DE1083403B - Regeleinrichtung mit einem elektrischen Stellmotor - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für die Regelung mit Stellmotoren gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Möglichkeiten, und zwar einerseits die Dreipunktregelung und andererseits die stetige oder stetigähnliche Regelung.

Der Dreipunktregler verarbeitet eine kontinuierlich veränderliche Eingangsgröße (Regelabweichung) in drei verschiedene Ausgangswerte, nämlich Plus, Minus und Null. Es sind auch schon derartige Regler bekanntgeworden, bei denen in den beiden Regelbereichen noch weitere Stufen vorhanden sind. Der Dreipunktregler hat den Vorteil, daß der Stellmotor im Stillstand nicht unter Strom steht und bei einem Stellbefehl sicher gegen die Last anläuft. Er hat jedoch einen endlichen Ansprechwert, der bei gegebener Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors von den Zeitkonstanten des Regelkreises abhängig ist.

Demgegenüber ist beim stetig arbeitenden Regler die Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors etwa dem Fehler proportional, und der Regelkreis hat integrales Verhalten. Dadurch ist theoretisch eine beliebige Genauigkeit mit dem Ansprechwert Null erreichbar. Ebenso arbeitet auch ein stetigähnlicher Regler, wobei nur in einem Teil des Regelkreises eine unstetig veränderliche Größe vorliegt, während das Stellsignal selbst im wesentlichen bereits wieder stetig ist. Stetigähnliche Regelung ist beispielsweise mit Tirill- und anderen Zweipunktreglern erzielbar. Der Nachteil der stetigen und stetigähnlichen Regelverfahren liegt darin, daß der Motor auch im Stillstand unter Strom stehen kann, und zwar entsprechend seiner mechanisehen Belastung. Hierbei wirkt sich insbesondere das Ruhereibungsmoment des gesamten Antriebes aus, das den Stellmotor trotz vorhandener Regelabweichung bei stromdurchflossenem Anker festhält.

Um die Überlastung des Motors bei solchen Regeleinrichtungen zu vermeiden, ist es bekannt, einen Unempfindlichkeitsbereich in der Nullstellung herbeizuführen. Hierzu kann beispielsweise der den Stellmotor speisende Regelverstärker eine Sattelkennlinie erhalten. Der Motor bleibt dann bei kleinen Regelabweichungen im wesentlichen stromlos und läuft erst an, wenn die Regelabweichung eine bestimmte Größe überschreitet, so daß die Überwindung des Ruhereibungsmomentes gewährleistet ist. Dabei muß jedoch wiederum der Nachteil eines verhältnismäßig großen Ansp rech wertes in Kauf genommen werden.

Eine andere Möglichkeit zur Entlastung des Stellmotors ist das Aufdrücken periodischer Impulse, wie es bereits an anderer Stelle vorgeschlagen wurde. Die Impulse sind so groß, daß der Motor das Ruhereibungsmoment überwindet und schrittweise weiterläuft, bis der Motorstrom genügend klein geworden ist. Ähnliche Verhältnisse können durch Üerlagerung einer Rüttelbewegung erzielt werden, bei der der Regeleinrichtung
mit einem elektrischen Stellmotor

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Ekkehard Friebe, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Motor mit kleinen Amplituden rasch hin- und herbewegt wird. Es genügen dann kleinste Regelabweichungen, um den Motor mit verhältnismäßig kleiner mittlerer Geschwindigkeit in der einen oder anderen Drehrichtung fortzubewegen, da die Wirkung des Ruhereibungsmoments ausgeschaltet wird. Auf diese Weise kann die bei praktisch ausführbaren stetigen Regelungen nicht zu vermeidende Unstetigkeit bei kleinen Geschwindigkeiten, die zu einem von Null verschiedenen Ansprechwert führt, erheblich verringert werden. Es wird eine integrale Charakteristik des Stellmotors auch bei kleinen Geschwindigkeiten und damit eine vollständige Ausregelung erzielt.

Ein Nachteil der überlagerten Rüttelbewegung ist die verhältnismäßig hohe thermische Belastung des Motors bei sehr kleinen Verstellgeschwindigkeiten und im Stillstand sowie die starke Beanspruchung des Getriebes und der übrigen mechanischen Teile. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung mit einem elektrischen Stellmotor, der in Abhängigkeit von der Regelabweichung stetig oder stetigähnlich gesteuert wird und zusätzlich eine Rüttelbewegung ausführt. Die Regeleinrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Sperrglied, das die Rüttelbewegung einleitet, sobald die Regelabweichung einen einstellbaren Höchstwert überschreitet, und das nach der Ausregelung über ein Verzögerungsglied die Rüttelbewegung allmählich stillsetzt und den Stellmotor stromlos macht. Im ausgeregelten Zustand hat die Regeleinrichtung also das Verhalten eines Dreipunktreglers, d. h., der Motor ist abgeschaltet. Sobald jedoch eine gewisse, sehr kleine

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Regelabweichung auftritt, wird der Regler als stetiger Regler mit überlagerter Rüttelbewegung eingeschaltet. Sobald die Regelabweichung durch das integrale Verhalten des Stellmotors beseitigt ist, spricht das Sperrglied an und setzt die Rüttelbewegung allmählich still. Ein sofortiges Abschalten der Rüttelbewegung ist unvorteilhaft, da sonst der Motor durch die letzte Halbwelle der Rüttelspannung aus seiner Sollage herausgestoßen würde. Der Übergang zwischen dem gerüttelten Stillstand und dem stromlosen Stillstand des Motors muß daher verzögert mit abnehmender Amplitude der Rüttelspannung vor sich gehen.

Wird ein schwingender Zweipunktregler verwendet, so kann die Rüttelspannung von der Wechselstromkomponente der ungeglätteten Reglerausgangsspannung abgeleitet werden. In diesem Fall kann das Sperrglied nach der Ausregelung das Ausgangssignal des Reglers unterdrücken.

Die Rüttelbewegung erfolgt zweckmäßig mit einer Frequenz in der Größe von 5 bis 40 Hz. Der Einsatzpunkt der Rüttelbewegung bringt einen kleinen Ansprechwert in die Regelung, der jedoch im Gegensatz zum Dreipunktregler nach rein technischen Gesichtspunkten frei gewählt werden kann. Hierbei spielen die zulässige Schalthäufigkeit und die verlangte Unempfindlichkeit gegen Oberwellen des Meßsignals eine Rolle. Die Erfindung ist besonders bei ruhigem Betrieb mit Vorteil anwendbar.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt das Blockschema der Regeleinrichtung. Es ist ein Zweipunktregler 1 mit nachgeschaltetem Verstärker 2 für den Stellmotor 3 vorgesehen. An der Regelstrecke 4 wird der Istwert abgenommen und mit dem Sollwert verglichen. Die Regelabweichung wird dem Regler 1 und dem Sperrglied 5 zugeführt, das über ein Verzögerungsglied 6 den Verstärker 2 sperrt, sobald die Regelabweichung unter das vorgegebene Maß gesunken ist.

Das Schaltbild der Regelung zeigt schematisch Fig. 2. Der Zweipunktregler I₁ der an anderer Stelle bereits vorgeschlagen wurde, besteht aus einem stetigen Verstärker 11 mit überkritischer trägheitsarmer Mitkopplung über ein i?C-Glied aus Widerstand 15 und Kondensator 16 und mit trägheitsbehafteter Gegenkopplung über ein i?C-Glied aus den Widerständen 12 und 13 und dem Kondensator 14. Der Zweipunktregler wandelt ein kontinuierlich veränderbares Eingangssignal in das Tastverhältnis der am Ausgang entstehenden Rechteckspannung um. Sie wird über Endstufen 17 und 18 verstärkt und dem Leistungsverstärker 2 zugeführt, der in Fig. 2 als Magnetverstärker mit dem Steuerkreis 21 angedeutet ist. Es handelt sich um einen Dreiphasenmagnetverstärker, der zweckmäßig je Phase in Doubler-Schaltung ausgeführt ist. Der Stellmotor ist wieder mit 3 bezeichnet.

Zur Bildung des Regelabweichungssignals dient ein Drehmelder oder Induktivgeber 7, der über einen phasenempfindlichen Gleichrichter 8 und ein Glättungsglied 9 das Eingangssignal für den Regler 1 liefert. Zugleich wird das Ausgangssignal des Drehmelders über einen Transformator 51, Gleichrichtersatz 52 und ein Glättungsglied 53 einem Verstärker 54 im Sperrglied 5 zugeführt. Der Verstärker weist eine Mitkopplung über den Widerstand 55 und den Kondensator 56 auf, die überkritisch angezogen ist, so daß der Verstärker nur zwei verschiedene Ausgangssignale abgeben kann. Sie entsprechen der Freigabe und der Sperrung des Reglers 1. Das Verzögerungsglied 6, bestehend aus Widerständen 61 und 62 und Kondensator 63, sorgt für einen allmählichen Übergang von einem zum anderen Ausgangssignal des Sperrgliedes 5> das über Dioden 65 und 64 in den Regler eingespeist wird. Da nur der Betrag, nicht aber die Polarität des Regelabweichungssignals für die Funktion des Sperrgliedes maßgebend ist, ist nur ein einziger Verstärker erforderlich.

ίο Die Einrichtung nach Fig. 2 arbeitet folgendermaßen: Im ausgeregelten Zustand (Regelabweichung Null) gibt der Zweipunktregler eine rechteckförmige Wechselspannung mit dem Gleichstrommittelwert Null ab. Diese Wechselspannung würde nach Ver-Stärkung über die Endstufen 17 und 18 und den Magnetverstärker 2 zu einer Rüttelbewegung des Stellmotors 3 führen. Dies wird jedoch vom Sperrglied 5 verhindert, das die beiden Endstufen 17 und 18 unwirksam macht, wodurch der Motor 3 stromlos bleibt.

Sobald eine bestimmte Größe der Regelabweichung in der einen oder anderen Richtung auftritt, gibt das Sperrglied 5 das Ausgangssignal des Zweipunktreglers frei, das nunmehr einen kleinen Gleichstrommittelwert hat. Der Stellmotor 3 läuft nun mit einer bestimmten mittleren Geschwindigkeit an, der die Rüttelbewegung überlagert ist. Infolge des integralen Charakters der Regeleinrichtung läuft der Stellmotor so lange, bis die Regelabweichung unter den im Sperrglied 5 eingestellten Wert gesunken ist. Dieser Wert kann sehr klein, insbesondere wesentlich kleiner als bei normalen Dreipunktreglern bemessen sein, so daß die bleibende Regelabweichung praktisch gleich Null ist. In diesem Augenblick ist das Ausgangssignal des Zweipunktreglers im wesentlichen wieder eine reine Wechselspannung mit rechteckiger Kurvenform. Es spricht nunmehr das Sperrglied 5 an und sperrt über das Verzögerungsglied 6 allmählich das Ausgangssignal des Reglers, so daß der Motor stromlos wird. Die Schaltung nach Fig. 2 ist nur als Beispiel zu werten und läßt im Rahmen der Erfindung eine ganze Reihe von Abwandlungen zu. Dies bezieht sich sowohl auf den Ausbau des Reglers und der Mittel zur Überlagerung einer Rüttelbewegung als auch auf die Gewinnung des Regelabweichungssignals. Die Verwendung eines Zweipunktreglers bietet jedoch noch den zusätzlichen Vorteil, daß die überlagerte Rüttelbewegung um so schwächer wird, je größer das Stellsignal und damit die mittlere Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors ist. Bei großen Regelabweichungen haben nämlich die Rechteckhalbwellen des Reglerausgangssignals sehr verschiedene Länge, so daß sich der Wechselspannungsanteil gegenüber den Verhältnissen nahe der Sollstellung erheblich verringert.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung mit einem elektrischen Stellmotor, der in Abhängigkeit von der Regelabweichung stetig oder stetigähnlich gesteuert wird und zusätzlich eine Rüttelbewegung ausführt, gekennzeichnet durdi ein Sperrglied, das die Rüttelbewegung einleitet, sobald die Regelabweichung einen einstellbaren Höchstwert überschreitet, und das nach der Ausregelung über ein Verzögerungsglied die Rüttelbewegung allmählich stillsetzt und den Stellmotor stromlos macht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Zweipunktregler, dadurch gekennzeichnet, daß die Rüttelbewegung von der Wechselspannungskomponente der ungeglätteten Reglerausgangsspannung

hervorgerufen wird und daß das Sperrglied nach der Ausregelung das Ausgangssignal des Reglers unterdrückt.

3, Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Rüttelfrequenz im Bereich von 5 bis 40 Hz.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zweipunktregler ein Magnetverstärker geringer Ansprechzeit, insbesondere in ein- oder mehrphasiger Doubler-Schaltung, zur Speisung des Stellmotors angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied aus einem kippfähigen Verstärker besteht, der an das Regelabweichungssignal angeschlossen ist und dessen Ansprechwert dem zugelassenen Höchstwert der dauernden Regelabweichung entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen