DE2640259C3 - Geschwindigkeitsregelanordnung für einen elektromotorischen Fahrzeugantrieb - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsregelanordnung fü^r einen elektromotorischen Fahrzeugantrieb unter Verwendung eines Proportionalreglers als Geschwindigkeitsregler, dessen Ausgang die Strom- bzw. Zug- und/oder Bremskraftsollwertvorgabe eines unterlagerten Regelkreises liefert. Eine derartige Geschwindigkeitsregelanordnung ist aus der Zeitschrift »Deutsche Eisenbahntechnik«, 19 (1971), S. 433-437, bekannt

Moderne Geschwindigkeitsregelungen bei Lokomotiven sollen keine größeren Regelabweichungen von vorgegebenen Sollgeschwindigkeiten zulassen, als etwa ±1 bis 2 km/h. Das bedingt einerseits eine große Regelverstärkung, andererseits steht diese der Stabilität des Regelkreises entgegen. Integralregler ("/-Regler) bzw. Proportional-Integralregler (P'ARegler) sind wegen ihres großen Überschwingverhaltens bei Störungen von vornherein schlecht brauchbar. Proportionalregler (P-Regler) dagegen führen bei den erforderlichen großen Verstärkungen leicht zu Instabilitäten, insbesondere wenn die Regelstrecke, wie auch im vorliegenden Fall, Glieder mit größerem Zeitverhalten (Zeitkonstanten) aufweist. Hauptsächliche Störgröße bei Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungen ist die Zugkraft bzw. der dazu erforderliche Motorstrom. Diese Größen können zur Aufrechterhaltung einer geforderten Geschwindigkeit je nach Zuggewicht und Gelände verschieden sein. Die Zugkraft kann für dieselbe Geschwindigkeit von Null bis zu positiven Werten (Steigung) oder negativen Werten (Gefälle) variieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem P-Regler auf relativ einfache Weise eine hohe Regelgenauigkeit ohne Instabilitäten oder Überschwingungen zu erreichen.

Gelöst wird diese Aufgabe für eine Geschwindigkeitsregelung der eingangs genannten Art dadurch, daß unter Anwendung eines Proportionalreglers mit einer verhältnismäßig kleinen Verstärkung eine höhere Genauigkeit der Regelung dadurch erzielt wird, daß dem Geschwindigkeitssollwert eine Korrekturgröße überlagert ist, die der Differenz aus einer der Zug- bzw. Bremskraft proportionalen Größe und einer der gemessenen Beschleunigung bzw. Verzögerung proportionalen Größe derart proportional ist, daß die bleibende Regelabweichung des Geschwindigkeitsreglers

wenigstens angenähert ausgeglichen ist

In Verbindung mit einem P-Regler ist es an sich bekannt (»Einführung in die Technik selbsttätiger Regelungen«, Göschen, Bd. 714/714a, 195o, S. 79/80), Regelstrecken durch Störgrößenaufschaltung regelungstechnisch zu verbessern. Dies geschieht beim Bekannten dadurch, daß der Sollwert in Abhängigkeit von der Störgröße beeinflußt und der Istwert mit der Summe aus der Störgröße und dem Sollwert verglichen wird. Dabei verringert sich die P-Abweichung um den Beirag, den die aufgeschaltete Störgröße sonst verursachen würde. Bei der Erfindung wird die zur Vermeidung von Instabilitäten in Kauf genommene geringere P-Verstärkung durch Korrektur bzw. Verfälschung des Sollwertes mittels der Störgröße selbst wieder ausgeglichen. Die Einführung der Beschleunigung bzw. Verzögerung ist dabei von Wichtigkeit, um während einer Beschleunigungsphase (oder Verzögerungsphase) bis zur Annäherung (Einlauf) an eine Sollgeschwindigkeit den Einfluß der Korrekturgröße Zugkraft zu mindern. Erst danach greift die Korrekturgröße stärker werdend ein. Ein Überschwingen wird damit verhindert. Bei Beharrungsfahrt ist die Beschleunigung = 0 und damit ohne Einfluß auf die Korrekturgröße Zug- bzw. Bremskraft

Ein Schaltungsbeispiel für die Erfindung wird im Nachstehenden näher erläutert Die Figur zeigt in einem Schaltungsausschnitt eine Geschwindigkeitsregelanordnung für die Bildung eines Stromsollwertes l_so\i eines unterlagerten Motorstromregelkreises. Von den dargestellten 3 Operationsverstärkern ist der Operationsverstärker 1 der eigentliche Proportionalregler für die Geschwindigkeitsregelung und die beiden Verstärker 2 und 3 dienen der Bildung und Aufschaltung der Korrekturgrößen auf den Eingang des Geschwindigkeitsreglers. Für den Proportionalregler wird hier eine Verstärkung von V=IO angenommen. Über einen Anschluß 4 und einen Vorwiderstand 5 erfolgt die Eingabe des Geschwindigkeitssollwertes v_Soih über den Anschluß 6 die Eingabe des Geschwindigkeitsistwertes Vj₅₁. Die am Knotenpunkt 7 auftretende Differenz der vorzeichenverschiedenen v_5On- und v,_s,-Werte wird dem Eingang ( —) des Proportionalreglers 1 zugeführt. Der v/sr-Wert wird mittels eines P.C-Gliedes 8, 9 und des Verstärkers 2 differenziert und als Beschleunigungsgröße a über Leitung 10 und Widerstand 11 dem Verstärker 3 zugeführt. An Anschluß 12 ist über Widerstand 13 das Strom-Istwertsignal (Motorstrom) /_;si als proportionale Ersatzgröße für die Zugkraft angelegt. Im Knotenpunkt 14 erfolgt über die Summation vorzeichenverschiedener Werte eine Subtraktion der Beschleunigung a als elektrische Größe vom Strom-Istwertsignal /,«. Der Differenzwert steuert den Verstärker 3, dessen Ausgang über Leitung 15 und einen Widerstand 16 auf den Steuereingang (-) des Proportionalreglers 1 additiv einwirkt. Das erforderliche Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 5 und 16 richtet sich nach dem Grad der Verstärkung des Proportionalverstärkers 1, um auf die geforderten Geschwindigkeitswerte gemäß der Erfindung zu kommen. Entsprechend dem gewählten Beispiel einer Verstärkung v=10 muß hier ein Widerstandsverhältnis von 1:10 gewählt werden, um mit auf 110% korrigiertem v_IO;/auf 100% Vü,zu kommen. Der Widerstand 16 weist somit den lOfachen Wert des Widerstandes 5 auf. Der /«,//-Wert am Ausgang des Proportionalverstärkers 1 wird entsprechend angehoben. Mit 17 ist noch ein Anschluß für Bremskraftistwerte Mb_is, bezeichnet. An ihm treten an Stelle von Anschluß 12 Signale bei Bremsvorgängen (Gefälle) auf, wenn es

gilt, eine Geschwindigkeit zu halten. Mit 18 ist noch ein Einspeisewiderstand für die v_ar Werte bezeichnet

In Funktion würde bei einer Anfahrt der Sollwert der Geschwindigkeit vw/ am Anschluß 4 anstehen und den Verstärker I bis in die Sättigung voll aussteuern. Der v«,-Wert wächst langsam und ist zunächst ohne Einfluß, da AV, d.h. K₅₀;;- V«, den Verstärker weiter voll aussteuert Die additive Korrekturgröße über Leitung 15 kommt bei höchster Beschleunigung nicht oder wenig zum Tragen. Erst bei einem Einlauf in die Sollgeschwindigkeit wenn der P-Regler 1 infolge der kleiner werdenden Soll-lstwertdifferenz zurückgeregelt und die Beschleunigung zurückgeht, wird der additive Korrekturwert größer, bis er bei der Beschleunigung a=0 den vollen Wert erreicht Dann ist das Fahrzeug auch auf die Sollgeschwindigkeit eingelaufen. Die Beharrungsfahrt ist erreicht mit a=0, und der ICorrekturwert hat seine volle Größe. Er entspricht der für die Beharrungsfahrt notwendigen Zugkraft Bei Bergfahrt wird der subtrahierend? Beschleunigungswert a kleiner werden, so daß der Korrekturwert größer wird. Bei Talfahrt wird Z₅₀Zi negativ, was einen Bremssollwert Mb_xIi bedeutet /&, (Anschluß 12) ist in diesem Falle 0. Die Korrektur wird nun vom Bremsmoment Mb^, (Anschluß 17) abgeleitet Die Sollwertverfälschung erfolgt mit umgekehrtem Vorzeichen.

Durch die Erfindung wird auf einfache Weise die bleibende Regelabweichung eines Proportionalreglers ausgeglichen, und es kann eine Geschwindigkeitsregelung höherer Genauigkeit erstellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Geschwindigkeitsregelanordnung für einen elektromotorischen Fahrzeugantrieb unter Verwendung eines Proportionalreglers als Geschwindigkeitsregler, dessen Ausgang die Strom- bzw. Zug- und/oder Bremskraftsollwertvorgabe sines unterlagerten Regelkreises liefert, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung eines Proportionalreglers (1) mit einer verhältnismäßig kleinen Verstärkung eine höhere Genauigkeit der Regelung dadurch erzielt wird, daß dem Geschwindigkeitssollwert (vsoii) eine Korrekturgröße überlagert ist, die der Differenz aus einer der Zug- bzw. Bremskraft proportionalen Größe und einer der gemessenen Beschleunigung bzw. Verzögerung (a) proportionalen Größe derart proportional ist, daß die bleibende Regelabweichung des Geschwindigkeitsreglers wenigstens angenähert ausgeglichen ist

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