CH360716A - Electric two-point controller - Google Patents

Electric two-point controller

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CH360716A
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CH
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point controller
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capacitor
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Claus Dipl-Phys Dr Kessler
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Siemens Ag
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/14Automatic controllers electric in which the output signal represents a discontinuous function of the deviation from the desired value, i.e. discontinuous controllers
    • G05B11/16Two-step controllers, e.g. with on/off action

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  

      Elektrischer        Zweipunktregler       Die heute verfügbaren     Halbleiterverstärker    auf  Transistorgrundlage haben nur eine     verhältnismässig     geringe Verlustleistung, die     höchstens        in    der     Grössen-          ordnung    der Verlustleistung von     Rundfunkempfangs-          röhren    liegen.

   Die mit     solchen        Halbleiterverstärkern     steuerbaren Verbraucherleistungen sind     dementspre-          chend    ebenfalls gering,     jedenfalls    wenn die herkömm  liche     Betriebsart,    die stetige     Aussteuerung,        verwendet     wird.

       Worden    die Verstärker jedoch als     Schalter    be  trieben, das heisst praktisch nur im     unausgesteuerten     und im völlig     durchgesteuerten    Zustand, wobei der  dazwischenliegende Bereich möglichst schnell zwecks  Vermeidung von Übergangsverlusten     durchsprungen     wird, so lassen     sich    bei     gleicher    Verlustleistung er  heblich grössere     Verbraucherleistungen    steuern, die       beispielsweise    100fach oder noch grösser sein können.

    Hierbei ist es     erforderlich,    dem Verstärker eine ent  sprechende, zwischen Null und     einem        bestimmten          Maximalwert    hin und her springende Steuergrösse zu  zuführen. Es wird eine     impulszeitmodulierte    Steuer  grösse mit veränderbarem     Tastverhältnis    benötigt.

   Die       Frequenz    der Steuergrösse kann     beispielsweise    kon  stant     sein,    es     kommt    nur darauf     an,    dass das Zeit  verhältnis von Nicht- und Vollaussteuerung einer vor  liegenden     Steuereingangsgrösse    des Verstärkers ent  spricht. Eine solche Betriebsweise kann auch als     Im-          pulsbreitensteuerung    bezeichnet werden.

   Sie wird  nach einem neueren Vorschlag, insbesondere wenn  Halbleiterverstärker, vor allem     Transistoren,    verwen  det werden, als     Amplivibratorprinzipbezeichnet.    Ein  Transistor, der in der genannten     Weisse    betrieben     ist,     kann als     Zweipunkttransistor        bezeichnet    werden.  



  In der     Mess-,    Steuer- und     Regelungstechnik    ist es  im allgemeinen so, dass die angezeigten oder mit be  sonderen     Messwertumformerngebildeten    Steuergrössen  als stetige Grössen vorliegen. Beider Temperaturrege  lung     beispielsweise    liegt der     Temperaturmesswert    als         Gleichspannungsgrösse    vor,     wenn    er mit     einem          Thermoelement        gebildet    wird. Um nun als Schalter  betriebene     Halbleiterverstärker,    z. B.

   Schalttransisto  ren,     durch    solche stetige Grössen     steuern    zu können,       sind        Einrichtungen    erforderlich, durch die die     stetigen     Grössen :in Impulsgrössen verwandelt werden, deren       Tastverhältnis    dem jeweiligen Wert der stetigen  Grösse proportional ist. Man kann     hierzu    beispiels  weise     sogenannte        astabile        Kippgeneratoren    verwen  den.

   Die Steuerung dieser     Kippgeneratoren    durch       Gleichstromgrössen    so, dass das     Tastverhältnis    der er  zeugten Impulsgrösse der     Gleichstromgrösse    in einem  weiten Bereich proportional ist, ist jedoch     nicht    ahne  weiteres zu lösen und erfordert einen verhältnismässig  grossen     Aufwand.     



       Derngegenübeir        wird    es durch die     Erfindung    er  möglicht, durch     verhältnismässig        einfache    Massnah  men eine     in    einem weiten Bereich     hinsichtlich        ihres          Tastverhältnisses    durch ihre Gleichstromgrösse steuer  bare Kippgrösse und zudem noch von     verhältnismässig     grosser     Leistung        zu    erzeugen,

   und     damit    - zugleich       mit        einer        im        regeltechnischen    Sinn günstigen dynami  schen     Beeinflussung    -     Maschinen        durch    Transisto  ren und     andere        Halbleiterverstärker    zu steuern.  



  Das Problem sei an folgenden bekannten Beispie  len     erläutert.        Fig.    1: Es besteht     die        Forderung,    ein  Fehlersignal in     ein        Verstellkommando        umzuwandeln,     das aus drei     Anteilen    besteht,     nämlich    einem integra  len,     einem    proportionalen     und        einem        differentiellen          AbbdM    des Fehlers.

   Für diesen Zweck     werde    zunächst       ein    stetig wirkender Regelverstärker V mit     einer        dPD-          Rückführung    eingesetzt.     Fig.    1 zeigt nur die Prinzip  schaltung mit den     zur        Rückführung        dienenden    Wider  ständen     R.,        R1,        R2    und den Kondensatoren<B>Cl,</B>     C2.          Art,    Anzahl und Anwendung     dieser    Elemente sind  nur     :

  als    Beispiel     anzusehen.        Beaufschlagt    man den Ein  gang der     Anordnung        noch    mit     einer    Rechteckspan-           nung        UE    gemäss     Fig.    2a, so erhält man einen Verlauf  der     Ausgangsspannung        Ua    gemäss     Fig.    2b.

   Der hier  gezeigte Vorgang setzt sich zusammen aus     einem        D-          Impuls    D,     einem        P-Anteil    P und einem     1-Vorgang    1.  



       Nun    ist bekannt, dass als     Schalter        betriebene    Tran  sistoren nicht von einem     stetigen        Verstärker        unmittel-          bar        gesteuert    werden können. Die Transistoren dürfen  nur mit den     Kommandos     auf  oder  zu      beauf-          schlagt    werden.  



       Fig.    3 zeigt einen     Verstärker    V mit einer Mit  koppelschaltung     nus    einem Widerstand R und einem  Parallelkondensator C, durch die erreicht wird, dass,       gleichgültig    welches Signal am     Eingang    der     Schaltung     vorliegt,     die    Ausgangsspannung     UA    nur zwei Werte       einnehmen    kann.     Fig.    4 zeigt die     Steuerkennlinie    der       Schaltung.     



  Unter dem     LUbertragungsw1derstand        R,    des Ver  stärkers V     (Fig.    1, 3) wird das Verhältnis der Än  derungen der     Ausgangsspannung        UA    zu den Än  derungen des Eingangsstromes     1E,   <I>also =</I>     UA/Ir,    ver  standen.     Eine        Kippcharakteristik    gemäss     Fig.    4 ist nur  dann erhältlich,     wenn    der     Mitkoppelwiderstand    R  kleiner gewählt wird als der     Übergangswiderstand        R;;

       des     Verstärkers    V. Der Widerstand R wird zweck  mässigerweise um mindestens etwa den Faktor 2 klei  ner als     R;;    gemacht,     einmal,    um von der Toleranz der       Widerstandswerte    und der     Verstärkungsgeraden    bei  serienmässiger Herstellung des     Zweipunktreglers    weit  gehend     unabhängig    zu werden, zum anderen, um in  möglichst     definierte        Endlagen    zu kippen.

   Die     Breite    b  der in     Fig.    4     gezeigten    Schleife ,ist     proportional    dem       Ausdruck     
EMI0002.0064     
    Zur     Erläuterung    der vorstehenden Bemessung dient       Fig.    5.  



  In     .Fig.    5     sind    die     Steuerkennlinie   <I>St</I> des Verstär  kers V ohne jede äussere     Beschaltung    und die     Strom-          spannungsgerade    G des     Mitkoppelwiderstands    R ge  zeigt.

   Die äusseren     Schnittpunkte        S1    und     SZ    zwischen  der     Mitkoppelgeraden    und der     Steuerkennlinie    er  geben die stabilen Punkte der     Kippschaltung.    Je grö  sser der     Mitkoppelwiderstand    R gewählt ist,

   desto       steiler    wird die     Mitkoppelgerade    und desto     schlechter          definiert    sind die stabilen     Arbeitspunkte.    Aus den  oben     angedeuteten    Gründen     besitzt        nun    die     Steuer-          kennlinie    des     Kippverstärkers    nach     Fig.    3 keine  ideale     Rechteckform,    sondern zeigt die in     Fig.    4 an  gedeuteten Rundungen.  



  Die     Erfindung    betrifft nun einen elektrischen       Zweipunktregler,        gekennzeichnet    durch einen an sich  stetigen Verstärker, der mit einer überkritischen, träg  heitsarmen     Mitkopplung,    die ihm eine     Kippcharakte-          ristik        verleiht,    sowie mit einer     trägheitsbehafteten    Ge  genkopplung derart versehen ist,

   dass die stabilen Ar  beitspunkte der     Kippcharakteristik    abwechselnd peri  odisch aufgehoben werden und die     Ausgangsgrösse     dauernd mit von der     jeweiligen    stetigen Eingangs  grösse     abhängigen        Tastverhältnis    zwischen einem         minimalen    und einem maximalen Wert kippt, wobei  die     Art    der Abhängigkeit qualitativ und quantitativ  durch     die        Gegenkopplungsimpedanz        bestimmt    ist.  



  Diese     Ausbildung        bewirkt,die    Umwandlung einer       steuernden    stetigen Grösse in eine     hinsichtlich    des     Tast-          verhältnisses    von ihr abhängige Impulsgrösse mit       Hilfe    eines stetigen Verstärkers,     insbesondere    eines       elektronischen    Verstärkers, der durch besondere Mass  nahmen zu einem     Zweipunktregler    gemacht wird.

   In       einem    Regelkreis, in dem das     Stellglied    von dem so  genannten Regelverstärker betätigt wird, ist dieser  somit so     ausgebildet,    dass er von sich aus die Um  wandlung in die     Impulsausgangsgrösse    vornimmt.  Dem Verstärker braucht also nur wie     bisher    eine ste  tige Steuergrösse,     beispielsweise    ein Gleichstrom, zu  geführt zu werden.  



  Unter überkritischer     Mitkopplung    wird eine mehr  als     100o/o,ige        Mitkopplung    vom     Verstärkerausga:ng     auf den     Verstärkereingang    verstanden. Dadurch ent  hält der nachstehend erläuterte, beispielsweise Ver  stärker eine sogenannte     Kippkennlinie:        Bai    einem     be-          stimmten    Wert der steuernden Eingangsgrösse springt  die Ausgangsgrösse plötzlich auf     einen    hohen Wert.

    Der     dazwischenliegende    Bereich, der bei einem nor  malen Verstärker den Steuerbereich     darstellt,    ist nicht       verifizierbar.    Es wird ein mit einer derartigen Kenn  linie     ausgerüsteter    Verstärker mit einer     trägheitsbehaf-          teten    Gegenkopplung     ebenfalls    vom     Verstärkeraus-          gang    auf den     Verstärkereingang    versehen.

   In dem       Gegenkopplungskreis    wird ein     elektrisch    träges Glied  eingeschaltet, also ein Glied mit     Speichereigenschaf-          ten,        beispielsweise    ein Kondensator. Durch die Ge  genkopplung werden die durch die überkritische  Rückkopplung     einzig    ermöglichten stabilen Lagen des  Verstärkers wieder aufgehoben.

   Dadurch pendelt der       Arbeitspunkt    des Verstärkers ständig zwischen den  genannten     Arbeitspunktlagen    hin und her.<B>Es</B> ist  also möglich, die     Funktionen    der bisher bekannten,  stetig wirkenden Regler, insbesondere mit     PID-Ver-          ,halten,    mit den Funktionen eines     Zweipunktreglers     so zu vereinigen, dass dadurch     ein    Regler geschaf  fen wird, der nur zweier verschiedener     Aussteuerungs-          zustände    fähig ist,

   der jedoch im zeitlichen     Mittel    wie  ein     -stetiger        Regler    mit entsprechendem, insbesondere       PID-Verhalten,    arbeitet.  



  Die     Fig.    6, 9 und 12     zeigen        Ausführungsformen     des erfindungsgemässen     Zweipunktreglers.        Fig.    8 stellt  eine bevorzugte Ausführungsform der Endstufe eines       Zweipunktreglers    nach der Erfindung     dar,        während          Fig.    13 eine     Möglichkeit    des Aufbaus für den bei vor  stehend genannten Figuren mit V bezeichneten Ver  stärker aufzeigt.

       Fig.    10 zeigt ein Diagramm des in       Fig.    9 gezeigten     Zweipunktreglers,    während sich das       Diagramm    in     Fig.    11 auf einen     Zweipunktre:gler    nach       Fig.    6 bezieht. Die Diagramme nach den     Fig.    7a bis  7d schliesslich veranschaulichen die Wirkungsweise  eines stetigen Reglers und die     eines        Beispiels    des     er-          findungsgemässen        Zweipunktreglers.     



  Die     in        Fig.    6     gezeigte    Schaltung ist eine Kombi  nation der     Schaltungen    nach den     Fig.    1 und 3. In ihr      ist der     an    sich stetige Verstärker V wegen der gleich  zeitigen     Mitkopplung,    bestehend aus den Schaltele  menten R und C, welche dem Verstärker eine     Kipp-          charakteristik    geben, und der     Gegenkopplung,        beste-          hend    aus den     Schaltelementen        Cl,        R1,

          C2,        R2,    nur  zweier sich ständig     ablösender    Schaltzustände fähig.  



  Es lässt sich theoretisch zeigen     -und        wurde        inzwi-          schen    durch     praktische        Untersuchungen        bestätigt,        d@ass     die genannten     Schaltelemente    der     Rückführung    be  wirken, dass der Regler nach     Fig.    6     abwechselnd    zwi  schen beiden     Schaltungszuständen    spielt,

   wobei das  Testverhältnis und damit der Gleichstrommittelwert  der     Ausgangsspannung    von der jeweiligen stetigen       Eingangsspannung        abhängig    ist und z. B. einen zeit  lichen Verlauf zeigt, der dem Verhalten     eines        stetigen          IPD-Reglers    entspricht. Dem     Regler    kann auch ein       anderes,    an sich beliebiges Regelverhalten gegeben  werden.

           Fig.    7 zeigt den     Zusammenhang        zwischen    der       Wirkungsweise    eines bekannten     stetigen    Reglers   vergleiche jeweils die     linken    Darstellungen - und  der entsprechenden Wirkungsweise des     Zweipunkt-          reglers    gemäss     Fig.    6 - siehe die rechten     Darstellun-          @gen.    Als     Abszisse    dient     in    allen     Fällen    die     Zeit    t und  als     Ordinate    die 

      Ausgangsspannung        UA,        Fig.    7a zeigt       Nullaussteuerung.    Beim     Zweipunktregler    ist angenom  men, dass zwischen einem völligen     Minuswert    und  einem völligen Pluswert als Minimum bzw.     Maximum     der Ausgangsgrösse     UA    geschaltet wird. Die Länge  der     Schaltintervalle    in Plus- bzw. Minusrichtung ist  daher gleich.     Fig.    7b zeigt konstante Plusaussteuerung.

    Beim     Zweipunktregler        überwiegt    die Länge     der        Plus-          intervalle        gegenüber    der Länge der     Minusintervalle.     Bei     Minusaussteuerung        liegen    die Verhältnisse :genau  umgekehrt. Auf diese     Darstellung    ist daher     verzichtet.          In        Fig.    7c     isst    das     Verhalten    mit     PD-Rückführung     gezeigt.

   Man erhält einen solchen Regler aus der all  gemeinen Schaltung, nach     Fig.    6 durch     Kurzschliessen     des Kondensators     C1.    An die Stelle eines     Differenzier-          impulses    beim stetigen Regler tritt     beirr    Zweipunkt  regler     ein        einmalig    stark     verlängerter        Plusdmpuls,

       dessen zusätzliche Fläche     F2    der     schraffierten    Fläche       F1    des     D-Impulses    im stetigen Falle     entspricht.        Fig.    7d  zeigt     schliesslich    das Verhalten des     Zweipunktre@glers          bei        einem        Integriervorgang.    Der     Zweipunktregler     zeigt hier die Tendenz zu zunehmend     verbreiteten          Plusimpulsen    und abnehmenden     Minusimpulsen.     



  Die     Rückführglieder        R.,        R1,        R2,        Cl'        C2    in     Fig.    6       können        in        derselben    Weise und nach denselben Re  chenmethoden bemessen     werden    wie im Falle eines  stetigen Reglers. Die für die Bemessung der     Mitkop-          pelglieder        massgeblichen        Gesichtspunkte        wurden          schon    erwähnt.

   Aus dieser Bemessung     ergibt    sich       zwangläufig    die     Schaltfrequenz    des     Zweipunktreglers.     'Die     Schaltfrequenz    kann, nachdem die     Rückführele-          mente    durch die Art der Regelaufgabe festgelegt sind,  in     gewissen    Grenzen durch Verändern des     Mitkoppel-          widerstandes        beeinflusst    werden.

   Sie ist umgekehrt       proportional    zum Vorhalt     T2    =     R2    -     C2,    der in der    Rückführung     gebildet    wird. Diese Tatsache wirkt sich  sehr vorteilhaft aus. Es erscheint     nämlich        sinnvoll,          die    Schaltfrequenz des Reglers     in    ein     vernünftiges     Verhältnis zu den dynamischen     Eigenschaften    der       Regelstrecke    zu bringen.     Schnelle        Regelstrecken    er  fordern hohe Schaltfrequenzen.

   Bei langsamen Regel  strecken genügen niedrige     Schaltfrequenzen.        Wird    der  Vorhalt     T2        =R2    -     C2        unmittelbar        einer    der beiden       Zeitkonstanten    der Regelstrecke gleichgemacht,

   so       wird    die     Anpassung    der     Schaltfrequenz    an die     Eigen-          schaften    der Regelstrecke durch     richtige        Bemessung     der     Rückführung        zwangläufig    erzielt.  



       Fig.    8 zeigt die Anordnung     eines        Zweipunktreg-          lers    mit     einer    Endstufe unter Verwendung von     Tran-          sistorren.        Der        links    von ;der .strichpunktierten Linie     be-          findliche    Teil der Schaltung wirkt als     Taktgeberteil.     Rechts     von    dieser Linie L     liegt    die Endstufe.

   Der       Taktgeber    entspricht bis     auf    den     Eingangskreis        im          wesentlichen    der     .Schaltung    nach     Fig.    6. Auch hier ist  wie in     Fig.    6 der an sich     stetige    Verstärker mit V be  zeichnet. Statt     R,    wurde ein     Glättungsgli@ed     
EMI0003.0186     
    vorgesehen.

   Der Grund dafür     ist    die Beseitigung     un-          erwünschter    Oberwellen, die den     Fehlermesswerten     ,der Regelung (Regelabweichung)     itn        allgemeinen    über  lagert sind und die ohne besondere Massnahmen     zu     einer     unerwünschten        Oberwellenüberlagerung        führen          können.    Zur     Einstellung    der     Vorhaltezeiten    sind die       Kapazitäten    der Kondensatoren     C1    und  <RTI  

   ID="0003.0202">   C2        veränd@er-          @bar    ausgeführt. Dadurch wird     erreicht,    dass die dy  namischen Verhältnisse am Regler     veränderbar        sind,     ohne dass die     durch    die     Verstärkerkenulinie    und die       Werte    der Widerstände R,     Ri,        R2        bedingten    stati  schen Verhältnisse     beeinflusst    werden.

   Die geschil  derten Massnahmen ermöglichen     daher        eine    beson  ders     günstige    und für     einen    weiten Bereich anwend  bare Auslegung der Widerstände     R1    und     R2.    Die     In-          tegrz:erzeit    wird mittels  
EMI0003.0223     
    eingestellt.

   Die Schaltung des Taktgebers gemäss       Fig.    8 ermöglicht den Bau eines universell     verwend-          baren  > und einstellbaren     Rückführteiles.    In der Rück  führschaltung sind<I>noch</I> einige     Möglichkeiten    zur Ab  wandlung vorgesehen, die     im    .folgenden     anhand    von       Fig.    9     erläutert    seien.  



  Überbrückt man     in        Fig.    6 den Kondensator     Cl,     so erhält man einen     PD-Regler    gemäss     Fig.    9. Eine       Überbrückung    von     C2    zwecks Erzielung     eines        IP-          oder        P-Verhaltens    ist nicht möglich,

   weil     die    Wir  kungsweise des     Zweipunktreglers    auf dem     Zusam-          menwirken    einer     trägheitslosen        Mitkopplung    mit einer       trägheitsbehafteten    Gegenkopplung     beruht.        Ein        IP-          bzw.        P-Verhalten    kann     jedoch    mit praktisch     genü-          gender    Genauigkeit     durch    eine     hinreichende    Verklei  nerung von  <RTI 

   ID="0003.0261">   C2    erzielt werden. Man erhält     dadurch     einen     1P-        bzw.        P-Regler    mit hoher Schaltfrequenz.           Die    Restkapazität von     C2    hat einen     geringfügigen        D-          Anteil    zur Folge, der sich jedoch praktisch nicht mehr  auswirkt.     Fig.    10 zeigt die     statische        Steuerkennlinie     des     PD-Reglers    gemäss     Fig.    9.

   Als Abszisse ist die       Eingangsspannung        UF    aufgetragen,     :als        Ordinate    der  Mittelwert der als     Rechteckspannung        anfallenden     Ausgangsspannung     U,I.    Die     Steuerkennlinie    ist prak  tisch linear.  



       Hinsichtlich    des statischen Verhaltens des     IPD-          Reglers    nach     Fig.    6     konnten    durch praktische Ver  suche wichtige , theoretische     Erkenntnisse    bestätigt  werden, die für     die    erreichbare Regelgenauigkeit von  fundamentaler Bedeutung sein dürften.  



  Hierzu zeigt     Fig.    11 zum     Vergleich    die Steuer  kennlinie<I>a</I> (dünn ausgezogen) eines stetigen     IPD-          Reglers    gemäss     Fig.    1, die     Steuerkennlinie    b (gestri  chelt) eines     Zweipunktreglers    gemäss     Fig.    3 und die       Steuerkennlinie    c (dick ausgezogen) des     Zweipunkt-          reglers    gemäss     Fig.    6.

   Es konnte     inzwischen    experi  mentell die zunächst     theoretisch    gemachte und kaum       glaubhaft    erscheinende Aussage bestätigt werden, dass  der     Zweipunktregler    nach den     Erfindungsbeispielen     praktisch keine     Statik    aufweist. Dies eröffnet die<B>Mög-</B>  lichkeit, mit Promillegenauigkeit zu regeln.  



  Aus welchen Bauelementen der im Taktgeber in       Fig.    8     enthaltene        Verstärker    V aufgebaut -ist, ist zu  nächst     gleichgültig,    sofern     hinsichtlich    der     erreich-          baren        Schaltfrequenzen    bzw.     Flankensteilheiten    keine  Beschränkungen bestehen.     Ein    bevorzugtes mit Tran  sistoren     arbeitendes        Ausführungsbeispiel    für den Ver  stärker V ist in     Fig.    13     dargestellt    und wird später  noch beschrieben.

   Es ist auch     möglich,    im Taktgeber  teil beispielsweise Röhren als     Verstärkerelemente    zu       verwenden.    Die     Verstärkerelemente    müssen nur die  Eigenschaften haben, dass sie sowohl einen für die       Mitkopplung        als    auch einen für die Gegenkopplung  brauchbaren     Taktgeber    ergeben. Es besteht die Mö<B>g</B>  lichkeit, die     Transistorenendstufe        unsymmetrisch    oder  symmetrisch aufzubauen.

   Bei symmetrischen     Schal-          tungen        sind        zwei        Endtransistorgruppen    vorhanden,  von denen     stets    die eine öffnet, während die andere  schliesst     und.        umgekehrt.    Symmetrische     Schaltungen     haben     unter    anderem den Vorteil,

   die     Gleichstrom-          versorgung    stets     konstant    zu     belasten.    Symmetrisch  aufgebaute Endstufen     erfordern    bei     .Steuerung    von  Erregerkreisen elektrischer Maschinen     oder    Magnet  verstärker     :geteilte        Erregerwicklungen,    ermöglichen  dafür jedoch die     Durchsteuerung    des gesamten Steuer  bereiches zwischen     Minusnennspannung    und     Plus-          nennspannung.     



  Besonders zweckmässig     erscheint    es     auch    bei einer       Verwendung    eines mit Transistoren arbeitenden Takt  gebers, die     Endstufe    mit Transistoren aufzubauen,  wobei diese so     bemessen    werden,     dass    sie nach dem  eingangs     beschriebenen        Amplivibratorprinzip    arbei  ten.

       Für    den Betrieb einer an die     Endstufe        angeschlos-          senen    elektrischen Maschine oder     eines    Magnetver  stärkers ergeben     !sich    hierdurch     keine        Nachteile.     



  In der     Schaltung    nach     Fig.    8 ist daher     eine    sym  metrische     Endstufe        gezeichnet;    soweit sich die Schal-         tungsdetails    wiederholen, ist nur der eine der beiden  symmetrischen Zweige     .ausgezeichnet.    Der Beginn des  anderen     gleich    ausgebildeten Zweiges ist durch einen  Pfeil     Pf        gekennzeichnet.    Es besteht die Möglichkeit,

         die    .beiden     Endtransistorgruppen        unmittelbar    von den  beiden im Gegentakt arbeitenden     Ausgängen        A1    und       A2    des Verstärkers<I>V</I> zusteuern.

   Im hier gezeich  neten     Fall    wurde     jedoch    von dieser     Möglichkeit    nicht       Gebrauch    gemacht, vielmehr wurde die gesamte     End-          stufensahaltung    an den Ausgang     A1        angekoppelt.    Da  durch blieb der Ausgang     A2        unbelastet,    was den Vor  teil eines mit Sicherheit ungestört wirkenden     Rück-          führmechanismu:sergibt.     



  Der     Widerstand    1 hat den Zweck, den Ausgang       A1    in ein der nachfolgenden Schaltung günstiges     Span-          nungsintervall    zu bringen, :der Widerstand 2     begrenzt     den dem     Transistor    3 in der Basis     zugeführten    Steuer  strom.

   Die Transistoren 3 und 4 arbeiten durch den       Emitterwiderstand    5 gekoppelt im Gegentakt, wobei  das Potential     der    Basis von 4 durch Widerstände 6  und 7 auf einem geringen Pluspotential gehalten     wird.     Weitere Widerstände 8 und 9 dienen der     Begrenzung     des     Kollektorstromes    der Transistoren 3 und 4. Am  Kollektor des Transistors 4 liegt die Basis eines wei  teren Transistors 10.

   Ist der     Transistor    4 geschlos  sen, so     gelangt    der gesamte über den Widerstand 9  fliessende Strom     in    die Basis des Transistors 10 und  öffnet     ihn.        Das        Kollektorpotential    des Transistors 4  steigt     dabei    nur auf das Basispotential des Transistors  10 und nicht weiter an.

   Dieser Tatsache verdanken       die    Transistoren 3 und 4 eine die Betriebssicherheit  fördernde Spannungsschonung. Öffnet der Transistor  4, so nimmt das     Kollektorpotentäal    wegen der     Wider-          standskombination    6, 7 ein     kleines    positives Potential  an. Über     die    Basis des Transistors 10 kann nunmehr  kein Strom im steuernden Sinn     fliessen.    Der Tran  sistor sperrt also. Die     Leckströme    :des     Transistors    10  werden durch das positive     Kollektorpotential    des       Transistors    4 aufgefangen.

   Ein     Widertand    11     dient     ,der     Begrenzung    :des     Kollektorstromes    des Transistors  10. Ein weiterer Transistor 12 ist mit der     Basis    an  den     Emitter    des Transistors 10 angekoppelt. Ein Wi  derstand 13 dient     zurr    Begrenzung des     Kollektorstro-          mes    des     Transistors    12. Ein Widerstand 14     führt    den       Leckstrom    des Transistors 12 im gesperrten     Zustand     ab.

   Entsprechende Funktionen hat     ein        Widertand    15  in bezug auf den weiteren Transistor 16, der mit der  Basis an den     Emitter    des     Transistors    12 angekoppelt  ist.

   Der Transistor 16 ist im     Em@itter    geerdet und  steuert im     Kollektor    d     ie    eine     Hälfte    der symmetrisch       gesteuerten        Last,    die in diesem Fall     beispielsweise    die  eine     Hälfte        einer        Erregerwicklung    17     einer    nicht wei  ter     dargestellten        elektrischen        Maschine    ist.

       Soll    bei  spielsweise die     Spannurig    der     Maschine    geregelt wer  den, so st deren     Ausgangsspannung        in        Differenz-          schaltung        nut        einer        Sollwertspannung    :auf den durch  die     Klemme        El    angedeuteten     Eingang,des    Verstärkers  zu geben.

   Zur Vermeidung von     Überspannungen    bei  induktiven     Lasten    dient in an sichRTI ID="0004.0210" WI="15" HE="3" LX="1691" LY="2622">  bekannter    Weise  ein Ventil 18, eine     sogenannte        Nullanode.    Die Wider-      stände 14 und 15 in     Fig.    8 werden     vorteilhaft        derart     bemessen, dass sie in d er Lage     sind,    die     Lecksträme     der Transistoren 12 bzw. 16 abzuführen.

       Die        Leck-          ströme    müssen     @deshalb        abgeführt    werden, damit     ein          völliges        Schliessen    der Transistoren     gewährleistet    ist,       anderenfalls        übernehmen    die     Transistoren        Verlust-          leistungen,    was zu ihrer Zerstörung führen kann.

    Weist     beispielsweise    der Transistor 16 einen geringe  ren     Leckstrom,auf,        als    er durch     Ausfall    des Wider  standes 15 vorgesehen ist, so wird das     Basispotential     im     gesperrten        Zustand        dadurch    auf dem richtigen  Wert gehalten,

   dass der Transistor 12     geringfügig     sich öffnet und die     Differenz    zwischen dem vorgese  henen     und.        dem    tatsächlich auftretenden     Leckstrom          fliesst.    Jeder Transistor der     Endstufenkette    muss also  hinsichtlich der Verlustleistung so gewählt werden,  dass er im gesperrten     Zustand,    das heisst     bei        Anliegen          der    vollen     Spannung,

      die für den nachfolgenden     Tran-          sistor        vorgesehenen        Leckstrom        bedingte    Verlustlei  stung     vertragen    wird.

   Damit diese     Bedingung    nicht  zu     wirtschaftlich    ungünstigen Forderungen führt, ist       für    die Transistoren 10     und    11 eine     gesonderte    Ver  sorgung     des        Kollektorkreises    mit einer     niedrigen     Gleichspannung     U2    vorgesehen.

       Dies    hat     zugleich     den     Vorteil,        dass    die im Gerät an     den    Widerständen  entstehenden     Verlustleistungen        klein    bleiben, so     dass     die Transistoren durch äussere     Erwärmung    weniger       gefährdet    sind.  



       Die    in     Fig.    8     angedeutete        Endstufenkette    kann  durch     Hinzufügen    von Gliedern der Art 13, 12, 15  in     Richtung    auf erhöhte     Stufenzahl    und bei Vorhan  densein geeigneter Transistortypen damit in Richtung  ,auf erhöhte     Ausgangsleistung        beliebig        erweitert    wer  den.

   Es steht zu     erwarten,    dass die     heute    schon er  reichten Leistungswerte je     Transistor    im     Laufe    der       Zeit        zunehmen    werden. Die     Ausgangsleistung    der       Schaltung    kann     bei    gegebener     Transistortype        auch     durch     Piarallelsehalten        mehrerer        Transistoren    erhöht       werden.     



       Die    in     Fig.    8 gezeigte     Endstufe    ist nur als     Aus-          f        ührungs-    und zugleich     Anwendungsbeispiel        für    den  Fall     einer        Gleichstromankopplung        zu    betrachten.

   Es       -besteht    auch die Möglichkeit, die     einzelnen        Transi-          storteilstufen    durch     Transformatoren    bzw. Übertra  ger     anzukoppeln.        Hier        :

  besteht        wiederum    die Möglich  keit, die     Transformatoren        entweder    so     auszulegen,     dass     sie    den     Spannungsverlauf    am     Ausgang,der    Takt  geberstufe im wesentlichen     umverzerrt        übertragen     oder     aber    solche     Transformatoren    zu     verwenden,

      die  bei     jedem        Schaltvorgang    der     Taktgeberstufe    einen  entsprechenden     Spannungsimpuls        aufbringen.    Im       letztgenannten    Fall ist es     notwendig,    jede     Transistor-          zwischenstufe        Tals        bistabile        Kippschaltung        aufzubauen.          Dies        bedeutet    keinen erhöhten     Bauelementenaufwand,

            sofern        Transistoren    in     basisgeerdetem    Betrieb mit       einer        Stromverstärkung    von grösser     als    1     verfügbar     sind.     Die        Transformatorkopplung    bietet den Vorteil       einer    besseren     Leistungsanpassung        der        einzelnen    Tran  sistorstufen aneinander.

   Man kommt hier     vermutlich     mit     einer        geringeren        Stufenzahl    aus.    Im Rahmen des     Erfindungsgedankens        sind    ver  schiedene Abwandlungen des neuen     Zweipunktreglers     möglich. Einige     hiervon    sind nachstehend aufgeführt.  



       Fig.    12     zeigt        eine        ähnliche        Schaltung    wie     Fig.    6,       jedoch    liegt der     Kondensator        C1    hier - betrachtet  vom     Kondensator        C2    - auf der     Ausgangsseite    des  Verstärkers V.

   Die     Reihenfolge    von     C1        und        R1        in          Fig.    6 sowie von     C1    und     R2    in     Fig.    12 ist     beliebig.     Es ist     auch    gleichgültig,

   ob die Widerstände     R1    und       R2        sowie    2  in     Fig.    8 aus     zwei    getrennten Wider  ständen     bestehen        oder    ob     dafür    ein einziger angezapf  ter Widerstand     verwendet    ist. Die     Endstufe    nach       Fig.    8     kann    in     einer    geschlossenen     Geräteeinheit    un  tergebracht werden.

   Dieses kann     dann    als     Austausch-          bauteil    für     einen    nach dem     Baukastensystern    ausgebil  deten Regler, der für     alle    praktisch vorkommenden  Regelaufgaben brauchbar ist,     verwendet        werden.     



  Wie oben     bereits        erwähnt,    kann     für,den    Verstär  ker     V    des     Zweipunktreglers    nach     Fig.    6, 8, 9, 12 eine       ian        sich        beliebige        Verstärkerausführung        verwendet          werden,        sofern    -sie     trägheitsarm    ist     und        normaler-          ,

  weise    stetig arbeitet und     ausserdem        eine    überkritische,       trägheitsarme        Mitkopplung    und     eine        trägheitsbehaf-          tete        Gegenkopplung    aufweisen,     derart,

      dass die Aus  gangsgrösse-     periodisch    zwischen     einem        minimalen    und       einem        maximalen    Wert     liegt    und der stetigen     Ein-          gangsgrösse    des Verstärkers     hinsichtlich        ihres        Tast-          verhältnisses    proportional ist.

       Ein        erprobtes,    mit     Tran-          sistoren    arbeitendes     Ausführungsbeispiel,    durch das       viele    in     der        heutigen        Regelungstechnik        auftretende     Probleme beherrscht werden können, ist     in        Fig.    13  dargestellt.

       Hierbei    handelt es sich um     einen    bereits       an        anderer        Stelle    vorgeschlagenen Verstärker, der aus  einem     mehrstufigen        Transistorverstärker        in        Emitter-          ischaltung    mit galvanischer Kopplung der Verstärker  stufen besteht.

   Als     Vzrstärkerelement        sind        in        der     ersten     Verstärkerstufe    I     die        Transistoren    101 und  102, die     sogenannten        Vortransistoren,        und    in der       zweiten        Verstärkerstufe        II    die     Transistoren    103 und  104, die sogenannten     Endtransistoren,    enthalten.

       Alle     vier     Transistoren    arbeiten in der     Emitterschaltung     und steuern den Strom durch die     Kollektorwider-          stände    105, 106, 107     und    108.

   Der     .gemeinsame          Emitterwiderstand    109 der ersten Stufe und 110 der  zweiten Stufe bewirkt, dass jede     Stufe    für     sich    im  Gegentakt     arbeitet,    das heisst die     Summe    der von zwei  Transistoren :

  einer     Stufe        gesteuerten    Ströme stets kon  stant     ist.    Die     gegebenenfalls        einstellbaren        Widerstände     111     und    114 dienen zur     Speisung    eines     Gleichstromes     in die     Basis    der     Vortransistoren,    damit     diese    sich  schon ohne äussere     Eingriffe    etwa     im        Arbeitspunkt          befinden.     



       Die        Basen    der in     :der    Vorstufe     angeordneten    Tran  sistoren 101     und    102     können    jeweils über einen Wi  derstand 115 oder 116     mit    dem     Erdpotential        ver-          bunden        sein.    Diese     Widerstände    115 und 116 halten  die Eingangspotentiale des     Verstärkers    unabhängig  von     irgendwelchen        Störeinflüssen        angenähert    auf :

  dem  Wert     Null.    Jede     Potentialabweichung    führt zu einem      Steuerstrom über den Widerstand 115     oder    den Wi  derstand 116 :und     :bewirkt    damit eine Korrektur,  deren     Genauigkeit    durch Wahl eines     möglichst        klei-          nen    Widerstandswertes gross gemacht werden kann.

    Eine untere     Grenze    für die Widerstände 115 und 116  ergibt sich jedoch aus dem Umstand, dass diese Wi  derstände parallel zum     Eingangswiderstand    der     Vo:r-          transistoren        liegen.    Es ist :

  daher     vorteilhaft,    jeden der  beiden Widerstände etwa zwei- bis     zehnmal    so gross  auszulegen, wie der     Eingangswiderstand    des zu  gehörigen     Vortxansistors        ist.    Wird den     Eingangs-          klemmen    121     und    122 ein     symmetrisches        Signal        zu-          geführt,    also ein Signal, das an beiden Eingangs  klemmen gleiche     Amplitudenhöhe,    aber entgegen  gesetztes Vorzeichen     aufweist,

      so     bewirkt    es eine  symmetrische     Aussteuerung    der Transistoren 101 und  102. Die gleiche     symmetrische    Aussteuerung der  Transistoren 101 und 102 wird auch bei unsymme  trischen Signalen     hervorgerufen,    das heisst bei Signa  len, :die nur an einem     Eingang    eine     Potentialänderung          hervorrufen.    In diesem Fall     kann    es jedoch vorteil  haft     sein,        einen    der Widerstände 115 oder 116 kurz  zuschliessen, und zwar     denjenigen,    der     :

  an    der     Ein-          gangsklemme        liegt,        die        stets    die gleiche Potential  höhe :aufweist.     Eingangssignale    mit     -gleicher        Ampli-          tudenhöhe    bei gleichem Vorzeichen, :das heisst asym  metrische     Signale    dagegen, bleiben wirkungslos.  



  Die beiden     Verstärkerstufen        sind    über     eine        Tei-          lerschaltung        galvanisch    gekoppelt. Diese     Teilerschal-          tung    besteht :aus den Widerständen 117, 118 bzw.  119, 120, in Verbindung mit dem jeweiligen     Kol-          lektorwid-erstand    105 bzw. 106.

   Diese Schaltung be  wirkt eine Anpassung des den Basen der     Endtransi-          storen    103 und 104 zugeführten     Kollektorstromes.     Dabei ist das besondere     Kennzeichen    dieser     Teiler-          !schaltung,    dass :das Potential an den Klemmen 127  und 128 und somit auch das     Basispotential    der End  transistoren 103 und 104 konstant     gehalten    wird, und  zwar annähernd auf dem     Kollektorpotential.     



  Beider     Verwendung    des     Zweipunktreglers    kann  in :der nachgeschalteten Endstufe, beispielsweise bei  der     Einrichtung    nach     Fig.    8, die     trägheitsbehaftete     Gegenkopplung, :

  die mit     Hilfe    der Widerstände     R1,        R2     und der Kondensatoren     Cl,        C.,        durchgeführt    ist,     an-          statt    vom     Ausgangsanschluss   <I>A,</I> des Verstärkers<I>V</I>  .auch von einer Teilstufe der als     Amplivibrator    betrie  benen Endstufe entnommen werden,

   die den     gleichen     Spannungsverlauf     aufweist    wie der     Ausgangsanschluss          A2.    Dadurch .ergibt     sich    der     Vorteil,    dass die Gegen  kopplung von einer höheren Leistung     hergeleitet    wird       und        dassdadurch    der Verstärker V selbst nicht be  lastet wird.

   Bei der     Einrichtung    nach der     Fig.    8 ist       es    besonders     vorteilhaft,    die     Spannung    am     Ausgang     des     Transistors    16 zu     verwenden,    da diese die     -höchste     Spannung ist     und        die    durch .die Rückführung entspre  chende     praktische    Belastung hier überhaupt nicht ins       (Teesicht    fällt-



      Electrical two-position controller The semiconductor amplifiers available today based on transistors have only a relatively low power loss, which is at most in the order of magnitude of the power loss of radio reception tubes.

   The consumer powers that can be controlled with such semiconductor amplifiers are accordingly also low, at least when the conventional operating mode, the continuous modulation, is used.

       However, if the amplifiers were operated as a switch, i.e. practically only in the uncontrolled and fully controlled state, with the area in between being jumped through as quickly as possible in order to avoid transitional losses, then, with the same power loss, it is possible to control considerably greater consumer powers, e.g. can be even bigger.

    In this case, it is necessary to supply the amplifier with an appropriate control variable jumping back and forth between zero and a certain maximum value. A pulse-time-modulated control variable with a variable duty cycle is required.

   The frequency of the control variable can be constant, for example, it just depends on the time ratio between non-modulation and full modulation corresponding to an existing control input variable of the amplifier. Such an operating mode can also be referred to as pulse width control.

   According to a more recent proposal, especially when semiconductor amplifiers, especially transistors, are used, it is referred to as the amplivibrator principle. A transistor that is operated in the aforementioned manner can be referred to as a two-point transistor.



  In measurement, control and regulation technology, it is generally the case that the displayed control variables or those generated with special measuring transducers are available as continuous variables. In the case of temperature regulation, for example, the measured temperature value is available as a DC voltage value if it is generated with a thermocouple. In order to now operate as a switch semiconductor amplifier, z. B.

   Switching transistors, to be able to control through such constant quantities, devices are required by means of which the constant quantities: are converted into pulse quantities whose duty cycle is proportional to the respective value of the constant quantity. You can use so-called astable tilt generators, for example.

   The control of these oscillating generators by direct current quantities in such a way that the pulse duty factor of the pulse size generated is proportional to the direct current quantity over a wide range cannot be solved immediately and requires a relatively large amount of effort.



       On the other hand, the invention makes it possible, by means of relatively simple measures, to generate a tilting variable that is controllable in a wide range with regard to its pulse duty factor through its direct current variable and, moreover, of relatively high power,

   and thus - at the same time with a favorable dynamic influence in terms of control technology - to control machines through transistors and other semiconductor amplifiers.



  The problem will be explained using the following known examples. Fig. 1: There is a requirement to convert an error signal into an adjustment command that consists of three parts, namely an integral, a proportional and a differential AbbdM of the error.

   For this purpose, a continuously acting control amplifier V with a dPD feedback is first used. Fig. 1 shows only the basic circuit with the counter used for the return resistors R., R1, R2 and the capacitors <B> Cl, </B> C2. The type, number and use of these elements are only:

  to be regarded as an example. If a square-wave voltage UE according to FIG. 2a is applied to the input of the arrangement, a curve of the output voltage Ua according to FIG. 2b is obtained.

   The process shown here consists of a D pulse D, a P component P and a 1 process 1.



       It is now known that transistors operated as switches cannot be directly controlled by a continuous amplifier. The transistors may only be acted upon with the commands open or close.



       Fig. 3 shows an amplifier V with a coupling circuit with a resistor R and a parallel capacitor C, which ensures that, regardless of which signal is present at the input of the circuit, the output voltage UA can only take two values. Fig. 4 shows the control characteristic of the circuit.



  The transmission resistance R of the amplifier V (Fig. 1, 3) is understood to mean the ratio of the changes in the output voltage UA to the changes in the input current 1E, i.e. = UA / Ir. A tilting characteristic according to FIG. 4 is only available if the positive feedback resistance R is selected to be smaller than the contact resistance R ;;

       of the amplifier V. The resistance R is conveniently at least about a factor of 2 smaller than R ;; made, on the one hand, in order to be largely independent of the tolerance of the resistance values and the amplification line in the case of serial production of the two-point controller, on the other hand, in order to tip into the most defined end positions.

   The width b of the loop shown in Fig. 4 is proportional to the term
EMI0002.0064
    5 serves to explain the above dimensioning.



  In .Fig. 5 shows the control characteristic <I> St </I> of the amplifier V without any external wiring and the current-voltage straight line G of the positive feedback resistor R ge.

   The outer intersection points S1 and SZ between the positive feedback straight line and the control characteristic curve give the stable points of the trigger circuit. The greater the positive feedback resistance R is selected,

   the steeper the positive feedback line becomes and the poorer the definition of the stable operating points. For the reasons indicated above, the control characteristic curve of the trigger amplifier according to FIG. 3 does not have an ideal rectangular shape, but rather shows the curves indicated in FIG. 4.



  The invention now relates to an electrical two-point controller, characterized by an inherently continuous amplifier, which is provided with a supercritical, low-inertia positive feedback, which gives it a tilting characteristic, as well as with an inertial counter-coupling,

   that the stable working points of the tilting characteristic are alternately canceled periodically and the output variable constantly toggles between a minimum and a maximum value with a duty cycle dependent on the respective constant input variable, the type of dependency being determined qualitatively and quantitatively by the negative feedback impedance.



  This design causes the conversion of a controlling constant variable into a pulse variable that is dependent on it with regard to the duty cycle with the aid of a constant amplifier, in particular an electronic amplifier, which is made into a two-point controller by special measures.

   In a control loop in which the actuator is actuated by the so-called control amplifier, this is thus designed in such a way that it converts the pulse output variable on its own. As before, the amplifier only needs to be supplied with a constant control variable, for example a direct current.



  Supercritical positive feedback means more than 100% positive feedback from the amplifier output to the amplifier input. As a result, the amplifier explained below, for example, contains a so-called tilting characteristic: At a certain value of the controlling input variable, the output variable suddenly jumps to a high value.

    The area in between, which is the control area in a normal amplifier, cannot be verified. An amplifier equipped with such a characteristic curve is also provided with an inertial negative feedback from the amplifier output to the amplifier input.

   An electrically inert element is switched on in the negative feedback circuit, that is to say a element with storage properties, for example a capacitor. Due to the counter-coupling, the stable positions of the amplifier only made possible by the supercritical feedback are canceled again.

   As a result, the working point of the amplifier constantly oscillates back and forth between the mentioned working point positions. It is therefore possible to combine the functions of the previously known, continuously acting controllers, in particular with PID behavior, with the functions of a To combine two-position controller in such a way that a controller is created that is only capable of two different modulation states,

   which, however, works like a continuous controller with a corresponding, in particular PID, behavior on average over time.



  6, 9 and 12 show embodiments of the two-point controller according to the invention. Fig. 8 shows a preferred embodiment of the output stage of a two-point controller according to the invention, while Fig. 13 shows a possibility of construction for the Ver denoted by V in the above figures.

       FIG. 10 shows a diagram of the two-point controller shown in FIG. 9, while the diagram in FIG. 11 relates to a two-point controller according to FIG. 6. The diagrams according to FIGS. 7a to 7d finally illustrate the mode of operation of a continuous controller and that of an example of the two-point controller according to the invention.



  The circuit shown in Fig. 6 is a combi nation of the circuits of FIGS. 1 and 3. In it is the steady amplifier V because of the simultaneous positive feedback, consisting of the Schaltele elements R and C, which the amplifier a tilt - give characteristic, and the negative feedback, consisting of the switching elements Cl, R1,

          C2, R2, only capable of two constantly changing switching states.



  It can be shown theoretically - and has meanwhile been confirmed by practical investigations - that the mentioned switching elements of the feedback cause the controller according to FIG. 6 to alternate between the two switching states,

   wherein the test ratio and thus the mean DC value of the output voltage is dependent on the respective continuous input voltage and z. B. shows a temporal course that corresponds to the behavior of a continuous IPD controller. The controller can also be given any other control behavior.

           FIG. 7 shows the relationship between the mode of operation of a known continuous controller, compare the illustrations on the left in each case - and the corresponding mode of operation of the two-point controller according to FIG. 6 - see the illustrations on the right. In all cases, the time t is used as the abscissa and the ordinate

      Output voltage UA, Fig. 7a shows zero level control. With the two-position controller, it is assumed that switching takes place between a complete minus value and a complete plus value as the minimum or maximum of the output variable UA. The length of the switching intervals in the plus or minus direction is therefore the same. Fig. 7b shows constant plus modulation.

    With the two-point controller, the length of the plus intervals outweighs the length of the minus intervals. In the case of a minus level, the situation is exactly the opposite. This representation is therefore not given. In Fig. 7c the behavior with PD feedback is shown.

   Such a regulator is obtained from the general circuit according to FIG. 6 by short-circuiting the capacitor C1. Instead of a differentiating pulse in the continuous controller, there is a one-time, greatly extended plus pulse for two-position controllers,

       whose additional area F2 corresponds to the hatched area F1 of the D pulse in the continuous case. Finally, FIG. 7d shows the behavior of the two-point controller during an integration process. The two-point controller shows the tendency towards increasingly widespread plus pulses and decreasing minus pulses.



  The feedback elements R., R1, R2, Cl 'C2 in FIG. 6 can be dimensioned in the same way and according to the same computing methods as in the case of a continuous controller. The decisive aspects for the dimensioning of the positive coupling elements have already been mentioned.

   The switching frequency of the two-position controller results from this dimensioning. After the feedback elements have been determined by the type of control task, the switching frequency can be influenced within certain limits by changing the positive feedback resistance.

   It is inversely proportional to the lead T2 = R2 - C2, which is formed in the feedback. This fact is very beneficial. It makes sense to bring the switching frequency of the controller into a reasonable ratio to the dynamic properties of the controlled system. Fast controlled systems require high switching frequencies.

   Low switching frequencies are sufficient for slow control routes. If the lead T2 = R2 - C2 is immediately made equal to one of the two time constants of the controlled system,

   the adjustment of the switching frequency to the properties of the controlled system is inevitably achieved by correctly dimensioning the feedback.



       8 shows the arrangement of a two-point controller with an output stage using transistors. The part of the circuit to the left of the dash-dotted line acts as a clock generator part. To the right of this line L is the output stage.

   Except for the input circuit, the clock generator essentially corresponds to the circuit according to FIG. 6. Here, too, as in FIG. 6, the per se continuous amplifier is marked with V be. Instead of R, a smoothing curve was used
EMI0003.0186
    intended.

   The reason for this is the elimination of undesired harmonics which are generally superimposed on the measured error values, the regulation (control deviation) and which, without special measures, can lead to an undesired harmonic superposition. To set the lead times, the capacities of the capacitors C1 and <RTI

   ID = "0003.0202"> C2 can be changed. This means that the dynamic conditions on the controller can be changed without influencing the static conditions caused by the amplifier curve and the values of the resistors R, Ri, R2.

   The measures outlined therefore enable a particularly favorable design of the resistors R1 and R2 that can be used over a wide range. The integration time is made by means of
EMI0003.0223
    set.

   The circuit of the clock generator according to FIG. 8 enables the construction of a universally usable and adjustable feedback part. In the feedback circuit, a few options for conversion are provided, which will be explained below with reference to FIG.



  If the capacitor C1 is bridged in FIG. 6, a PD controller according to FIG. 9 is obtained. A bridging of C2 in order to achieve an IP or P behavior is not possible.

   because the mode of operation of the two-position controller is based on the interaction of an inertial positive feedback with an inertial negative feedback. However, an IP or P behavior can be achieved with practically sufficient accuracy through a sufficient reduction of <RTI

   ID = "0003.0261"> C2 can be achieved. This results in a 1P or P controller with a high switching frequency. The remaining capacity of C2 results in a slight D component, which, however, has practically no effect. FIG. 10 shows the static control characteristic of the PD controller according to FIG. 9.

   The input voltage UF is plotted as the abscissa, the mean value of the output voltage U, I occurring as a square-wave voltage as the ordinate. The control characteristic is practically linear.



       With regard to the static behavior of the IPD controller according to FIG. 6, it was possible to confirm important theoretical findings through practical trials, which should be of fundamental importance for the control accuracy that can be achieved.



  For comparison, FIG. 11 shows the control characteristic <I> a </I> (thin lines) of a continuous IPD controller according to FIG. 1, the control characteristic b (dashed lines) of a two-point controller according to FIG. 3 and the control characteristic c ( thick) of the two-point controller according to FIG. 6.

   In the meantime, it has been possible to experimentally confirm the initially theoretically made and hardly seemingly credible statement that the two-position controller according to the invention examples has practically no statics. This opens up the <B> possibility </B> of regulating with per mille accuracy.



  The components of which the amplifier V contained in the clock generator in FIG. 8 is constructed is initially irrelevant, provided there are no restrictions with regard to the switching frequencies or edge steepnesses that can be achieved. A preferred embodiment for the transistors working with transistors V is shown in FIG. 13 and will be described later.

   It is also possible, for example, to use tubes as amplifier elements in the clock generator. The amplifier elements only need to have the properties that they result in a clock generator that can be used both for positive feedback and a clock generator for negative feedback. It is possible to build the transistor output stage asymmetrically or symmetrically.

   In symmetrical circuits, there are two output transistor groups, one of which always opens, while the other closes and. vice versa. Symmetrical circuits have the advantage, among other things,

   to constantly load the direct current supply. Symmetrically structured output stages require, when controlling excitation circuits of electrical machines or magnetic amplifiers: split excitation windings, but enable the entire control range to be controlled between negative nominal voltage and positive nominal voltage.



  It also appears particularly expedient when using a clock generator operating with transistors to build the output stage with transistors, these being dimensioned so that they work according to the amplivibrator principle described at the beginning.

       This does not result in any disadvantages for the operation of an electrical machine or a magnetic amplifier connected to the output stage.



  In the circuit of FIG. 8, a symmetrical output stage is therefore drawn; as far as the circuit details are repeated, only one of the two symmetrical branches is marked. The beginning of the other, identically formed branch is indicated by an arrow Pf. It is possible

         control the two end transistor groups directly from the two push-pull outputs A1 and A2 of the amplifier <I> V </I>.

   In the case shown here, however, no use was made of this option, rather the entire output stage was coupled to output A1. As a result, output A2 remained unloaded, which gives the advantage of a feedback mechanism that is sure to work undisturbed.



  Resistor 1 has the purpose of bringing output A1 into a voltage interval that is favorable for the following circuit: Resistor 2 limits the control current supplied to transistor 3 in the base.

   The transistors 3 and 4 work in a push-pull manner coupled through the emitter resistor 5, the potential of the base of 4 being kept at a low positive potential by resistors 6 and 7. Further resistors 8 and 9 are used to limit the collector current of transistors 3 and 4. The base of a further transistor 10 is located at the collector of transistor 4.

   If the transistor 4 is closed, the entire current flowing through the resistor 9 reaches the base of the transistor 10 and opens it. The collector potential of the transistor 4 only rises to the base potential of the transistor 10 and does not rise any further.

   The transistors 3 and 4 owe this fact a voltage protection which promotes operational safety. When the transistor 4 opens, the collector potential assumes a small positive potential because of the resistance combination 6, 7. No current in the controlling sense can now flow through the base of transistor 10. So the transistor blocks. The leakage currents: of the transistor 10 are absorbed by the positive collector potential of the transistor 4.

   A resistor 11 is used to limit: the collector current of the transistor 10. Another transistor 12 is coupled with the base to the emitter of the transistor 10. A resistor 13 serves to limit the collector current of the transistor 12. A resistor 14 dissipates the leakage current of the transistor 12 in the blocked state.

   A resistor 15 has corresponding functions with respect to the further transistor 16, the base of which is coupled to the emitter of the transistor 12.

   The transistor 16 is grounded in the em @ itter and controls one half of the symmetrically controlled load in the collector, which in this case is, for example, one half of an excitation winding 17 of an electrical machine not shown further.

       If, for example, the voltage of the machine is to be regulated, its output voltage must be applied in differential circuit using a setpoint voltage: to the input of the amplifier indicated by terminal El.

   To avoid overvoltages with inductive loads, a valve 18, a so-called zero anode, is used per seRTI ID = "0004.0210" WI = "15" HE = "3" LX = "1691" LY = "2622". The resistors 14 and 15 in FIG. 8 are advantageously dimensioned in such a way that they are able to dissipate the leakage currents of the transistors 12 and 16, respectively.

       The leakage currents must therefore be dissipated so that the transistors close completely, otherwise the transistors take on power losses, which can lead to their destruction.

    If, for example, the transistor 16 has a lower leakage current than is provided by the failure of the counter 15, the base potential is kept at the correct value in the blocked state.

   that the transistor 12 opens slightly and the difference between the vorgese Henen and. the actually occurring leakage current flows. With regard to the power loss, each transistor in the output stage chain must be selected in such a way that in the blocked state, i.e. when the full voltage is applied,

      the power loss due to the leakage current provided for the downstream transistor is tolerated.

   So that this condition does not lead to economically unfavorable requirements, a separate supply of the collector circuit with a low DC voltage U2 is provided for the transistors 10 and 11.

       At the same time, this has the advantage that the power losses that occur at the resistors in the device remain small, so that the transistors are less endangered by external heating.



       The output stage chain indicated in Fig. 8 can be expanded as desired by adding links of the type 13, 12, 15 in the direction of increased number of stages and in the presence of suitable transistor types in the direction of increased output power.

   It is to be expected that the performance values already achieved per transistor will increase over time. With a given transistor type, the output power of the circuit can also be increased by keeping several transistors in parallel.



       The output stage shown in FIG. 8 is only to be regarded as an embodiment and at the same time an application example for the case of a direct current coupling.

   There is also the option of coupling the individual transistor sub-stages using transformers or transmitters. Here        :

  there is again the possibility of either designing the transformers in such a way that they transmit the voltage curve at the output, the clock generator stage, essentially in a distorted manner, or to use transformers

      which apply a corresponding voltage pulse with each switching process of the clock generator stage. In the latter case it is necessary to build each transistor intermediate stage as a bistable multivibrator. This does not mean an increased number of components,

            provided that transistors in base-earthed operation with a current gain of greater than 1 are available. The transformer coupling offers the advantage of better performance matching of the individual transistor stages to one another.

   You can probably get by with a lower number of stages. Various modifications of the new two-position controller are possible within the scope of the inventive concept. Some of these are listed below.



       FIG. 12 shows a circuit similar to FIG. 6, but here the capacitor C1 - viewed from the capacitor C2 - is on the output side of the amplifier V.

   The order of C1 and R1 in FIG. 6 and of C1 and R2 in FIG. 12 is arbitrary. It is also indifferent

   whether the resistors R1 and R2 and 2 in Fig. 8 consist of two separate resistors or whether a single tapped resistor is used. The output stage according to FIG. 8 can be accommodated in a closed device unit.

   This can then be used as a replacement component for a controller designed according to the modular system, which can be used for all practically occurring control tasks.



  As already mentioned above, any amplifier design per se can be used for the amplifier V of the two-position controller according to FIGS. 6, 8, 9, 12, provided that it is low-inertia and normal,

  works steadily and also has a supercritical, low-inertia positive feedback and an inertial negative feedback, such as

      that the output variable is periodically between a minimum and a maximum value and is proportional to the constant input variable of the amplifier with regard to its duty cycle.

       A tried-and-tested embodiment example which works with transistors and by means of which many problems occurring in today's control technology can be mastered is shown in FIG.

       This is an amplifier already proposed elsewhere, which consists of a multi-stage transistor amplifier in an emitter circuit with galvanic coupling of the amplifier stages.

   The transistors 101 and 102, the so-called pre-transistors, are contained in the first amplifier stage I and the transistors 103 and 104, the so-called end transistors, are contained in the second amplifier stage II.

       All four transistors work in the emitter circuit and control the current through the collector resistors 105, 106, 107 and 108.

   The common emitter resistor 109 of the first stage and 110 of the second stage causes each stage to work in push-pull mode, i.e. the sum of the two transistors:

  a stage controlled currents is always constant. The optionally adjustable resistors 111 and 114 serve to feed a direct current into the base of the pre-transistors so that they are already at the operating point without external intervention.



       The bases of the transistors 101 and 102 arranged in the preliminary stage can each be connected to ground potential via a resistor 115 or 116. These resistors 115 and 116 keep the input potentials of the amplifier approximately independent of any interference:

  the value zero. Each potential deviation leads to a control current via the resistor 115 or the resistor 116: and: thus effects a correction, the accuracy of which can be made high by choosing the smallest possible resistance value.

    A lower limit for the resistors 115 and 116 results, however, from the fact that these resistors are parallel to the input resistance of the pre-transistors. It is :

  It is therefore advantageous to make each of the two resistors about two to ten times as large as the input resistance of the associated vortex transistor. If a symmetrical signal is fed to input terminals 121 and 122, i.e. a signal that has the same amplitude level but opposite sign at both input terminals,

      so it causes a symmetrical modulation of the transistors 101 and 102. The same symmetrical modulation of the transistors 101 and 102 is also brought about with asymmetrical signals, that means with signals that only cause a change in potential at one input. In this case, however, it can be advantageous to briefly connect one of the resistors 115 or 116, namely the one that:

  is at the input terminal, which always has the same potential level. Input signals with the same amplitude with the same sign, ie asymmetrical signals, on the other hand, remain ineffective.



  The two amplifier stages are galvanically coupled via a divider circuit. This divider circuit consists of the resistors 117, 118 or 119, 120, in connection with the respective collector resistor 105 or 106.

   This circuit effects an adaptation of the collector current supplied to the bases of the end transistors 103 and 104. The special feature of this divider circuit is that: the potential at terminals 127 and 128 and thus also the base potential of the end transistors 103 and 104 is kept constant, approximately at the collector potential.



  When using the two-position controller, in: the downstream output stage, for example in the device according to Fig. 8, the inertial negative feedback,:

  which is carried out with the help of the resistors R1, R2 and the capacitors C1, C., instead of the output terminal <I> A, </I> of the amplifier <I> V </I>. Also from a sub-stage of the as Be taken from the amplifier operated output stage,

   which has the same voltage curve as the output terminal A2. This has the advantage that the negative feedback is derived from a higher power and that the amplifier V itself is not burdened as a result.

   In the device according to FIG. 8, it is particularly advantageous to use the voltage at the output of transistor 16, since this is the highest voltage and the practical load caused by the feedback does not fall into the equation at all.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Elektrischer Zweipunktre@gler, gekennzeichnet durch einen an sich stetigen Verstärker (V), der mit einer überkritischen, trägheitsarmen Mitkopplung (R), die ihm eine Kippcharakteristik verleiht, sowie mit (einer trägheitsbehafteten Gegenkopplung (R1, R, . . . ) derart versehen ist, dass die stabilen Arbeitspunkte -der Kippcharakteristik : PATENT CLAIM Electric two-point controller, characterized by an inherently constant amplifier (V), which has a supercritical, low-inertia positive feedback (R) that gives it a tilting characteristic, as well as (an inertial negative feedback (R1, R,...) Such it is provided that the stable working points - the tilting characteristic: abwechselnd periodisch auf gehoben werden und die Ausgangsgrösse dauernd mit von der jeweiligen stetigen Eingangsgrösse abhängi gem Testverhältnis zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert kippt, wobei die Art der Ab hängigkeit qualitativ und quantitativ durch die Ge- genkopplungsimpedanz bestimmt ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Zweipunktregler nach Patentanspruch, :dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ein Transistor verstärker ist. are alternately periodically canceled and the output variable constantly with the respective constant input variable depending on the test ratio between a minimum and a maximum value, the type of dependency is determined qualitatively and quantitatively by the negative feedback impedance. SUBClaims 1. Two-point controller according to claim: characterized in that the amplifier is a transistor amplifier. 2. Zweipunktregler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass fürdie Mitkopplung ein Widerstand (R) in Verbindung mit einem Kondensator (C) ver wendet ist. 3. Zweipunktregler nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass der Mitkopplungswider- ,sta:nd (R) mindestens um den Faktor 2 kleiner als der Übertragungswiderstand EMI0006.0140 des Verstärkers ist. 2. Two-point regulator according to claim, characterized in that a resistor (R) in connection with a capacitor (C) is used for positive feedback. 3. Two-point controller according to dependent claim 2, characterized in that the positive feedback, sta: nd (R) is at least a factor of 2 smaller than the transmission resistance EMI0006.0140 of the amplifier is. 4. Zweipunktregler nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass der Mitkopplungswider- stand (R) derart bemessen ist, dass mindestens 80 1/o des Aussteuerbereiches der Verstellelemente -des Ver stärkers durch den Kippbereich erfasst werden. 4. Two-point controller according to dependent claim 2, characterized in that the positive feedback resistor (R) is dimensioned such that at least 80 1 / o of the control range of the adjustment elements -of the amplifier are detected by the tilt range. 5. Zweipunktragler nach Patentanspruch, mit einer PD-Rückführung, dadurch gekennzeichnet, dass für :die Gegenkopplung :eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen (R1, R..) verwendet ist und dass der Verbindungspunkt der Widerstände über einen wei teren Kondensator (C,) auf dem Bezugspotential des Verstärkers liegt. 5. Zweipunktragler according to claim, with a PD feedback, characterized in that for: the negative feedback: a series connection of two resistors (R1, R ..) is used and that the connection point of the resistors via a white direct capacitor (C,) is on the reference potential of the amplifier. 6. Zweipunktregler nach Patentanspruch, mit einer PID-Rückführung,dadurch gekennzeichnet, dass für die Gegenkopplung eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen (R1, R.) und einem Kondensator (C<B>)</B> verwendet ist und dass die Verbindung der Wi derstände (R1, R.) an einen weiteren Kondensator (C.) angeschlossen ist, der mit seinem anderen An schluss auf dem Bezugspotential des Verstärkers liegt. 6. Two-point controller according to claim, with a PID feedback, characterized in that a series connection of two resistors (R1, R.) and a capacitor (C <B>) </B> is used for the negative feedback and that the connection of the Wi resistors (R1, R.) is connected to another capacitor (C.), which is connected with its other connection to the reference potential of the amplifier. 7. Zweipunktregler nach Unteranspruch 6, da ,durch gekennzeichnet, dass der mit den Widerständen (R1, R2) in Reihe liegende Kondensator (Cl) - be trachtet von dem anderen Kondensator (C2) her auf der dem Verstärkareingang zugewandten Seite der Reihenschaltung liegt. 7. Two-point controller according to dependent claim 6, characterized in that the capacitor (Cl) lying in series with the resistors (R1, R2) - be viewed from the other capacitor (C2) on the side of the series circuit facing the amplifier input. B. Zweipunktregler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker in Gegentakt- schaltung ausgeführt ist. B. two-position controller according to claim, characterized in that the amplifier is designed in push-pull circuit. 9. Zweipunktregler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass d :ie zur Mit- und Gegenkopplung dienenden Schaltmittel sowie ein im Eingangskreis des Verstärkers liegender Widerstand (R.) und ein Kondensator (Cg) mit Einstellmitteln versehen sind. 10. 9. Two-point controller according to claim, characterized in that the switching means used for positive and negative feedback and a resistor (R.) and a capacitor (Cg) located in the input circuit of the amplifier are provided with setting means. 10. Zweipunktregler nach Patentanspruch, da,- durch gekennzeichnet, dass der Verstärker in Kaska- densch@altung mit mindestens einem Schalttransistor als Endstufe verbunden ist. Two-point controller according to patent claim, characterized in that the amplifier is connected in a cascade connection with at least one switching transistor as the output stage. 11. Zweipunktregler nach Unteranspruch 10, da- durch gekennzeichnet, dass die Endstufe symmetrisch ausgebildet ist. 12. Zweipunktregler nach Unteranspruch 11, da ,durch gekennzeichnet, dass zwei Steuerausgänge vor handen sind. 11. Two-point controller according to dependent claim 10, characterized in that the output stage is symmetrical. 12. Two-point controller according to dependent claim 11, characterized in that two control outputs are available.
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