DE1085233B - Vermaschte Regelung - Google Patents

Description

• Vermaschte Regelung Die Erfindung bezieht sich auf eine vermaschte Regelung, insbesondere mit Hilfsstellgröße, Störgrößenaufschaltung oder beeinflussungsfreier Mehrfachregelung, bei der die auf die Regelgröße außer der Stellgröße noch wirkenden Hilfsgrößen (Hilfsstellgröße, Störgröße, Sollwert für zweite Regelgröße u. dgl.) zusätzlich dem zugehörigen Regler auf-,Ireschaltet sind, mit einem nach einem nichtlinearen Programm steuerbaren Sollwertgeber.
• Derartige Aufgaben treten bei der Lösung der verschiedenartigsten Regelprobleme auf. Als Beispiel sei die Aufgabe der Drehzahlregelung von Gleichstromiiebenschlußinotoren näher betrachtet. Bekanntlich ist die Drehzahl eines Gleichstromnebenschlußmotors proportional der Ankerspannung und umgekehrt proportional dein von dem Erregerstrom aufgebrachten Erregerfluß. Der Erregerfluß steht dabei in einer nichtlinearen Abhängigkeit von dem Erregerstrom. Änderungen des Erregerstromes werden sich dementsprechend in nichtlinearer Weise auf die Drehzahl auswirken. Um die Auswirkung von Schwankungen des Erregerstromes auf die Drehzahl zu verhindern, muß der Ankerspannungssollwert proportional dem Erregerfluß bzw. der Funktion des Erregerstromes sein, die die Abhängigkeit des Erregerflusses vom Erregerstrom bestimmt. Bei den bisher bekannten Lösungen wird von der Annahme ausgegangen, daß der Erregerfluß proportional dem Erregerstrom sei. Dieser Lösungsansatz gestattet jedoch mir eine stückweise Lösung der gestellten Aufgabe. Wird beispielsweise bei den bekannten Anordnungen der Anker des in seiner Drehzahl zu regelnden Gleichstromnebenschlußniotors über einen magnetischen Verstärker gespeist, so ist es bekannt, in Reihe mit der Erregerwicklung des Motors das Sollwertpotentiometer zu schalten. Diese Anordnung arbeitet jedoch nur so lange, wie ein linearer Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom und dem Erregerfluß angenommen werden kann. Bei nichtlinearen Zwei- oder Vierpolen ist es zwar bekannt, nichtlineare Widerstände zur Linearisierung und zur Entzerrung zu verwenden. Dieses bekannte Verfahren findet vorwiegend bei Meßinstrumenten Anwendung, bei denen die Vor- oder Nebenwiderstände innerhalb des Meßbereiches nichtlinear arbeiten. Als Beispiel sei die Linearisierung von Wechselstrominstrumenten oder die Kürzung oder Dehnung von Meßbereichstellen durch Hinzuschalten nichtlinearer Widerstände erwähnt.
• Ähnliche Anwendungsfälle liegen in der elektronischen Schaltungstechnik vor, in denen Kennlinienkrümmungen der Elektronenröhren oder Halbleiter durch nichtlineare Widerstände kompensiert werden. Die einfache Übertragung dieser bekannten Maßnahme auf die oben dargestellte Aufgabe, vermag sie in ausreichendem Maße jedoch noch nicht zu lösen, da es bei dieser darauf ankommt, durch eine Hilfsgröße mit einer bestimmten nichtlinearen Abhängigkeit auf den Sollwert eines Regelkreises einzuwirken.
• Entsprechendes gilt auch für eine vorgeschlagene Anordnung zur Regelung von durch eine elektrische Spannung oder Strom wiedergebbaren Größen in Abhängigkeit von gleichfalls durch Spannungen oder Ströme wiedergebbaren Führungsgrößen, insbesondere nach einem vorbestimmten, vorzugsweise nichtlinearen Programm, bei der der Istwertgröße und Führungsgröße entsprechende Spannungen oder Ströme miteinander verglichen werden. In dieser Anordnung ist unter an sich bekannter Verwendung eines polarisierten Mittelstellungsrelais eine Vergleichsschaltung vorgesehen, bei der die Führungsgröße über einen Vierpol derart geleitet wird, daß mit Hilfe dieses Vierpols ein der gewünschten Kennlinie entsprechendes Führungsverhalten der Istwertgröße zustande kommt. Dabei wird dem Vierpol eine Wechselstromgröße zugeführt, die durch diesen einen dem gewünschten Programm entsprechenden Verlauf erhält und dann über Gleichrichter auf das Mittelstellungsrelais aufgegeben wird. Durch Änderung der Widerstandskombination erhält die Führungskennlinie einem um den Nullpunkt geschwenkten Verlauf. In diesem Fall liegt keine Vermaschung wie bei der eingangs dargestellten Aufgabe in der Weise vor, daß die Führungsgröße in nichtlinearer Weise von einer auf die Regelgröße wirkenden Hilfsgröße abhängt. Es wird vielmehr nur eine nichtlineare Beziehung zwischen Führungsgröße und Sollwert hergestellt.
• Die Erfindung zeigt nun einen Weg, der es erlaubt, auch eine zwischen einer auf die Regelgröße wirkenden Hilfsgröße und der Führungsgröße des Regelkreises feststehende nichtlineare Beziehung nachzubilden und bei der Sollwertgabe zu berücksichtigen.
• Bei einer vermaschten Regelung, insbesondere mit Hilfsstellgröße, Störgrößenaufschaltung oder beeinflussungsfreier Mehrfachregelung, bei der die auf die Regelgröße außer der Stehgröße noch wirkenden Hilfsgrößen (Hilfsstellgröße, Störgröße, Sollwert für zweite Regelgröße u. dgl.) zusätzlich dem zugehörigen Regler aufgeschaltet sind, mit einem nach einem nichtlinearen Programm steuerbaren Sollwertgeber, wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß bei nichtlinearer Abhängigkeit der Hilfsgröße von einer Führungsgröße die Führungsgröße den Sollwertgeber für die Regelgröße derart über solche nichtlinearen Schaltelemente speist, daß der auftretende Sollwert die gleiche nichtlineare Abhängigkeit von ihr besitzt.
• Speziell bei der Regelung der Drehzahl von Gleichstromnebenschlußmotoren, deren Drehzahlregelung durch Beeinflussung der Ankerspannung in Abhängigkeit von der Regelabweichung erfolgt, die durch Gegeneinanderschaltung der EMK des Motors und der Spannung an einem Sollwertpotentiometer, das ein vom Erregerstrom abhängiger Strom durchfließt, gewonnen wird, läßt sich die Erfindung verwirklichen durch nichtlinearen Widerstände, die den Strom durch das Sollwertpotentiometer entsprechend der Abhängigkeit des Erregerflusses von dem Erregerstrom verändern.
• An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sei der Erfindungsgegenstand näher erläutert.
• Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird der Anker eines Gleichstromnebenschlußmotors 1 über eine Drosselspule 2 von einem magnetischen Verstärker 3 gespeist. Die Steuerung des magnetischen Verstärkers erfolgt durch die Steuerwicklung 3'. Der Sollwert wird am Sollwertpotentiometer 4 eingestellt. Die Spannung am Sollwertpotentiometer 4 zwischen den Punkten 5 und 6 wird mit der Spannung zwischen den Punkten 6 und 7 verglichen. Die Spannung zwischen 6 und 7 ist proportional der EMK des Gleichstromnebenschlußinotors 1, da die Spannung zwischen 6 und 7 von einer sogenannten EMK-Brückenschaltung, bestehend aus den Widerständen 8, 9, 10 und dem Innenwiderstand des Ankers, geliefert wird. Der Widerstand 10 liegt dabei im Nebenschluß zu den Wendepolen. Der Erregerstrom wird bei diesem Beispiel über den Transformator 11, den Gleichrichter 12 und das Sollwertpotentiometer 4 in die Erregerwicklung 13 geschickt. Der dabei entstehende Erregerfluß wirkt als Hilfsgröße auf die Drehzahl. Ein nichtlinearer Widerstand 14 ist mit dem Sollwertpotentiometer parallel geschaltet. Durch diese Parallelschaltung wird bewirkt, daß die Spannung an dem Sollwertpotentiometer 4 proportional dem Erregerfluß und nicht mehr proportional dem Erregerstrom ist. Als nichtlineare Widerstände kann man beispielsweise spannungsabhängige Widerstände verwenden. Der Temperaturkoeffizient der nichtlinearen Widerstände muß gegebenenfalls durch geeignete Parallel-oder Reihenschaltung von temperaturabhängigen Widerständen ausgeglichen werden. Die Isolation des Sollwertpotentiometers von dem gemeinsamen Netz läßt sich außer durch den Transformator 11 auch durch einen Stromwandler im Wechselstromkreis des Erregerstromes vor dem Gleichrichter erreichen. An Stelle von nichtlinearen ohmschen Widerständen lassen sich vielfach auch nichtlineare induktive Widerstände verwenden.
• Der obenerwähnte Stromwandler läßt sich bei geeigneter Ausbildung auch zugleich zur Herstellung der gewünschten Nichtlinearität ausnutzen. Eine entsprechende Schaltung zeigt Fig. 2. Vom Wechselstromnetz 15 fließt der Erregerstrom durch die Primärwicklung des Stromwandlers 16 über Gleichrichter 12 zur Erregerwicklung 13. Von der Sekundärwicklung 16' des Stromwandlers 16 wird das Sollwertpotentiometer 14 über einen weiteren Gleichrichter 17 gespeist. Legt man den Stromwandler nun so aus, daß er dieselbe Kennlinie hat wie die Erregerflußkurve, was durch die Wahl des Magnetwerkstoffes und durch Wahl des Luftspaltes leicht erreichbar ist, so läßt sich auf diese Weise die gewünschte Unabhängigkeit von Erregerstromschwankungen erreichen.
• An Stelle der bisher beschriebenen nichtlinearen Widerstände lassen sich vorteilhaft auch Halbleiter verwenden. Insbesondere eignen sich auch Gleichrichterschwellspannungen und die Zenerspannung von Dioden dafür. Man kann auch die für Funktionsnachbildung in der Analogrechentechnik übliche Diodenschaltung verwenden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vermaschte Regelung, insbesondere mit Hilfsstellgröße, Störgrößenaufschaltung oder beeinflussungsfreier Mehrfachregelung, bei der die auf die Regelgröße außer der Stellgröße noch wirkenden Hilfsgrößen (Hilfsstellgröße, Störgröße, Sollwert für zweite Regelgröße u. dgl.) zusätzlich dem zugehörigen Regler aufgeschaltet sind, mit einem nach einem nichtlinearen Programm steuerbaren Sollwertgeber, dadurch gekennzeichnet, daß bei nichtlinearer Abhängigkeit der Hilfsgröße von einer Führungsgröße die Führungsgröße den Sollwertgeber für die Regelgröße derart über solche nichtlinearen Schaltelemente speist, daß der auftretende Sollwert die gleiche nichtlineare Abhängigkeit von ihr besitzt.
2. 2. Vermaschte Regelung nach Anspruch 1 für die Drehzahl von Gleichstromnebenschlußmotoren, bei denen die Drehzahlregelung durch Beeinflussung der Ankerspannung in Abhängigkeit von der Regelabweichung erfolgt, die durch Gegeneinanderschaltung der EMK des Motors und der Spannung an einem Sollwertpotentiometer, das ein vom Erregerstrom abhängiger Strom durchfließt, gewonnen wird, gekennzeichnet durch nichtlineare Widerstände, die den Strom durch das Sollwertpotentiometer entsprechend der Abhängigkeit des Erregerflusses von dem Erregerstrom verändern.
3. 3. Vermaschte Regelung nach Anspruch 1 für die Drehzahl von Gleichstromnebenschlußmotoren, bei denen die Drehzahlregelung durch Beeinflussung der Ankerspannung in Abhängigkeit von der Regelabweichung erfolgt, die durch Gegeneinanderschaltung der EMK des Motors und der Spannung an einem Sollwertpotentiometer, das ein vom Erregerstrom abhängiger Strom durchfließt, gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für stückweise lineare Nachbildung der Abhängigkeit `des Erregerflusses vom Erregerstrom im Bereich des Arbeitspunktes das Sollwertpotentiometer von einem konstanten Strom und einem dem Erregerstrom proportionalen Strom durchflossen wird.
4. 4. Vermaschte Regelung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Halbleiter als nichtlineare Widerstände.
5. 5. Vermaschte Regelung nach Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgang der nichtlinearen Widerstände durch zusätzliche temperaturabhängige Widerstände ausgeglichen wird.
6. 6. Vermaschte Regelung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Primärwicklung eines Stromwandlers im Erregerstromkreis, an dessen Sekundärwicklung unter Zwischenschaltung von Gleichrichtern das Sollwertpotentiometer angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 739 442, 742 035, 97.7 019; Archiv für elektrische Übertragung, Jg.6 (1952), S. 527 bis 530.