C2 geleitet, wodurch jeweils die Kommando-Signale a und b gebildet werden.
  • Das Kommando-Signal a wird auf die Eingangsklemme I1 des Schalters SW1 und auf das Summations-Element S3 gegeben. In ähnlicher Weise wird das Kommando-Signal b auf die Eingangs-Klemme I2 des Schalters SW1 und auf das Summations-Element S4 gegeben. Das Schalter-Steuerungssignal s, das an der Steuerungs-Klemme CT eingegeben wird, wird mit dem Steuerungs-Eingang des Schalters SW1 verbunden. Die Ausgangsklemme des Schalters SW1, O1, enthält das Ausgangs-Kommando-Signal c, das als Eingangsgröße auf beide Summations-Elemente S3 und S4 gegeben wird. Das Schalter-Steuerungssignal s steuert, welcher Eingang des Schalters SW1, I1 oder I2, mit dem Ausgang des Schalters SW1, O1 verbunden wird, und bestimmt dadurch, welches Kommando-Signal, a oder b, als Kommando-Signal c ausgegeben wird.
  • Wie früher bereits gesagt, wird die Differenz zwischen den Eingängen und dem Ausgang des Schalters SW1 durch die Rückkopplungs-Kompensatoren K1 und K2 auf die Eingänge zurückgeführt, wodurch die zwei Rückkopplungsschleifen L1 und L2 gebildet werden. Im Summations-Element S3 wird das Kommando-Signal a vom Kommando-Signal c subtrahiert und dadurch das Fehlersignal e3 erzeugt. Das Fehlersignal e3 wird dann durch den Rückkopplungs-Kompensator K1 geleitet, der das Rückkopplungssignal f1 erzeugt, das als Eingang auf das Summations-Element S1 gegeben wird. In ähnlicher Weise wird im Summations-Element S4 das Kommando-Signal b vom Kommando-Signal c subtrahiert und dadurch das Fehlersignal e4 erzeugt. Das Fehlersignal e4 wird dann durch den Rückkopplungs-Kompensator K2 geleitet, der das Rückkopplungssignal f2 erzeugt, das als Eingang auf das Summations-Element S2 gegeben wird.
  • Um diesen Schalter mit weichem Übergang mit einem konventionellen Schalter unter den gleichen Bedingungen zu vergleichen, nehmen wir an, dass, bevor geschaltet wird, die Eingangs-Klemme I1 des Schalters SW1 mit dem Signal a verbunden ist mit der Ausgangs Klemme O1 des Schalters SW1 mit dem Signal c. Es besteht in diesem Fall keine Differenz zwischen dem Signal a und dem Signal c. Das bedeutet, Kommando-Signal a = Ausgangssignal c, a = c. Als Ergebnis ist das Fehlersignal e3 gleich e3 = c – a. Dementsprechend ist das Rückkopplungs-Signal f1 gleich Null. Deswegen wird das Eingangssignal r1 zum Ausgangssignal c direkt durchgeschaltet. Da in dieser Schleife der Schalter eingeschaltet ist, wird die Schleife L1, die aus dem Fehlersignal e3 = c – a, dem Rückkopplungs- Kompensator K1, dem Fehlersignal e1 = f1 – r1 und dem Vorwärts-Kompensator C1 besteht, die aktive Schleife genannt.
  • Wenn L1 die aktive Schleife ist, ist die andere Schleife, L2, ausgeschaltet, sie wird dann die inaktive Schleife genannt. Sie besteht aus dem Fehlersignal e4 = c – b, dem Rückkopplungs- Kompensator K2, dem Fehlersignal e2 = r2 – f2, und dem Vorwärts-Kompensator C2. In derselben Zeitperiode, in der die ak tive Schleife eingeschaltet ist, generiert die inaktive Schleife ein Fehlersignal e2 = r2 – f2 und ein Rückkopplungs-Fehlersignal e4 = c – b. Durch geeignete Wahl der Parameter der Kompensatoren K2 und C wird das Eingangssignal b des Schalters SW1 dazu gezwungen, den Signalen a und c in der aktiven Schleife L1 zu folgen.
  • Beim Schalten von I1 mit Signal a nach I2 mit Signal b ersetzt die inaktive Schleife L2 die vorher aktive Schleife L1 und bildet dann die aktive Schleife im Schalter mit weichem Übergang nach der vorliegenden Erfindung. Die Antwort des Kommandosignals b des Schalters SW1 wird dann durch die aktuell aktive Rückkopplungsschleife L2 gesteuert, und zwar so, dass der (durch das Schalten erzeugte) plötzliche Übergang im Ausgangssignal c geregelt wird, wenn die Ausgangs-Klemme O1 des Schalters mit dem Kommando-Signal c von der Eingangs Klemme I1 mit dem Signal a nach der Eingangs-Klemme I2 mit dem Signal b geschaltet wird. Da der Ausgang der aktuell aktiven Schleife L2 immer der vorher (vor dem Schalten) aktiven Schleife L1 folgt, wird die inaktive Schleife ohne abrupten Übergang zur aktiven Schleife. Als Ergebnis bleibt das Ausgangssignal c am Ausgang des Schalters mit weichem Übergang in einem kontinuierlichen Zustand, damit ist sichergestellt, dass das Ausgangs-Steuerungs-Signal, das verwendet wird, um eine Systemumgebung zu steuern, beim Schaltvorgang einen kontinuierlichen Verlauf hat.
  • In derselben Zeitperiode wird die ursprünglich aktive Schleife, L1, die inaktive Schleife. Sie generiert dann ein Fehlersignal e1 = r1 – f1 und ein Rückkopplungs-Fehlersignal e3 = c – a. Durch geeignete Wahl der Parameter der Kompensatoren K1 und C1 wird das Eingangssignal des Schalters SW1 dazu gezwungen, den Signalen b und c in der gegenwärtig aktiven Schleife L2 zu folgen.
  • Auf diese Weise wird der plötzliche Übergang, der beim Umschalten zwischen zwei Eingangs-Signalen auftritt, minimiert, wenn der Schalter mit weichem Übergang in Prozessen und Geräten eingesetzt wird. Mit anderen Worten verwendet der Schalter mit weichem Übergang Rückkopplungs-Information für die Steuerung, um plötzliche Signaländerungen während des Umschalt-Vorgangs zu kompensieren. Als Ergebnis bleibt der Ausgangswert des Schalters in einem kontinuierlichen Zustand und verläuft weich, der störende Einfluss des Schalters wird minimiert.
  • Die Parameter der zwei Rückkopplungs- Kompensatoren K1 und K2 und der Vorwärts-Kompensatoren C1 und C2 können gewählt werden, um die dynamischen Antwortcharakteristiken einzustellen. In einer bevorzugten Ausführung ist das verwendete Prinzip für die Wahl der Parameter so, dass im Schalter mit weichem Übergang aus der vorliegenden Erfindung dem Ausgangssignal der aktiven Schleife gefolgt wird. Damit können die Parameter empirisch gewählt werden. Im Allgemeinen können die Kompensatoren K1 und K2 so gewählt werden, dass sie eine hohe konstante Verstärkung haben, so dass die Fehlersignale e3 und e4 schnell auf Null reduziert werden.
  • Die Vorwärts Kompensatoren C1 und C2 können so gewählt werden, dass sie einfache Proportional-Integral-Kompensatoren sind. Zusätzlich können sie so gewählt werden, dass sie als allgemeiner Kompensator mit einer Transfer-Funktion von C(s) = (b1·s + b0)/(a1·s + 1) ausgebildet sind, wobei die Koeffizienten a1, b0 und b1 konstante Koeffizienten sind.
  • Die beschriebene Methode eines Schalters mit weichem Übergang baut auf der Messung oder der Ermittlung der aktuellen Ausgangs-Variablen c des Schalters auf. Sie kann durch eine geeignete Messung mit Sensoren oder eine Zustandsermittlungs-Technik realisiert werden, um die Lösung für das Ausgangssignal c zu erhalten.
  • Im Allgemeinen kann die Fehlabstimmung, die während des Umschaltens zwischen dem Prozess-Eingang und dem Steuerungs-Ausgang auftreten kann, sehr schädliche Effekte in industriellen Prozessen hervorrufen. Dies kann auftreten, wenn parallel von manueller auf automatische Steuerung und zwischen zwei Steuerungen umgeschaltet wird. Die Schalteinrichtung und die Methode der vorliegenden Erfindung kann das Steuerungssignal, das in die kontrollierten Umgebungen oder Prozesse übertragen wird, während des Umschalt-Prozesses kontinuierlich halten. Deswegen stellt diese Erfindung für einen Schalter mit weichem Übergang eine sehr deutliche Verbesserung für industrielle Prozesse und Geräte dar.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte darstellt, die von der vorliegende Erfindung durchlaufen werden, wenn zwischen Eingangs-Kommando-Signalen umgeschaltet wird. Zuerst wird das Schalter-Steuerungssignal s in Schritt 100 gelesen. Danach werden die Eingangs-Signale r1 und r2 in Schritt 110 gelesen. Danach werden die Rückkopplungs-Signale f1 und f2 in Schritt 120 gelesen.
  • Als Nächstes wird das Ausgangssignal aus dem Summations-Element S1, das Fehlersignal e1, berechnet, indem die Differenz zwischen dem Eingangs-Signal r1 und dem Rückkopplungs-Signal f1 in Schritt 200 ermittelt wird, e1 = r1 – f1. In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal aus dem Summations-Element S2, das Fehlersignal e2, berechnet, indem die Differenz zwischen dem Eingangs-Signal r2 und dem Rückkopplungs-Signal f2 in Schritt 210 ermittelt wird, e2 = r2 – f2.
  • Als Nächstes wird in Schritt 220 der Kompensator-Algorithmus von C1 auf Basis des Fehlersignals e1 ausgeführt und es wird ein Eingangssignal a erzeugt. Der Kompensator-Algorithmus von C2 wird in Schritt 230 auf Basis des Fehlersignals e2 ausgeführt und ein Eingangssignal b erzeugt.
  • Als Nächstes wird das Ausgangssignal des Schalters c = a oder c = b in Schritt 310 ermittelt, entsprechend dem Wert des Schalter-Steuerungssignals s.
  • In den Schritten 400 und 410 werden die Fehlersignale e3 und e4 zwischen den Ausgangssignalen und den Eingangssignalen des Schalters SW1 berechnet. e3 ist die Differenz zwischen c und a in Schritt 400, e3 = c – a. e4 ist die Differenz zwischen c und b in Schritt 410, e4 = c – b.
  • In Schritt 500 wird der Algorithmus für den Kompensator K1 auf Basis des Fehlersignals e3 ausgeführt, wobei das Rückkopplungs-Signal f1 in Schritt 510 erzeugt wird. In ähnlicher Weise wird in Schritt 520 der Algorithmus für den Kompensator K2 auf Basis des Fehlersignals e4 ausgeführt, wobei das Rückkopplungs-Signal f2 in Schritt 530 erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführung sind die Kompensatoren K1 und K2 dynamische Kompensatoren.
  • Implementierung des Schalters mit weichem Übergang mit Hilfe eines Mikroprozessors Der hier beschriebene Schalter mit weichem Übergang und stoßfreiem Signalübergang kann mit Hilfe von sowohl Software als auch Hardware implementiert werden. 5 zeigt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Mikroprozessors mit A/D- und D/A-Konvertern (Wandler für den Übergang von analogen zur digitalen und von digitalen zu analogen Signaldarstellung). 6 illustriert eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung, die einen Mikroprozessor mit A/D- und D/A-Wandlern und einen konventionellen analogen Schalter verwendet.
  • In 5 werden zwei Eingangs-Signale für den analogen Schalter r1 und r2 in digitale Signale mit Hilfe der Analog-Digital-Konverter A/D1 und A/D2 umgewandelt. Ebenfalls wird das Steuersignal des Schalters s mit Hilfe des Analog-Digital-Konverters A/D3 in ein digitales Signal gewandelt. Der Schalter mit weichem Übergang der vorliegenden Erfindung wird implementiert, indem die Software SF, die in der digitalen Steuerungseinheit (DCU) des Mikroprozessors M1 gespeichert ist, ausgeführt wird. Die Software kann in einem RAM, ROM oder einem beliebigen anderen Speichermedium gespeichert werden, das kompatibel mit der vorliegenden Erfindung ist. Das digitale Ausgangssignal c der digitalen Steuerungseinheit wird nachfolgend in ein analoges Signal mit Hilfe des Digital-Analog-Konverters D/A1 konvertiert, so dass es den analogen Ausgang des Schalters darstellt.
  • In 6 werden zwei Signale r1 und r2 des analogen Schalters in digitale Signale mit Hilfe der Analog-Digital-Konverter A/D1 und A/D2 umgewandelt. Das analoge Ausgangssignal des Schalters wird dann in digitale Signale mit Hilfe der Analog-Digital-Konverter A/D3 und A/D4 konvertiert. Ein Teil des Schalters mit weichem Übergang aus der vorliegenden Erfindung wird implementiert, indem die Software SF ausgeführt wird, die in der digitalen Steuerungseinheit des Mikroprozessors M1 gespeichert ist. Dieser Teil enthält die Rückkopplungs-Kompensatoren K1, K2 und die Vorwärts-Kompensatoren C1 und C2 ebenso wie ihre die Signale summierenden Summations-Elemente S1, S2, S3 und S4. Die Ausgangssignale der Kompensatoren C1 und C2 werden nachfolgend in analoge Signale mit Hilfe der Digital-Analog-Konverter D/A1 und D/A2 konvertiert, so dass sie die Eingangs-Signale eines konventionellen analogen Schalters SW1 darstellen. Das Steuerungssignal s für den analogen Schalter wird direkt auf den konventionellen Schalter SW1 gegeben. Wie oben erwähnt, wird das analoge Ausgangssignal des konventionellen Schalters SW1 nachfolgend in ein digitales Signal mit Hilfe der zwei Analog-Digital-Konverter A/D3 und A/D4 umgewandelt, so dass es das Eingangs-Signal der Summations-Elemente S3 und S4 darstellt. DCU ist wie in 5 die digitale Steuerungseinheit.
  • Die vorangehende Diskussion veröffentlicht und beschreibt exemplarische Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Fachleute werden sehr schnell aus der Diskussion, der begleitenden Zeichnung und Patentansprüchen feststellen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen der Erfindung gemacht werden können, ohne den wahren Geist und den fairen Geltungsumfang der Erfindung, wie in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert, zu verlassen.

Claims (5)

  1. Ein Schalter mit weichem Übergang, der aufweist: – einen Schalter (SW1) mit mindestens einem Eingang für ein Steuerungssignal (s), einem ersten Signaleingang, einem zweiten Signaleingang und mindestens einem Ausgang; – eine erste Schleife (L1), die operativ mit dem ersten Signaleingang und dem Ausgang des Schalters (SW1) verbunden ist und aufweist: – ein erstes Summations-Element (S1) mit einer Vielzahl von Eingängen und mindestens einem Ausgang; – einen Vorwärts-Kompensator (C1), der operativ zwischen dem mindestens einen Ausgang des Summations-Elements (S1) und dem ersten Signaleingang des Schalters (SW1) verbunden ist; – ein weiteres Summations-Element (S3) mit einem ersten Eingang, der operativ mit einem Ausgang des Vorwärts-Kompensators (C1) verbunden ist und mit einem zweiten Eingang, der operativ mit dem Ausgang des Schalters (SW1) verbunden ist; und – einen Rückkopplungs- Kompensator (K1), der operativ zwischen einem Ausgang des weiteren Summations-Elements (S3) und einem Eingang des ersten Summations-Elements (S1) verbunden ist; und – eine zweite Schleife (L2), die operativ mit dem zweiten Signaleingang und dem Ausgang des Schalters (SW1) verbunden ist.
  2. Der Schalter mit weichem Übergang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schleife (L2) aufweist: – ein zweites Summations-Element (S2) mit einer Vielzahl von Eingängen und mindestens einem Ausgang; – einen Vorwärts-Kompensator (C2), der operativ zwischen dem mindestens einen Ausgang des zweiten Summations-Elements (S2) und dem zweiten Signaleingang des Schalters (SW1) verbunden ist; – ein viertes Summations-Element (S4) mit einem ersten Eingang, der operativ mit einem Ausgang des zweiten Vorwärts-Kompensators (C2) verbunden ist und mit einem zweiten Eingang, der operativ mit dem Ausgang des Schalters (SW1) verbunden ist; und – einen zweiten Rückkopplungs- Kompensator (K2), der operativ zwischen einem Ausgang des vierten Summations-Elements (S4) und einem Eingang des zweiten Summations-Elements (S2) verbunden ist.
  3. Der Schalter mit weichem Übergang nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schleifen (L1, L2) eine Rückkopplungsschleife ist, und dass in dieser Rückkopplungsschleife eine Differenz zwischen einem Eingangssignal (a, b) und einem Ausgangs-Signal (c) des Schalters (SW1) über den Rückkopplungs-Kompensator (K1, K2) auf den Eingang des Summations-Elements (S1, S2) geführt wird.
  4. Der Schalter mit weichem Übergang nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärts-Kompensator (C1, C2) ein Signalprozessor ist, dass der Vorwärts-Kompensator (C1, C2) ein Fehlersignal mit Hilfe einer Gleichung mit der Transfer-Funktion C(s) = (b1·s + b0)/(a1·s +1) verarbeitet; und dass der Rückkopplungs-Kompensator (K1, K2) ein Kompensator mit hoher Verstärkung ist.
  5. Der Schalter mit weichem Übergang nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärts-Kompensator (C1, C2) ein einfacher Proportional-Integral-Kompensator ist.
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