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Einrichtung zum Verbessern der Stabilität von analogen Regelkreisen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verbessern der Stabilität von analogen Regelkreisen bei Antrieben mit schwingungsfähigen Massen in der Regelstrecke.
Bei elektrischen Antrieben wird der Motor über Kupplungen, Wellen und Getriebe mit der Arbeitsmaschine verbunden. Diese Übertragungsglieder enthalten elastische Teile, z. B. in der Kupplung oder im Getriebe. Diese elastischen Teile stellen zusammen mit den Schwungmassen des Antriebs schwingungsfähige Gebilde dar, die von aussen durch entsprechende Frequenzen zu Resonanzschwingungen angeregt werden können. Diese Resonanzschwingungen stören meist bei gesteuerten Antrieben nicht; führen jedoch zu Schwierigkeiten bei Antrieben, bei ,denen ein Regelkreis geschlossen wird; z. B. wenn der Istwert der Drehzahl am Ausgang der Regelstrecke zum Regler zurückgeführt wird.
Dann enthält die für die Stabilität der Regelung entscheidende Kreisverstärkung in der Umgebung der Resonanzfrequenz eine Anhebung, die zu Eigenschwingungen des Regelkreises führt. Diese Eigenschwingungen könnten durch starke Glättungsglieder gedämpft werden; es wird aber auch dadurch die Geschwindigkeit der Regelung geringer.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zu schaffen, die eine stabile Regelung ohne Einbusse an Regelgeschwindigkeit ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in den Regelkreis ein oder mehrere Filter eingesetzt sind, die auf die Resonanzfrequenz bzw. -frequenzen der schwingungsfähigen Massen abgestimmt sind, und deren Dämpfungsvenlauf die durch die Resonanz verursachten Amplitudenänderungen im Regelkreis kompensiert.
Es wird also, mit anderen Worten, an beliebiger Stelle des Regelkreises eine gegensinnige Resonanzstelle, d. h. z. B. ein Sperrkreis eingefügt, welcher in Dämpfung und Resonanzfrequenz derart dimensioniert ist, dass die Resonanzstelle in der Regelstrecke gerade oder wenigstens angenähert aufgehoben wird. Dadurch kann die Regelverstärkung so angehoben und der Regelkreis so schnell gemacht werden, als ob die ursprüngliche Resonanzstelle nicht vorhanden wäre. Der oder die Sperrkreise werden dabei vorteilhaft an Stellen niedrigen Leistungsniveaus eingebaut, um den Aufwand an Bauelementen klein zu halten; z. B. direkt nach dem Mess- umformer am Ausgang der Regelstrecke.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Bei der Anordnung gemäss dem in Fig. 1 gezeigten Blockschaltbild treibt ein Elektromotor 2 eine Arbeitsmaschine 3. Die schwingungsfähigen Massen dieses Antriebs sind symbolisch durch ein Kästchen 4 dargestellt, in dem der Verlauf der Schwingungsamplitude abhängig von der Frequenz angedeutet ist.
Der Drehzahl-Istwert am Ausgang 14 der Regelstrecke (2, 3, 4) wird durch einen Messwertumformer 5, z. B. einer Tachometermaschine, in eine drehzahlproportionale Spannung umgesetzt. Dem Messwertumfor- mer 5 isst ein Sperrkreis nachgeschaltet, der in Dämpfung und Resonanzfrequenz derart dimensioniert ist, dass im Regelkreis die Resonanzstelle in der Regelstrecke gerade oder annähernd aufgehoben wird. Schematisch ist dies durch den Verlauf der Durchlasskurve des Sperrkreises abhängig von dir Frequenz angedeutet.
Die Ausgangsspannung des Sperrkreises wird, wie durch den Pfeil 8 angedeutet, als Istwert nebst dem durch einen Pfeil 7 angedeuteten Sollwert auf den Regler 1 gegeben, der entsprechend dann auf den Motor 2 einwirkt.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des Sperrkrei- sets 6. Von dem als Tachometermaschine 9 ausgebildeten Drehzahlmesswertumformer 5 wird eine der Drehzahl proportionale Spannung an den Sperrkreis 6 gegeben. Dieser besteht aus einem T-Glied mit je einem ohmschen Widerstand 10 bzw. 11 im Längszweig und einem aus Kondensator 12 und Spule 13 bestehenden Serienresonanzkreis im Querzweig.
Es versteht sich dabei, dass als Filter auch andere in der Filtertechnik bekannte Schaltungen benützt werden können. Ferner können, um verschiedene Resona zstel-
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len bzw. Oberschwingungen der schwingungsfähigen Massen zu berücksichtigen, auch ein oder mehrere Filter mit verschiedenen Resonanzen vorgesehen sein.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für geregelte Antriebe bei Papiermaschinen, kann aber auch bei Förderanlagen, Walzwerken usw. Verwendung finden.
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Device for improving the stability of analog control loops The invention relates to a device for improving the stability of analog control loops in drives with oscillating masses in the controlled system.
In the case of electric drives, the motor is connected to the machine via couplings, shafts and gears. These transmission members contain elastic parts, e.g. B. in the clutch or in the transmission. Together with the centrifugal masses of the drive, these elastic parts represent vibratory structures that can be stimulated to resonance vibrations from the outside by appropriate frequencies. These resonance vibrations usually do not interfere with controlled drives; however lead to difficulties with drives in which a control loop is closed; z. B. if the actual value of the speed at the output of the controlled system is fed back to the controller.
Then the loop gain, which is decisive for the stability of the control, contains an increase in the vicinity of the resonance frequency, which leads to natural oscillations of the control loop. These natural vibrations could be dampened by strong smoothing elements; however, this also reduces the speed of the regulation.
The object of the invention is to create a device which enables stable control without any loss of control speed. This object is achieved according to the invention in that one or more filters are used in the control loop which are matched to the resonance frequency or frequencies of the oscillatable masses and whose damping curve compensates for the amplitude changes in the control loop caused by the resonance.
In other words, there will be an opposing resonance point at any point in the control loop, i.e. H. z. B. inserted a blocking circuit, which is dimensioned in damping and resonance frequency such that the resonance point in the controlled system is just or at least approximately canceled. As a result, the control gain can be increased and the control loop can be made as fast as if the original resonance point were not there. The trap or circuits are advantageously installed at points with low power levels in order to keep the number of components small; z. B. directly after the transmitter at the output of the controlled system.
An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing.
In the arrangement according to the block diagram shown in FIG. 1, an electric motor 2 drives a work machine 3. The oscillatable masses of this drive are symbolically represented by a box 4 in which the course of the oscillation amplitude is indicated as a function of the frequency.
The actual speed value at output 14 of the controlled system (2, 3, 4) is transmitted by a transducer 5, e.g. B. a tachometer machine, converted into a speed-proportional voltage. A blocking circuit is connected downstream of the transducer 5, the damping and resonance frequency of which is dimensioned in such a way that the resonance point in the controlled system is just or approximately canceled in the control circuit. Schematically, this is indicated by the course of the transmission curve of the trap circuit depending on the frequency.
The output voltage of the blocking circuit is, as indicated by arrow 8, given as an actual value in addition to the setpoint indicated by arrow 7 to controller 1, which then acts accordingly on motor 2.
FIG. 2 shows an embodiment of the blocking circuit 6. The speed measuring transducer 5, which is designed as a tachometer machine 9, sends a voltage proportional to the speed to the blocking circuit 6. This consists of a T-element with an ohmic resistor 10 or 11 in the series branch and a series resonant circuit consisting of a capacitor 12 and coil 13 in the shunt branch.
It goes without saying that other circuits known in filter technology can also be used as filters. Furthermore, in order to
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len or harmonics of the oscillatable masses to take into account, one or more filters with different resonances can also be provided.
The invention is particularly advantageous for controlled drives in paper machines, but can also be used in conveyor systems, rolling mills, etc.