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Regeleinrichtung, insbesondere elektrischer Art, zur Regelung beliebiger technisch-physikalischer Grössen
Die Erfindung betrifft Regel-Einrichtungen, insbesondere elektrischer Art, zur Regelung beliebiger technisch-physikalischer Grössen, mit mehreren vom gleichen Primär-Impuls betätigten Kraftschaltern und diesen nachgeordneten Stellgliedern, wobei jedem Kraftschalter eingangsseitig eine von der Stellung des ihm zugeordneten Stellgliedes abgeleitete Grösse zur Kompensation der am Schalter-Eingang wirksamen Regel-Abweichung zugeführt wird, insbesondere elektrische Regel-Einrichtung zur Regelung des
Unterdruckes im Feuerraum von Dampfkessel, aus dem die Verbrennungsgase durch mehrere Saug-Ge- bläse abgezogen und deren Förderleistungen, z.
B. durch Leitschaufel-Verstellung, druckabhängig so be- einfluss werden, dass die Gebläse ein bestimmtes vorgegebenes Leistungs-Verhältnis zueinander aufweisen.
Bei bisher bekannten Regel-Einrichtungen dieser Art wirkt der Primär-Impuls auf einen Regel-
Verstärker ein, dem mehrere Nachlauf-Regler parallel nachgeschaltet suid. welche die einzelnen Stell- glieder in Abhängigkeit vom Primär-Impuls beeinflussen. Weiters ist auch bekannt, lediglich eines der
Stellglieder durch die Regel-Abweichung zu beeinflussen und die übrigen der Stellung dieses ersten Stell- gliedes nachzusteuern, indem etwa alle Stellglieder der Stellung des srsten nachgeführt oder aber jedes derselben durch die Stellung eines andern in Abhängigkeit von der Stellung des ersten beeinflusst wird.
Bei diesen bekannten Anordnungen müssen infolge ihres Aufbaues gewisse Zeitkonstante in der Rege- lung in Kauf genommen und dann zusätzliche Massnahmen getroffen werden, um tatsächlich ein andauernd gleichbleibendes Verhältnis zwischen den Wirkungen der einzelnen Stellglieder aufrecht zu erhalten.
Schliesslich wurde auch vorgeschlagen, für die Betätigung jedes Stellgliedes je einen gesonderten
Regler zu verwenden, der eine P-Charakteristik aufweist oder dessen Charakteristik durch einen P-Anteil mitbestimmt ist, wobei jedem Reglereingang der gleiche von der Regel-Abweichung abhängige Betrag, insbesondere also auch das Integral allein oder die Summe von Integral und Differential dieser Regel-
Abweichung zugeführt und dadurch ein gleichbleibendes Verhältnis der verhältnisgleich zu steuernden
Stellglieder erzwungen wird. Eine derartige Einrichtung hätte zudem bezüglich der Regelgrösse auch die häufigerwünschte I- oder ID-Charakteristik.
Derartige Anordnungen sind jedoch mit Nachteilen behaftet, denn Regler mit P-Charakteristik oder solche, deren Charakteristik durch einen P-Anteil mitbestimmt ist, werden im allgemeinen technisch dadurch verwirklicht, dass ursprünglich integral wirkende Regler durch
Einrichtungen zur Rückführung des Regler-Ausganges-gegebenenfalls über verzögernde Übertragungs-
Glieder-zu Reglern mit P-Charakteristik oder solchen, deren Charakteristik durch einen P-Anteil mitbe- stimmt ist, umgewandelt werden ;
die erwähnte Einrichtung würde deshalb zwischen dem Fühler des Reg- lers und den Stellgliedern jeweils zwei in ihrer Charakteristik mit integralen Anteilen behaftete Übertra- gungs-Glieder hintereinander enthalten, wodurchbekanntlich die Neigung zu Schwingungen der Regelgrösse erheblich begünstigt wird, so dass es wiederum zusätzlicher Massnahmen zur dynamischen Stabilisierung der Regel-Strecke bedarf, wobei im allgemeinen auch Trägheiten der Regelung unvermeidlich sind.
Nach der Erfindungwerden nun bei Regel-Einrichtungen des eingangs beschriebenen Aufbaues, insbe- sondere solche elektrischer Art, zur Regelung beliebiger technisch-physikalischer Grössen diese Nachteile dadurch vermieden, dass jedem Kraftschalter als Rtickführ-Grösse die Abweichung der Stellgrösse des zuge- hörigen Stellgliedes vom Mittelwert sämtlicher dieser Stellgrössen zugeführt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer elektrischen Regel-Einrichtung, deren Stellglieder je durch einen von einem Regel-Verstärker betätigten Motor verstellt werden, ist erfindungsgemäss jedem Stellglied ein Geber zur Erzeugung einer seiner Stellung proportionalen elektrischen Spannung sowie ein mit diesem in Serie geschalteter Widerstand zugeordnet und sind diese Reihen-Schaltungen parallelgeschaltet, wobei jedem Regel-Verstärker eine aus dem Spannungs-Abfall am zugehörigen Widerstand und einer der Regel-Abweichung entsprechenden Spannung zusammengesetzte Spannung zugeführt wird.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung von Regel-Einrichtungen werden insbesondere die bei der Gruppe der integral wirkenden Regler, bzw. bei davon abgeleiteten Regler-Typen, die eingangs erwähnten Schwierigkeiten beseitigt und dabei vor allem auch durch Wahl der Mittelwert-Bildung bestimmte vorgegebene Verhältnisse der Stellglied-Betätigung in einfacher Weise durch entsprechende Bemessung derjenigen Grösse eingestellt werden können, die dem Eingang jedes Kraftschaltejs proportional der Stellung des ihm zugeordneten Stellgliedes zugeführt werden ;
diese Regelung ist auch bezüglich der synchronen Betätigung der Stellglieder ausserordentlich stabil, da sich diese durch die besondere erfindungsgemässe Auswahl der Ruckführgrösse in gewissem Umfang selbst synchronisieren, indem der Mittelwert aller Rück- fuhrgrössen entsprechend selbsttätig abgeändert wird.
Als Basis für die Erfindung wird tun das Vorliegen von Messwerten zur Betätigung der einzelnen Stellglieder vorausgesetzt, deren Ermittlungsich jedoch erübrigt, wenn eine hinreichende reproduzierende Abhängigkeit zwischen der vom Kraftschalter gelieferten Stellgrösse und der Stellung des ihm zugeordneten Stellgliedes gegeben ist. Die Rückfuhrgrösse kann erfindungsgemäss auch durch Messwerte der von den Stellgliedern betätigten Grösse ersetzt werden.
In der Zeichnung ist ein einfaches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen elektrischen RegelEinrichtung dargestellt, bei dem der Erfindungs-Vorschlag mit geringem Aufwand in besonders einfacher Weise durchgeführt werden kann, u. zw. handelt es sich um eine Unterdruck-Regelung im Feuerraum des Dampfkessels einer Kraftanlage, bei der die Verbrennungsgase durch drei parallel betriebene Saug-Gebläse aus dem Feuerraum abgezogen werden, wobei im Feuerraum des Kessels ein bestimmter Unterdruck aufrechterhalten werden soll ; die Leistungen dieser Gebläse sollen dabei aus wirtschaftlichen Gründen in einem bestimmten, einstellbaren Verhältnis zueinander stehen. Die Leistung des Gebläses 2 wird durch vor den Gebläsen angeordnete Stellklappen 3 gesteuert.
Durch den für die erfindungsgemässe Regelung vorgesehenen Fühler 9 wird der Druck im Feuerraum 1 des Kessels gemessen und in eine entsprechende Drehbewegung umgewandelt, die auf den Rotor eines Dreh-Melders 10 einwirkt, welcher seinerseits in bekannter Weise eine dem Druck der Verbrennungsgase proportionale Wechselspannung aussteuert, die in Verbindung mit der Ausgangsspannung eines zweiten, von Hand aus steuerbaren, Dreh-Melders 11, der als Sollwert-Geber dient, zur Bildung der Regel-Abwei- chung herangezogen wird, die als Primär-Impuls zur Beeinflussung sämtlicher Stellglieder 3 benutzt wird.
Die Stellglieder 3 werden über Stell-Getriebe von Ferraris-Motoren 4 betätigt, denen die Stellgrösse durch Regel-Verstärker 5 zugeführt wird, an deren parallelgeschalteten Eingängen die Regel-Abweichung des, Primär-Impulses anliegt. Als Ruckführgrösse dient eine der Stellung der Stellglieder 3 proportionale Rückführ-Spannung, die am Eingang der Verstärker 5 der Regel-Abweichung dieser kompensierend entgegengeschaltet ist.
Zur Erzeugung der Rtickfuhr-Spannung dienen die Dreh-Melder 6, die gleichfalls über Getriebe mit den Ferraris-Motoren 4 gekoppelt sind und demzufolge eine der Stellung der Stellglieder 3 proportionale Spannung aussteuern, die an den Widerständen 7 geteilt in einstellbarer Grösse auf den Eingang der Verstarker rlickgeführt werden. Zu jedem dieser Widerstände 7 liegt ein Widerstand 8 in Reihe, welche Reihen 7 - 8 untereinander parallelgeschaltet sind.
Auf Grund der gewählten Schaltung und unter der Voraussetzung, dass die Widerstände 8 unter sich gleich sind, rufen die in dem Netzwerk fliessenden Ströme an den Widerstanden 8 Spannungsabfälle hervor, die jeweils der Abweichung der auf jeden Verstärker rückge führten, vom Stellglied herrührenden Grösse vom arithmetischen Mittelwert aller dieser Grössen proportional sind.
Unter zusätzlicher Berücksichtigung der von den Dreh-Meldern 10 und 11 herrührenden Regel-Abweichung, ist also die Eingangsspannung jedes Verstärkers proportional der Summe der RegelAbweichung und der Abweichung der erwähnten Grösse vom arithmetischen Mittelwert. Unter"arithmeti- schem Mittel" soll hier in üblicher Weise durchaus auch ein Ausdruck verstanden sein, dessen einzelne Summanden mit"Gewichten", allgemein also mit Verhältniszahlen, belegt sind.
Bei dieser erfindungsgemässen Schaltung synchronisieren sich die Stellglieder z. B. beim Wirksamwerden von Störgrössen in gewissem Umfang selbst : Zum Verständnis dieses Vorganges sei beispielsweise angenommen, dass eines der drei Stellglieder eine von der erwünschten Stellung abweichende Stellung einnimmt, die demzufolge an dem dazugehörigen Dreh-Melder eine Fehlerspannung bewirkt, die ihrer-
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seits den Regel-Verstärker veranlasst, eine Stellgrösse zu liefern, die dieser Fehlerspannung entgegenwirkt, indem das Stellglied entsprechend verstellt wird.
Gleichzeitig wirkt die von dem Dreh-Melder erzeugte Fehlerspannung auch auf die übrigen Verstärker-Eingänge ein, wodurch der Mittelwert des am Eingang jedes Verstärkers wirksamen Spannungsanteiles geändert wird und somit zu einer Bewegung des dem jeweiligen Verstärker zugeordneten Stellgliedes Anlass gibt, die der Bewegung des gesteuerten Stellgliedes entgegengesetzt verläuft ; dieser Vorgang führt zu einem Gleichgewichts-Zustand, indem die Bewegungen sämtlicher Stellglieder synchron in dem Sinne erfolgen, dass ihre Bewegungen den jeweils eingestellten Steuer-Charakteristiken entsprechen.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht an das im Ausführungsbeispiel dargestellte Vorgehen gebunden ; vielmehr lassen sich die zu Regel-Einrichtungen gehörigen Stellglieder in an sich beliebigem Umfang vergrössern, wobei die Stellglieder keineswegs Identisch sein und auch nicht einmal auf gleichartige Grössen einwirken müssen ; die vorgeschlagene Einrichtung ist vielmehr überall da anwendbar, wo eine zu regelnde Grösse durch einen einzigen Primär-impuls über mehrere Stellglieder beeinflussbar ist.
Im übrigen fällt es selbstverständlich in den Rahmen der Erfindung, die auf den Eingang jedes Kraftschalters zurückgeführten Rückführgrössen in bestimmter Weise zu beeinflussen, wenn das VerhÅaltnisder Wirkungen der Stellglieder zueinander mit dem Sollwert der Regelgrösse variabel sein soll, wozu beispielsweise passende Kurvenscheibengetriebe oder äquivalente Einrichtungen verwendet werden können.
Die Erfindung ist selbstverständlich auch nicht an eine elektrische Regel-Einrichtung gebunden, sondem lässt sich vielmehr auch durch hydraulische oder pneumatische Mittel oder durch Mischformen in analoger Weise verwirklichen, wenngleich elektrische Ausführungsformen eine besonders einfache Verwirklichung der Erfindung zulassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regeleinrichtung, insbesondere elektrischer Art, zur Regelung beliebiger technisch-physikalischer Grössen, mit mehreren von gleichem Primär-Impuls betätigten Kraftschaltern und diesen nachgeordneten Stellgliedern, wobei jedem Kraftschaltereingangsseitig eine von der Stellung des ihm zugeordneten Stellgliedes abgeleitete Grösse zur Kompensation der am Schalter-Eingangwirksamen Regel-Abweichung zuge- führt wird, insbesondere elektrische Regel-Einrichtung zur Regelung des Unterdruckes im Feuerraum von Dampfkessel, aus dem die Verbrennungsgase durch mehrere Saug-Gebläse abgezogen und deren Förderleistungen druckabhängig so beeinflusst werden, dass die Gebläse ein bestimmtes vorgegebenes LeistungsVerhältnis zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
dass jedem Kraftschalter als Rückfahr-Glösse die Abweichung der Stellgrösse des zugehörigen Stellgliedes vom Mittelwert sämtlicher dieser Stellgrössen zugeführt wird.