Schrittregler mit Rückführung Die Erfindung betrifft einen Schrittregler mit einem Schaltglied, das beim Auftreten einer Regelabweichung von dieser abhängige Impulse an ein nachgeschaltetes Stellglied abgiebt sowie einer Rückführung, deren Ein gang mit dem Ausgang des Stellgliedes oder des Schalt gliedes verbunden und deren Ausgangsgrösse der Regel abweichung am Reglereingang entgegengeschaltet ist. Ein derartiger an sich bekannter Regler besitzt also di.- in Fig. 1 wiedergegebene Charakteristik.
Die Regelab weichung X,. wird dem vorzugsweise als Verstärker ausgebildeten Schaltglied 1 zugeführt, das bei einem bestimmten Ansprechwert X"" der Regelabweichung anspricht und dann Impulse an das nachgeschaltete Stellglied 2, das einen Integrator darstellt und meist als Stellmotor ausgeführt ist, abgibt. Dieses Stellglied er zeugt seinerseits die Stellgrösse Y, beispielsweise eine bestimmte Ventilstellung.
Das Schaltglied 1 des Reglers wird ausser Betrieb ge setzt, sobald die Regelabweichung den Wert Xai, er reicht. Der Regler besitzt also eine Schalthysterese Xan Xab# Zur guten Anpassung des Reglerverhaltens an die jeweils vorliegende Regelstrecke ist die Rückführung 3 vorgesehen, deren Eingang die Stellgrösse Y zugeführt werden kann, die aber in Fig.l aus Gründen der einfachen Schaltung mit dem Ausgang des Schaltglie des 1 in Verbindung steht.
Die kennzeichnenden Grössen der Rückführung sind die Rückführamplitude V,. und die Zeitkonstante T,. Tritt eine Regelabweichung X, auf, so arbeitet das Schaltglied 1, und der Einfluss der Rückführung, die an den Eingang des Reglers beispielsweise im Fall einer durch eine Spannung dargestellten Regelabweichung X,v eine dieser entgegengerichtete Spannung abgibt, nimmt mit der Zeitkonstanten T,. zu.
Ist umgekehrt infolge des Regelvorganges und der Rückführung die Regelabweichung X,. am Eingang des Reglers so weit kompensiert, dass der Wert Xab erreicht ist, so schal tet das Schaltglied 1 ab, und der Rückführeinfluss ver- mindert sich mit der Zeitkonstante T,.. Sobald die Regelabweichung, vermindert um den noch verbliebe nen Rückführeinfluss, den Ansprechwert X"" wiederum erreicht hat, beginnt der Vorgang von neuem, so dass eine schrittweise Regelung durch impulsweises Ein- und Ausschalten des Stellgliedes 2 erzielt wird.
Dabei ist der Regler im allgemeinen so aufgebaut, dass zwischen po sitiven und negativen Regelabweichungen insofern unter schieden wird, als bei Anwendung eines Stellmotors dieser je nach dem Vorzeichen der auftretenden Regel abweichung in verschiedenen Drehrichtungen erregt wird.
Der kürzeste Impuls für die Betätigung des Stell gliedes 2 tritt dann auf, wenn die Regelabweichung X,- gerade den Ansprechwert X"" des Schaltgliedes 1 erreicht. Der Rückführeinfluss muss dann mit der Zeit konstante T, bis zum Betrag Xari Xab ansteigen, um das Schaltglied 1 wieder abzuschalten. Daher ist der kürzeste Impuls von den kennzeiqhnenden Grössen T, und V,.
der Rückführung sowie der Schalthyste- rese abhängig; gegebenenfalls gehen noch zusätzliche Verzögerungen des Schaltgliedes verlängernd ein.
Die Rückführung ist im Hinblick auf die günstigste Anpassung ihrer Eigenschaften an diejenigen der Re gelstrecke ausgelegt, und zwar abhängig von dem Zeit verhalten und der Verstärkung der Strecke. Dadurch ist auch der kürzest mögliche Impuls, und damit über das Stellglied der kürzeste Stellschritt, festgelegt. über die Streckenverstärkung ergibt sich daraus. die kleinst mögliche Veränderung der Regelgrösse.
Dies bedeutet aber, dass bei einer bestimmten optimalen Auslegung der Rückführung der Regler zwar Störungen ausregeln kann, aber in dem Falle, in dem die Beeinflussung der Ein gangsgrösse des Schaltgliedes 1 bei dem kürzesten Steh impuls Ymi" gerade so gross wie die tote Zone 2 - X"" des Reglers ist, die Gefahr des Schwingens des Reglers auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittregler des oben beschriebenen Aufbaues anzu- geben, bei dem die Schwingungsneigung beim Auftreten von gerade den Ansprechwert des Reglers erreichenden Regelabweichungen unterbunden ist und der ganz all gemein den Vorteil einer guten Stabilität besitzt. Diese Aufgabe wird beim Schrittregler nach der Erfindung dadurch gelöst, dass eine von der erstgenannten Rück führung unabhängige zusätzliche Rückführung vorge sehen ist, die beim Schalten des Schaltgliedes die An sprechgrenzen des Reglers sowohl für positive als auch für negative Regelabweichungen nach höheren Werten für den Betrag der Regelabweichung verschiebt.
Die Verschiebung erfolgt zweckmässigerweise mit einer derart gewählten Zeitkonstante, dass bei an der Ansprechgrenze des Reglers liegenden Regelabweichun gen der Regler definierte kurze Impulse an das Stell glied abgibt. Diese Impulse können so kurz sein, dass sie von dem vorzugsweise als Stellmotor ausgebildeten Stellglied gerade noch verarbeitet werden können.
Bei unruhigen Messgrössen wird nun die Verschie bung der Ansprechgrenze des Reglers und die Zeitkon stanten vorteilhaft so gross wählen, dass unerwünschtes häufiges Schalten des Reglers infolge der Unruh der Messgrösse vermieden ist. Zweckmässigerweise lässt man die Verschiebung nach Abschalten des Schaltgliedes mit einer Zeitkonstante verschwinden.
An Hand der in Fig. 2 wiedergegebenen Kennlinie eines beispielsweisen erfindungsgemässen Schrittreglers soll dessen prinzipielle Wirkungsweise kurz erläutert werden. Auf der Abszisse des dort dargestellten. Dia grammes ist die Regelgrösse X aufgetragen, während sich der positive Ordinatenbereich auf das eine, mit H bezeichnete Relais, der negative Ordinaten-Bereich auf das andere, mit T bezeichnete Relais des in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Relais ausgerüsteten Reg lers bezieht.
Dabei werden also dem Relais H die po sitiven und dem Relais T die negativen Regelabwei chungen zugeführt, und diese Relais betätigen bei spielsweise einen Stellmotor in der zum Ausregeln der jeweils vorliegenden Regelabweichung geeigneten Dreh richtung.
Die relativ dünn gezeichneten Kurven beziehen sich auf einen bekannten Regler mit einer einzigen Rück führung; sie wurden schon im Zusammenhang mit der Rückführung 3 in Fig. 1 erläutert. Erfindungsgemäss ist nun eine zweite, von der ersten Rückführung und von etwaigen Verzögerungen in den Schaltgliedern oder Verstärkern unabhängige zusätzliche Rückführung vor gesehen, die bewirkt, dass beim Schalten des Schaltglie des die Ansprechgrenze des Reglers vorübergehend auf einen höheren Wert Xa,nl verschoben wird.
Demgemäss ändert sich auch die Lage des Wertes, bei dem das Schaltglied 1 aberregt wird, von dem Wert X"b auf einen höheren Wert X."1. Diese mit einer bestimmten Zeitkonstante erfolgende Verschiebung des Abfallwer tes hat die Abgabe eines Impulses definierter Dauer zur Folge. Ferner bewirkt die erfindungsgemäss vorge sehene zusätzliche Rückführung eine Spreizung der Kennlinie des Reglers (dicke Kurven) in dem Sinne, dass die zusätzliche Rückführung beide Ansprechgrenzen vorübergehend nach höheren Werten für die Regelab weichung verschiebt.
Die bevorzugte Ausführungsform der mit zwei zur Impulserzeugung dienenden Kippstufen, von denen über eine Vorstufe der einen die positiven und der anderen die negativen Regelabweichungen zugeführt werden, ar beitenden Anordnung sieht vor, dass den Kippstufen ein vorzugsweise durch einen Schalttransistor gebildeter Schalter zugeordnet ist, der beim Einschalten einer der beiden Kippstufen von dieser betätigt wird und ihrem Eingang über ein Zeitkonstantenglied vorüber gehend einen der Regelabweichung entgegengesetzten Vorstrom zuführt. Verständlicherweise kann statt eines Vorstromes, falls erforderlich, auch eine entsprechende Vorspannung zugeführt werden.
Im Sinne der in Fig. 2 dargestellten Kennlinien führt der Schalter gleichzeitig auch dem Eingang der jeweils anderen Kippstufe einen deren Ansprechwert vergrössernden Vorstrom bzw. eine Vorspannung zu.
Man wird das Zeitkonstantenglied als RC-Glied mit einem Kondensator ausführen, der sich bei Be tätigung des Schalters auflädt und dessen Ladestrom zur Erzeugung des Vorstromes bzw. der Vorspannung dient. Für die Entladung werden zweckmässigerweise zusätzliche Entladewiderstände vorgesehen, und die Ent- ladezeitkonstante des Kondensators dient zur Bestim mung der Impulsfrequenz des Reglers.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemässen Schrittreglers dargestellt. Die jeweilige Regel abweichung Xw wird über die Vorstufe 10 den beiden Kippstufen 11 und 12 zugeführt, von denen die erste beispielsweise positiven Regelabweichungen zugeordnet ist und bei deren Auftreten das Relais H betätigt, wäh rend die Kippstufe 12 beispielsweise negativen Regel abweichungen zugeordnet ist und dann das Relais T betätigt.
Die Kontakte für den Antrieb des Stellgliedes und die Rückführung sind mit 13 und 14 bezeichnet; die sie enthaltende Schaltung ist hinsichtlich der Erfin dung von untergeordneter Bedeutung, so dass sie aus Gründen der übersichtlichkeit nicht im einzelnen ange geben ist.
Die Kippstufen 11 und 12 sind in an sich bekann ter Weise unter Verwendung von Schalttransistoren 15, 16 bzw. 17, 18 in Verbindung mit zur Einstellung des Arbeitspunktes und zur Erzielung der erforderlichen Rückkopplung dienenden, in der Figur nicht näher be zeichneten Widerständen aufgebaut.
Es ist die zusätzliche Rückführung 19 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch den Schalttransistor 20 mit dem Zeitkonstantenglied C, R1, R2 gebildet ist.
Sobald beispielsweise eine den Ansprechwert des Reglers übersteigende positive Regel abweichung an die Basis des Vortransistors 15 der Kipp- stufe gelangt, wird dieser Transistor gesperrt und dafür der Transistor 16 durchlässig, der das Relais H ein schaltet. Über den Widerstand R2 wird dann das Kol- lektorpotential des Schalttransistors 20 so beeinflusst, dass dieser Transistor gesperrt wird.
Dann lädt sich der Kondensator C über den Ladewiderstand Rl auf; seine Spannung dient dazu, über den Widerstand R2 das Basispotential des Vortransistors 15 im die Ansprech- grenze des Reglers erhöhenden Sinne zeitweilig zu ver schieben. Gleichzeitig wird über den anderen Wider stand R2 das Basispotential auch der Kippstufe 12 in demselben Sinne verändert.
Für die Länge der Impulse ist, sofern R2 sehr gross gegen R1 ist, die Zeitkonstante Rl - C massgebend. Diese Zeitkonstante wird man so wählen, dass die kürzeste Impulslänge den Eigenschaften des Stellglie des angepasst ist.
Die Entladezeit des Kondensators C .ist proportional dem Produkt 22 . C und so gross, dass sie die grösste Impulsfrequenz des Reglers bestimmt, um Schaltglieder und Antriebe zu schonen.
Mit der Erfindung lässt sich somit ein Schrittregler mit Rückführung schaffen, der keine Schwingungsnei gungen besitzt, eine stabilisierte Regelung durchführt und, sofern die zusätzliche Rückführung gleichzeitig auf beide Kippstufen wirkt, nicht sofort hintereinander Regelimpulse unterschiedlichen Vorzeichens abgibt. Der beschriebene Regler verhält sich vorübergehend wie ein Regler mit einer grösseren Unempfindlichkeitszone; entsprechend der Zeitkonstante der zusätzlichen Rück führung wird er mit der Zeit wieder empfindlicher.
Es ist auch möglich, zusätzliche gleichrichtende Elemente, wie Dioden, einzuschalten, die eine saubere Trennung zwischen Lade- und Entladewiderständen durchführen.