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Regler mit digitaler Messung der Regelgrösse
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von Reglern, bei denen die Stellgrösse in Abhängigkeit von den Resultaten ständig wiederholter digitaler Messungen der Regelgrösse verändert wird.
Wäre die je Messung (in Zählkette 10) eingezählt Zahl genügend gross und wären die Resultate digitaler Messungen bei gleichbleibendem Wert der zu messenden Regelgrösse stets genau dieselben, so liesse sich mit einem solchen Regler, der z. B. als Zweipunktregler ausgeführt sein kann, ein einer ganzen Zahl digitaler Einheiten entsprechender Sollwert ohne weiteres mit grösster Genauigkeit einhalten. Schon bei der geringsten Über- oder Unterschreitung des Sollwertes würden sich ja dann die Messresultate um eine digitale Einheit verändern und dies könnte dazu benutzt werden, das Stellglied nach dem Prinzip des Zweipunktreglers zu beaufschlagen und die Abweichung vom Sollwert genauest auszuregeln.
In Wirklichkeit ist aber das Resultat der digitalen Messung der Regelgrösse auch bei gleichbleibendem Wert der letzteren gewissen statistischen Schwankungen unterworfen, die auf Ungenauigkeiten des Impulsgebers bzw. auch schon allein auf die Einzählfehler zurückzuführen sind, die sich durch die Ganzzahligkeit des Resultates jeder Zählung von Impulsen ergeben. Diese Schwankungen setzen die Genauigkeit der Regelung herab und ergeben eine Art Statik. Der Mittelwert der Resultate aufeinanderfolgender digitaler Messungen der Regelgrösse ändert sich nämlich bei einer kleinen Änderung der letzteren niemals sprunghaft um eine digitale Einheit, sondern mehr oder weniger stetig mit der Regelgrösse.
Um den ganzen Bereich des Mittelwertes der digitalen Messungen von 0 auf 1000/0 zu überstreichen, muss die Regelgrösse eine oft beträchtliche Abweichung vom Sollwert aufweisen.
Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe, nämlich die Verbesserung der Digitalregler in bezug auf statistisch verursachte Fehler, durch die Verwendung einer Mitkopplungsschleife erreicht.
Die Zeichnung zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel einen Regler, bei dem die Erfindung angewendet ist ; es handelt sich um einen Regler mit einer binären Zählkette 10, die in der Weise zur Messung der Regelgrösse, beispielsweise einer Drehzahl, herangezogen wird, dass die Regelgrösse zunächst bei jeder Messung durch die Dauer eines Zeitintervalles dargestellt wird, welches dem Punkt 7 und damit über die Einrichtung 8 auch einem Und-Gatter 9 zugeführt wird, an dessen zweitem Eingang die eigentliche Einzählfrequenz (Leitfrequenz) von Punkt 12 für die Zählkette 10 liegt. Von Leitung 12 wird demnach solange in Zählkette 10 eingezählt, wie das dem Punkt 7 zugeführte Zeitintervall (Einzählintervall) andauert. Die vorzunehmende Darstellung der Regelgrösse als Zeitintervall kann z.
B. durch eine nicht dargestellte andere Zählkette erfolgen, in der Impulse einer der Regelgrösse (z. B. Drehzahl) proportionalen Frequenz einzählen, so dass die Einzähldauer bis zum Vollaufen dieser Zählkette ein dem Kehrwert der Regelgrösse proportionales Zeitintervall ist. Die Impulse können aus der Regelgrösse, sofeme diese eine Drehzahl ist, mittels eines an sich bekannten Gebers, also z. B. magnetisch, etwa mittels eines Polrades (Zahnrades) oder photoelektrisch (mittels einer rotierenden Lochblende) erzeugt werden.
Die geschilderte, in der österr. Patentschrift Nr. 227842 genauer beschriebenen Regeleinrichtung ist so abgeglichen bzw. die Einzählfrequenz (Leitfrequenz) an Punkt 12 so gewählt, dass die Zählkette 10 bei den Messungen nur volläuft, wenn die Regelgrösse unter ihrem Sollwert liegt. Das Vollaufen der Zählkette 10 erzeugt an ihrem mit 15 bezeichneten Ausgang eine Spannung von rechteckigem Verlauf, die das Stellglied der Regelstrecke im Sinne einer Erhöhung des Istwertes der Regelgrösse steuert. Diese
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würde auf diese Weise theoretisch genau auf ihrem Sollwert gehalten werden, denn bei der kleinsten Unterschreitung dieses Wertes sollte bei jeder der etwa bis zu 500mal/sec wiederholten Messungen der Re-
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Vollaufen der Zählkettegrösse wirkenden Spannung am Punki 15 auitreten.
Praktisch tritt aber das Vollaufen der Zählke1. te 10 aus den erörterten Gründen nicht schlagartig bei einem bestimmten Wert der Regelgrösse für alle darauffolgenden Einzählvorgänge ein, sondern es ergibt sich eine mehr oder weniger starke Streuung, d. h. der Mittelwert der Spannung am Punkt 15 springt nicht von Null auf seinen Maximalwert, sondern er steigt fast stetig mit der Häufigkeit des Vollaufens der kette 10, also mit der Grösse des Fehlers der Regelgrösse an. Die dadurch bedingte Statik wird nun erfindungsgemäss durch die Mitkopplungsschleife 11,8 wesentlich verringert oder praktisch aufgehoben.
Die Einrichtung 11 dient dazu, nach irgend einem bekannten Verfahren einen (arithmetischen) Mittelwert der an Punkt 15 erscheinenden, die Ausgangsgrösse der Zählkette 10 darstellenden, rechteckig verlaufenden Spannung zu bilden (z. B. mittels eines gewöhnlichen RC-Gliedes mit passend gewählter Zeitkonstante), und des weiteren dazu, diesen Mittelwert nach einem ebenfalls bekannten Ver- fahren, (z. B. indirekte Zeitbasisumsetzung einer Analog-Digital-Umsetzung) in ein Zeitintervall zu verwandeln. Letzteres wird in einem Summierelement 8 an das bei Punkt 7 zugeführte Zeitintervall angefügt. Durch die so bewirkte Erhöhung der Einzähldauer, d. h.
Vortäuschung eines (zusätzlichen) Absinkens der Regelgrösse, wird natürlich das Vollaufen der Zählkette 10 gefördert und so wie bei jeder durch Mitkopplung verbesserten Regelung, das Stellglied, ohne dass sich der tatsächliche Istwert der Re- gelösse nennenswert ändern muss, entsprechend stark verstellt.
Die Mitkopplungsschleife kann ausschliesslich aus linearen Elementen bestehen. Es hat sich gezeigt, dass damit bereits ein guter Fehlerausgleich erzielt werden kann. In Weiterbildung der Erfindung kann jedoch die Umsetzung im Element 11 auch unter Zwischenschaltung von Funktionsgeneratoren zur
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das Element 11 vorgegeben. Die Genauigkeitsschwankungen im Element 11 (zeitliche Inkonstanz usw.) wirken sich aber auf die Genauigkeit der Regelung erst in Kleinheiten zweiter Ordnung aus. Da der
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daher verschwindend klein) ist, können überdies schwachstromtechnische BauelementehöhererKonstanz zur Anwendung gelangen.
Durch das Element 11 kann ferner statt der durch die Anfügung eines Zeitintervalles an das dem Punkt 7 zugeführte Zeitintervall bewirkten Freigabe einer weiteren Einzählung durch die am Eingang 12 liegende Frequenz (Leitfrequenz) auch eine Einzählung von einer konstanten oder von Störgrössen beeinflussbaren, am Eingang 17 angelegten Frequenz bewirkt werden.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Mitkopplungsschleife an den Ausgang der Zählkette 10 angeschlossen ist. Sie könnte vielmehr, z. B. auch von einer Stellgrösse, etwa vom Anker- oder Feldkreis einer elektrischen Maschine gespeist werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Digitaler Regler, z. B. mit einer Zählkette arbeitender Zwei- oder Mehrpunktregler, da d ur c h gekennzeichnet, dass sein ursprünglicher, wenigstens zu einem beträchtlichen Teil durch statisti- sche Ursachen bedingter Fehler durch eine Mitkopplung stark verkleinert ist.