DD219346B1 - Schaltungsanordnung zur einstellung der begrenzungshoehe in einem ehk-regler mit pi-uebertragunsverhalten - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Einstellung der Begrenzungshöhe in einem EMK-Regler, der aus einem zwischen P- und Pl-Verhalten umschaltbaren linearen Regler besteht und insbesondere für eine Anwendung zur Realisierung bestimmter Funktionsabläufe bei geregelten Stromrichterantrieben vorgesehen ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Zeitschrift „Regelungstechnik" Heft 6/1960, Seite 194ff sindTransidyn-Regelungen für Walzwerksantriebe beschrieben, wobei insbesondere das Prinzip einer Transidyn-Regelung am Beispiel der Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit konstanter Fremderregung und unterlagertem Ankerstromregelkreis mit überlagertem Drehzahlregler näher erläutert ist. Durch den Einsatz eines Hochlaufreglers (Sollwertintegrators) wird der nichtlineare Arbeitsbereich des Drehzahlreglers vermieden und damit auch eine „ NichtÜbersteuerung" vorausgesetzt. Zur Realisierung der Feldschwächung wird ein als PID-Regler geschalteter EMK-Regler mit Magnetverstärker ohne Feldstromregelung eingesetzt. Bei einer Feldumkehr erfolgt eine Beeinflussung des Ankerstromsollwertes zur Vermeidung von unzulässigen Beschleunigungsspitzen.

In der DE-AS 2440084, G 05 F, 1/10 ist eine Schaltungsanordnung zur Stromregelung mit nichtlinearem Regelverhalten beschrieben, bei dem hinter der Vergleichsstelle von Führungs- und Regelgröße ein nichtlineares Glied vorgesehen ist, welches eine abschnittsweise lineare Kennlinie aufweist. Die dort beschriebene Strom regelschaltung ist insbesondere für eine Anwendung bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung vorgesehen. Die eigentliche Begrenzung ist hierbei vor dem PI-Regler angeordnet, so daß am PI-Regler im Gegensatz zur Erfindung keine Übersteuerungen auftreten können. In der DE-AS 2220663, G 05 B, 13/02 ist ein wahlweise auf I- oder Pl-Verhalten umschaltbarer Regler beschrieben. Es erfolgt eine Anpassung des Reglers an die Bedürfnisse der Regelstrecke ausschließlich im linearen Arbeitsbereich, z. B. Strom-Adaption des Ankerstrom-Regelkreises, während bei der Erfindung eine Umschaltung vom linearen in den nichtlinearen Arbeitsbereich und umgekehrt zu beherrschen ist.

Die DD-PS 212859, H 03 G, 11/00 beschreibt eine Schaltungsanordnung für nichtlineare Verstärker zur Bildung von Übertragungskennlinien mit mehreren Knickstellen und unterschiedlichen Verstärkungskoeffizienten. Hierbei werden Widerstandsnetzwerke im Rückkopplungszweig zur Umschaltung des Übertragungsverhaltens mit FET-Schaltem zur Realisierung einer nichtlinearen abschnittsweisen Kennlinie eingesetzt, während die Erfindung einen linearen Übertragungsfaktor zu realisieren hat und darüber hinaus im nichtlinearen Bereich ein konstanter Ausgangswert zur Verfügung zu stellen ist.

Schließlich ist noch die US-PS 3694720, H 02 P, 3/04 bekannt, welche sich auf den Ankerkreis einer Gleichstrom-Maschine unter Verwendung eines umschaltbaren Pl-Reglers in der Kombination mit einem im Drehzahl-Istwert eingesetzten Filters insbesondere zur Eliminierung von niederfrequenten Störgrößen bezieht. Eine Anwendung auf eine EMK-Regelung mit überlagerter Feldstromregelung bei Feldumkehrschaltungen ist hierbei nicht möglich und auch nicht vorgesehen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Schaltung zur Beeinflussung des Übertragungsverhaltens eines Regelkreises mit einem PI-Regler, deren Wirksamkeit nicht von den Parametern der Regelstrecke und der Optimierung des Reglers abhängig ist und mit der ein Überschwingen des Istwertes, insbesondere des Feldstromes, vermieden wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen EMK-Regler, der aus einem zwischen P-und Pl-Übertragungsverhalten umschaltbaren linearen Regler besteht, dem ein Begrenzer mit einstellbarer Begrenzungshöhe nachgeordnet ist und bei dem die Umschaltung des Übertragungsverhaltens des linearen Reglers beim Überschreiten der durch den Begrenzer festgelegten Begrenzungshöhe über einen geeigneten Begrenzungsdetektor erfolgt, eine Schaltungsanordnung zur Einstellung der Begrenzungshöhe so anzugeben, daß die Begrenzungshöhe in weiten Grenzen kontinuierlich einstellbar ist und daß beim Überschreiten eines für den Istwert der Regelgröße vorgegebenen Grenzwertes die Begrenzungshöhe auf einen niedrigen Wert umschaltbar ist und daß bei Bedarf der Wert für die Begrenzungshöhe unabhängig vom kontinuierlich vorgegebenen Wert der Begrenzungshöhe und unabhängig vom Istwert der Regelgröße auf den Wert Null umschaltbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in der Weise gelöst, daß der Eingang eines Komparators mit dem Istwert-Eingang eines linearen Reglers und der Ausgang des Komparators mit dem Eingang eines Begrenzungssollwertbildners verbunden ist, daß der Geber für einen kontinuierlich einstellbaren Wert der Begrenzungshöhe mit dem Eingang des Begrenzungssollwertbildners verbunden ist und daß der Ausgang des Begrenzungssollwertbildners mit dem Eingang für die einstellbare Begrenzungshöhe des Begrenzers mit einstellbarer Begrenzungshöhe und über einen Null-Schalter mit dem, der Begrenzungshöhe Null entsprechenden Potential verbunden ist. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Eingang des Begrenzungssollwertbildners über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode mit dem Massepotential und über eine Reihenschaltung, bestehend aus einer in Sperrichtung geschalteten Diode und einem Widerstand, mit dem Eingang eines Summierverstärkers und der Eingang des Begrenzungssollwertbildners über einen Widerstand mit dem Eingang des Summierverstärkers verbunden und der Ausgang des Summierverstärkers über einen Widerstand auf den Ausgang des Begrenzungssollwertbildners geschaltet. Der Komparator weist eingangsseitig einen Betragsbildner auf.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Rückführung eines nachgebenden linearen Reglers 20 (PI-Regler) befindet sich zwischen dem Rückführungswiderstand R und dem Rückführungskondensator C ein elektronischer Schalter 8, vorzugsweise ein MOS-FET, welcher durch ein Signal eines Begrenzungsdetektors 3 betätigt wird. Dieser Begrenzungsdetektor 3 ist vorzugsweise als Trigger 19 mit einer optimierten negativen Vorspannung ausgeführt. Das Betätigungssignal für den elektronischen Schalter 8 wird durch den Begrenzungsdetektor 3 dann abgegeben, wenn der Ausgangswert des linearen Reglers 20 den durch ein Signal aus einem Begrenzungssollwertbildner 6 vorgegebenen Begrenzungswert erreicht oder überschreitet. Der Vergleich der beiden Werte erfolgt in einem Begrenzer 2 mit einstellbarer Begrenzungshöhe, der insbesondere durch einen offenen Differenzverstärker 18 realisiert ist, wobei auf den invertierenden Eingang der zu begrenzende Wert und auf den nichtinvertierenden Eingang der Begrenzungssollwert geführt ist. Zwischen invertierendem Eingang und Ausgang des Differenzverstärker 18 istzur Entkopplung ein Spannungsfolger 16 geschaltet. Am Ausgang des Begrenzers 2 mit einstellbarer Begrenzungshöhe erscheint als Ausgangswert des linearen Reglers 20 oder der durch den Begrenzungsbildner 6 vorgegebene begrenzte Sollwert Soll'. Gleichzeitig erfolgt die Auswertung des Istwertes mittels eines Istwert-Komparators 4. Liegt am Komparator 4 kein oder ein Istwert unterhalb der Triggerschwelle an, so wirkt nur der mittels eines Gebers 5 für einen koninuierlich einstellbaren Wert der Begrenzungshöhe eingestellte statische Begrenzungswert über den Begrenzungssollwertbildner 6 auf den Begrenzer 2 mit einstellbarer Begrenzungshöhe. Bei Überschreiten des am Komparator 4 eingestellten Ansprechwertes des Istwertes wirkt dieser auf den Begrenzungssollwertbildner 6 und setzt den am Geber 5 für den kontinuierlich einstellbaren Wert der Begrenzungshöhe eingestellten Wert herab. Durch Betätigung einer Nullsteuerung bzw. eines Null-Schalters 7 wird praktisch jeder Ausgangswert des linearen Reglers 20 begrenzt und es können Feldumkehrvorgänge ohne Rücksichtnahme auf Zeitvorgänge in der Rückführung des linearen Reglers 20 leicht beherrscht werden. Die Vorgabe bzw. das Erreichen des Begrenzungswertes „Null" durch den Null-Schalter 7 wird durch den Begrenzungsdetektor 3 augenblicklich erfaßt und die Rückführung des linearen Reglers 20 über den elektronischen Schalter 8 aufgetrennt. Der Rückführungskondensator C hat eine Ladung gespeichert, die dem Lastfall vor einer Betätigung des Nullschalters 7 entspricht. Die Vorgabe des Führungswertes „Null" bedeutet einen Abbau des Istwertes mit maximaler Geschwindigkeit. Nach Aufhebung des Signals des Nullschalters 7 bewirkt der Sollwert am linearen Regler 20 den maximalen, nur durch den Geber 5 begrenzten Führungswert und einen Aufbau des Istwertes mit maximaler Geschwindigkeit. Bei Erreichen des Sollwertes durch den Istwert wird der noch offene lineare Regler 20 sofort aus der Begrenzung'zurückgesteuert und über den Begrenzungsdetektor 3und den elektronischen Schalter 8 seine Rückführung wieder geschlossen. Da die Ladung des Rückführungskondensators C, die etwa der Spannung der erforderlichen Korrekturgröße nach Erreichen des Sollwertes durch den Istwert entspricht, erhalten geblieben ist, beginnt die Regelung mit dem neuen Sollwert wieder mit der dem Lastfall entsprechenden Korrekturspannung. Ist derzu begrenzende Wert kleiner als der Begrenzungssollwert, so befindet sich der Ausgang des Differenzverstärkers 18 des Begrenzers 2 mit einstellbarer Begrenzungshöhe in seiner natürlichen positiven Begrenzung und der Ausgang des Begrenzungsdetektors 3 in der positiven Begrenzung, womit das Gate des elektronischen Schalters 8 negatives Potential erhält und die Rückführung des linearen Reglers 20 durchgeschaltet ist. Ist der begrenzende Wert kleiner oder größer als der Begrenzungssollwert, so nimmt der Ausgang des Differenzverstärkers 18 des Begrenzers 2 den Wert des Begrenzungssollwertes an. Da die Diode 17 des Begrenzers 2 in diesem Zweig liegt, wird der Ausgangswert des Differenzverstärkers 18 um den Betrag der Schwellenspannung der Diode 17

verringert. Damit wird der Ausgang des Begrenzungsdetektors 3 positiv, der elektronische Schalter 8 öffnet und trennt die Rückführung auf, so daß der lineare Regler 20 zum offenen P-Verstärker wird. Den Begrenzungssollwert liefert der Begrenzungssollwertbildner 6, der durch einen Summierverstärker 611 realisiert ist. Auf den Eingang des Summierverstärkers 611 sind der kontinuierlich einstellbare statische Begrenzungssollwert, der durch den Einstellregler 10 des Gebers 5 für einen kontinuierlich einstellbaren Begrenzungswert vorgegeben wird und das Potential des Ausgangs des Istwerttriggers 9 des Istwert-Komparators 4 auf den Eingang 61 des Sollwertbildners 6 geführt. Die Schwelle des Istwerttriggers 9 ist durch den Einstellregler 22 veränderbar. Ist der Istwert am Eingang des Istwerttriggers 9 kleiner als die eingestellte Schwelle, so wird der Ausgang des Istwerttriggers 9 auf Nullpotential durch die Diode 63 des Begrenzungssollwertbildners 6 begrenzt. Der Begrenzungssollwert am Ausgang des Summierverstärkers 611 des Begrenzungssollwertbildners 6 entspricht dann dem statisch eingestellten Begrenzungssollwert. Wird die Eingangsspannung des Istwerttriggers 9 größer als dessen eingestellte Schwelle, so wird dessen Ausgang negativ und der Begrenzungssollwert am Ausgang des Summierverstärkers 611 wird auf die positive Flußspannung der Diode 15 des Nullschalters 7 begrenzt. Während der Nullsteuerung wird ein positives Signal an das Gate des MOS-FET 13, des Null-Schalters 7 geführt. Damit sperrt dieser MOS-FET 13, der Transistor 14 des Null-Schalters 7 schaltet durch und der Begrenzungssollwert wird zu Null. Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß der Einsatz bei thyristorgespeisten Gleichstromantrieben, bei denen die Feldumkehrschaltung mit EMK-Regelung angewendet wird, besonders zweckmäßig ist, indem bei gleichbleibender Leistung des Stellgliedes die Entnahme einer höheren bzw. erhöhten Antriebsleistung gewährleistet ist. Mit der Erfindung wird unabhängig vom dynamischen Verhalten des Pl-Reglers ein Überschwingen des Istwertes von einem bestimmten Betrag an sicher vermieden. Außerdem erfordert die Erfindung einen relativ geringen schaltungstechnischen Aufwand.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Einstellung der Begrenzungshöhe in einem EMK-Regler mit Pl-Übertragungsverhalten, der aus einem zwischen P- und Pl-Übertragungsverhalten umschaltbaren linearen Regler besteht, dem ein Begrenzer mit einstellbarer Begrenzungshöhe nachgeordnet ist und bei dem die Umschaltung des Übertragungsverhaltens des linearen Reglers beim Überschreiten der durch den Begrenzer festgelegten Begrenzungshöhe mit Hilfe eines geeigneten Begrenzungsdetektors erfolgt sowie unter Verwendung eines Komparators und eines Begrenzungssollwertbildners, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Komparators (4) mit dem Istwert-Eingang des linearen Reglers (20) und der Ausgang des Komparators (4) mit dem Eingang des Begrenzungssollwertbildners (6) verbunden ist und daß der Geber (5) für den kontinuierlich einstellbaren Wert der Begrenzungshöhe mit dem Eingang (62) des Begrenzungssollwertbildners (6) verbunden ist und daß der Ausgang des Begrenzungssollwertbildners (6) mit dem Eingang für die einstellbare Begrenzungshöhe des Begrenzers mit einstellbarer Begrenzungshöhe (2) und über einen Null-Schalter (7) mit dem, der Begrenzungshöhe „Null" entsprechenden Potential verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (61) des Begrenzungssollwertbildners (6) über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (63) mit dem Massepotential und über eine Reihenschaltung, bestehend aus einer in Sperrichtung geschalteten Diode (64) und einem Widerstand (65) mit dem Eingang eines Summierverstärkers (611) verbunden ist und der Eingang (62) des Begrenzungssollwertbildners (6) über einen Widerstand (66) mit dem Eingang des Summierverstärkers (611) verbunden ist und daß der Ausgang des Summierverstärkers (611) über einen Widerstand (67) auf den Ausgang des Begrenzungssollwertbildners (6) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (4) eingangsseitig einen Betragsbildner aufweist.