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Verfahren zur Verminderung der Empfindlichkeit von Reglern.
Man hat vorgeschlagen, Grössen beliebiger Art dadurch zu regeln, dass die Regelbewegung von dem Unterschied der Wege zweier Glieder abgeleitet wird, deren mittlere Geschwindigkeiten dem Istwert und dem Sollwert der zu regelnden Grösse entsprechen.
Bei diesem Regelverfahren wird der Wegunterschied der beiden Glieder, von dem ein Regelvorgang ausgelöst wurde, durch die Wirkung dieses Regelvorganges wieder beseitigt, d. h. der Regelvorgang wird so lange fortgesetzt, bis ein z. B. durch Geschwindigkeitserhöhung des den Istwert darstellenden Gliedes über den Sollwert herbeigeführter Wegunterschied durch Geschwindigkeitsverminderung unter den Sollwert wieder ausgeglichen ist. Die Folge dieser Wirkungsweise ist ein ständiges Überregeln.
Abgesehen davon werden bei dem oben beschriebenen Regelverfahren die Gesehwindigkeits- unterschiede beider Glieder integriert, so dass auch die geringsten Geschwindigkeitsunterschiede im Laufe der Zeit noch zur Auslösung von Regelvorgängen führen. Da es praktisch nicht möglich ist, die Regelschritte so klein zu bemessen, dass völlige Übereinstimmung zwischen den Geschwindigkeiten beider Glieder herbeigeführt werden kann, wird eine nach dem oben beschriebenen Verfahren arbeitende Vorrichtung auch dann noch pendeln, wenn die zu regelnde Grösse unverändert bleibt.
Die obenbeschriebenen Nachteile werden gemäss der Erfindung dadurch beseitigt, dass die Unterschiede der von den Vergleichsgliedern zurückgelegten Wege periodisch rückgängig gemacht werden, so dass nur Unterschiede, die innerhalb dieser Periode die Regelung zu beeinflussen vermögen, ausgeregelt werden. Dadurch kann das lästige Überregeln beseitigt werden, da es nicht mehr einer über den Sollwert hinweggehenden Geschwindigkeitsänderung des Istgliedes bedarf, um den Wegunterschied der beiden Glieder auszugleichen. Ausserdem lässt sich das Pendeln ganz beseitigen, da das Ansprechen der Regelung davon abhängig gemacht ist, dass innerhalb der Periode die Weglänge des Istgliedes um einen zur Auslösung der Regelung ausreichenden Betrag von der Weglänge des Sollgliedes abweicht.
Insofern gibt die Erfindung ein Mittel an die Hand, die Empfindlichkeit der Regelung beliebig einzustellen. Je kürzer man nämlich die Periode wählt, um so grösser muss der Geschwindigkeitsunterschied beider Glieder sein, wenn es innerhalb der Periode zur Auslösung eines Regelvorganges kommen soll.
Besonders zweckmässig ist es, die Länge der Periode von einer bestimmten Weglänge eines der beiden Glieder abhängig zu machen. Dadurch wird erreicht, dass die prozentuale Genauigkeit stets gleich bleibt, auch wenn die Geschwindigkeiten der beiden Glieder in weiten Grenzen geändert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die beiden Glieder, deren Geschwindigkeiten verglichen werden, sind mit 1 und 2 bezeichnete Wellen. Die Welle 1 wird z. B. durch einen Synehronmotor 3 über ein Schneckengetriebe mit einer dem Sollwert der zu regelnden Grösse entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben, während die Welle 2 über ein Schneckengetriebe z. B. von einem Amperestundenzähler 4 mit einer dem Istwert der zu regelnden Grösse entsprechenden Drehzahl angetrieben wird. Auf der Welle 1 ist eine elektromagnetische Kupplung 5 befestigt, der über zwei Schleifringe 6 und 7 die Spannung einer Stromquelle zugeführt wird.
Der Schleifring 7 ist auf einen Teil seines Umfanges durch ein eingesetztes Isolierstück 33 unterbrochen, 8 ist der Anker der elektromagnetischen
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Kupplung, der auf einer zur Welle 1 gleichachsig angeordneten Welle 9 befestigt ist. Auf der Welle 9 sitzt ausserdem ein Arm 10, der an seinem Ende einen Doppelkontakt 11 trägt. Dieser Kontakt stellt mit einem Schleifring 12 in Verbindung. Auf der Welle 2 ist ein Arm 1. befestigt, der an einem gabelförmigen Fortsatz zwei Kontakte 14 und 15 trägt.
Die Kontakte 14 und 15 sind mit zwei Schleifringen 16 und 11 leitend verbunden. 18 und 19 sind zwei Federn, die bestrebt sind, die beiden Arme 10 und 18 in der gezeichneten Normallage festzuhalten bzw. sie in diese Normallage zurückzuführen. 20 und 21 sind zwei Relais. 22 ist ein Motor, der die zur Durchführung des Regelvorganges erforderliche Energie liefert und 23 ein Zeitwerk. Dieses Zeitwerk besteht z. B. aus einer Spule 24, die bei Stromdurchgang einen Eisenkern 25 in sich hineinzuziehen sucht. Über ein Band 26 wirkt der Eisenkern auf ein Ritzel 27 ein, von dem ein Zahnrad 28 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles gedreht wird. Eine Feder 29 sucht das Zahnrad 28 entgegen der Richtung des eingezeichneten Pfeiles zu drehen, Diese Bewegung wird durch einen auf dem Rad 28 sitzenden Anschlag 30 begrenzt, der sich gegen einen festen Anschlag 31 anlegt.
32 ist ein Kontakt, der von dem Anschlag 30 geöffnet wird, sobald dieser bei einer Drehung des Zahnrades 28 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles seine oberste Lage erreicht hat.
Die oben beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt : Die Wellen 1 und 2 werden mit einer dem Sollwert bzw. dem Istwert der zu messenden Grösse entsprechenden Geschwindigkeit gedreht. Diese Bewegung machen die Arme 10 und 13 mit. Solange beide Geschwindigkeiten übereinstimmen, ändert sich an der relativen Stellung beider Arme 10 und 13 nichts, so dass es zu einer Berührung des Kontaktes 11 mit einem der Kontakte 14 oder 15 kommen kann. Dieser theoretische Fall der völligen Gleichheit beider Geschwindigkeiten wird aber niemals eintreten. In Wirklichkeit wird der den Istwert darstellende Arm 25 stets etwas langsamer oder etwas schneller laufen als der Arm 10. Ist der Geschwindigkeitsuntersehied nur klein, dann wird er während einer Umdrehung nicht hinreichen, um den Weg zwischen dem Kontakt 11 und einem der Kontakte 14 oder 15 zu überbrücken.
Nach einer Umdrehung wird aber durch das Isolierstück 33 der Stromkreis der elektromagnetischen Kupplung 5 für einen Augenblick unterbrochen.
Dabei kann sich der entkuppelte Arm frei unter der Wirkung der beiden Federn 18 und 19 wieder in seine Mittellage zwischen den Kontakten 14 und 15 einstellen. Zur Auslösung eines Regelvorganges kommt es also erst dann, wenn der Geschwindigkeitsunterschied der beiden Glieder hinreicht, um während einer Umdrehung den Abstand zwischen den Kontakten 11 und 14 bzw. 11 und 15 zu überbrücken. In einem solchen Falle wird z. B. bei der Berührung der Kontakte 11 und 14 ein Stromkreis geschlossen, der von dem Pluspol einer Batterie über den Schleifring 12, die Kontakte 11 und 14, den Schleifring 16, das Relais 20, und den untersten Kontakt des Relais 21 zum Minuspol der Stromquelle führt.
Infolgedessen spricht das Relais 20 an und schliesst dabei folgenden Haltestromkreis : von dem Minuspol der Stromquelle über den untersten Kontakt des Relais 21, über den obersten Kontakt des Relais 20, die Spule 24 und den Kontakt 32 zum Pluspol der Stromquelle. Infolgedessen beginnt das Zeitwerk 23 zu laufen und das Relais 20 bleibt so lange erregt, bis nach Ablauf des Zeitwerkes durch den Anschlag 30 der Kontakt 32 vorübergehend geöffnet wird. Während dieser Zeit ist aber über die beiden mittleren Kontakte des Relais 20 der Anker des Motors 22 an Spannung gelegt, so dass der Motor einen Regelschritt durchführen kann. Die Länge der einzelnen Regelschritte ist bei dieser Anordnung also bestimmt durch die mit dem Zeitwerk 23 abgemessene Zeitspanne.
Bei einer Berührung zwischen den Kontakten 11 und 15 spielt sich derselbe oben beschriebene Vorgang ab, nur dass in diesem Falle Relais 21 erregt und dadurch der Motor 22 in umgekehrter Richtung an Spannung gelegt wird, so dass er einen entgegengesetzt gerichteten Regelschritt ausführt.
In vielen Fällen kann es zweckmässig sein, das Zeitwerk 23 fortzulassen. Dadurch wird die Länge der Regelschritte von der Dauer der Berührung zwischen den Kontakten 11 und 14 bzw. 11 und 15 abhängig.
Diese Kontaktdauer ist aber um so grösser, je eher während einer Umdrehung der Kontakt 11 von einem der beiden Kontakte 14 oder 15 erreicht wurde, d. h. je grosser der Geschwindigkeitsunterschied der beiden Glieder ist. Dadurch ergibt sich die sehr zweckmässige Folge, dass die Regelschritte um so grösser werden, je grösser der Geschwindigkeitsunterschied der beiden Glieder, d. h. also auch die Abweichung des Istwertes vom Sollwert war.
In vielen Fällen wird man mit einer gleichmässigen Bewegung der Glieder nicht rechnen können, z. B. wenn der Istwert der zu messenden Grösse an einer entfernt liegenden Stelle gemessen wird. Zur Übertragung des Messwertes zur Regelanordnung bedient man sich dabei in neuerer Zeit vielfach des Impulsfrequenzverfahrens, das unter Umständen eine schrittweise Bewegung des mit seiner Hilfe angetriebenen Gliedes bedingt. In einem solchen Falle, wenn mindestens eines der beiden Glieder schrittweise bewegt wird, würde ein einmal eingeleiteter Kontakt zwischen den Kontakten 11 und 14 oder 11 und 15 wenigstens zunächst periodisch bei jedem Schritt des die Welle 2 antreibenden Organes unterbrochen werden.
Diesen Nachteil kann man verhältnismässig einfach dadurch beheben, dass den Relais 20 und : 21 eine erhebliche Abfallverzögerung gegeben wird, so dass während der kurzen Kontaktunterbrechung die Relaisanker nicht abfallen können.
Die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung kann man zweckmässig dahin abändern, dass die auslösenden Kontakte 11, 14 und 15 nicht unmittelbar auf die Wellen 2 und 9 aufgesetzt werden, dass vielmehr die Wellen 2 und 9 Seitenräder eines Planetengetriebes tragen, dessen das Planetenrad
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tragender Teil mit einer geeigneten Kontakteinrichtung lösbar gekuppelt ist. Wenn dann die Wellen 2 und 9 in entgegengesetzter Richtung gleich schnell umlaufen, bleibt der das Planetenrad tragende Teil ruhig stehen. Erst von einem Geschwindigkeitsunterschied beider Wellen wird er in Bewegung gesetzt, so dass ein Regelvorgang ausgelöst werden kann.
Um die Unterschiede der zurückgelegten Wege periodisch rückgängig zu machen, wird die Kupplung zwischen dem das Planetenrad tragenden Teil und der den Regelvorgang auslösenden Kontaktvorrichtung periodisch aufgehoben, z. B. mit Hilfe eines Relais, das über einen Kontakt an einer Spannungsquelle liegt. Dieser Kontakt wird z. B. durch eines der umlaufenden Glieder gesteuert.
Unter Umständen kann es erforderlich sein, die Empfindlichkeit der Regelung gemäss der Erfindung auch während des Betriebes gelegentlich zu verändern. Dafür gibt es mehrere Mittel. Liegt z. B. der Abstand der Kontakte 11, 14 und 15 fest, dann kann man die Weglänge, nach deren Zurücklegung Wegunterschiede rückgängig gemacht werden, einstellbar machen, indem man z. B. von der Welle 1 aus mit einer veränderlichen Übersetzung ein besonderes Glied antreibt, von dem die Wegunterschiede mittelbar rückgängig gemacht werden.
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dann sehr zweckmässig, wenn an Stelle der beiden im Ausführungsbeispiel gezeichneten Arme 10 und 13 ein Differentialgetriebe tritt, von dessen das Planetenrad tragenden Teil der Steuerkontakt betätigt wird.
Bei einer solchen Ausführungsform sind die Gegenkontakt ortsfest angeordnet, so dass sie mit einfachen Mitteln verstellt werden können.
Kombiniert man die beiden obenangegebenen Möglichkeiten der Empfindlichkeitseinstellung miteinander, dann ergibt sich daraus die weitere Möglichkeit, bei beliebigen absoluten Geschwindigkeiten der beiden Glieder gleichgrosse Regelschritte zu erzielen, während z. B. bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform die Regelschritte mit zunehmender absoluter Geschwindigkeit der beiden Glieder immer kleiner werden.
Die Unabhängigkeit der Regelschrittgrösse von der absoluten Geschwindigkeit der beiden Glieder kann man auch noch auf andere Weise erreichen, z. B. in der Art, dass man die Arbeitsgeschwindigkeit des Regelmotors 22 verändert u. zw. zweckmässig proportional der Geschwindigkeit der den Sollwert anzeigenden Welle 1. Ist der die Welle 1 antreibende Motor 3 z. B. ein Nebenschlussmotor, dessen Geschwindigkeit durch Änderung der Felderregung eingestellt wird, dann wird man zweckmässig für den Motor 22 ebenfalls einen Nebenschlussmotor wählen und seine Felderregung entsprechend derjenigen des Motors 3 ändern. Man könnte auch daran denken, den Motor 22 ganz fortzulassen und die Energie für die gewünschte Regelbewegung von dem Motor 3, z. B. über eine elektrische Kupplung, zu entnehmen.
Dadurch würde ohne weitere besondere Massnahmen erreicht werden, dass der Regelschritt unabhängig von der absoluten Geschwindigkeit der beiden Glieder stets gleich gross bleibt.
Man hat vorgeschlagen, bei dem eingangs beschriebenen Regelverfahren Unterschiede der zurückgelegten Wege in ihrer Wirkung auf die Regelung jedesmal nach Auslösen einer Regelbewegung rückgängig zu machen. Durch diese Massnahme ist aber nur einer der oben angeführten Nachteile des Regelverfahrens behoben, nämlich das Überregeln. Infolgedessen kann der Erfindungsgegenstand unter Umständen auch zweckmässig gemeinsam mit einem Verfahren verwendet werden, bei dem jedesmal nach Auslösung einer Regelbewegung die Unterschiede der von den beiden Gliedern zurückgelegten Wege rückgängig gemacht werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verminderung der Empfindlichkeit von Reglern insbesondere zur Regelung von elektrischen Kraftanlagen, bei dem die Regelbewegung von dem Unterschiede der Wege zweier Glieder abgeleitet wird, deren mittlere Geschwindigkeit dem Istwert und dem Sollwert der zu regelnden Grösse entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschiede der von den Vergleichsgliedern zurückgelegten Wege periodisch rückgängig gemacht werden, so dass nur Unterschiede, die innerhalb dieser Periode die Regelung zu beeinflussen vermögen, ausgeregelt werden.