Verfahren zur Regelung von Prozessen und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens
Die Erfindung betnfft ein Verfahren zur Regelung von Prozessen, die eine Totzeit aufweisen und eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Unter Totzeit des Prozesses wird hierbei diejenige Prozesszeit verstanden, die vom Zeitpunkt der Einwirkung des Prozesses auf das zu behandelnde Material bis zu demjenigen Zeitpunkt abläuft, in welchem das Resultat dieser Einwirkung messbar und zur Prozessregelung benutzbar ist.
Regler haben bei der Regelung des Verlaufes von Arbeitsverfahren die Aufgabe, eine Abweichung der Regelgrösse von ihrem Sollwert zu verhindern oder zumindest so rasch und soweit wie möglich zu korrigieren. Bekannte Regler mit Rückführung erfüllen diese Aufgabe durch die Bildung eines Korrektursignales, welches von der Abweichung vom Sollwert abhängig ist.
Das Regelsignal enthält oft eine Ableitung und einen Integralwert der Abweichung. Das grösste Problem beim Entwurf derartiger Regler besteht darin, eine möglichst rasche Reaktion zu erreichen, ohne dass eine Instabilität auftritt, welche normalerweise die Form von gedämpften oder ungedämpften Schwingungen hat, die als Pendeln bezeichnet werden. Eine derartige Instabilität entsteht durch zeitliche Verschiebungen zwischen Ursache und Wirkung und tritt in zwei grundlegenden Typen auf. Die eine Instabilität wird durch Speicherung von Energie verursacht, z. B. in Schwungrädem, in Form von thermischer Kapazität von erhitzten Massen, durch elektrische Kapazitäten und Induktivitäten.
Durch die Verwendung einer Ableitung der Abweichung in der Rückführung wird eine Verminderung und Beeinflus sung der Wirkung einer derartigen Verzögerung erzielt.
Eine schwierigere Art der Verzögerung wird durch den Zeitraum verursacht, welchen das Material zur Bewegung von einer Stelle benötigt, an welcher seine Behandlung erfolgt zu einer anderen Stelle, wo das Resultat der Behandlung gemessen wird, also durch die eingangs genannte Totzeit. Die besondere Eigenschaft dieser Art von Verzögerung besteht darin, dass sie lange Phasenverschiebungen verursacht, welche das System instabil machen, und zwar ohne den besonderen Effekt der grossen Trägheit bei Systemen mit Energiespeicherung.
Eine Rückführung mit dem Differentialwert der Abweichung ist wenig wirksam. Eine Stabilität kann in diesem Falle mit dem normalen kontinuierlich arbeitenden Regler des Proportional-Integral-Differential-Typs nur erreicht werden, wenn der Verstärkungsfaktor (d. h. die Grösse und die Geschwindigkeit der Korrektur) klein ist.
Das hat zur Folge, dass die Reaktion eines derartigen Reglers träge ist oder Pendelungen verursacht. Es sind zur Verbesserung derartiger Regler Regelsysteme mit einer diskontinuierlichen Entnahme von Messwerten vorgeschlagen worden. Nach diesen Vorschlägen werden die Korrekturen jeweils nach festen Zeiträumen vorgenommen. Es gibt jedoch Arbeitsverfahren, bei welchen die Anwendung dieser Vorschläge zu unbefriedigenden Resultaten führen würde. Es handelt sich um Arbeitsverfahren, bei welchen sich die Totzeit ändert, wie z. B.
bei der Trocknung von Textilmaterial in einer Trocknungsanlage, wenn nach der üblichen Art die Geschwindigkeit des Materiales in der Anlage zur Steuerung des Trocknungsvorganges verändert wird.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die angeführten Nachteile bekannter Verfahren und Regler zu vermeiden.
Erfindungsgemäss ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass aus einem elektrischen Signal, welches den Sollwert der Regelgrösse darstellt, ein Ausgangssignal in der Weise abgeleitet wird, dass es mindestens angenähert den Sollwert der Stellgrösse darstellt, der aufgrund der Prozesseigensch,aften zur Steuerung der Regelgrösse bei seiner Einführung in den Prozess erforderlich ist, dass ferner aus einem weiteren elektrischen Signal, welches den Istwert der Regelgrösse darstellt ein weiteres Ausgangssignal in der gleichen Weise wie das erstgenannte Ausgangssignal abgeleitet wird, wobei das weitere Ausgangssignal den Istwert der Stellgrösse darstellt, und dass die tatsächlich in den Prozess eingeführte Stellgrösse intermittierend -um den Differenzwert der beiden genannten Ausgangssignale korrigiert wird,
so dass die Wirkung jeder Korrektur vor einer nachfolgenden Korrektur feststellbar ist.
Die Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung von Signalen, welche den Sollwert und den Istwert der Regelgrösse darstellen, eine Vorrichtung zur Aufnahme dieser Signale, welche dazu ausgebildet ist, von dem den Sollwert der Regelgrösse darstellenden, zugeführten Signal das erstgenannte und von dem den Istwert der Regelgrösse darstellenden, zugeführten Signal das zweitgenannte Ausgangssignal in der gleichen Weise abzuleiten, und durch Mittel zur Bildung des Differenzwertes der beiden Ausgangssignale und zur intermittierenden Korrektur der zur Einführung in den Prozess vorgesehenen Stellgrösse um den gebildeten Differenzwert.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner die Anwendung des oben definierten Verfahrens zur Regelung eines kontinuierlichen Trocknungsprozesses für beweg tes Textilgut.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Regeleinridh.tung,
Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel, die Figuren 4 bis 11 verschiedene Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Bei einem elektrischen Ausführungsbeispiel wird eine Spannung, die einer Geschwindigkeit proportional ist, einem Tachogenerator entnommen, und zwar über einen Gleichrichter, wenn der Generator Wechselstrom liefert. Diese Spannung wird einer integrierenden Schaltung zugeführt, deren Ausgang einen Relaiskreis betä tigt, welcher einen Impuls liefert, worauf das Regelsystem wieder auf seinen Ausgangspunkt zurückge bracht wird, um nach Intervallen cc = 5 (Geschwindig- keit) dt, d. h. Intervallen, die eine feste Distanz unabhängig von der Geschwindigkeit darstellen, von neuem betätigt zu werden. In der Fig. 1 ist eine derartige
Anordnung dargestellt. Eine Stoffbahn 10 ist durch eine Trocknungsvorrichtung 12 durchgeführt. Das Trocknungsverfahren wird durch ein Regelsystem mit Rückführung geregelt.
Ein Signal, welches den tatsächAichen Feuchtigkeitsgehalt des Stoffes 10 darstellt, wird einem Regler 18 zugeführt. Das Signal wird durch eine Elektrode 14 gebildet, welche die Stoffbahn an ihrem Austritt aus der Trocknungsvorrichtung 12 berührt und über eine Messschaltung 16 für die Feuchtigkeit an den Regler 18 angeschlossen ist. Gleichzeitig wird durch einen Sollwertgeber 20 ein Signal gebildet, welches dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt entspricht, und ebenfalls dem Regler 18 zugeführt. Ein Motor 22, welcher den Mechanismus für die Bewegung der Stoffbahn 10 durch die Trocknungsvorrichtung 12 antreibt, treibt gleichzeitig einen Tachogenerator 24 an, dessen Ausgang an eine Integrator- und Impulsgenerator-Schaltung 26 angeschlossen ist.
Die Impulsgenerator-Schaltung 26 liefert Impulse nach Intervallen, welche gegebenen Längen der durch die Trocknungsvorrichtung 12 geführten Stoffbahn entsprechen, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit der Bahn. Jeder Impuls dient dem Auslösen eines Korrekturvorganges durch den Regler 18, falls ein solcher notwendig ist, wobei die Korrektur durch einen Drehzahlregler 28 des Motors 22 erfolgt.
Die Beschaffenheit und die Arbeitsweise des Reglers 18 werden später erläutert.
Bei einer anderen Ausführung ist ein Signalgeber für eine Verschiebung, wie z. B. ein Potentiometer, mechanisch mit einem Teil des Mechanismus zur Veränderung der Geschwindigkeit der behandelnden Maschine mechanisch verbunden. Durch eine entsprechende Betätigung des Signalgebers, z. B. über eine Widerstands Schaltung aus einer Gleichstromquelle, kann ein Spannungs- oder Stromsignal gebildet werden, welches sich mit der Gescbwindigkeit verändert. Dieses Signal kann zur Steuerung eines Impulsgenerators (z. B. eines Multivibrators) verwendet werden, so dass eine Impulsfrequenz entsteht, die im wesentlichen der Geschwindigkeit proportional ist.
In der Fig. 2 ist eine einfache mechanische Ausführung des Regelsystems dargestellt, wie sie bei einer Trocknungsvorrichtung für eine Textilbahn Verwendung findet. Wie beim vorigen Beispiel ist eine Stoffbahn 28 durch eine Trocknungsvorrichtung 30 geführt. Ein drehbares Element 32 ist mechanisch von einem Motor 34 angetrieben, welcher gleichzeitig auch den nicht dargestellten Mechanismus antreibt, welcher der Bewegung der Stoffbahn 28 durch die Trocknungsvorrichtung 30 dient. Mit dem Element 32 ist eine Nockenfläche 36 verbunden, welche der Betätigung eines Schalters 38 nach Intervallen dient, die dem Durchgang einer be stimmten Länge des Materiales entsprechen.
Jedesmal, wenn der Schalter 38 betätigt wird, wird ein Steuerimpuls einem Regler 40 eines Rückführungs-Regelsystems zugeführt, mit dem Ziel, einen Korrektureingriff auszulösen, wenn ein solcher notwendig ist. Das Regel system ist gleich, wie es im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurde. Die gleiche Wirkung kann wieder elektrisch oder elektronisch auf verschiedene Arten erreicht werden. Die Impulse können durch verschiedene Typen von Signalgebern, z.B. auf magnetischer, photoelektrischer oder kapazitiver Basis gebildet werden und können auf eine beliebige bekannte Weise gezählt werden. Es wird dabei jeweils ein Zeitimpuls abgegeben, wenn eine bestimmte Anzahl Impulse, welche eine bestimmte Länge des Materiales darstellen, empfangen wurden.
Nach der Abgabe des Impulses wird die Zählvorrich,tung auf Null zurückgestellt, um mit dem Zählvorgang von neuem zu beginnen.
In der Fig. 3 ist eine derartige Ausführung darge stellt. Nach dieser Figur wird eine Stoffbahn 42 durch eine Trocknungsvorrichtung 44 geführt. Ein Antriebs motor 48 treibt gleichzeitig ein Zahnrad 46 an, wobei eine Bewegung der Zähne des Zahnrades an einem magnetischen Signalgeber 50 vorbei, die Entstehung von Impulsen zur Folge hat, welche einem Impulszähler 52 zugeführt werden. Der Impulszähler 52 liefert jeweils einen Zeitimpuls einem Regler 54 des bereits erwähnten Typs.
In der Regel kann der Anordnung, welche einen Tachogenerator mit einer Integrierschaltung verwendet, der Vorzug gegeben werden, da sie weitgehend aus normalen Teilen zusammengestellt werden kann. So befindet sich normalerweise bereits ein Tachogenerator auf der Maschine, welcher dem Antrieb eines Gerätes zur Geschwindigkeitsanzeige dient. Oft ist es möglich, diesen Generator zu verwenden, und damit zusätzliche Kosten zu vermeiden. Das gleiche Relais, welches den Ausgangsimpuls liefert, kann auch zur Rückstellung der Integrierschaltung für den nächsten Arbeitszyklus die- nen. Andere Kontakte können zur Rückstellung für einen neuen Beginn verwendet werden, sobald jeweils die Maschine abgestellt wird.
Auf diese Weise wird die Notwendigkeit der Verwendung einer besonderen Zeitschaltung vermieden, welche die Aufgabe hätte, nach einem Stillstand der Maschine einen Regeleingriff erst dann zu gestatten, wenn eine bestimmte Länge des Materiales durch die Maschine durchgeführt wurde.
Die Weise, auf welche das erfindungsgemässe Verfahren und eine entsprechende Regeleinrichtung arbeiten, wird im folgenden anhand der Figuren 4 bis 11 der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert.
oder Verkleinerung von M die Grösse von C auf den
Es sei die Regelgrösse mit C und die die Regelgrösse beeinflussende Stellgrösse mit M bezeichnet. C ist von M abb,ängig, und es kann daher durch eine Vergrösserung oder Verkleinerung von M die Grösse von C auf den gewünschten Wert gebracht werden. Ein Diagramm des gegenseitigen Verhältnisses von C und M ist in der Fig.
4 dargestellt.
Der Verlauf der Veränderung von C bei einer Änderung von M, d. h. der Wert dC/dM darf nicht Null oder unendlich sein. Wenn dieser Wert Null wäre, so hätte eine Änderung von M nicht eine Änderung von C zur Folge. Es wäre somit unmöglich, den Wert von C auf die gewünschte Grösse zu bringen. Wenn andererseits das Verhältnis den Wert unendlich hätte, so wäre die Grösse von C unbestimmt.
Es ist somit die Neigung im Diagramm, welche eine Beeinflussung des Wertes C durch eine Veränderung von M ermöglicht. Wenn festgestellt wird, dass die Grösse C den Wert CA hat, während sie den Wert C3 haben sollte, so ergibt es sich aus dem Diagramm, dass die Grösse M vom Wert MA auf den Wert MB geändert werden muss. Das gilt auch, wenn die Grösse C eine nichtlineare Funktion von M ist, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Falle ist die Grösse der Veränderung von M, die zur Bildung einer bestimmten Änderung der Grösse Clerforderlich ist, nicht mehr konstant sondern ändert sich je nachdem, an welcher Stelle der Kurve mit veränderlicher Neigung sich die Punkte A und B befinden.
Es gibt kegelsysteme, bei welchen eine diskontinuierliche Entnahme von Messwerten verwendet wird, um eine gute Steuerung eines Arbeitsverfahrens zu ermöglicbn, welches grosse Totzeiten aufweist, d. h.
Zeiten, welche das Material zu seiner Bewegung von der Stelle der Behandlung zur Stelle benötigt, an welcher das Resultat der Behandlung gemessen und für Regelzwecke verwendet werden kann. Die beste Reaktion wird bei derartigen Regelsystemen erhalten, wenn die Veränderung der Stellgrösse M durch den Regeleingriff gerade ausreicht, um die Regelgrösse C von ihrem Istwert CA auf ihren Sollwert C3 ZU bringen. Die erforderliche Änderung der Grösse M zur Erzielung dieser Wirkung kann aus dem Diagramm in der Fig. 5 abgelesen werden und entspricht der Änderung von MA auf Mg.
Wo das Verhältnis zwischen den Grössen M und C linear ist, reicht es aus, die Differenz zwischen dem
Istwert CA und dem Sollwert C3 zu messen und dann durch den Regler eine Veränderung der Stellgrösse M herbeizuführen, welche der Differenz Cn-CA propor tional ist. Das ist der übliche Vorgang bei bekannten Reglern. Es ergeben sich dabei jedoch ungenaue Werte der erforderlichen Änderung der Stellgrösse M, wenn das Verhältnis zwischen den Grössen M und C nicht linear ist.
Es ist durch die vorliegenden Massnahmen möglich, einen Regler zu schaffen, bei welchem ein nichtlineares Verhältnis zur Bestimmung der Korrektureingriffe an der Stellgrösse M verwendet werden kann, wodurch genauere und raschere Veränderungen der Regelgrösse
C erzielt werden, als dies mit einem linearen Regelsystem möglich wäre.
Wie bereits erwähnt, ist es bei Reglern üblich, die Differenz C-CA zwischen dem Sollwert und dem Istwert zu bestimmten, die als Regelabweichung bezeichnet wird, und dann aus dieser Regelabweichung das
Korrektursignal für die Stellgrösse M ZU bestimmen.
Beim vorliegenden Regelsystem wird nicht die Differenz
CB-CA bestimmt, sondern es werden die Grössen C3 und CA jede getrennt einer Vorrichtung zugeführt, welche das nichtlineare Verh,ältnis der Grössen C und M darstellt. Auf diese Weise werden Werte Mg und MA abgeleitet, welche den Werten CR und CA entsprechen.
Die Differenz zwischen M3 und MA ist dann die erforderliche Änderung der Stellgrösse M und das diese Differenz darstellende Signal wird dann angewendet, um die gewünschte Änderung der Stellgrösse M herbeizuführen.
Die Vorrichtung, welche das Verhältnis zwischen den Grössen C und M darstellt, enthält zumindest angenähert bereits bekannte Angaben über das Arbeitsverfahren. Auch wenn die Kenntnisse des Arbeitsver fab,rens unvollständig sind, so liefern sie einen Ausgangspunkt, nach welchem der Wert der Stellgrösse M anfänglich eingestellt werden kann, um einen entsprechenden Wert der Grösse C zu liefern, der im Idealfall der Sollwert ist, sich jedoch in Wirklichkeit diesem nur in einer ersten Näherung nähert. Ein Vorteil, welcher entsteht, besteht darin, dass wenn das Verfahren nach einem Stillstand begonnen wird, der Wert der Grösse M selbsttätig auf angenähert den richtigen Wert eingestellt wird. Wenn hingegen die Grösse M nach einem Stillstand von Hand eingestellt wird, so kann ihr Wert vom richtigen Wert stark abweichen.
Bestehende Typen von Reglern wirken normalerweise langsam und brauchen eine lange Zeit, um den Wert der Grösse M zu korrigieren, wenn sie nur mit Rückführungssignalen der Abweichung arbeiten.
Der Vorteil, welcher durch die Verwendung im Regler einer Vorrichtung entsteht, welche das Verhältnis der Grössen C und M abbildet, besteht im wesentlichen auch dann, wenn die Vorrichtung sehr einfach ist und nur eine lineare erste Näherung des tatsächlichen Verhältnisses zwischen den Grössen C und M darstellt.
Wenn das Verhältnis zwischen den Grössen C und M genau bekannt wäre und keinen Änderungen unterliegen würde, so könnte das Arbeitsverfahren auf einfache Weise so geregelt werden, dass man die Grösse M auf einen Wert einstellen würde, welcher dem Sollwert der Grösse C entspricht. Bei pratkischen Arbeitsverfahren ist jedoch das Verhältnis, auch wenn es theoretisch oder anhand von Versuchen genau bekannt ist, Änderungen unterworfen, die durch andere veränderliche Grössen verursacht sind, wie z. B. Temperatur, Druck, Zustand des behandelten Materiales usw. Theoretisch könnten diese Grössen gemessen werden, und es könnte ihr Einfluss auf die Regelgrösse C berechnet werden, so dass die Einstellungen der Stellgrösse auf dieser Grundlage durchgeführt werden könnten.
Praktisch ist dies jedoch normalerweise nicht möglich. Es muss daher zu Regeleingriffen gegriffen werden, die auf einer Messung der Abweichung der Grösse C vom Sollwert beruhen.
Auf diese Weise entsteht eine Regelung mit Rückführung in Abhängigkeit von der Abweichung, und es werden Resultate erzielt, welche die Vorteile beider Arten der Regelung verbinden. Der Vorteil dieser Massnahme besteht darin, dass die Verwendung eines sogenannten Prozess-Simulators die direkte Einstellung eines entsprechenden Wertes von M gestattet, ohne dass auf eine Messung der Abweichung gewartet werden muss, welche Messung diskontinuierlich erfolgt. Unter einem Prozess-Simulator wird eine elektronische Schaltung verstanden, bei welcher die Eingangs- und Ausgangsspannungen in einem Verhältnis zueinander stehen analog zum Verhältnis zwischen dem Eingang des Prozess, d. h. der Stellgrösse M, und dem Ausgang des Prozesses, d. h. der Regelgrösse C.
Bei Verwendung eines solchen Prozess-Simulators vermindert die Rückführung darauf fortschreitend die Abweichungen, welche auf einer ungenauen Kenntnis oder einer Änderung der Verhältnisse der Grössen C und M beruhen.
Wenn das Vehältnis in wesentlicher Weise nwchtli- near ist, so wird vorteilhafterweise ein nichilinearer Prozess-Simulator verwendet, um das Verhältnis genau darzustellen. Es werden dadurch der ursprüngliche Wert der Grösse M wie auch die folgenden Korrekturen genauer durch den Regler bestimmt.
Es seien nun Änderungen im Diagramm des Verhältnisses zwischen C und M untersucht. So sei in der Fig. 6 die volle Linie das im ProzessZimulator dargestellte angenommene Verhältnis, während die parallele gestrichelte Linie das tatsächliche Verhältnis zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellt
Der Wert Mu wird anhand des Wertes CB über den Punkt P an der vollen Linie bestimmt, während CA der Wert der Grösse C ist, welcher sich aus einem Betrieb des Verfahrens mit der Stellgrösse Mg ergibt. Die Grösse CA wird auf den Wert Mg über den Punkt Q an der gestrichelten Linie erhalten. Der erforderliche Wert ist durch den Punkt S an der gestrichelten Linie dargestellt. Aus der Geometrie des Parallelogrammes PSQR ergibt es sich, dass PS = RQ, so dass die erforderliche Korrektur der Grösse M RQ beträgt.
Der Wert RQ kann als die Differenz der Werte von M bestimmt werden, die durch eine Eingabe des Wertes C5 und des Wertes CA in den Prozess-Simulator erhalten werden. Diese Überlegung gilt auch beim Diagramm nach der Fig. 7, in welchem das Verhältnis von C und M nichtlinear ist.
Die gestrichelte Kurve ist aus der voll dargestellten Kurve nur auf einfache Weise durch eine horizontale Verschiebung gebildet, d. h. durch die Addition eines konstanten Wertes von M an jeder Stelle der Kurve
Das wesenflicbe Merkmal des vorliegenden Regelsystems besteht darin, dass die Differenz der Werte CA und Cg nicht direkt verwendet wird, wie dies bei normalen Reglern mit Rückführung der Fall ist, sondern dass die Werte CA und C3 dem Prozess-Simulator getrennt zugeführt werden und dass auf diese Weise der entsprechende Wert der Stellgrösse M bestimmt wird, wobei der Prozess-Simulator nichtlinear sein kann.
Die entsprechende Differenz der erhaltenen Werte der Grösse M stellt die erforderliche Korrektur dar.
Bei den vorangehenden Überlegungen wurde vorausgesetzt, dass die Abweichungen im Diagramm der Grössen C und M einzig darin bestehen, dass jedem Wert der Grösse M ein konstanter Wert beigefügt wird, d. h. dass die Kurve in einer Richtung parallel zur Achse verschoben wird. Dadurch wird eine Familie von Kurven erhalten, welche bei einem bestimmten Wert von C zueinander parallel sind. Bei einem Arbeitsverfahren, bei welchem eine Familie von Kurven der Wert C und M durch eine Multiplikation jedes der Werte M an einer Kurve durch den gleichen Faktor erhalten wird, ergibt sich die in der Fig. 8 dargestellte Form. Diese kann in die Form nach der Fig. 7 dadurch umgewandelt werden, dass als veränderliche Grösse der Logarithmus von M genommen wird.
Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass eine bestimmte Grösse des log M immer die gleiche Änderung der Grösse M in Prozenten ausgedrückt ergeben muss, ohne Rücksicht auf den Wert wider Grösse M.
Auf diese Weise können die erwähnten Vorteile auch bei einem Verfahren erhalten werden, das gemäss dem Diagramm in der Fig. 8 verläuft. Wenn z. B. M die Geschwindigkeit ist, mit welcher das Material während der Behandlung bewegt wird, so kann durch bekannte Verfahren ein elektrisches Signal gebildet werden, welches den Wert log M darstellt. Dieses Signal kann dann die Regelgrösse eines untergeordneten Regelkreises bilden, welcher den Mechanismus zur Regelung der Geschwindigkeit der Maschine enthält. Das Eingangssignal eines derartigen Regelkreises, d. h. seine Stellgrösse ist das Ausgangssignal des vorliegenen Regelsystems.
Die Nich,tlinearität des Verhältnisses der Regelgrösse C, die eingehalten werden soll (z. B. der Feuchtigkeitsgehalt des Materiales) und des Messsignales, welchessie darstellt (z. B. eine elektrische Spannung oder ein Strom), kann einen erheblichen Wert erreichen. Wenn jedoch die Grösse C in den vorangehenden Diagrammen tatsächlich das Ausgangssignal des Messsystems ist, so wurde eine darartige Nichtlinearität bereits berücksichtigt und ist im Diagramm dargestellt, und zwar in Kombination mit eventuellen Nichtlinearitäten des Verfahrens. Auf diese Weise stellt der Prozess-Simulator ein Verhältnis dar, welches die Nichtlinearität des Verfahrens wie auch des Messsystems berücksichtigt.
Die Weise, wie der Regler die beste anfängliche Einstellung der Grösse M und darauf folgende Korrekturen bestimmt, wird somit nicht durch eine Nichtlinearität der Messung gestört. Trotzdem muss eine besonders grosse Nichtlinearität der Messung vermieden werden, da die Gefahr entsteht, dass in diesem Falle ein genauer und arbeitsfähiger Prozess-Simulator sehr schwer auszubilden oder für den Betrieb ungeeignet wäre. Es wird bevorzugt, die Messungen soweit linear zu bekommen, wie dies wirtschaftlich vertretbar ist.
Der Prozess-Simulator zur Darstellung des Verhältnisses zwischen C und M kann an sich eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, welche geeignete Eingangsund Ausgangssignale aufweist. So können dies z. 3.
Schaltungen von Widerständen und/oder Dioden und/oder Verstärkern sein, wie sie z. B. in Analog Rechenmaschinen verwendet werden. Es muss in diesem Zusammenhang hervorgehoben werden, dass während M die Eingangsgrösse des Verfahrens und C seine Ausgangsgrösse ist, der Prozess-Simulator das gleiche Verhältnis zwischen M und C wie das Verfahren aufweisen muss, wobei jedoch C seine Eingangsgrösse und M seine Ausgangsgrösse ist, wie dies in stark vereinfachter Form aus der Fig. 9 bervorgeht. Bei allen diesen Überlegungen wird angenommen, dass das in Prozess-Simulator dargestellte Verhältnis das Verhältnis der Eingangsgrösse und der Ausgangsgrösse des Verfahrens in stationärem Zustand ist.
Da die Rückführung beim Regelvorgang von der voneinander unabhängigen Einführung der Grössen C3 und CA in den Prozess-Simulator abhängig ist, muss entweder dieser verdoppelt werden, oder er muss abwechselnd für die Grössen C3 und CA verwendet werden. Durch eine Verdoppelung erhöhen sich die Kosten, und es entsteht die Gefahr, dass die Charakteristiken nicht mit ausreichender Genauigkeit aneinander angepasst sind oder angepasst bleiben. Es ist daher billiger und genauer, einen einzigen Prozess-Simulator mit einer Umschaltung zu verwenden und einen Vergleich dadurch zu gestatten, dass die Eingangsgrösse gespeichert wird, während die Schalter auf die andere Eingangsgrösse umgestellt werden. Eine entsprechende Anordnung ist in der Figur 10 dargestellt.
Die Speicherung kann vorzugsweise in einem integrierenden und invertierenden Verstärker erfolgen, wie sie üblicherweise bei Analog-Rechnern Verwendung finden. Das Ausgangssignal eines derartigen Verstärkers ist eine umgekehrte Wiedergabe des Eingangssignales und wird eingeschaltet, wenn sich die Schalter in der Stellung B befinden. In der Stellung A wird der Messwert an den Prozess-Simulator angeschlossen und die Differenz MB-MA erscheint anQder Stelle D der Schaltung.
Wenn sich die Schalter in der Stellung B befinden, so besteht bei der dargestellten Schaltung der Vorteil, dass der direkte Signalweg beibehalten bleibt und eine Kontrolle des Nullpunktes an der Stelle D gestattet.
Bei der Schaltung nach der Figur 10 erscheint nach einer gleichzeitigen Umstellung der Schalter in die Stellungen A an der Stelle D ein Signal, welches die erforderliche Korrektur der Grösse M darstellt. Dieses Signal ist das Ausgangssignal leder Differenzschaltung, in welcher die Werte der Grössen M3 und MA verglichen werden. Da der Speicher gleichzeitig eine Inversion herbeiführt, genügt für die Differenzschaltung ein einfaches Paar von gleichen Widerständen.
Es stellt sich die Frage, auf welche Weise das Signal, welches die erforderliche Korrektur der Grösse M darstellt, verwendet werden soll. Bei einer einfachen' Ausführung des Regelsystems kann das Signal direkt einem System zugeführt werden, welches eine Änderung der Grösse M um einen Betrag verursacht, welcher dem Signal proportional ist. So kann z. B. das Signal zur Aufladung eines Kondensators verwendet werden, wel cher darauf linear entladen wird, so dass ein Impuls entsteht, dessen Dauer der Grösse des Signales proportional ist. Ein derartiger Impuls kann dann einem Mechianismus zur Veränderung der Grösse M zugeführt werden, z. B. einem Mechanismus zur Veränderung der Geschwindigkeit in Fällen, wo die Grösse M eine Geschwindigkeit oder eine Funktion der Geschwindigi keit ist.
Es versteht sich, dass auch andere bekannte Vorrichtungen zur Herbeiführung einer Änderung der Grösse M, die proportional zum Signal ist, verwendet werden können. Obwohl derartige Anordnungen einen Prozess-Simulator verwenden, wie bereits beschrieben wurde, um die geeignete Grösse der erforderlichen Korrektur von M festzustellen, so ist trotzdem eine derartige Regelung nur von der Abweichung abhängig und macht keine wirksame Verwendung der im Prozess Simulator enthaltenen Information, um die Grösse M unmittelbar und in geeigneter Weise vom ursrpünglichen Sollwert oder von späteren Änderungen des Sollwertes abhängig zu machen.
Durch eine weitere Ergänzung des Regelsystems wird es ermöglicht, das Ausgangssignal des Speichers nach der Figur 10 als das Hauptsignal zu verwenden2 um die Grösse M unmittelbar vom Sollwertsignal abhängig zu machen. Gleichzeitig wird dadurch ermöglicht, das Signal an der Stelle D in der Figur 10 mit dem Hauptsignal zu vereinigen, wodurch die gleiche Wirkung erzielt wird, wie wenn die vollen Kurven in den Figuren 3 und 4 parallel zur M-Achse in eine neue Stellung verschoben werden, welche durch die gestrichelte Kurve dargestellt ist. Die Figur 11 zeigt ein derartiges System in der Form einer Fortsetzung der Figur 10.
Bei der Anordnung nach der Figur 11 wird das Signal von der Stelle D einem Eingang einer Schaltung nach der Art eines Analog-Rechners zugeführt, welche als Speicherpaar bezeichnet wird. Wenn sich die gemeinsam beweglichen Umschalter in der Stellung A befinden, wird der Speicher X des Speicherpaares eingeschaltet, so dass das Signal D umgekehrt an der Stelle E erscheint, während der Speicher Y seinen vorherigen Wert an der Stelle F behält. Wenn die Schalter in die Stellung B gebracht werden, so wird der Speicher Y eingeschaltet und kehrt das Signal von neuem um, so dass eine Abbildung des ursprünglichen Signales D an der Stelle F erscheint.
Dieses Signal von der Stelle F wird an den Eingang des Speichers X zurückgeführt, so dass es beibehalten und unbegrenzt durchgegeben wird, auch wenn das Signal an der Stelle D auf den Wert Null fällt, wie dies der Fall ist, wenn der Regeleingriff genau ist und die Abweichung auf Null vermindert. Das Ausgangssignal des Speicherpaares an der Stelle F wird mit dem Hauptsignal in einer einfachen Widerstandsschaltung vereinigt, so -dass ein kombiniertes korrigiertes Signal an der Stelle G erscheint, welches wahlweise einem Trennverstärker zugeführt wird, um an der Stelle H ein Ausgangssignal von ausreichender Intensität und Inpedanz zu liefern, wie es zur Speisung des Mechanismus erforderlich ist, durch welchen der Wert der Grösse M beim Verfahren eingestellt wird.
Das Speicherpaar hat somit die Aufgabe, das Korrektursignal der Stelle D in dauernder Form zu speichern, so dass es dem Hauptsignal beigefügt werden kann und nicht verschwindet, auch wenn das Signal an der Stelle D schwindet.
Auf diese Weise wird im endgültigem Ausgangssignal die Information, welche vom Sollwert über den Prozess-Simulator gewonnen wird, mit der ebenfalls durch den Prozess-Simulator geführten Information von der Messung der Grösse C kombiniert, so dass der Fehler im Prozess-Simulator auf wirksame Weise korrigiert wird.
Es versteht sich, dass'die Regelanordnung nach den Figuren 10 und 11 bei den Regelsystemen mit Rückführung nach den Figuren 1 bis 3 verwendet werden kann. So kann z. B. die Elektrode 14 (Fig. 1) ihr Signal dem Messsystem nach der Fig. 10 zuführen, während der Geschwindigkeitsregler 20 das Differenzsignal D (Figur 10) oder das kombinierte Signal von der Stelle H (Figur 11) erhalten kann.