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Funktionsbildende Einrichtung
Bei automatisierten Anlagen liegt oftmals die Aufgabe vor, irgendwelche nichtlineare Beziehungen zwischen Mess- und Stellgrossen herzustellen, die einerseits durch die Beschaffenheit der Anlage selbst bedingt, anderseits aber auch in der Natur des jeweiligen Betriebszustandes dieser Anlage gelegen sein können. Die Messgrössen sind meist kontinuierlich veränderliche Grössen, während die Stellgrössen oft diskontinuierlichen Charakter haben sollen, beispielsweise, um in Abhängigkeit vom jeweiligen Wert der Messgrösse verschiedene Schaltprozesse auszulösen. Es liegt nahe, zur Herstellung der erforderlichen Beziehungen digitale Rechenautomaten zu verwenden, die die diskontinuierlichen Stellgrössen unmittelbar liefern können.
Der Einsatz von digitalen Rechenautomaten erweist sich aber oft zur Verarbeitung von kontinuierlich veränderlichen Messgrössen als nicht zu rechtfertigender Aufwand, da die Genauigkeit der Anzeige der zu verarbeitenden Messgrössen wesentlich geringer ist als die mit den Rechenautomaten erzielbare Genauigkeit.
Es ist üblich, zur Bildung von Funktionen Integratoren zu verwenden, deren Ausgangsgrössen durch Summierung von Zählimpulsen dargestellt werden. Hiezu wird ein Impulsgenerator mit Impulsfrequenz verwendet, die dem jeweiligen Wert des Integranden proportional ist, so dass die Anzahl der innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls abgegebenen Impulse dem über diese Zeitintervall erstrecken Integral entspricht.
Gegenstand der Erfindung ist eine funktionsbildende Einrichtung, die sich besonders für Regelzwecke der angegebenen Art eignet, da sie mit geringem Aufwand die rechnerische Verarbeitung von kontinuierlich veränderbaren Grössen in digitale Ausgangsgrössen ohne Zuhilfenahme einer digitalen Universalrecheneinrichtung ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung arbeitet nach dem Prinzip der Darstellung bestimmter Integrale und aus diesen gebildeter Grössen durch Zählung von Impulsen mit programmgemäss zeitabhängiger, vorzugsweise periodisch verlaufender Impulsfrequenz, die dem jeweiligen Wert des Integranden proportional ist und ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der die Integrationsgrenzen bildenden Ein- und Ausschaltzeitpunkte der Impulszählung mit zwischengeschalteter Codeumsetzung Vergleichseinrichtungen vorgesehen sind, die bei Übereinstimmung programmgemäss zeitabhängiger, vorzugsweise periodisch verlaufender Grössen mit einer oder mehreren Eingangsgrössen ansprechen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung dienen zur Codeumsetzung wahlweise einschaltbare Impulsfrequenzmodulatoren mit nichtlinearer Beziehung zwischen Eingangsgrösse und Ausgangsimpulszahl.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Blockschaltbild dargestellt. Von einem Impulsgenerator G werden einmal oder in periodischer Wiederkehr Impulse mit zeitabhängiger Impulsfrequenz f (q, t) geliefert, deren Zeitablauf im Diagramm des Impulsgenerators G dargestellt ist. Mit q allgemein und im speziellen mit q., q,, q. ist ein den Zeitablauf der Impulsfrequenz f (q, t) bestimmender Parameter bezeichnet, der beispielsweise durch eine veränderbare, am Impulsgenerator G liegende Spannung dargestellt wird.
In einem Spannungsgenerator S wird eine zeitabhängige Spannung x (p, t) einmal oder in periodischer Wiederkehr erzeugt. Der Verlauf dieser Spannung ist von einem Parameter p abhängig, von dem spezielle Werte mit P, P, p bezeichnet sind.
Die Spannung x (p, t) wird zwei Vergleichseinrichtungen VI und V2 zugeführt, in denen sie mit zwei
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spricht die Vergleichseinrichtung VI an und bei Erreichen des Wertes x2 spricht die Vergleichseinrichtung V2 an. Es werden somit zufolge der Zeitabhängigkeit der Spannung x (p, t) zwei durch das Anspre-
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chen der Vergleichs einrichtUngen VI und V2 bestimmteZeitpunkteTl und TzXl = x (p, Tp und x = x (p, T ) ist.
Die Vergleichseinrichtungen VI und V2 sind an ein Übertragungsglied Ü im Ausgangskreis des Impulsgenerators G geschaltet, derart, dass bei Ansprechen der Vergleichseinrichtung VI die vor dem Zeitpunkt Tl unterbrochene Impulsübertragung beginnt und bei Ansprechen der Vergleichseinrichtung V2 im Zeitpunkt T2 beendet wird. Das Übertragungsglied Ü lässt somit nur jene Impulse passieren, die vom Impulsgenerator G zwischen den Zeitpunkten Tl und T geliefert wurden.
Die Gesamtzahl n der in diesem Zeitintervall gelieferten Impulse ergibt sich somit als Zeitintegral der Impulsfrequenz :
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Die Impulszahl n hängt somit sowohl von den Eingangsgrössen xl und x2 als auch von dem Bauder
Funktionenf (q, t) und x (p, t) bei den speziellen Werten der Parameter p und q ab, die ebenso wie die Ein- gangsgrössen laufend geändert werden können. Hiedurch ist schon eine weitgehende Freizügigkeit in der
Darstellung eines gewünschten funktionalen Zusammenhanges gewährleistet. Der übliche Einsatz von dis- kontinuierlichen Integratoren zur Bildung von Funktionen für technische Zwecke beschränkt sich entweder auf eine Variation des Integranden bei festgehaltenen Integrationsgrenzen oder auf eine Variation der oberen Integrationsgrenze bei festgehaltenem Integranden.
Durch die Erfindung wird nicht nur diese Einschränkung bei der Funktionsbildung aufgehoben, sondern überdies die Möglichkeit geboten, die Integrationsgrenzen in eine gewünschte funktionale, AbhängigKeit von den Eingangsgrössen x1, x2 zu bringen, wo- bei mit dem geringen Aufwand eines Analogrechners eine digitale Ausgangsgrösse erzielt wird.
Die am Ausgang des Übertragungsgliedes Ü gewonnene Impulszahl n kann nun entweder direkt oder aber unter Verwendung von Codeumsetzern zur Ausführung der gewünschten Steuerungs- bzw. Regelungsfunktion herangezogen werden. Um eine laufende Änderung des Umsetzungscodes zu ermöglichen, sind andenAusgang des Übertragungsgliedes Ü mehrere Codeumsetzer C1, C2 . . . Cr parallel zueinander angeschlossen, die einzeln mittels einer Steuergrösse r je nach Bedarf mittels einer Auswähleinrichtung A einschaltbar sind. Die dargestellten Codeumsetzer sind Impulsmodulatoren, die bis auf einen (Cl) nichtlineare Beziehungen zwischen der Zahl n der Eingangsimpulse und der Zahl g (n) der Ausgangsimpulse herstellen, die von einem Zählwerk Z angezeigt wird.
Hiezu eignen sich unter Umständen auch Zählschaltungen mit veränderlichen, von der Steuergrösse r abhängigen Kopplungen zwischen den einzelnen Zählstufen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Codeumsetzer zur Impulszahlmodulation beschränkt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung eignet sich vorzugsweise zur Verwendung in automatisch geregelten Anlagen, als Digital-Messgerät, zur Einschaltung in Mess-, Steuer- und Regelvorgänge und zur Umsetzung von kontinuierlichen Eingangssignalen in beliebig codierte Ausgangssignale.
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