DE1074712B

DE1074712B - Nachlaufregelung

Info

Publication number: DE1074712B
Application number: DENDAT1074712D
Authority: DE
Inventors: Rheinhausen Dr.-Ing. GerhardMeinshausen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1960-02-04

Description

Nachlaufregelung Die Erfindung betrifft eine Nachlaufregelung, bei welcher in den Soll-Ist-Vergleichskreis eine Rückführspannung eingeführt wird. Sie findet Verwendung bei Verstelleinrichtungen, z. B. für die Bewegung von Oberwalzen und Verschiebelinealen in Walzwerken, aber auch in gleicher Weise für die Bewegung von Förderkörben in Bergwerken oder die Drehbewegung von Schiffsrudern. Sie kann überall dort Anwendung finden, wo eine Verstelleinrichtüng zum automatischen Bewegen eines Gegenstandes in eine vorgeschriebene Endlage notwendig ist und diese Endlage in kürzester Zeit erreicht werden soll. Insbesondere ist der Bremsvorgang der neuen Nachlaufregelung von der Bremsverzögerung durch Reibungskräfte oder andere nicht durch diese Regelung gesteuerte Kräfte, die an der Verstelleinrichtung angreifen, unabhängig.
Bekannt ist, an Nachlaufregelungen in den Soll-Ist-Vergleichskreis eine Rückführspannung einzuführen. Auch sind Regeleinrichtungen bekannt, bei denen durch Soll-Ist-Vergleich Verstelleinrichtungen betrieben werden, die eine gleiche, der jeweiligen Abweichung entsprechende Geschwindigkeit herstellen.
Schließlich kennt man Rückführanordnungen mit nichtlinearen oder quadratischen Charakteristiken, die sich auf Regeleinrichtungen beschränken für Größen oder durch Arbeitsprogramm vorgeschriebene Werte, die auf konstanter Höhe gehalten werden sollen.
Alle diese Regeleinrichtungen sind aber nicht geeignet, eine Masse aus der Ruhe heraus in Bewegung zu. setzen auf ein bestimmtes Ziel hin und dabei das Durchlaufen der Wegstrecke in minimaler Zeit zu exreichen.
Bei der Nachlaufregelung nach der Erfindung wird ein minimale Verstellzeit dadurch erreicht, daß die in den Soll-Ist-Vergleichskreis eingeführte Rückführspannung dem Quadrat der Verstellgeschwindigkeit derart proportional ist, daß die Verstelleinrichtung automatisch in dem Wegpunkt abgebremst wird, in dem der Istwert bis auf einen dem Quadrat der Verstellgeschwindigkeit proportionalen Wert vom Sollwert entfernt ist und die Verstelleinrichtung so gebremst wird, daß der Istwert den Sollwert ohne Überschwingen erreicht.
Das Verfahren der Erfindung besteht darin, daß durch eine Nachlaufregelung ein Antriebsmotor mit konstanter Beschleunigung hochgefahren wird und dabei von dem Motor eine träge Masse beschleunigt mitbewegt wird und anschließend unter größtmöglicher, aber konstanter Verzögerung der Motor mit den beschleunigten Massen von dem Zeitpunkt ab wieder gebremst wird, in dem die zu bewegenden Massen genau um eine Wegstrecke vom Ziel entfernt sind, die dem Quadrat der Verstellgeschwindigkeit proportional ist. Verstelleinrichtungen nach der Lehre der Erfindung arbeiten immer so, daß der Beschleunigungsvorgang und die Verzögerung der Bewegung zusammenwirken zur Erreichung minimaler Zeitdauer zum Durchlaufen eines Weges, auf dem die Masse aus der Ruhe in den Beschleunigungszustand versetzt und dann wieder gebremst wird und bei der Erreichung des Zielpunktes wieder in Ruhe ist. Das Verfahren der Erfindung bringt immer einen optimalen Zeitgewinn.
Dabei ist es erforderlich, daß die Rückführung durch eine quadratische Charakteristik erzeugt wird. Diese kann aus einer exakt quadratischen Kennlinie gebildet werden oder auch durch andere nichtlineare Kennlinien, deren Kurvenzüge sich der quadratischen Kennlinie annähern.
Die Verstellzeit selbst kann durch die Nachlaufregelung auf den kleinstmöglichen Wert herabgedrückt werden,. der unter Berücksichtigung höchstzulässiger mechanischer Beanspruchung und bester Ausnutzung der Verstelleinrichtung und ihrer Leistungsfähigkeit möglich ist.
Die neue Nachlaufregelung ist in der Abbildung an einem Ausführungsbeispiel im Prinzip dargestellt.
Ein Leonardgenerator1 speist den Stellmotor 2. Das Feld 3 des Leonardgenerators 1 wird vom Regler 4 her erregt. Im Regler 4 wird die Eingangsspannung 5 verstärkt. Außerdem enthält der Regler 4 eine Einrichtung zur Strombegrenzung, die den Strom des Stellmotors 2, der mit einem Gleichstromwandler 6 erfaßt wird, auf einen einstellbaren maximalen Wert begrenzt. die Eingangsspannung 5 setzt sich zusammen aus der Istwertspannung 7, der Sollwertspannung 9 und der Rückführspannung 12.
Die Istwertspannung 7 wird am Potentiometer 8 abgegriffen und entspricht dem Istwert der Nachlaufsteuerung.
Die Sollwertspannung 9, die der Stellung proportional ist, die bei Erreichen des Zielpunktes von den bewegten Massen der Verstelleiririchtung 10 eingenommen werden soll, wird am Potentiometer 11, das z. B. von Hand aus eingestellt wird, abgegriffen. Die Rückführspannung 12 wird von einer mit dem Stellmotor 2 gekuppelten Tachodynamo 13 erzeugt. Das Feld der Tachodynamo 13 wird proportional zur Spannung des Stellmotors 2 erregt. Im linearen Bereich der Magnetisierungskennlinie ist dann die Rückführspannung 12 dem Produkt aus Drehzahl und Spannung des Stellmotors2 proportional und dadurch annähernd dem Quadrat der Drehzahl des Stellmotors 2 proportional.
Die Arbeitsweise der Nachlaufsteuerung nach der Erfindung ist folgende: Am Potentiorneter 11 wird zunächst ein neuer Sollwert für den Zielpunkt eingestellt, auf den ein Gegenstand der Verstelleinrichtung 10 hinbewegt werden soll. Der Regler 4 erhält damit eine Eingangsspannting 5, die sich aus der Differenz der Sollspannung 9 und der Istspannung 7 ergibt. In Abhängigkeit von der Eingangsspannung 5 wird das Feld 3 des Leonardgenerators erregt. Der Stellmotor 2 erhält dann Spannung und läuft in die Richtung, die der Stellung des Sollwertzeigers 14 am Potentiometer 11 entspricht.
Während des Hochlaufens des Stellmotors 2 aus dem Stillstand ist die Strombegrenzung 6 wirksam. Der Stellmotor 2 läuft mit konstanter Beschleunigung hoch. Dabei baut sich an der Tachodynamo 13 die Rückführspannung 12 auf. Sie ist der Differenzspannung aus Sollwertspannung 9 und Istwertspannung 7 entgegengerichtet. Mit dem Anwachsen der Rückführspannung 12 sinkt die Eingangsspannung 5 ab, bis sie gleich Null wird und ihr Vorzeichen wechselt. Damit wird das Feld 3 des Leonardgenerators schnell entregt, und die Bremsung des Stellmotors 2 setzt ein.
Während der Bremszeit hält jedoch der Regler 4 die Summe der, Spannungen aus Istwertspannung 7 und Rückführspannung 12 annähernd konstant, und zwar gleich der Sollwertspannung 9.
Da die Rückführspannung 12 dem Quadrat der Verstellgeschwindigkeit proportional ist, erfolgt die Bremsung mit konstanter Bremsverzögerung, bis die Drehzahl des Stellmotors 2 auf Null abgesunken ist. In diesem Zeitpunkt hat dann die Verstelleinrichtung 10 genau ihren Zielpunkt erreicht und befindet sich wieder in Ruhe.
Die erforderliche Bremsverzögerung kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Leistungsfähigkeit des Stellmotors 2 sowie der wirksamen Trägbeitskräfte der Verstelleinrichtung 10 und den sonstigen zulässigen mechanischen Beanspruchungen durch den Widerstand 15 angepaßt werden.
Die Rückführspannung 12 braucht nicht, wie oben beschrieben, durch eine Tachodynamo geliefert zu werden, sondern kann auch auf andere Art entstehen. So kann z. B. an Stelle der Tachodynamo jeder Vierpol Anwendung finden, der eine Ausgangsspannung liefert, die auf Grund nichtlinearer Bauelemente dem Quadrat oder nahezu dem Quadrat der Eingangsspannung proportional ist. An den Eingang eines solchen Vierpols wird dann entweder die Spannung des Stellmotors 2 gelegt oder die Spannung einer mit dem Stellmotor gekuppelten Tachodynamo, die mit konstantem Feldstrom gespeist wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Nachlaufregelung, bei welcher in den Soll-Ist-Vergleichskreis eine Rückführspannung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung kürzester Verstellzeiten die Rückführspannung dem Ouradrat der Verstellgeschwindigkeit derart proportional ist, daß die Verstelleinrichtung automatisch in dem Wegpunkt abgebremst wird, in dem der Istwert bis auf einen dem Quadrat der Verstellgeschwindigkeit proportionalen Wert vom Sollwert entfernt ist, und die Verstelleinrichtung mit konstanter Verzögerung so gebremst wird, daß der Istwert den Sollwert ohne Überschwingen erreicht.
2. Nachlaufregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführspannung von einer mit dem Stellmotor gekuppelten Tachodynamo, deren Feld proportional der Drehzahl des Stellmotors ist, erzeugt wird.
3. Nachlaufregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführspannung die Ausgangsspannung eines Vierpols ist, bei dem in an sich bekannter Weise auf Grund nichtlinearer Bauelemente die Ausgangsspannung dem Quadrat oder nahezu dem Quadrat der Eingangsspannung proportional ist und an dessen Eingang eine der Drehzahl proportionale Spannung gelegt wird.
4. Nachlaufregelung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler benutzt wird, der den Strom des Stellmotors (2) auf einen höchstzulässigen Wert begrenzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 948 627, 921877, 967 742; schweizerische Patentschriften Nr. 202 951, 296151, 294 859; Zeitschrift »Technische Mitteilungen«, 45. Jahrgang (1952), S. 294; Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 74. Jahrgang (1954), S.1543.