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Extremwertregler
Die Extremwertregelung ist eine neue vollkommenere Type einer automatischen Regelung. Die Einrichtung besitzt eine kybernetische Natur, da sie die optimalen Arbeitsbedingungen eines automatisch gesteuerten Prozesses selbsttätig einstellt.
Die grösste ökonomische Bedeutung hat die Regelung eines maximalen Wirkungsgrades.
Die Technik der Extremwertregler ist bisher noch nicht sehr weit entwickelt. Die in der Literatur beschriebenen Typen arbeiten insbesondere nach dem Prinzip, dass der den Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit betätigende Dreipunktregler durch ein Signal gesteuert wird, welches der Ableitung der zu regelnden Grösse nach der Zeit proportional ist. Die für die logischen Operationen nötigen Steuerkreise, welche sowohl durch den Sinn der zeitlichen Änderungen der zu regelnden Grösse, als auch durch den Sinn der Verstellgeschwindigkeit des Antriebes gesteuert werden, reversieren immer das Regelungssignal in einem solchen Sinne, dass der Eingriff des Antriebes den Wert der geregelten Grösse in Richtung zum Extremwert, d. h. dem Minimum oder dem Maximum, korrigiert.
Sowohl die Zeitableitung der zu regelnden Grsse als auch der Stellgrössen, werden hier gewöhnlich vermittels Tachodynamo abgetastet. Ein wesentlicher Bestandteil der Funktion der Regelung sind die selbsttätig entstandenen Oszillationen, welche bei diesen automatischen Regelungsarten prinzipiell notwendig sind. Soweit selbsterregte Oszillationen nicht vorkommen, ist es nötig, Oszillationen der Stellgrösse durch Fremderregung hervorzurufen und das durch Pha- sendiskrimination der entstandenen Oszillationen der zu regelnden Grösse gewonnene Signal für die automatische Regelung des Extrems vermittels der üblichen Mittel zu benützen.
Gegenstand der Erfindung ist die Benützung eines Zweipunkt- Impulsreglers mit veränderlichem Zeit- Verhältnis der Impulse in Abhängigkeit von der Regelabweichung, mit Proportional- und DerivationsUbertagung, für die Extremwertregelung unter Ausnützung eines Elektroantriebes mit konstanter Verstellgeschwindigkeit als Betätigungsorgan. Der Regler verfügt über Eigenschaften, welche vom Standpunkt der Benützung zur Extremwertregelung in der Analyse ihrer Übergangsfunktion für eine sprunghafte, eine Einheit betragende Änderung der zu regelnden Grösse in erschöpfender Weise beschrieben wurden. (S. z. B. den Artikel von I.
Vorlicek"Dynamik der Impuls-Regler mit veränderlichem Zeitverhältnis und veränderlicher Frequenz von Impulsen" in der Zeitschrift AUTOMATISACE Nr. 3/1959.)
Dieser Einheitssprung ruft am Ausgang des Reglers - in Form einer Kontaktschliessung-zuerst einen langen Impuls hervor, dessen Dauer der Grösse der sprunghafte, Änderung proportional ist. Nach dem ersten Impuls beginnt der Regler periodisch wesentlich kürzere Impulse zu liefern, wobei jetzt das Verhältnis der
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sierung des Extremwertreglers keine wesentliche Bedeutung hat. Durch einfache theoretische Analyse kann bewiesen werden, dass der Regler mit den beschriebenen Eigenschaften eine proportionale Übertragung (stabilisierte Impulse) und eine Derivations- (Vorhalt-) Übertragung (erster langer Impuls) hat.
Für den Ausbau eines Extremwertreglers muss jedoch die zu regelnde Grösse bloss mit D-Einfluss (ohne zusätzliche Proportionalübertragung) verarbeitet werden. Durch Verbindung der Elemente müssen nachfolgende Beziehungen zwischen dem Sinn der Zeitableitung der Regelgrösse x, dem Sinn der Zeitableitung der Stellgrösse y und dem Sinn der Stellgrösse y garantiert werden :
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Es ist eine zweiwertige Algebra für Schaltungen ausgearbeitet worden (Shannon, Gavrilov, Grund- theorien von Boole).
Soweit bekannt, wurde für dreiwertige Systeme diese Algebra noch nicht veröffent- licht. Es wurde daher im vorhergehenden eine ähnliche Bezeichnungwie in der zweiwertigen Algebra benützt, d. h. für eine von Null verschiedene Grösse eines Sinnes (z. "mehr") die Bezeichnung 1, des andern Sinnes (z. B."weniger") die Bezeichnung-l. Die Regeln filr das logische Produkt (Konjunktion) bleiben hier in Geltung. b) Ausser den schon erwähnten Beziehungen der Sinne muss auch noch die Proportionalität des absoluten Wertes der Stellgrösse zu der Zeitableitung der Regelgrösse garantiert werden, was vermittels des erwähnten Reglers erfüllbar ist.
Der Extremwertregler ist dann (s. Fig. l) folgendermassen aufgebaut :
Die zu regelnde (messende) Grösse M aus dem Messgerät oder Fühler 2 wird durch einen PD-Zweipunktregler 1 gemäss derobzitierten Beschreibung verarbeitet. Ein Teil dieser Gtösse, welche während des Betriebes nicht ausgewertet wird, wird durch Einstellung von Hand des dem Sollwert S entsprechenden Signals derart subtrahiert, dass es möglich ist, die Einstellelemente des Reglers 1 bestens auszunützen.
Das resultierende Signal am Eingang des Reglers 1 ruftdann die oben beschriebene Impulsbildung am dessen Ausgang hervor. a) Zur Bildung einer reinen Derivations- (Vorhalt-) Komponente D des Reglers (ursprünglich PD) verwendet man einen, an den Ausgang des Reglers angeschlossenen bistabilen Kippstromkreis 8, dieser Kippstromkreis 8, welcher durch verschiedene Methoden (s. z. B. ein Relaisstromkreis gemäss Fig. 2) realisierbar ist, und dessen Wirkungen an und für sich bekannt sind, steuert einen Umschalter oder Kommutator 7, an welchen ein Servomotor 4-vorzugsweise mit konstanter Versteligeschwindigkeit - angeschlossen ist.
Während der ersten oder zweiten Lage des Elementes 7 kann sich der Servomotor 4 in einem ödet dem andern Sinn bewegen und so die Stellgrösse y in Richtung zu grösseren oder kleineren Werten ändern je nachdem, ob der Umschalter 7 sich in einer oder der andern Lage befindet. Der Kippstromkreis 8 bewirkt, dass jeder Impuls am Ausgang des Reglers seine Polarität umkehrt, so dass im stabilen Zustand das mittlere Regelsignal hinter dem Umschalter bzw. dem Kommutator gleich Null ist. Die Impulse, welche Träger der Information über die Ableitung des Eingangssignals nach der Zeit sind, machen sich durch ihren vollen Wert geltend.
Die Wechselstromkomponente des Signals am Eingang des Servomotors 4 bringt dasselbe fortwährend in Oszillationen, so dass der Extremwertregler mit Daueroszillationen arbeitet, welche vom Zwei-
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b) Damit auch die Bedingung der Proportionalität zwischen der Stellgrösse und der Zeitableitung der Regelgrösse (s. Bedingung b) garantiert wird, ist in den Erregerstromkreis des Servomotors 4 ein Kontakt 6 eingereiht, welcher gleichzeitig vom Regler 1 betätigt wird, der die Verstellungszelt des Servomotors auf jie tatsächliche Dauerlänge des Impulses beschränkt.
Durch die beschriebene Realisierung werden die Bedingungen für die Ausbildung eines Extremwertreglers erfüllt.
Die Extremwertregelung der beschriebenen Art ist sehr einfach, dabei wirksam und präzis, was auch bei einem System mit Maximum und auch Minimum, mit sehr flachem (d. h. ungünstigem) Verlauf, experimentell bewiesen wurde. Die Einrichtung besitzt keine Unempfindlichkeit, was gegenüber andern Realisationsarten von grossem Vorteil ist. Die optimale Einstellung für das gegebene Regelsystem wird durch Einstellung des Proportionalitätsbereiches, der Vorhaltzeit und des von Hand einstellbaren Signals S des ur- sprünglich geforderten Sollwertes des Zweipunktreglers erzielt.
Der Zweipunktregler selbst kann in grossen Serien hergsstelltwerden, da er für die Anwendung bei den laufenden Regelvorgängen auf konstanten Wert n Betracht kommt. Der Kippstromkreis kann als sehr einfaches Relaisglied mit geringen Kosten hergestellt
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Die Extremwertregler haben einen weiten Anwendungsbereich mit grosser ökonomischer Wirksamkeit, insbesondere auf dem Gebiet der Energetik, der Flugwesen-Technik, in der Zuckerindustrie u. ähnl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Extremwertregler, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Zweipunkt-Impulsregler (l) mit Proportionalübertragung und mit Vorhalt aufweist, welcher von der Differenz des Signals (M) der Regelgrösse aus einem Messgerät oder einem Fühler (2) und des dem Sollwert entsprechenden Signals (S) aus einer Einrichtung (3) für dessen Einstellung von Hand, erregt wird, weiters einen Servoantrieb (4) für das Stellglied, vorzugsweise mit konstanter Verstellgeschwindigkeit, in Reihe mit einer Energiequelle (5), einem Schalter (6) und einem Zweilagen-UmschaIter (7) bzw.
Kommutator, welcher je nach seiner Lage den Gang des Servoantriebes (4) derart ermöglicht, dass die Stellgrösse entweder vergrössert oder verringert wird, und dass zur Betätigung des Zwei1a. gen- Umschalters (7) ein bistabiler Kippstromkreis (8) vorgesehen ist, welcher an den Ausgang des Reglers (1) geschaltet ist, an welchen auch die Steuereinrichtung des Schalters (6) angeschlossen ist.