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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mehreren, d.h. zumindest zwei ersten Reglern.
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Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in der 1 dargestellt.
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Jeder der ersten Regler S1, S2 hat einen Eingang soll1, soll2 für eine Führungsgröße, einen Eingang für eine Regelgröße ist1, ist2 und einen Ausgang für eine Stellgröße Regout1, Regout2, wobei die Anordnung einen Ausgang Regout hat, über den die Ausgänge Regout1, Regout2 der ersten Regler S1, S2 zumindest mittelbar mit einem Stellglied verbindbar sind, und wobei die Ausgänge Regout1, Regout2 der ersten Regler S1, S2 so verschaltet sind, dass jederzeit nur ein Signal eines der Ausgänge Regout1, Regout2 der ersten Regler S1, S2 am Ausgang Regout der Anordnung abgreifbar ist, wobei dieser erste Regler S1, S2 als aktiver erster Regler und die anderen ersten Regler S1, S2 als passive erste Regler bezeichnet werden.
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Bei den ersten Reglern S1, S2 des Beispiels handelt es sich um PI-Regler mit je einem Operationsverstärker X1, X2. Die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker sind über Widerstände R2, R8 mit den Eingängen ist1, ist2 für die Regelgrö-ßen verbunden. Die nicht invertierenden Eingänge sind mit den Eingängen soll1, soll2 für die Führungsgrößen verbunden. Die Ausgänge der Operationsverstärker X1, X2 sind über eine Serienschaltung aus einem Kondensator C1, C2 und einem Widerstand R1, R7 mit den invertierenden Eingängen rückgekoppelt, wie es von PI-Reglern bekannt ist.
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Die Ausgänge Regout1, Regout2 der ersten Regler S1, S2 sind über Dioden D3, D5 mit einem Verbindungspunkt SumReg verbunden. Der Verbindungspunkt ist über einen Widerstand R6 mit einem positiven Bezugspotential verbunden und über eine weitere Diode D4 und einen weiteren Widerstand R5 mit dem Massepotential.
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Der Punkt zwischen der Diode D4 und dem Widerstand R5 ist mit dem Eingang eines Impedanzwandlers X5 verbunden, dessen Ausgang den Ausgang Regout der Anordnung bildet.
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Der Ausgang der Anordnung ist mit einer Regelstrecke verbunden, auf welche der aktive erste Regler der Anordnung einwirkt.
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Die Anordnung mit den mehreren ersten Reglern S1, S2 ist dazu geeignet, zu unterschiedlichen Zeiten oder unter unterschiedlichen Bedingungen mit einem der ersten Regler S1, S2 auf die Regelstrecke einzuwirken. Es kann damit der für die Zeiten oder die Bedingungen am besten geeignete erste Regler S1, S2 ausgewählt werden. Mit einem der ersten Regler S1, S2 kann zum Beispiel eine Ausgangspannung geregelt werden. Wenn aber der von dieser Ausgangsspannung getriebene Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet, kann stattdessen mit einem anderen ersten Regler S1, S2 der Ausgangstrom geregelt werden. Der Übergang zwischen den beiden ersten Reglern S1, S2 benötigt Zeit. Während dieser Zeit könnte sich durch die noch andauernde Wirkung des einen ersten Reglers eine unerwünschte Stromüberhöhung ergeben, bevor der andere erste Regler auf die Regelstrecke zur Regelung des Ausgangsstroms einwirken kann. Die unerwünschte Stromüberhöhung kann ein Fehlverhalten der Regelstrecke bilden.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der vorgenannten Art so zu verbessern, dass die für den Übergang benötigte Zeit, d.h. die Zeit zwischen dem Augenblick der Erfüllung der Bedingung für den Übergang und dem Eintritt der Wirkung des übernehmenden ersten Reglers möglichst klein ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Anordnung Einstellmittel aufweist, um an den Ausgängen der passiven ersten Regler Stellgrößen einzustellen, die der am Ausgang des aktiven ersten Reglers abgreifbaren Stellgröße zuzüglich eines Offset entsprechen.
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Mittels der Erfindung ist es möglich, die Ausgänge der passiven ersten Regler auf eine gewünschte Größe einzustellen. Erfindungsgemäß sind Einstellmittel so gestaltet, dass die gewünschte Größe am Ausgang der passiven ersten Regler der Stellgröße des aktiven ersten Reglers zuzüglich eines Offset von 0 V bis 2 V, vorzugsweise von 0,5 V entspricht.
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Die Erfindung hat zur Folge, dass die Zeit zwischen der Erfüllung der Bedingung für den Übergang und dem Eintritt der Wirkung des übernehmenden ersten Reglers reduziert wird, da bei der Aktivierung eines ersten Reglers die Wirkung des übernehmenden ersten Reglers auf den Ausgang der erfindungsgemäßen Anordnung schneller eintreten kann.
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Die Wirkung des übernehmenden ersten Reglers tritt je nach Gestaltung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung und insbesondere der vorzugsweise vorgesehenen Mittel zum Ermitteln der Stellgröße des aktiven ersten Reglers aus den Stellgrößen der ersten Regler z. B. dann ein, wenn die am Ausgang des übernehmenden ersten Reglers eine Stellgröße abgreifbar ist, die vorzugsweise kleiner ist als die Stellgröße des bisherigen aktiven ersten Reglers.
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Die Größen an den Ausgängen der passiven ersten Regler, d.h. auch die Größe am Ausgang des übernehmenden ersten Reglers hat erfindungsgemäß einen Wert, der näher an dem Wert liegt, bei dem die Wirkung des übernehmenden ersten Regler eintritt, als der Wert, den der übernehmende Regler gemäß dem Stand der Technik hat. Das bedeutet, dass das Einstellen des übernehmenden ersten Reglers mit dem Ziel, dessen Wirkung am Ausgang der erfindungsgemäßen Anordnung eintreten zu lassen, gegenüber dem Stand der Technik schneller erreicht werden kann. Die Wirkung des übernehmenden ersten Reglers am Ausgang der Anordnung kann dadurch schneller eintreten.
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Die Einstellmittel können zweite Regler umfassen, deren Anzahl höchstens der Anzahl der ersten Regler entspricht, wobei jeder zweite Regler einen Eingang für eine Führungsgröße, einen Eingang für eine Regelgröße und einen Ausgang für eine Stellgrö-ße hat und wobei jeder zweite Regler einem ersten Regler zugeordnet ist. Es ist durchaus denkbar, dass die Zahl der zweiten Regler kleiner ist als die der ersten Regler. Dies gilt insbesondere dann, wenn beim Übergang von einem Regler zu einem anderen eine Totzeit erwünscht ist.
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Die Einstellmittel können ferner auch die ersten Regler selbst umfassen. Vorzugsweise ist jeder Ausgang eines der zweiten Regler mit dem Eingang für die Führungsgrö-ße des dem zweiten Regler zugeordneten ersten Reglers verbunden. Die Ausgänge der ersten Regler sind vorzugsweise mit dem Eingang für die Regelgröße des jeweils zugeordneten zweiten Reglers verbunden. Durch die zweiten Regler sind die Führungsgrößen der passiven ersten Regler einstellbar und zwar so, dass die Stellgrößen der passiven ersten Regler der Führungsgröße der zugeordneten zweiten Regler entsprechen.
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Durch eine geschickte Wahl der Führungsgröße der zweiten Regler kann nun erreicht werden, dass die Führungsgröße der zweiten Regler auf einen Wert eingestellt wird, der die Zeit zwischen der Erfüllung der Bedingung für den Übergang und dem Eintritt der Wirkung des übernehmenden ersten Reglers reduziert wird. Als Führungsgröße der zweiten Regler kann vorzugsweise die Stellgröße des aktiven ersten Reglers zuzüglich eines Offset von 0 V bis 2 V, vorzugsweise von 0,5 V gewählt werden.
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Die Einstellmittel können Elemente zum Ermitteln einer Führungsgröße der zweiten Regler umfassen. Die Elemente zum Ermitteln der Führungsgröße der zweiten Regler können einen Impedanzwandler aufweisen, dessen Eingang unter Zwischenschaltung einer Diode mit den Ausgängen der ersten Regler verbunden ist. Die Elemente zum Ermitteln der Führungsgröße der zweiten Regler können ferner eine Spannungsquelle aufweisen, welche zur Spannungserhöhung zwischen dem Ausgang des Impedanzwandlers und den Eingängen der zweiten Regler für die Führungsgröße geschaltet ist. Mit der Spannungsquelle kann der Offset eingestellt werden, der ggf. zu der Stellgrö-ße des aktiven ersten Reglers addiert wird.
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Die Ausgänge der zweiten Regler können über je eine Diode oder je einen Transistor mit den Eingängen der ersten Regler für die Führungsgröße verbunden sein.
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Vorzugsweise sind Zeitkonstanten der ersten Regler größer als Zeitkonstanten der zugeordneten zweiten Regler. Bei den ersten Reglern kann es sich um PI-Regler handeln, bei den zweiten Reglern um I-Regler.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung kann Mittel zum Ermitteln der Stellgröße des aktiven ersten Reglers aus den Stellgrößen der ersten Regler aufweisen, die an den Ausgängen der ersten Regler bereitgestellt werden.. Diese Mittel können Dioden umfassen, über die die Ausgänge der ersten Regler miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt ist über je einen Widerstand mit einem positiven Bezugspotential und Massepotential verbunden. Über die ersten Regler kann das Potential des Verbindungspunktes eingestellt werden. Der aktive erste Regler kann erfindungsgemäß der sein, der das Potential am Verbindungspunkt im Vergleich zu den übrigen ersten Reglern am meisten herabsetzt.
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Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 2 eine erfindungsgemäße Anordnung.
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Die in der 2 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung ist eine Weiterentwicklung der Anordnung gemäß 1. Sie weist die gleichen Komponenten und Bauelemente auf wie die Anordnung gemäß 1. Gleiche Komponenten und Bauelemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend zu der Darstellung gemäß 1 ist die Anordnung gemäß 2 für eine beliebige Zahl erste Regler S1, S2, Sn dargestellt, was aber die Anordnungen nicht grundsätzlich unterscheidet. Der erste Regler Sn ist genauso aufgebaut wie die übrigen ersten Regler S1, S2 und auch die Beschaltung unterscheidet sich von der Beschaltung der übrigen ersten Regler S1, S2 nicht.
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Zur Realisierung der Erfindung weist die Anordnung gemäß 2 weitere Komponenten und Bauelemente auf. Die wichtigsten zusätzlichen Komponenten sind die zweiten Regler S1', S2' und Sn'. Die Anzahl der zweiten Regler S1', S2', Sn' entspricht im vorliegenden Beispiel der Anzahl der ersten Regler S1, S2, Sn und jedem ersten Regler ist ein zweiter Regler zugeordnet und umgekehrt.
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Diese zweiten Regler S1', S2', Sn' sind I-Regler, die je einen Operationsverstärker X2, X4, X9 umfassen, deren Ausgänge die Ausgänge der zweiten Regler S1', S2', Sn' bilden, dem die Operationsverstärker X2, X4, X9 zugehörig sind. Die Ausgänge der Operationsverstärker X2, X4, X9 sind über einen Kondensator C2, C4, C6 zum invertierenden Eingang der Operationsverstärker zurückgekoppelt. Diese invertierenden Eingänge der Operationsverstärker X2, X4, X9 sind über Widerstände R4, R9, R13 mit Eingängen der zweiten Regler S1', S2', Sn' für eine Regelgröße der zweiten Regler S1', S2', Sn' verbunden. Die nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstärker X2, X4, X9 bilden Eingänge für die Führungsgrößen der zweiten Regler S1', S2', Sn'.
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Die Ausgänge der zweiten Regler S1', S2', Sn' sind über Dioden D1, D5, D7 mit den nicht invertierenden Eingängen der Operationsverstärker der ersten Regler S1, S2, Sn verbunden, die übrigens - und darin besteht ein Unterschied zur Anordnung gemäß 1 - über Widerstände R3, R10, R14 mit den Eingängen soll1, soll2, solln der ersten Regler S1, S2, Sn verbunden sind. Diese Widerstände R3, R10, R14 dienen der Entkopplung der Sollwertgeber von den nicht invertierenden Eingängen, um eine Beeinflussung der ersten Regler S1, S2, Sn durch die zweiten Regler S1', S2', Sn' zu ermöglichen.
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Eine weitere Komponente der Anordnung gemäß der 2 ist ein Impedanzwandler mit einem Operationsverstärker X10, dessen nicht invertierender Eingang mit dem Verbindungspunkt SumReg verbunden ist und dessen Ausgang zum invertierenden Eingang zurückgekoppelt ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers bildet den Ausgang des Impedanzwandlers. Dieser Impedanzwandler ist in Reihe zu einer Spannungsquelle V1 geschaltet. Der negative Pol ist mit dem Ausgang des Impedanzwandlers verbunden. An deren positivem Pol ist an einem Verbindungspunkt Clip die Führungsgröße für den zweiten Regler abgreifbar. Dieser Verbindungspunkt Clip ist mit den Eingängen der zweiten Regler für die Führungsgröße verbunden.
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Für die erfindungsgemäße Anordnung gilt wie für die Anordnung gemäß 1., dass sich die Spannung am Verbindungspunkt SumReg nur um den Spannungsabfall an der Diode D3, D6, D8 von der Regelgröße Regout1, Regout2, Regoutn des aktiven ersten Reglers unterscheidet. Zur Kompensation des Spannungsabfalls über den Dioden D3, D6, D8 wird die Spannung am Verbindungspunkt SumReg über eine Diode D4 zum Impedanzwandler X5 geführt, an dessen Ausgang die Stellgröße bereitgestellt wird, die die Anordnung zur Beeinflussung der Regelstrecke liefert.
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Die am Verbindungspunkt SumReg anliegenden Spannung wird über den Impedanzwandler X10 an die Spannungsquelle V1 weitergegeben, welche die am Verbindungspunktpunkt Clip bereitgestellte Spannung um den Betrag V1 erhöht. Die Spannung V1 bildet mit der Spannung an D3, D6, D8 einen Offset.
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Für die weitere Beschreibung sei angenommen, dass der erste Regler S1 der aktive erste Regler ist.
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Die am Verbindungspunkt Clip anliegende Spannung ist größer als die die Stellgröße Regout1 des aktiven ersten Reglers S1 bildende Spannung. Auf diese geringfügig höhere Spannung regeln die, den passiven ersten Reglern S2, Sn zugeordneten zweiten Regler S2', Sn' die Stellgröße Regout2, Regoutn dieser passiven ersten Regler S2, Sn. Im Vergleich dazu werden die Stellgrößen der passiven ersten Regler bei der Anordnung gemäß 1 auf das positive Bezugspotential Vcc eingestellt. Wird bei der Anordnung gemäß 2 der Regelung vom aktiven ersten Regler S1 auf einen anderen ersten Regler S2, Sn übergegangen, muss die von diesem übernehmenden ersten Regler S2, Sn bereitgestellte Stellgröße nicht so stark reduziert werden wie bei der Anordnung gemäß der 1, bis der übernehmende erste Regler am Ausgang der Anordnung Wirkung zeigt.
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Da die Dioden D1, D5, D7 in Flussrichtung zwischen den nicht invertierenden Eingängen der Operationsverstärker X1, X3, X8 der ersten Regler S1, S2, Sn und den Ausgängen der zweiten Regler S1', S2', Sn' geschaltet sind, sind die zweiten Regler bei der in der 2 dargestellten Anordnung nur in der Lage, die an den Eingängen soll1, soll2, solln für die Führungsgrößen anliegenden Spannungen herabzusetzen. Da aber die Spannung am Eingang soll1 für die Führungsgröße des aktiven ersten Reglers S1 kleiner als die Spannung am Ausgang des zweiten Reglers S1' ist, die der Versorgungsspannung Vcc entspricht (clip > regout1), bleibt die Führungsgröße des aktiven ersten Reglers vom zugeordneten zweiten Regler S1' unbeeinflusst. Der zweite Regler S1' ist bezüglich der Einstellung des zugeordneten aktiven ersten Reglers S1 wirkungslos.
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Bezugszeichenliste
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- S1. S2, Sn
- erste Regler
- X1, X3, X8
- Operationsverstärker der ersten Regler
- R1, R2, R7, R8, R11, R12
- Widerstände der ersten Regler
- C1, C3, C5
- Kondensatoren der ersten Regler
- R3, R10, R14
- Entkopplungswiderstände der ersten Regler
- Regout1, Re- gout2, Re- goutn
- Ausgänge der ersten Regler
- D3, D6, D8
- Dioden am Ausgang der ersten Regler
- R4, R9, R13
- Widerstände am Ausgang der ersten Regler
- S1', S2', Sn'
- zweite Regler
- X2, X4, X9
- Operationsverstärker der zweiten Regler
- C2, C4, C9
- Kondensatoren der zweiten Regler
- D1, D5, D7
- Dioden am Ausgang der zweiten Regler
- SumReg
- Verbindungspunkt
- Vcc
- positives Bezugspotential, positives Potential der Versorgungsspannung
- D4
- Kompensationsdiode
- X5
- Operationsverstärker eines Impedanzwandlers
- R5
- Widerstand zwischen SumReg und Massepotential
- Regout
- Stellgrößenausgang der Anordnung
- X10
- Operationsverstärker eines Impedanzwandlers
- V1
- Spannungsquelle zur Bereitstellung eines Offsets
- Clip
- Führungsgröße der zweiten Regler
