Fehlersignalkanal einer Regeleinrichtung, der ein Derivierungsnetz enthält In Regelanlagen kann man entweder mit Gleich stromsignalen oder Wechselstromsignalen arbeiten, welche dem Fehlersignalkanal eines Servosystems zu geführt werden.
Wenn man mit Wechselstromsignalen arbeitet, besteht der Fehlersignalkanal in der Regel aus einem Wechselstromverstärker, einem Phasen detektor, einem Glättungsnetz, einem Gleichstromver stärker und einem Servomotor. Die genannten Ein heiten sind miteinander in der genannten Folge rei hengeschaltet. Werden dagegen Gleichstromsignale verwendet, so besteht der Fehlersignalkanal aus einem Glättungsnetz, aus einem Gleichstromverstärker und einem Servomotor. Auch diese Elemente sind mitein ander in der genannten Folge reihengeschaltet.
Um Pendlungen bei der Einstellung solcher Servo- systeme zu vermeiden, werden dieselben mit einem Derivierungsnetz versehen, das da vor dem Gleich stromverstärker in den beiden Arten von Fehlersignal kanälen untergebracht ist.
Ein derartiges Derivierungs- netz besteht in der Regel aus einem parallel geschal teten Kondensator mit einem Widerstand im Reihen zweig und einem Widerstand im Parallelzweig. Um eine Auffassung von der bremsenden Wirkung des genannten Derivierungsnetzes zu bekommen, ist es zweckmässig, einen sogenannten Phasenplan entspre chend Fig. 4 für das Servosystem aufzuzeichnen, aus dem ersichtlich ist, wie sich eine Regeleinrichtung be nimmt, bis sie wieder in die Ruhelage kommt.
In einem solchen Phasenplan sind die Y-Achse in die Grösse Geschwindigkeit und die X-Achse in die Grösse Winkel eingeteilt, und die so erhaltene Brems linie zeigt, wann die Beschleunigung positiv oder ne gativ ist und wie das Derivierungsnetz ein zugefügtes Signal beeinflusst. Der Charakter des Derivierungs- netzes im genannten Phasenplan wird durch eine ge rade Linie veranschaulicht, die durch den Nullpunkt geht.
Alle Punkte längs der genannten Linie geben an, dass das Signal, welches der Fehlersignalkanal liefert, dem Servosystem die Beschleunigung Null verleiht. Zeichnet man in dem genannten Phasenplan 1 eine Verschiebungslinie ein, das heisst eine Linie, die den Zusammenhang zwischen dem Fehlerwinkel des Servosystems und der Veränderungsgeschwindigkeit des Fehlerwinkels veranschaulicht,
so geht diese Linie von der X-Achse aus und schneidet nach einer ge wissen Verminderung des Fehlerwinkels die genannte gerade Linie, welche das Derivierungsnetz charak terisiert, wonach die Verschiebungslinie sich an die genannte gerade Linie anschmiegt. Dieser Charakter der Verschiebungslinie nach dem Schneiden mit der geraden Linie ist nicht am vorteilhaftesten, da sich das Servosystem nicht mit wünschenswerter Schnel ligkeit einstellt.
Zum Erreichen gewünschter Einstell schnelligkeit muss nämlich die genannte gerade Linie, die auch Bremslinie oder Umschaltlinie genannt wer den kann, eine gekrümmte Form haben, die mit der Form einer Parabel übereinstimmt oder so gut wie übereinstimmt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaf fung eines Fehlersignalkanals, in dem die genannte Bremslinie so gebrochen ist, dass sie mehr oder we niger die Form einer Parabel bekommt, und betrifft einen Fehlersignalkanal einer Regeleinrichtung, mit einem einen Seriezweig und einen Parallelzweig auf weisenden Derivierungsnetz,
wobei im Seriezweig ein Kondensator und ein Widerstand parallel zueinander liegen, welcher Kanal nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Parallelzweig ein mit einem Widerstand reihengeschaltetes, nichtlineares Glied aufweist.
Zweckmässigerweise kann der Parallelzweig des Derivierungsnetzes Abzweigungen aufweisen, welche je ein mit einem Widerstand reihengeschaltetes, nicht lineares Glied enthalten, wobei die erste Abzweigung mit dem Widerstand des Parallelzweiges, die zweite Abzweigung mit dem Widerstand der ersten Abzwei gung und jede weitere Abzweigung mit dem Wider stand der ihr vorangehenden Abzweigung parallel geschaltet ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Zusammenhang mit den beigefügten Zeich nungen näher beschrieben, worin Fig. 1 ein Schaltschema zeigt und Fig. 2-4 drei Diagramme wiedergeben, um das Verständnis der Schaltung zu erleichtern.
In Fig. 1 wird ein Filternetz gezeigt, das in seinem Serienzweig einen Kondensator C enthält, der mit zwei Widerständen R1 und R2 parallel geschaltet ist. Der Parallelzweig des Derivierungsnetzes ist mit einem Ende an den Vereinigungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 angeschlossen.
Der Par allelzweig enthält<I>zwei</I> Gleichrichter L1 und L2, die zueinander mit verkehrter Durchlassrichtung parallel geschaltet und mit einem Widerstand R31 hinterein- andergeschaltet sind. Damit ist das Filter in seiner ein fachsten Ausführungsform beschrieben. Die Wider stände R1 und R2 können durch einen einzigen Wider stand ersetzt werden, der mit einer Abzweigung zwi schen den Endanschlüssen versehen ist.
In gewissen Fällen lässt sich auf den einen der beiden Gleichrich ter L1 und L2 verzichten oder dieser durch andere nichtlineare Elemente ersetzen. An das Filternetz ist ein Widerstand R4 angeschlossen, der den Eingangs widerstand zu nachfolgenden Kreisen darstellt. Es wird angenommen, dass das oben beschriebene Filter vor dem Gleichstromverstärker des Fehlersignalkanals angeordnet ist.
Im Servosystem entspricht die Grösse des Fehlerwinkels der Grösse der Fehlersignalspan- nung und die Veränderungsgeschwindigkeit des Feh lerwinkels der Zeitderivierten der genannten Span nung. Aus diesem Grunde kann der Fehlerwinkel mit der Fehlerspannung V1 angegeben werden und die Derivierte des Fehlerwinkels mit der Zeitderivierten der Fehlersignalspannung. Wird eine Kurve, der das Bezugszeichen i1 gegeben worden ist, über den Strom durch den Kondensator C als Funktion der Zeitderi vierte der Fehlersignalspannung angelegt,
erhält man die Kurve 1 in Fig. 2, in welcher der Strom i1, der von dVildt beeinflusst ist, längs der Ordinate aufgetragen worden ist und die Derivierte der Fehlersignalspan- nung längs der Abszisse. Wird weiter eine Kurve für den Strom durch den Widerstand R2, als Funktion der Fehlersignalspannung, eingezeichnet, erhält man eine Kurve 2, die in Fig. 3 veranschaulicht ist.
Dem Strom durch den Widerstand R2 ist die Bezeichnung i2 gegeben worden. Er ist von V1 abhängig und längs der Ordinate aufgetragen, die Fehlersignalspannung längs der Abszisse. Der beschriebene Teil des Filters gibt jedoch nur Anlass zu den zwei ersten Teillinien in der Kurve 2, das heisst, dass der unterste Teil seiner Länge nach bestimmt ist, während der darauffolgende Teil unbegrenzte Länge hat.
Mit Hilfe der zwei Kurven in Fig. 2 und 3 wird, wie in. Fig. 4 gezeigt ist, die Bremslinie des Filters in einem Phasenplan eingezeichnet, wobei die Zeitderi vierte der Fehlersignalspannung längs der Ordinate und die Fehlersignalspannung längs der Abszisse aufgetra gen ist. Die beschriebene Bremslinie des Filters wird von den zwei untersten Teillinien in der Kurve 3 ver anschaulicht. Wie es in Fig. 3 der Fall gewesen ist, hat nur der vorletzte unterste Teil unbegrenzte Länge.
Die Bremslinie gibt an, wann der Fehlersignalkanal die Signalspannung Null abgibt, das heisst wo i1 und i2 gleich gross sind und entgegengesetzte Vorzeichen ha ben. Nach obigem soll die gewünschte Bremslinie den Charakter einer Parabel haben. Eine derartige ge wünschte Bremslinie wird durch die Kurve 4 veran schaulicht. Dadurch, dass die Bremskurve für den be schriebenen Teil des Filters in Fig. 1 einmal gebro chen ist, nähert sie sich besser der Parabel als eine un gebrochene Linie.
Wird die Verschiebungslinie in der Phasenebene eingezeichnet, das heisst die Linie, welche die Zeitderivierte des Fehlerwinkels als Funktion des Fehlerwinkels angibt, zeigt sich, dass sie von der X- Achse ausgeht und nach oben verläuft, bis sie die Bremslinie schneidet, das heisst in vorliegendem Fall den verlängerten Teil der vorletzten untersten Teil linie in der Kurve 3, wonach sie sich der Bremslinie anschmiegt.
Wird der Widerstand R31 mit einer Abzweigung parallel geschaltet, die erst zwei Gleichrichter L3 und L4 enthält, die miteinander parallel geschaltet und ge- geneinandergerichtet sind und dann einen Widerstand R32, der mit dem genannten Gleichrichter reihen geschaltet ist, erhält man einen Knick von unten auf der anderen Linie in der soeben genannten Brems kurve in Fig. 4, so dass die Kurve aus drei Teillinien besteht.
Ein Knick auf der dritten Teillinie lässt sich erhalten, wenn der Widerstand R32 mit einer Abzwei gung parallel geschaltet wird, die derjenigen gleicht, mit welcher der Widerstand R31 parallel geschaltet worden ist, das heisst, dass der Widerstand Ran für jeden über den ersten Knick hinaus gewünschten Knick mit einer Abzweigung parallel geschaltet wird, die zwei Gleichrichter und einen Widerstand R3 ", i > enthält.
Durch Anordnung einer grossen Anzahl Ab zweigungen der zuletzt genannten Art bekommt die Kurve 3 in Fig. 4 annähernd die Form der gewünsch ten Parabel. Der Buchstaben gibt die Anzahl Parallel- abzweigungen an.
Da jede der Kurven 2 und 3 in Fig. 3 und 4 drei Knicke aufweist, bedeutet das, dass der Widerstand R31 mit zwei Abzweigungen parallel geschaltet ist. In Fig. 4 ist die Verschiebungslinie für ein Servosystem gezeigt, das ein derartiges Filter enthält. Dieser Linie ist das Bezugszeichen 5 gegeben worden. Wie die an deren Verschiebungslinien wird sich auch diese Linie nach dem Schneiden mit der Bremslinie an diese an schmiegen.
In Fig. 4 ist weiter eine Kurve 6 eingezeichnet, die parallel mit der Kurve 3 verläuft. Die Kurve 6 wird von der Konstruktion des Servosystems bestimmt. Die Punkte längs der genannten Kurve geben die maximale Verzögerung des Servosystems an. Der Abstand der Kurve 6 von der Kurve 4 lässt sich unter anderem dadurch regulieren, dass das Filternetz mit einer wei teren Parallelabzweigung versehen wird, die rein re- sistiv ist, wobei der Widerstandswert der Abzweigung den veränderten Abstand bestimmt.
Die im vorangegangenen aufgezeichneten Kurven basieren in bezug auf die Filterkomponenten auf fol genden Werten: R1 = 300 Kohm R2 = 150 Kohm R31 = R32 . . . Ran = 50 Kohm C = 0,2.
,uF Vd = 0,5 V = Kniespannung des Gleichrichters Es dürfte jedoch offenbar sein, dass den oben genannten Komponenten, ganz nach dem gewünschten Charakter der Bremslinie 3 in Fig.4, andere Werte gegeben werden können.
Für die Gleichrichter in den Abzweigungen, welche die Widerstände R32 R3" enthalten, gilt, dass sie mit anderen, nichtlinearen Elementen ersetzt wer den können, und dass deren Anzahl in jeder Abzwei gung auf ein Element vermindert werden kann.
Unter Abmessungsgesichtspunkten kann es an gebracht sein, den Kondensator C mit einer weiteren Abzweigung, die rein resistiv ist, parallel zu schalten.