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.
Error signal channel of a control device that contains a derivative network In control systems, you can either work with direct current signals or alternating current signals, which are fed to the error signal channel of a servo system.
When working with AC signals, the error signal channel usually consists of an AC amplifier, a phase detector, a smoothing network, a DC amplifier and a servo motor. The units mentioned are connected in series with one another in the order mentioned. On the other hand, if direct current signals are used, the error signal channel consists of a smoothing network, a direct current amplifier and a servo motor. These elements are also connected in series with one another in the sequence mentioned.
In order to avoid oscillation when setting such servo systems, they are provided with a derivation network, which is accommodated in the two types of error signal channels in front of the direct current amplifier.
Such a derivative network usually consists of a parallel connected capacitor with a resistor in the series branch and a resistor in the parallel branch. To get an idea of the braking effect of the derivation network mentioned, it is useful to record a so-called phase plan accordingly Fig. 4 for the servo system, from which it can be seen how a control device takes be until it comes to rest again.
In such a phase diagram, the Y-axis is divided into the variable speed and the X-axis into the variable angle, and the braking line thus obtained shows when the acceleration is positive or negative and how the derivation network influences an added signal. The character of the derivation network in the above phase plan is illustrated by a straight line that goes through the zero point.
All points along the above line indicate that the signal supplied by the error signal channel gives the servo system zero acceleration. If one draws a shift line in the mentioned phase diagram 1, i.e. a line that illustrates the relationship between the error angle of the servo system and the rate of change of the error angle,
This line starts from the X-axis and, after a certain reduction in the error angle, intersects the straight line mentioned, which characterizes the derivation network, after which the displacement line hugs the straight line mentioned. This character of the displacement line after cutting with the straight line is not the most advantageous because the servo system does not adjust itself with the desired speed.
In order to achieve the desired setting speed, the said straight line, which can also be called the braking line or switching line, must have a curved shape that matches or as good as matches the shape of a parabola.
The present invention enables the creation of an error signal channel in which the said braking line is broken in such a way that it more or less takes on the shape of a parabola, and relates to an error signal channel of a control device, with a derivative network having a series branch and a parallel branch,
wherein a capacitor and a resistor are parallel to one another in the series branch, which channel according to the present invention is characterized in that the parallel branch has a non-linear element connected in series with a resistor.
The parallel branch of the derivation network can expediently have branches which each contain a non-linear element connected in series with a resistor, the first branch with the resistance of the parallel branch, the second branch with the resistance of the first branch and each further branch with the resistance the branch preceding it is connected in parallel.
Embodiments of the present invention are described in more detail in connection with the accompanying drawings, wherein Fig. 1 shows a circuit diagram and Fig. 2-4 show three diagrams to facilitate understanding of the circuit.
In Fig. 1, a filter network is shown which contains a capacitor C in its series branch, which is connected in parallel with two resistors R1 and R2. One end of the parallel branch of the derivation network is connected to the junction between the resistors R1 and R2.
The parallel branch contains <I> two </I> rectifiers L1 and L2, which are connected in parallel to each other with the reverse direction of flow and connected in series with a resistor R31. So that the filter is described in its simplest embodiment. The resistors R1 and R2 can be replaced by a single resistor, which is provided with a branch between tween the end connections.
In certain cases, one of the two rectifiers L1 and L2 can be omitted or it can be replaced by other non-linear elements. A resistor R4 is connected to the filter network and represents the input resistance to the following circuits. It is assumed that the filter described above is placed before the DC amplifier of the error signal channel.
In the servo system, the size of the error angle corresponds to the size of the error signal voltage and the rate of change of the error angle corresponds to the time-derivative of the voltage mentioned. For this reason, the error angle can be specified with the error voltage V1 and the derivative of the error angle with the time-derivative of the error signal voltage. If a curve, which has been given the reference symbol i1, is applied across the current through the capacitor C as a function of the time derivative fourth of the error signal voltage,
curve 1 is obtained in FIG. 2, in which the current i1, which is influenced by dVildt, has been plotted along the ordinate and the derivative of the error signal voltage along the abscissa. If a curve is also drawn in for the current through the resistor R2 as a function of the error signal voltage, a curve 2 is obtained, which is illustrated in FIG. 3.
The current through the resistor R2 has been given the designation i2. It depends on V1 and is plotted along the ordinate, the error signal voltage along the abscissa. However, the described part of the filter only gives rise to the first two partial lines in curve 2, that is to say that the lowest part is determined according to its length, while the following part has unlimited length.
With the aid of the two curves in FIGS. 2 and 3, as shown in FIG. 4, the braking line of the filter is drawn in a phase diagram, the time derivative of the error signal voltage being plotted along the ordinate and the error signal voltage being plotted along the abscissa. The braking line of the filter described is illustrated by the two lowest sub-lines in curve 3. As was the case in FIG. 3, only the penultimate lowermost part has unlimited length.
The braking line indicates when the error signal channel emits the signal voltage zero, that is, where i1 and i2 are equal and have opposite signs. According to the above, the desired braking line should have the character of a parabola. Such a desired braking line is illustrated by curve 4. Because the braking curve for the part of the filter described in FIG. 1 is broken once, it approaches the parabola better than a broken line.
If the displacement line is drawn in the phase plane, i.e. the line which indicates the time derivative of the error angle as a function of the error angle, it can be seen that it starts from the X-axis and runs upwards until it intersects the braking line, i.e. in the present case Fall the extended part of the penultimate lowermost part line in curve 3, after which it hugs the braking line.
If the resistor R31 is connected in parallel with a branch that first contains two rectifiers L3 and L4, which are connected in parallel with each other and facing each other, and then a resistor R32, which is connected in series with the mentioned rectifier, a bend is obtained from below the other line in the braking curve just mentioned in Fig. 4, so that the curve consists of three sub-lines.
A kink on the third partial line can be obtained if the resistor R32 is connected in parallel with a branch that is similar to the one with which the resistor R31 was connected in parallel, that is, the resistance Ran for each beyond the first kink desired kink is connected in parallel with a branch that contains two rectifiers and a resistor R3 ", i>.
By arranging a large number of branches from the latter type, the curve 3 in Fig. 4 gets approximately the shape of the desired parabola. The letter indicates the number of parallel branches.
Since each of the curves 2 and 3 in FIGS. 3 and 4 has three kinks, this means that the resistor R31 is connected in parallel with two branches. 4 shows the shift line for a servo system which contains such a filter. This line has been given the reference number 5. Like the other lines of displacement, this line will also cling to the braking line after it has been cut.
FIG. 4 also shows a curve 6 which runs parallel to curve 3. The curve 6 is determined by the design of the servo system. The points along the curve indicate the maximum deceleration of the servo system. The distance between curve 6 and curve 4 can be regulated, among other things, by providing the filter network with a further parallel branch that is purely resistive, the resistance value of the branch determining the changed distance.
The curves recorded above are based on the following values with regard to the filter components: R1 = 300 Kohm R2 = 150 Kohm R31 = R32. . . Ran = 50 Kohm C = 0.2.
, uF Vd = 0.5 V = knee voltage of the rectifier It should be obvious, however, that the above-mentioned components can be given different values depending on the desired character of the braking line 3 in FIG.
For the rectifiers in the branches, which contain the resistors R32 R3 ″, it applies that they can be replaced with other, non-linear elements, and that their number in each branch can be reduced to one element.
From a dimensional point of view, it can be appropriate to connect the capacitor C in parallel with another branch that is purely resistive.