DE1087236B

DE1087236B - Arrangement for damping internal controller vibrations for proportional-integral control devices

Info

Publication number: DE1087236B
Application number: DES32975A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Neuse
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-04-09
Filing date: 1953-04-09
Publication date: 1960-08-18

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Dämpfung innerer Regelschwingungen für proportional-integral wirkende Regeleinrichtungen mit elektrischem Meßwerk und einer auf das Zeitverhalten der Regelstrecke abgestimmten Rückführung. Unerwünschte Regelschwingungen treten besonders bei Reglern mit mehreren hintereinandergeschalteten Verstärkerstufen auf, die an Regelstrecken mit großer Anlaufzeit oder Totzeit arbeiten. Die Frequenz derartiger innerer Schwingungen des Reglers ist vom Zeitverhalten der Verstärkerstufen und des Meßwerks im Reglereingang abhängig, dagegen unabhängig vom Zeitverhalten der Regelstrecke. Obwohl die inneren Schwingungen sich nicht auf die Regelstrecke auswirken, verursachen sie Abnutzungserscheinungen und Störungen innerhalb der Regeleinrichtung. The invention relates to an arrangement for damping internal control oscillations for proportional-integral Acting control devices with electrical measuring mechanism and one on the time behavior feedback coordinated with the controlled system. Unwanted control oscillations occur in particular Controllers with several amplifier stages connected in series, which are connected to controlled systems with large Start-up time or dead time work. The frequency of such internal oscillations of the controller is from Time behavior of the amplifier stages and the measuring mechanism in the controller input dependent, on the other hand independent the time behavior of the controlled system. Although the internal vibrations do not affect the controlled system affect, they cause signs of wear and tear and malfunctions within the control system.

Es ist bereits bekannt, Regelschwingungen innerhalb einzelner Verstärkerstufen durch eine zusätzliche Rückführung zu beseitigen, die vom Ausgang einer oder mehrerer Stufen auf deren Eingang zurückwirkt. Bei einer solchen bekannten Anordnung wird von einem pneumatischen Verstärker, d. h. von einem stetig wirkenden Regelglied, ein unstetig wirkendes Glied, nämlich ein Quecksilberschalter, betätigt. Hierbei wird das Auftreten von Regelschwingungen durch eine elektrische Rückführung vom Stellmotor aus zur letzten Verstärkerstufe des Reglers unterdrückt. Derartige Rückführungen vom Ausgang einer Verstärkerstufe auf deren Eingang setzen die Verstärkung in un-' erwünschtem Maße herab.It is already known to control oscillations within individual amplifier stages by means of an additional Eliminate feedback that feeds back from the output of one or more stages to their input. In one such known arrangement, a pneumatic amplifier, e.g. H. of a continuously acting control element, a discontinuous element, namely a mercury switch, is operated. Here the occurrence of control oscillations is caused by an electrical feedback from the servomotor last amplifier stage of the controller suppressed. Such feedback from the output of an amplifier stage on their input reduce the gain to an undesirable extent.

Es ist auch bekannt, den Rückführimpuls als Mischimpuls aus mehreren Einzelgliedern eines Reglers abzuleiten. Die Einzelimpulse werden hierbei in einem besonderen Glied summiert, und der Gesamteinfluß greift dann an einer einzigen Stelle des Reglereingangs an.It is also known to derive the feedback pulse as a mixed pulse from several individual elements of a controller. The individual impulses are summed up in a special term, and the overall influence then acts at a single point on the controller input.

Mit den bekannten Anordnungen können jedoch nicht die Regelschwingungen beseitigt werden, die durch das Zeitverhalten und die Masse des beweglichen Gliedes des elektrischen Meßwerks im Eingang der Regeleinrichtung hervorgerufen werden.With the known arrangements, however, the control oscillations can not be eliminated by the time behavior and the mass of the movable member of the electrical measuring mechanism in the input caused by the control device.

Bei den bekannten Regeleinrichtungen mit einer einzigen Rückführung oder einer Zusatzrückführung innerhalb einer weiteren Verstärkerstufe greift die Hauptrückführung am Eingang des elektrischen Meßwerks an, so daß das Meßwerk in die Regelung einbezogen ist. In dieser Weise ausgebildete elektropneumatische Regler mit einem Meßwerk großer Empfindlichkeit und damit großer Masse der beweglichen Spule neigen zu Pendelschwingungen, insbesondere wenn der Rückführeinfluß relativ stark aufgeschaltet ist, wie dies mit Rücksicht auf die Regelstrecke häufig gewünscht wird.In the known control devices with a single return or an additional return Within a further amplifier stage, the main return takes place at the input of the electrical measuring unit so that the measuring mechanism is included in the control. Electropneumatic formed in this way Regulator with a measuring mechanism of great sensitivity and thus large mass of the movable ones Coils tend to pendulum oscillations, especially when the feedback influence is applied relatively strongly is how this is often desired with regard to the controlled system.

Anordnung zur DämpfungArrangement for damping

innerer Reglerschwingungeninternal controller oscillations

für proportionalintegral wirkendefor proportional integral acting

RegeleinrichtungenControl devices

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Wilhelm Neuse, Karlsruhe,
ist als Erfinder genannt wordenWilhelm Neuse, Karlsruhe,
has been named as the inventor

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die Hauptrückführung unmittelbar am Eingang des elektrischen Meßwerks und die Zusatzrückführung am feststehenden Teil des vom Meßwerk angesteuerten Kraftverstärkers angreift, derart, daß die Masse des beweglichen Teiles des Meßwerks zwischen den Angriffspunkten der Rückführungen liegt, wobei die Rückführungen beide von der Stellgröße abgeleitet sind.This disadvantage is avoided according to the invention in that the main return is immediate at the input of the electrical measuring unit and the additional feedback on the fixed part of the measuring unit controlled booster attacks, such that the mass of the moving part of the measuring mechanism lies between the points of application of the feedbacks, the feedbacks both from the manipulated variable are derived.

Bei einer derartigen Aufschaltung von Hauptrückführung und Zusatzrückführung werden die im wesentlichen durch das Meßwerk verursachten inneren Schwingungen wirksam gedämpft, und es können hochempfindliche Meßwerke in den Eingang des Reglers geschaltet werden, ohne daß störende Schwingungen auftreten.With such a connection of the main return and the additional return, the im essential internal vibrations caused by the measuring mechanism are effectively damped, and it can highly sensitive measuring mechanisms can be switched into the input of the controller without disturbing vibrations appear.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es handelt sich dabei um einen pneumatischen Regler mit einem empfindlichen Tauchspulmeßwerk im Eingang, das an ein als Meßfühler dienendes Thermoelement! angeschlossen ist.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. It is about a pneumatic controller with a sensitive moving coil measuring mechanism in the entrance, the to a thermocouple serving as a sensor! connected.

Über eine Brückenschaltung 2 wird der Sollwert eingestellt und eine der Abweichung vom Sollwert proportionale Spannung dem Tauchspulmeßwerk 3 zugeführt. Das Tauchspulmeß\verk steuert in an sich bekannter Weise mittels einer Blende 4 den aus der Ausströmdüse 5 austretenden und in die Auffangdüse 6 eintretenden Luftstrom. Die Luftzuführung zur Ausströmdüse 5 erfolgt über die Druckreduzierstufe 7. An die Auffangdüse 6 ist die Membrandose 8 angeschlossen, die wiederum den Druck in der Düse 9 steuert. Der Druck in der Düse 9 wird schließlich inThe setpoint is set via a bridge circuit 2 and one of the deviation from the setpoint proportional voltage to the moving coil measuring mechanism 3 supplied. The moving coil meter controls in in a known manner by means of a diaphragm 4 exiting from the discharge nozzle 5 and into the collecting nozzle 6 incoming airflow. Air is supplied to the discharge nozzle 5 via the pressure reduction stage 7. The membrane can 8 is connected to the collecting nozzle 6, which in turn controls the pressure in the nozzle 9 controls. The pressure in the nozzle 9 is finally in

009 587/339009 587/339

1 087 23ö1 087 23ö

der Endverstärkerstufe 10 nochmals verstärkt und dem Stellglied 11, z. B. einem Membranventil, zugeführt. the power amplifier stage 10 is amplified again and the actuator 11, e.g. B. a diaphragm valve supplied.

Über die Leitung 12 wird der Ruckführwert für die Hauptrückführung 13, die in bekannter Weise aus zwei Membrandosen 14, 15 besteht, abgegriffen. Der über die Leitung 12 entnommene Rückführimpuls wird über eine den Vorhalt bewirkende einstellbare Drossel 16 der Membrandose 14 und zusätzlich über eine die Nachstellzeit (Nachgebezeitkonstante) beeinflussende einstellbare Drossel 17 der Membrandose 15 zugeleitet. Der Rückführwert, d. h. die Verschiebung der miteinander verbundenen Flächen der Membrandosen 15 und 14, wird über einen in der Länge verstellbaren Hebel 18 auf das eine Ende der Spiralfeder 19 des Tauchspulmeßwerks 3 übertragen.Via the line 12, the return value for the main return 13, which is derived in a known manner two membrane cans 14, 15 is tapped. The return pulse taken from line 12 is via an adjustable throttle 16 of the diaphragm box 14 and also via an adjustable throttle an adjustable throttle 17 of the diaphragm box which influences the reset time (slack time constant) 15 forwarded. The feedback value, i.e. H. the displacement of the interconnected surfaces of the diaphragm cans 15 and 14, is via a length-adjustable lever 18 on one end of the spiral spring 19 of the moving coil measuring mechanism 3 transferred.

Der zusätzliche Rückführimpuls wird gemäß der Erfindung über eine Leitung 20 den beiden Membrandosen 21 und 22 zugeleitet, deren einander zugekehrte Flächen wiederum miteinander verbunden sind. Die Membrandose 21 ist über eine einstellbare Drossel 23 an die Druckleitung 20 angeschlossen. Durch Verstellen dieser Drossel kann die Nachstellzeit der Zusatzrückführung der für die inneren Reglerschwingungen maßgebenden Zeitkonstanten angepaßt werden. Durch den Rückführwert, der mittels einer Hebelübersetzung 24 auf einen die Düsen 5 und 6 tragenden Bügel 25 übertragen wird, werden die Düsen 5 und 6 relativ zur Blende 4 senkrecht zur Zeichenebene verschoben. Zur Einstellung der Vorhaltzeit der Zusatzrückführung dient die Drossel 26, deren Drosselwiderstand kleiner gewählt wird als derjenige der Drossel 16 im Kreis der Hauptrückführung. Zur weiteren Stabilisierung des Reglers in seiner Wirkung auf die Regelstrecke ist unmittelbar vor dem Stellglied noch eine Drossel 27 mit relativ geringem Drosselwiderstand angeordnet.The additional feedback pulse is according to the invention via a line 20 to the two membrane cans 21 and 22 are fed, the mutually facing surfaces of which are in turn connected to one another. the Diaphragm box 21 is connected to pressure line 20 via an adjustable throttle 23. By adjusting this throttle can be the reset time of the additional feedback for the internal controller oscillations relevant time constants are adapted. Through the feedback value, which is achieved by means of a leverage 24 is transferred to a bracket 25 carrying the nozzles 5 and 6, the nozzles 5 and 6 displaced relative to the diaphragm 4 perpendicular to the plane of the drawing. For setting the lead time the additional feedback is used by the throttle 26, the throttle resistance of which is selected to be smaller than that the throttle 16 in the circuit of the main return. To further stabilize the controller in its effect A throttle 27 with a relatively small amount is on the controlled system immediately before the actuator Choke resistor arranged.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for damping internal control oscillations for proportionally-integrally acting Control devices with electrical measuring mechanism and one on the time behavior of the controlled system coordinated return (main return) as well as an additional return, thereby characterized in that the main return is directly at the entrance of the electrical measuring unit and the additional feedback on the fixed part of the power amplifier controlled by the measuring unit attacks in such a way that the mass of the movable part of the measuring mechanism between the points of application of the feed backs, the feed backs both being derived from the manipulated variable are.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the additional return opposite the main feedback is leading and takes effect with a shorter reset time.

3. Arrangement according to claim 1 and 2 for electro-pneumatic ^ Regulator, characterized by a throttle section in front of the main return or by differently dimensioned throttle sections before the additional and main return.

4. Arrangement according to claim 1 and following for el, electro-pneumatic regulator with discharge nozzle or flow nozzles as a power switch, characterized in that the main return on the part of the measuring mechanism that controls the nozzles acts and the additional feedback acts on the controlled ones Moves nozzles relative to the controlling part.

Considered publications:
German Patent Nos. 860 427, 828 793, 465;

German patent applications B 12926 IXb / 42r (published on July 31, 1952), A 10468 IX / 42 r (published on February 12, 1953);
U.S. Patent No. 2,509,295;
British Patent No. 654635;
Feller, "Instrument and Control Manual," New York and London (McGraw-Hill), 1947, p. 196; Engel, "Indirect regulators and regulating systems", Berlin (VDE-Verlag), 1944, pp. 140 and 141;

Publication A 52003 from Luftfahrtgerätewerk GmbH., Berlin-Spandau: »The control and amplifier principle of the Siemens LGW course control «.

1 sheet of drawings