DE19813913A1 - Verfahren zur Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese eines elektromagnetischen Stellglieds - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese eines elektromagnetischen Stellglieds mit einer Spule, der ein elektrisches Eingangssignal zugeführt ist, angegeben. Dem elektrischen Eingangssignal wird ein aus zwei Anteilen bestehendes Korrektursignal überlagert. Als erster Anteil des Korrektursignals dienen Korrekturwerte, die dem Flußdichteabstand des jeweiligen Steuersignals unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem letzten Umkehrpunkt und dem fiktiven nächsten Umkehrpunkt des Steuersignals entsprechen. Als zweiter Anteil des Korrektursignals dient der Wert des Korrektursignals im letzten Umkehrpunkt, wobei der Wert des Korrektursignals im letzten Umkehrpunkt von dem letzten Umkehrpunkt ausgehend derart mit dem Steuersignal verringert wird, daß der zweite Anteil des Korrektursignals im fiktiven nächsten Umkehrpunkt zu null geworden ist. Das Verfahren ist allgemein für die Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese von elektromagnetischen Stellgliedern verwendbar, insbesondere für die Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese von hydraulischen oder pneumatischen Proportionalventilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese eines elektromagnetischen Stellglieds, insbesondere des Magneten eines hydraulischen oder pneumatischen Proportionalventils, mit einer Spule, der ein elektrisches Eingangssignal zugeführt ist, das durch Verknüpfung eines Steuersignals mit einem aus zwei Anteilen bestehenden Korrektursignal, das den Verlauf des Steuersignals berücksichtigt, gebildet ist.

Elektromagnetische Stellglieder wandeln eine elektrische Eingangsgröße (z. E. eine Spannung oder ein Strom) in eine mechanische Ausgangsgröße (z. E. einen Weg, einen Druck, einen Durchfluß oder eine Kraft) um. Der Zusammenhang zwischen der elektrischen Eingangsgröße und der mechanischen Ausgangsgröße des Stellglieds ist wegen des Eisenkreises des elektromagnetischen Stellglieds hysteresebehaftet. Die mit dem Buchstaben H bezeichnete Feldstärke im Eisenkreis ist bei gegebener Geometrie und Windungszahl der Magnetspule proportional zu dem durch die Magnetspule fließenden Strom. Die mit dem Buchstaben B bezeichnete magnetische Flußdichte, die sich in Abhängigkeit von der Feldstärke H in dem Eisen­ kreis einstellt, ist stark abhängig von dem verwendeten Eisen. Trägt man in üblicher Weise die magnetische Flußdichte B als Funktion der magnetischen Feldstärke H auf, ergibt sich die in der Fig. 1 dargestellte Hystereseschleife. Die Fig. 1 zeigt die im Koordinatenursprung beginnende Neukurve 10, die äußere Hystereseschleife 11, verschiedene innere Hystereseschleifen 12 bis 15 sowie die sogenannte anhysteretische Kurve 16. Die Neukurve 10 ergibt sich, wenn man im unmagnetisierten Zustand vom Koordinatenursprung ausgehend die Feldstärke H bis in die Sättigung erhöht. Mit +H_max ist der Wert der Feldstärke bezeichnet, bei dem die maximale Flußdichte +B_max erreicht wird. Die äußere Hystereseschleife 11 ergibt sich, wenn der volle Bereich der Feldstärke von +H_max bis -H_max in beiden Richtungen durchfahren wird. Dabei wird bei steigender magnetischer Feldstärke H der untere, mit dem Bezugszeichen 11a bezeichnete Zweig der äußeren Hystereseschleife 11 durchfahren, und bei fallender magnetischer Feldstärke H wird der obere, mit dem Bezugszeichen 11b bezeichnete Zweig der äußeren Hystereseschleife 11 durchfahren. Wird zwischen zwei Umkehrpunkten nur ein Teilbereich der maximalen Feldstärke durchfahren, ergeben sich innere Hystereseschleifen unterschiedlicher Größe, wie sie als Beispiel in den Kurven 12 bis 15 dargestellt sind. Die äußere Hystereseschleife 11 bildet die Hüllkurve für die inneren Hysteresschleifen. Die anhysteretische Kurve 16 ist eine idealisierte Kurve. Diese Kurve ist ein Sonderfall, der sich dann ergibt, wenn ausgehend vom Koordinatenursprung ein Gleichfeld schrittweise erhöht und bei jedem Schritt ein abnehmendes Wechselfeld überlagert wird.

Die in der Fig. 1 dargestellte äußere Hystereseschleife 11 betrifft den Fall, daß der volle Bereich der Feldstärke H von -H_max bis +H_max in beiden Richtungen durchfahren wird. Davon abweichend ist in der Fig. 2a der Fall dargestellt, daß die Feldstärke H nur positive Werte annimmt, also ein Betrieb innerhalb des ersten Quadrantens des Feldstärke/Flußdichte- Diagramms erfolgt. Auch in diesem Fall beginnt die Neukurve 10 im Koordinatenursprung. Bei einem Wert der Feldstärke von H_max ist die Flußdichte B_max erreicht. Bei einer darauf folgenden Verringerung der Feldstärke H auf den Wert null ergibt sich der mit dem Bezugszeichen 21b versehene Kurven­ zweig. Er stimmt mit dem Kurvenzweig 11b der Fig. 1 im Bereich zwischen H_max und H = 0 überein. Die sich bei H = 0 einstellende Flußdichte ist der Remanenzwert, der hier mit B_r bezeichnet ist. Wird die Feldstärke von H = 0 aus wieder bis auf H_max erhöht, steigt die Flußdichte von B_r bei H = 0 entlang einem Kurvenzweig 21a bis auf B_max bei H_max. Die Kurvenzweige 21a und 21b bilden eine Hystereseschleife 21. Bei der Hystereseschleife 21 handelt es sich um eine innere Hystereseschleife der in der Fig. 1 dargestellten Hysterese­ schleife 11. Gleichzeitig ist die Hystereseschleife 21 die Hüllkurve für eine Schar innerer Hystereseschleifen, die sich ergeben, wenn nicht der volle Bereich der Feldstärke zwischen H = 0 und H_max sondern nur ein Teilbereich hiervon durch­ laufen wird. Die Umkehrpunkte der Hystereseschleife 21 bei H = 0 und H - H_max sind im folgenden als äußere Umkehrpunkte UP_- und UP₊ bezeichnet. Dabei ist mit UP_- der untere äußere Umkehrpunkt bei H = 0 bezeichnet und mit UP₊ der obere äußere Umkehrpunkt bei H = H_max. Die äußeren Umkehrpunkte UP_ und UP₊ sind gemeinsame Punkte der Kurvenzweige 21a und 21b, da in ihnen die Flußdichte B_r bzw. B_max jeweils gleich ist.

Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 34 07 952 C2 bekannt. Der Magnetspule eines hysterese­ behafteten elektromechanischen Stellglieds ist ein elektri­ scher Strom als Eingangssignal zugeführt; das Ausgangssignal des Stellglieds ist ein Druck. Der elektrische Strom, der der Magnetspule als Eingangssignal zugeführt ist, ergibt sich durch Addition eines zeitlich veränderlichen Steuerstroms I_(t) und eines von dem zeitlichen Verlauf des Steuerstroms I_(t) abhängigen Korrekturstroms I_K(t) Damit die Arbeits­ punkte des Stellglieds jeweils nur auf einer der beiden Hystereselinien eingestellt werden, werden zeitlich zurück­ liegende Werte des Steuerstroms derart berücksichtigt, daß der Korrekturstrom I_K(t) der geschätzte Hystereseabstand I_H zum einzustellenden Arbeitspunkt ist. Für den Korrekturstrom I_K(t) ist die Beziehung

I_K(t) = I_K(t-1) + { [ I_(t-1) - I_(t) ] × k_(I) }

angegeben. Dabei ist mit I_K(t-1) der Korrekturstrom in dem dem Zeitpunkt t vorhergehenden Zeitpunkt t-1 bezeichnet, mit [ I_(t-1) - I_(t) ] ist die Steigung des Steuerstroms I_(t) bezeichnet und mit k_(I) ist ein von der Höhe des Steuerstroms I_(t) abhängiger Korrekturwert bezeichnet. Aus diesen Werten wird fortlaufend der Korrekturstrom I_K(t) berechnet. Dieser setzt sich aus zwei Anteilen zusammen. Der erste Anteil des Korrekturstroms I_K(t) ist sein Wert I_K(t-1) im vorhergehenden Zeitpunkt t-1. Zu diesem ersten Anteil des Korrekturstroms I_K(t) wird ein zweiter Anteil addiert. Der zweite Anteil des Korrekturstroms besteht aus dem Produkt zweier Faktoren, nämlich der Differenz der Werte des Steuerstroms I_(t) in den Zeitpunkten t-1 und t als erster Faktor sowie einem von der Höhe des Steuerstroms I_(t) abhängigen Korrekturwert k_(I) als zweitem Faktor. Der erste Faktor berücksichtigt somit das Vorzeichen und den Betrag der zeitlichen Änderung des Steuerstroms I_(t) Gemäß dem unteren Teil der Fig. 4 der DE 34 07 952 C2 nimmt der Korrekturwert k_(I) nur positive Werte an, wobei diese Werte zwischen 0 und 1 liegen. Damit ergibt sich aus der obigen Beziehung für den Korrekturstrom I_K(t), daß eine Richtungsumkehr seines zweiten Anteils nur dann erfolgt, wenn sich die Richtung des Steuerstroms ändert. Es ist nicht erkennbar, ob der Korrekturstrom I_K(t) nach diesem Verfahren zu null wird, wenn der Steuerstrom I_(t) die äußeren Umkehrpunkte der Hystereseschleife erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Lösung des eingangs genannten Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch die Verringerung des zweiten Anteils des Korrektursignals ausgehend von dem letzten Umkehrpunkt in Richtung auf den fiktiven nächsten Umkehrpunkt in Verbindung mit den auf den Abstand zwischen dem letzten Umkehrpunkt und dem fiktiven nächsten Umkehrpunkt bezogenen Korrekturwerten ist das Korrektursignal jeweils beim Erreichen der äußeren Umkehrpunkte zu null geworden. Damit ergibt sich eine verbesserte Annäherung an den Verlauf der Hystereseschleife. Die Korrekturspannung ist unabhängig von dem Betrag der zeitlichen Änderung der Steuerspannung; eine Ermittlung des Betrages der Steigung des Steuersignals ist für die erfindungsgemäße Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese daher nicht erforderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. In vorteilhafter Weise dient als fiktiver nächster Umkehrpunkt jeweils ein äußerer Umkehrpunkt. Die beiden Anteile des Korrektursignals können entweder zusammengefaßt in Tabellenform gespeichert werden, wobei die resultierende Korrekturspannung unter Berücksichtigung des letzten Umkehrpunktes des Steuersignals, insbesondere der Höhe der Steuerspannung und der Korrektur­ spannung im letzten Umkehrpunkt, und des aktuellen Wertes und der Richtung des Steuersignals den Tabellen entnommen werden, oder von einer Recheneinrichtung, z. B. einem Micro­ controller, laufend berechnet werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzel­ heiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Abhängigkeit der magnetischen Flußdichte von der magnetischen Feldstärke in Form einer Hystereseschleife für positive und negative Werte der Feldstärke,

Fig. 2a die Abhängigkeit der magnetischen Flußdichte von der magnetischen Feldstärke in Form einer Hystereseschleife nur für positive Werte der Feldstärke,

Fig. 2b den Flußdichteabstand zwischen den beiden Zweigen der in der Fig. 2a dargestellten Hystereseschleife in Abhängigkeit von der Feldstärke, bezogen auf den unteren Zweig der Hystereseschleife,

Fig. 2c den in der Fig. 2b dargestellten Flußdichteabstand in zur Nullinie der Flußdichte symmetrischer Darstellung,

Fig. 3 ein elektromechanisches Stellglied in Form eines Proportionalventils sowie dessen Ansteuerung in schematischer Darstellung,

Fig. 4a den von dem Abstand der Flußdichte abhängigen Anteil der Korrekturspannung für verschiedene Abstände zwischen zwei Umkehrpunkten in Abhängigkeit von der Steuerspannung,

Fig. 4b eine erste Darstellung des Verlaufs der Korrektur­ spannung in Abhängigkeit von der Steuerspannung und von verschiedenen Umkehrpunkten und

Fig. 5 eine weitere Darstellung des Verlaufs der Korrekturspannung in Abhängigkeit von der Steuerspannung und von verschiedenen Umkehrpunkten.

Um die Einzelheiten in den Figuren besser darstellen zu können, ist der Abstand zwischen den beiden Zweigen der Hystereseschleifen in Richtung der Flußdichte B vergrößert dargestellt.

Anhand der Fig. 1 wurde oben der Verlauf der Hysterese­ schleife 11 beschrieben, die sich dann ergibt, wenn die Feldstärke H Werte zwischen -H_max und +H_max durchläuft. Anhand der Fig. 2a wurde der Fall beschrieben, daß die Feldstärke H - anders als in der Fig. 1 - nur positive Werte annimmt. In diesem Fall ist die sich ergebende Hystereseschleife 21 mit den Zweigen 21a und 21b für steigende bzw. fallende Werte der Feldstärke H die Hüllkurve für innere Hystereseschleifen, die sich ergeben, wenn der Bereich der Feldstärke zwischen H = 0 und H_max nur zu einem Teil durchlaufen wird. Der Abstand der Flußdichte zwischen den Zweigen 21a und 21b ist im folgenden als Flußdichte­ abstand ΔB bezeichnet. Zwischen den Zweigen 21a und 21b ist eine gestrichelte Linie 21c dargestellt, die den Flußdichte­ abstand AB halbiert. Die Linie 21c dient als Bezugslinie für die erfindungsgemäße Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese. In der Fig. 2b ist der Flußdichteabstand ΔB zwischen den Zweigen 21a und 21b der Hystereseschleife 21 in Abhängigkeit von der Feldstärke H dargestellt. Der Fluß­ dichteabstand ΔB ist auf den unteren Zweig 21a der Hysterese­ schleife 21 bezogen. Die Linie 21a* ist die Projektion der Linie 21a auf die Feldstärke-Achse. Die mit 21b* bezeichnete Kurve ΔB = f(H) zeigt den Flußdichteabstand ΔB als Funktion von der Feldstärke H. Die Kurve 21b* entspricht somit dem oberen Zweig 21b der Hystereseschleife 21. Die gestrichelte Linie 21c* entspricht der in der Fig. 2a dargestellten Linie 21c. Der Flußdichteabstand ΔB ist in dem unteren Umkehrpunkt UP_ bei H = 0 gleich null; bei der halben maximalen Feld­ stärke H_max/2 ist sein Wert mit ΔB_max am größten. Zwischen H_max/2 und H_max verringert sich der Hystereseabstand ΔB, bis er im oberen Umkehrpunkt UP₊ wieder zu null geworden ist. In der Fig. 2c ist der Flußdichteabstand ΔB symmetrisch zur Nullinie dargestellt. Die Bezugslinie 21c** ist als Projektion der Linie 21c* auf die Feldstärke-Achse gelegt. Die Kurve 21a** entspricht dem unteren Zweig 21a der Hystereseschleife 21 für steigende Werte der Feldstärke und die Kurve 21b** dem oberen Zweig 21b der Hystereseschleife 21 für fallende Werte der Feldstärke. Die Kurve 21a** zeigt, in welchem Maß die Flußdichte B bei steigender Feldstärke H hysteresebedingt kleiner als die der Kurve 21c (in Fig. 2a) entsprechende Flußdichte ist. In gleicher Weise zeigt die Kurve 21b**, in welchem Maß die Flußdichte B bei fallender Feldstärke H hysteresebedingt größer als die der Kurve 21c (in Fig. 2a) entsprechende Flußdichte ist. Damit ergibt sich aus der Fig. 2c der Korrekturbedarf für die Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese eines elektromechanischen Stellglieds in dem Fall, daß die Hystereseschleife 21 voll­ ständig durchfahren wird. Um die Hysterese zu verringern, sind der Feldstärke Korrekturwerte mit entgegengesetztem Vorzeichen zu überlagern. Wird die Hystereseschleife 21 nur teilweise durchfahren, verkleinert sich der Korrekturbedarf in entsprechender Weise.

Die Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung ein elektro­ magnetisches Stellglied in Form eines Proportionalventils 31 sowie dessen Ansteuerung. Dem Proportionalventil 31 ist ein elektrischer Strom i als elektrisches Eingangssignal zugeführt. Der Strom i lenkt den schematisch dargestellten Kolben 31a des Proportionalventils 31 entgegen der Kraft einer Feder 31b aus. Die Stellung des Kolbens 31a ist mit s bezeichnet. Je höher der Strom i ist, desto größer ist die Stellung s des Kolbens 31a. Eine Steuerspannung us, die als Steuersignal dient, ist einem ersten Eingang eines Summier­ glieds 32 sowie einer Korrektureinrichtung 33 zugeführt. Die Korrektureinrichtung 33 formt - wie unten noch im einzelnen ausgeführt wird - die Steuerspannung us in eine dem Korrekturbedarf entsprechende Korrekturspannung Δu um. Die Korrekturspannung Δu, die als Korrektursignal dient, ist einem zweiten Eingang des Summierglieds 32 mit negativem Vorzeichen zugeführt. Das Summierglied 32 bildet aus der Steuerspannung us und der Korrekturspannung Δu eine Spannung u. Das negative Vorzeichen, mit dem die Korrekturspannung Δu dem Summierglied 32 zugeführt wird, berücksichtigt, daß die Korrektureinrichtung 33 eine Spannung bildet, die ein Maß für den Korrekturbedarf ist. Die Spannung u ist einem Spannungs/Strom-Wandler 34 zugeführt, der die Spannung u in den Strom i umwandelt. Der Strom i ist proportional zu der Spannung u. Die Feldstärke H ist proportional zu dem Strom i. Die Stellung s des Kolbens 31a ergibt sich entsprechend dem anhand der Fig. 1 und 2a bis 2c beschriebenen Zusammenhang zwischen der Flußdichte B und der Feldstärke H. Zwischen der Stellung s des Kolbens 31a und der Spannung u stellt sich somit der gleiche Zusammenhang wie zwischen der Flußdichte B und der Feldstärke H ein.

Wird die Korrekturspannung Δu auf den Wert null gehalten, ist die Spannung u gleich der Steuerspannung us. In diesem Fall ist auch der Zusammenhang zwischen der Stellung s des Ankers 31a des Stellglieds 31 und der Steuerspannung us in gleicher Weise hysteresebehaftet wie der Zusammenhang zwischen der Flußdichte E und der Feldstärke H. Durch die Korrektur­ spannung Δu, die in dem Summierglied 32 mit der Steuer­ spannung us verknüpft wird, wird der Einfluß der eisenkreis­ bedingten Hysterese des elektromechanischen Stellglieds 31 verringert. Da in dem unteren Umkehrpunkt UP und in dem oberen Umkehrpunkten UP₊ die beiden Zweige der Hysterese­ schleife 21 zusammenfallen, ist dort eine Korrektur der Steuerspannung us nicht erforderlich. Die dem unteren Umkehrpunkt UP_ zugeordnete Steuerspannung us ist null. Die dem oberen Umkehrpunkt UP₊, in dem sich die Feldstärke H_max einstellt, zugeordnete Steuerspannung ist mit us_max bezeichnet. Nimmt die Steuerspannung us Werte an, die zwischen null und us_max liegen, erfolgt eine Korrektur der Steuerspannung us durch die Korrekturspannung Δu. Der Betrag und das Vorzeichen der Korrekturspannung Δu sind außer von der Größe der Steuerspannung us auch von dem bisherigen Verlauf der Steuerspannung us abhängig.

In der Fig. 4a ist für verschiedene Abstände zwischen zwei Umkehrpunkten der erste Anteil Δu_K der Korrekturspannung Δu über der Steuerspannung us als Korrekturbedarf dargestellt. Durch das negative Vorzeichen, mit dem die Korrekturspannung Δu dem Summierglied 32 zugeführt wird, ergibt sich die korrigierende Wirkung. Die Steuerspannung us ist in Prozent ihres maximalen Wertes us_max dargestellt. Die Kurven 41a und 41b zeigen den zweiten Anteil Δu_K der Korrekturspannung Δu für steigende bzw. für fallende Werte der Steuerspannung us, wenn die Steuerspannung us zwischen dem unteren Umkehrpunkt UP_ und dem oberen Umkehrpunkt UP₊ von null auf us_max ansteigt und danach wieder auf null abfällt. Die Kurven 41a und 41b entsprechen in diesem Fall dem in der Fig. 2b dargestellten Korrekturbedarf gemäß den Kurven 21a** bzw. 21b**. Der größte Wert des ersten Anteils Δu_K der Korrektur­ spannung Δu stellt sich bei dem halben Abstand zwischen den Umkehrpunkten UP_ und UP₊, also bei 50% der maximalen Steuerspannung, ein. Dieser Wert ist mit u41 bezeichnet. Die Kurven 42a und 42b entsprechen dem Korrekturbedarf, wenn der Abstand zwischen den beiden Umkehrpunkten nur 80% der maximalen Steuerspannung us_max beträgt. Der Korrekturbedarf ist in diesem Fall entsprechend kleiner. Der größte Wert des ersten Anteils Δu_K der Korrekturspannung Δu stellt sich bei 40% der maximalen Steuerspannung us_max ein. Er ist mit u42 bezeichnet. Die Kurven 43a und 43b entsprechen dem Korrektur­ bedarf, wenn der Abstand zwischen den beiden Umkehrpunkten nur 50% der maximalen Steuerspannung us_max beträgt. Der größte Wert des ersten Anteils Δu_K der Korrekturspannung Δu stellt sich in diesem Fall bei 25% der maximalen Steuer­ spannung us_max ein. Er ist mit u43 bezeichnet.

In der Fig. 4b ist der Verlauf der Korrekturspannung Δu in Abhängigkeit von der Steuerspannung us und von verschiedenen Umkehrpunkten dargestellt. Wird die Steuerspannung ausgehend von 0% auf 100% erhöht und danach auf 0% verringert, beeinflußt nur der erste Anteil Δu_K die Korrekturspannung Δu. Die Korrekturspannung Δu ändert sich - wie in der Fig. 4a dargestellt - entsprechend den Kurven 41a und 41b. Die Korrekturspannung Δu ist im oberen Umkehrpunkt UP₊ und im unteren Umkehrpunkt UP_ zu null geworden.

Wird die Steuerspannung us von 0 ausgehend nur bis auf 80% erhöht und danach wieder auf 0% verringert, ergibt sich ein Umkehrpunkt UP₁ bei einer Steuerspannung von 80%. So lange die Steuerspannung us verringert wird, wird der untere Umkehrpunkt UP_ als fiktiver nächster Umkehrpunkt UP_n+1 angenommen. Wird dagegen die Steuerspannung us erhöht, wird der obere Umkehrpunkt UP₊ als fiktiver nächster Umkehrpunkt UP_n+1 angenommen. In dem Umkehrpunkt UP₁ ist die Korrektur­ spannung mit Δu = u₁ von null verschieden. Um diesen Wert der Korrekturspannung Δu zu berücksichtigen, wird dem ersten Anteil Δu_K der Korrekturspannung Δu entsprechend der Kurve 42b in Fig. 4a der zweite Anteil Δu_L überlagert. Der zweite Anteil Δu_L verringert sich entlang einer Linie 42c gleich­ mäßig von u1 im Umkehrpunkt UP₁ auf null im unteren Umkehr­ punkt UP_. Die Überlagerung der beiden Anteile Δu_K und Δu_L ergibt eine Kurve 42d als resultierende Kurve für die Korrekturspannung Δu. Ausgehend von u1 verringert sich die Korrekturspannung Δu betragsmäßig auf null, wechselt im gezeichneten Beispiel bei einer Steuerspannung von ungefähr 57% das Vorzeichen und steigt betragsmäßig an, bis sie bei ungefähr 25% der Steuerspannung ein Maximum erreicht. Danach verringert sich der Betrag der Korrekturspannung Δu wieder, bis die Korrekturspannung bei einer Steuerspannung von 0% zu null geworden ist. Bei einer Steuerspannung von 0% sind sowohl der erste Anteil Δu_K als auch der zweite Anteil Δu_L der Korrekturspannung Δu zu Null geworden.

Wird die Steuerspannung von 0% ausgehend nur bis auf 50% erhöht und danach wieder auf 0% verringert, ergibt sich ein Umkehrpunkt UP₂ bei einer Steuerspannung von 50%. Auch in dem Umkehrpunkt UP₂ ist die Korrekturspannung mit Δu = u2 von null verschieden. Um diesen Wert der Korrekturspannung Δu zu berücksichtigen, wird dem ersten Anteil Δu_K der Korrektur­ spannung Δu der zweite Anteil Δu_L überlagert. Der zweite Anteil Δu_L verringert sich entlang einer Linie 43c gleichmäßig von u2 im Umkehrpunkt UP₂ auf null im unteren Umkehrpunkt UP_. Diesem Anteil wird der erste Anteil Δu_K entsprechend der Kurve 43b in der Fig. 4a überlagert. Die Überlagerung der beiden Anteile ergibt eine resultierende Kurve 43d für die Korrekturspannung Δu. Die Korrekturspannung Δu verringert sich ausgehend von u2, bis sie bei einer Steuerspannung von 0% zu null geworden ist. Auch in diesem Fall sind bei einer Steuerspannung von 0% sowohl der erste Anteil Δu_K als auch der zweite Anteil Δu_L der Korrektur­ spannung Δu zu Null geworden.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Darstellung des Verlaufs der Korrekturspannung Δu in Abhängigkeit von der Steuerspannung us und von verschiedenen Umkehrpunkten. In der Fig. 5 wird die Steuerspannung us wieder von dem unteren Umkehrpunkt UP_ ausgehend erhöht. Da die Steuerspannung us ansteigt, ist der obere Umkehrpunkt UP₊ der fiktive nächste Umkehrpunkt. Für die weitere Erläuterung wird davon ausgegangen, daß bei einer Steuerspannung von 90% ein erster Richtungswechsel der Steuerspannung erfolgt. Der Umkehrpunkt bei us = 90% ist mit UP₃ bezeichnet und die zugehörige Korrekturspannung Δu mit u3. Da die Steuerspannung us nunmehr abfällt, ist der untere Umkehrpunkt UP_ der fiktive nächste Umkehrpunkt. In analoger Weise wie anhand der Fig. 4b beschrieben, verringert sich der zweite Anteil Δu_L der Korrekturspannung Δu von u3 im Umkehrpunkt UP₃ entlang einer Linie 44c auf null im unteren Umkehrpunkt UP_. Diesem zweiten Anteil wird der erste Anteil überlagert. Der erste Anteil Δu_K entspricht einer Kurve, die zwischen den Linien 41a, und 41b sowie den Linien 42a und 42b in der Fig. 4a liegt und einen Abstand von 90% der Steuer­ spannung zwischen den Umkehrpunkten aufweist. Die Korrektur­ spannung Au für den halben Abstand zwischen den Umkehrpunkten UP₃ und UP_ bei us = 45% ergibt sich aus Δu_L = (u3)/2 und Δu_K = u44, wobei mit u44 der maximale Wert des ersten Anteils Δu_K der Korrekturspannung Δu bezeichnet ist. Die Steuer­ spannung us wird in diesem Beispiel jedoch nicht bis auf 0% verringert, sondern bereits bei 30% wieder erhöht. Der entsprechende Umkehrpunkt ist mit UP₄ bezeichnet. Die Korrekturspannung im Umkehrpunkt UP₄ ist mit u4 bezeichnet. Da die Steuerspannung us wieder ansteigt, ist der obere Umkehrpunkt UP₊ der fiktive nächste Umkehrpunkt. Der zweite Anteil Δu_L der Korrekturspannung Δu verringert sich von u4 im Umkehrpunkt UP₄ entlang einer Linie 45c auf null im oberen Umkehrpunkt UP₊. Dem Anteil Δu_L wird der Anteil Δu_K über­ lagert. Der Anteil Δu_K entspricht einer Kurve, die zwischen den Linien 42a und 42b sowie den Linien 43a und 43b in der Fig. 4a liegt und deren Basis 70% der maximalen Steuer­ spannung beträgt. Diese Kurve ist aus Gründen der Übersicht­ lichkeit in der Fig. 4a nicht dargestellt. Die Korrektur­ spannung Δu verläuft entlang der Linie 45d. Die resultierende Korrekturspannung Δu für den halben Abstand zwischen den Umkehrpunkten UP4 und UP₊ bei us = 65% ergibt sich aus Δu_L = (u4)/2 und Δu_K = u45, wobei mit u45 der maximale Wert des ersten Anteils Δu_K der Korrekturspannung Δu bezeichnet ist. Wenn die Steuerspannung us mit us_max den oberen Umkehrpunkt UP₊ erreicht, ist die Korrekturspannung Δu zu null geworden. Wird jetzt die Steuerspannung us wieder verringert, ist der untere Umkehrpunkt UP_ der fiktive nächste Umkehrpunkt, und, die Korrekturspannung Δu verläuft entlang der Linie 41b. Da die Korrekturspannung Δu im oberen Umkehrpunkt UP₊ null ist, ist der Anteil Δu_L der Korrektur­ spannung Δu bis zur nächsten Richtungsumkehr der Steuer­ spannung us ebenfalls null, so daß nur der erste Anteil Δu_K die Korrekturspannung Δu bestimmt.

Da sowohl der erste Anteil Δu_K als auch der zweite Anteil Δu_L der Korrekturspannung Δu in dem unteren Umkehrpunkt UP_ und in dem oberen Umkehrpunkt UP₊ zu null werden, ist dort die Korrekturspannung Δu ebenfalls null. In den beiden äußeren Umkehrpunkten UP_ und UP₊ nimmt die Korrekturspannung Δu somit unabhängig von dem vorhergehenden Verlauf der Steuer­ spannung us mit Δu = 0 einen definierten Wert an.

Die Korrekturspannung kann fortlaufend mit einer digitalen Recheneinrichtung berechnet werden oder einem Speicher entnommen werden, in dem die einzelnen Werte der Korrektur­ spannung in Tabellenform gespeichert sind.

Bei einer fortlaufenden Berechnung der Korrekturspannung werden der erste Anteil Δu_K und der zweite Anteil Δu_L der Korrekturspannung Δu in festen Zeitabständen berechnet. Der Anteil Δu_K ergibt sich aus dem Abstand zwischen zwei Umkehr­ punkten sowie dem diesem Abstand zugeordneten maximalen Korrekturwert. Wie in der Fig. 4a dargestellt ist, ist einem Abstand von 100% der Steuerspannung der maximale Korrekturwert u41 zugeordnet. Dem Abstand von 80% der Steuerspannung ist ein maximaler Korrekturwert u42 zugeordnet, der kleiner als der Korrekturwert u41 ist. Der Zusammenhang zwischen dem Abstand zwischen zwei Umkehrpunkten und dem zugehörigen maximalen Korrekturwert kann in einem Speicher abgelegt sein oder anhand einer Rechenvorschrift berechnet werden. Da der Anteil Δu_K der Korrekturspannung Δu in beiden Umkehrpunkten null ist, liegen somit die Werte von drei Punkten der entsprechenden Kurve vor. Aus diesen Punkten lassen sich die anderen Werte des Anteils Δu_K der Korrektur­ spannung Δu berechnen. Bei dem Anteil Δu_L handelt es sich um eine Gerade, die durch einen äußeren Umkehrpunkt verläuft. Für die Berechnung dieses Anteils werden die Steuerspannung us und die Korrekturspannung Δu im letzten Umkehrpunkt, der Abstand zwischen dem letzten Umkehrpunkt und dem fiktiven nächsten Umkehrpunkt sowie die aktuelle Steuerspannung benötigt.

Wird die Korrekturspannung in Tabellenform gespeichert, ist es vorteilhaft, jeweils den ersten und den zweiten Anteil der Korrekturspannung für eine endliche Zahl von Werten der Steuerspannung und der Korrekturspannung im letzten Umkehr­ punkt zusammenzufassen und in zusammengefaßter Form in Tabellenform zu speichern. Dabei können entweder für eine vorgebbare Anzahl von jeweils einem Umkehrpunkt zugeordneten Werten der Steuerspannung eine Anzahl von Korrekturspannungen in Abhängigkeit von verschiedenen Werten der Steuerspannung und von verschiedenen Abständen der Steuerspannung zwischen zwei Umkehrpunkten in Form einer Matrix gespeichert werden oder es können für jeden Wert, den die Korrekturspannung in einem Umkehrpunkt annehmen kann, jeweils eine Anzahl von Korrekturspannungen in Abhängigkeit von der Steuerspannung und von dem Abstand der Steuerspannung zwischen zwei Umkehr­ punkten in Form einer Matrix gespeichert werden.

Da in der Regel die Anzahl der Werte der Korrekturspannungen in einem Umkehrpunkt kleiner als die Anzahl der Werte der Steuerspannung ist, ist es vorteilhafter, für jeden Wert der Korrekturspannung in einem Umkehrpunkt Korrekturspannungen in Abhängigkeit von der Steuerspannung und von dem Abstand der Steuerspannung zwischen zwei Umkehrpunkten zu speichern. Eine wesentliche Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese wurde zum Beispiel mit 15 verschiedenen Korrekturspannungs­ werten bei einer Auflösung der maximalen Steuerspannung us_max in 64 Umkehrpunkte erreicht. Ein typischer Wert für die maximale Höhe der Korrekturspannung Δu ist z. B. ± 1% der maximalen Steuerspannung us_max.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verringerung der eisenkreisbedingten Hysterese eines elektromagnetischen Stellglieds, insbesondere des Magneten eines hydraulischen oder pneumatischen Proportionalventils, mit einer Spule, der ein elektrisches Eingangssignal zugeführt ist, das durch Verknüpfung eines Steuersignals mit einem aus zwei Anteilen bestehenden Korrektursignal, das den Verlauf des Steuersignals berücksichtigt, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als erster Anteil (Δu_K) des Korrektursignals (Δu) Korrekturwerte dienen, die dem Flußdichteabstand (ΔB) des jeweiligen Steuersignals (us) unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem letzten Umkehrpunkt (UP_n) und einem fiktiven nächsten Umkehrpunkt (UP_ bzw. UP₊) des Steuer­ signals (us) entsprechen, und
• - daß als zweiter Anteil (Δu_L) des Korrektursignals (Δu) der Wert des Korrektursignals (Δu_n) im letzten Umkehrpunkt (UP_n) dient, wobei der Wert des Korrektursignals (Δu_n) im letzten Umkehrpunkt (UP_n) von dem letzten Umkehrpunkt (UP_n) ausgehend derart mit dem Steuersignal (us) verringert wird, daß der zweite Anteil (Δu_L) des Korrektursignals (Δu) in dem fiktiven nächsten Umkehrpunkt (UP_ bzw. UP₊) zu null geworden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Richtungsumkehr des Steuersignals der Wert des Steuersignals (us_n) und der Wert des Korrektursignals (Δu_n) des Umkehrpunktes (UP_n) erfaßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte entsprechend dem Abstand der Flußdichte (ΔB) zwischen dem oberen Zweig und dem unteren Zweig der Feldstärke/Flußdichte-Kennlinie des elektromechanischen Stellglieds (31) als Maß für die Abweichung der Flußdichte des hysteresebehafteten Eisen­ kreises von der Flußdichte eines entsprechenden hysterese­ freien Eisenkreises für unterschiedlich große Abstände zwischen zwei Umkehrpunkten (UP_n, UP_n+1) ermittelt und gespeichert werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein unterer Umkehrpunkt (UP_) dem minimalen Wert (us_min) des Steuersignals und ein oberer Umkehrpunkt (UP₊) dem maximalen Wert (us_max) des Steuersignals zugeordnet ist und
• - daß nach einer Richtungsumkehr des Steuersignals (us) in fallende Richtung der untere Umkehrpunkt (UP_) und nach einer Richtungsumkehr des Steuersignals (us) in steigende Richtung der obere Umkehrpunkt (UP₊) als fiktiver nächster Umkehrpunkt (UP_n+1) dient.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anteil (Δu_K) und der zweite Anteil (Δu_L) des Korrektursignals (Δu) zusammengefaßt und für eine endliche Zahl von Werten des Steuersignals (us) und des Korrektur­ signals (Δu) in Tabellenform gespeichert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine vorgebbare Anzahl von einem Umkehrpunkt (UP_n) zugeordneten Werten des Steuersignals (us) jeweils eine Anzahl von Korrektursignalen (Δu) in Abhängigkeit von verschiedenen Werten des Steuersignals (us) und von verschiedenen Abständen des Steuersignals (us) zwischen zwei Umkehrpunkten (UP_n, UP_n+1) in Form einer Matrix gespeichert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wert, den das Korrektursignal (Δu) in einem Umkehrpunkt (UP_n) annehmen kann, jeweils eine Anzahl von Korrektursignalen (Δu) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (us) und von dem Abstand des Steuersignals (us) zwischen zwei Umkehrpunkten (UP_n, UP_n+1) in Form einer Matrix gespeichert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anteil (Δu_K) und der zweite Anteil (Δu_L) des Korrektursignals (Δu) in regelmäßigen Zeitabständen berechnet werden, wobei der erste Anteil (Δu_K) auf der Basis eines dem Abstand zwischen dem letzten Umkehrpunkt (UP_n) und dem fiktiven nächsten Umkehrpunkt (UP_ bzw. UP₊) zugeordneten maximalen Korrekturwertes (Δu_Kmax) berechnet wird und wobei der zweite Anteil (Δu_L) ausgehend von dem Korrektursignal (Δu) im letzten Umkehrpunkt (UP_n) in Richtung auf den fiktiven nächsten Umkehrpunkt (UP_n+1) bis auf null verringert wird, und daß die beiden Anteile (Δu_K, Δu_L) zu dem Korrektursignal (Δu_n) zusammen­ gefaßt werden.