DE1089454B - Elektrischer Dreipunktregler - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Dreipunktregler, insbesondere Lageregler für Regelstrecken mit so großer Anlaufzeit, daß sich der Einfluß der Stellgröße auf die Regelgröße' am Meßort so stark verzögert auswirkt, daß beim Betrieb des Stellmotors bis zum Erreichen der Regelgröße Null eine größere Stellgröße vorhanden wäre, als zur Beseitigung der Regelabweichung erforderlich ist, dessen Stellmotor bei Auftreten einer Regelabweichung in Abhängigkeit von ihrem Vorzeichen durch eine ihr entsprechende Spannung auf Rechts- oder Linkslauf zusammen mit einer zeitproportional anwachsenden Hilfsspannung, die der der Regelabweichung proportionalen Spannung entgegenwirkt, eingeschaltet wird. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei Regelstrecken mit großer Anlaufzeit den Regelvorgang so zu führen, daß die Regelgröße trotz der großen Anlaufzeit sehr schnell ihrem Sollwert zustrebt, ohne daß störende Überregelungen auftreten. Derartige Aufgaben treten beispielsweise bei der Register regelung von Mehrfarbenrotationsdruckmaschinen auf, bei der ein StelleingrifE in der einen oder in der anderen Richtung möglich sein muß.

Regler mit einem Stellmotor, der in zwei Richtungen eiiischaltbär ist, so daß eine vorzeichenabhängige Korrektur möglich ist, werden beispielsweise in Überwachungseinrichtungen verwendet, die ansprechen, wenn eine Steuerspannung aus einem zulässigen Schwankungsbereich heraustritt. Sobald dieser Fall eintritt, wird der Stellmotor je nach der einen oder der anderen Richtung eingeschaltet und nach einer bestimmten Anzahl von Motorumdrehungen, also nach einer bestimmten Zeit, wieder

schreitenden Steuerspannung der Stellmotor zunächst einen konstanten Regelhub abgibt. Befindet sich nach diesem Regelhub die S teuer spannung noch immer außerhalb des Schwankungsbereiches, so wird der Motor für die gleiche Zeit bzw. für die gleiche Anzahl von Umdrehungen erneut eingeschaltet. Es fehlt aber bei dieser Anordnung jede Kopplung des Zeitintervalle, innerhalb dessen der Motor eingeschaltet ist, mit dem Betrag der Steuerspannung. Diese An-' Ordnung arbeitet daher nicht pendelfrei.

Es ist auch bekannt, beispielsweise eine an sich astastische: Regelung dadurch pendelungsfrei zu machen, daß man im Augenblick des Laststoßes, der zur Störung des Gleichgewichts führte und den Regler zum Eingreifen brachte, der Regelung vorübergehend ,einen statischen Charakter gibt.

Statischer Charakter der Regelung bedeutet dabei, daß bei. Auftreten einer Störung des Regelgleichgewichts dem Betrag dieser Störung ein bestimmter Elektrischer Dreipunktregler

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H._f Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr. phil. nat. Walter Hackel und Dipl.-Ing. Felix Lentze,

Warstein (Sauer!),
sind als Erfinder genannt worden

Betrag der Verstellung der Steuerung der geregelten Anordnung zugeordnet wird. Durch diese Zuordnung ist man in der Lage^ der Steuerung unverzögert eine Stellung zu geben, die dem neuen Gleichgewichtszustand ungefähr entspricht, ohne daß man die Auswirkung der Veränderung der Steuerungsverstellung der

as geregelten Anordnung auf den eingeregelten Meßwert abwartet. Diese Abhängigkeit zwischen einer auftretenden Störung und der Steuerungsverstellung muß damit in gleichem Maße auf Null zurückgehen, d. h., sie muß im gleichen Maße von der Zeit in dem Maße abhängen, wie sich die Verstellung der Steuerung der geregelten Anordnung auf den Regelmeß wert auswirkt. Der Regler wird bei richtiger Bemessung des Rückführeinflusses sofort in die dem neuen Gleichgewichtszustand entsprechende Stellung gebracht. Als Rückführeinfluß ist hierbei die Statik in ihrem ganzen zeit-' liehen Verlauf bezeichnet. Da nun der Rückführeinfluß praktisch nicht so genau eingestellt werden kann, erfolgt eine langsame übergeordnete astatische Korrektur. Der Rückführeinfluß muß mit einer Zeitkonstante bzw. einer Geschwindigkeit vorgenommen werden, die der Trägheit der geregelten Anordnung angepaßt ist. Ferner muß die Amplitude des Einflusses der Statik der geregelten Anordnung angepaßt sein. Bei genau abgestimmter Amplitude und Form des Rückführeinflusses ist die Pendelüngsneigung vollkommen beseitigt.

Es ist auch bekannt, bei elektrischen Regelvorrichtungen eine besondere Rückführung vorzusehen, um Pendelungen zu vermeiden. Diese Anordnung ist im ganzen so ausgebildet, daß der Steuerimpuls direkt ' oder unter Zwischenschaltung eines Relais bzw. eines Verstärkers auf ein elektrisches Speicherglied, nämlich einen Kondensator, geleitet und. zur Herstellung des Rückführeinflusses verwendet wird. Dabei werden

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Amplitude und Zeitkonstante des Rückführeinflusses durch getrennte Potentiometer bzw. Verstellwiderstände eingestellt. Durch diese Maßnahme wird eine weitgehende Anpassungsmöglichkeit der Regelung an die Jeweils vorliegenden Betriebsverhältnisse erzielt. Tritt eine Abweichung zwischen Ist- und Sollwert ein, so erhält ein Regulierrelais infolge dieser Störung des Gleichgewichts einen Impulsstrom. Unter der Wirkung dieses Stroms spricht das Relais an und schließt je nach dessen Richtung seinen oberen oder unteren Kontakt und schaltet damit über eines von zwei Schützen einen Verstellmotor ein. Gleichzeitig wird aber ein weiterer Kontakt geschlossen. Je nachdem, welcher Kontakt geschlossen wurde, d. h. je nach dem Sinne der Regelung, fließt ein Kondensatorladestrom, der verschiedene Richtungen haben kann. Der Kondensator wird somit aufgeladen, und die Spannung an den Kondensatorklemmen wird einer Wicklung des Regulierrelais zugeführt. Nachdem der Kondensator eine bestimmte Elektrizitätsmenge gespeichert und dementsprechend eine bestimmte Spannung angenommen hat, kompensieren sich die Wirkungen der beiden Ströme, und der Verstellmotor wird abgeschaltet. Wenn sich nun von diesem Augenblick an die Regelabweichung mit einer anderen Geschwindigkeit ändert als der Rückführeinfluß, so wird der Stellmotor in der einen oder anderen Richtung sogleich wieder eingeschaltet werden. Diese Gefahr besteht besonders bei Regelstrecken mit großer Anlaufzeit. Bei diesen wird sich die Regelabweichung in dem Augenblick, in dem die Gleichheit mit der Rückführgröße besteht, noch wenig geändert haben. Sobald jedoch die Anlaufzeit überwunden ist, erfolgt eine starke Änderung der Regelabweichung. Der Stellmotor wird daher leicht im entgegengesetzten Sinn wieder anlaufen und im Sinne einer Vergrößerung der Regelabweichung arbeiten, obwohl ein erneutes Anlaufen des Stellmotors überhaupt nicht nötig wäre.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg, der diese Gefahr ausschaltet. Bei dem elektrischen Dreipunktregler nach der Erfindung wird ein Überschwingen bzw. ein Pendeln der Regelgröße erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß mit dem Abschalten im Augenblick der Gleichheit beider Spannungen ein Wiedereinschalten des Stellmotors so lange unterbrochen wird, bis beide Spannungen Null geworden sind oder die der Regelabweichung proportionale Spannung ihr Vorzeichen wechselt oder eine Zeit vergangen ist, die ausreicht, daß beide Spannungen, mindestens aber die der Hilfsgröße proportionale Spannung, Null geworden sind.

Die der Regelabweichung und die der Hilfsgröße proportionalen Spannungen können den Steuerwicklungen eines magnetischen Gegentaktverstärkers zugeführt werden, dessen Ausgangsgröße ahhängig von ihrem Vorzeichen die Schaltstellung eines. Schalters für den Stellmotor und die Hilfsgröße steuert.

Weiter ist es möglich, daß der zeitliche Differentialquotient der Regelabweichung gebildet und der Regelung aufgeschaltet wird. Eine andere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die der Differenz zwischen Regelabweichung und Hilfsgröße entsprechende Ausgangsspannung über eine Phasenschwenkbrücke die Geschwindigkeit des Stellmotors steuert.

Mit einem derartigen Regler läßt sich die Dynamik einer Regelung auch mit langer Anlaufzeit, also einem sehr tragen Verhalten der Regelstrecke, erheblich verbessern. Eine Regelabweichung X lpst dabei eine Korrektur durch eine Stellgröße Y aus, die derart ge-' wählt ist, daß der Eingriff der Stellgröße Y in die Regelstrecke die Regelgröße um den Betragp-X ändert, wobei p1>l ist. Das Zusammenwirken mit der Hilfsgröße gemäß der Erfindung bewirkt jedoch, daß stationär tatsächlich nur um den Betrag X wieder korrigiert wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei derartigen Regelstrecken keine plötzlichen größeren Regelabweichungen auftreten, sondern ein langsamer Aufbau der Regelabweichung erfolgt. Ein Regler gemaß der Erfindung arbeitet nun ständig derart dagegen an, daß sich kaum größere Regelabweichungen aufbauen können. Bei einer etwa vorhandenen großen Regelabweichung wird durch die überhöhte Stellgröße die Regelabweichung sehr schnell zu Null gemacht und durch den Aufbau der Hilfsgröße eine Pendelung so weit unterdrückt, daß etwaige Uberschwingungen nur innerhalb eines Bereiches erfolgen, in dem ein »Fehler« praktisch vernachlässigbar ist.

Zur Vorgabe der Dynamik der Regelung hat man als Bestimmungsgröße die Stellmotorgeschwindigkeit, die Steilheit des Anstieges der Hilfsgröße und eine Bemessungsregel zur Vorgabe des obenerwähnten Faktors »p« als Bestimmungsgroße für den Grad der Überhöhung der Stellgröße.

An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

An den Klemmen 1 soll als Meßgröße der Regelabweichung ein Strom oder eine Spannung auftreten.
Werden Soll- und Istwert durch die Phasenlage von Impulsen dargestellt, so kann die Phasendifferenz in einer Impulsmeßbrücke als Strom oder Spannung abgebildet werden, die als Regelabweichung an den Klemmen 1 wirksam ist.

Der der Regelabweichung proportionale Strom fließt über die Steuerwicklungen 2, 3 eines im Gegentakt arbeitenden magnetischen Verstärkers 4. Die Wicklungen 5, 6, die aus der Hilfsspannungsquelle 7 über einen Gleichrichter 8 und einen einstellbaren Widerstand 9 gespeist werden, dienen zur Erzielung einer konstanten Vorerregung und außerdem zum Nullpunktsabgleich bzw. zum Ausgleich etwaiger Unterschiede der beiden Verstärkerteile 10 und 11. Die Ausgangsspannung des magnetischen Verstärkers 4 wird dem Transformator 12 zugeführt. Auf der Sekundärseite des Transformators 12 werden sodann phasenabhängige Zündimpulse für die beiden Entladungsgefäße 13 und 14 abgegriffen. Diese sind jedoch nach Art eines Vollweg-Gleichrichters derart an die Hilfsspannungsquelle 7 geschaltet, daß im Falle einer netzsynchronen Steuerung immer nur eines der Gefäße zünden kann. Anodenseitig der Gefäße 13 und 14 liegen Relais 15 und 16, welche im Falle ihrer Erregung die zugehörigen Kontakte 15 α und 16 a schließen und damit einen Anlauf des Motors 17 in der einen oder anderen Richtung bewirken.

Wenn durch die Steuerwicklungen 2 und 3 kein Strom fließt, liegt — durch die Vormagnetisierung aus der Gleichspannungsquelle S bedingt — am Transformator 12 keine Spannung, Die Gefäße 13 und 14 werden daher nicht gezündet, so daß die Relais 15 und 16 nicht erregt sind. Die Kontakte 15 ff und 16 α sind demzufolge offen, und der Motor 17 läuft nicht. Fließt nun ein Strom bestimmter Richtung durch die Steuerwicklung 2 und 3, so wird die resultierende Erregung

der beiden magnetischen Verstärker IQ und 11 unsymmetrisch. Richtungsabhängig entsteht somit auf der Sekundär sei te des vorzugsweise als Impulstransformator ausgebildeten Transformators 12 ein Zündimpuls derartiger Phasenlage, daß, zugeordnet zur

Richtung des Stromes in den Steuerwicklungen 2

und3, eines der Gefäße 13 oder 14 zündet. Das jeweils erregte Relais schließt seinen Kontakt 15 α bzw. 16 a, so daß der Motor 17 in der einen oder in der anderen Richtung zu laufen beginnt. Der Motor 17 bewirkt eine Verstellung in dem Sinne, daß die Regelabweichung verschwindet.

Den Relais 15 und 16 sind noch weitere Kontakte 15 & und 16 & zugeordnet, die die Gleichspannungsquelle 18 über Widerstände 19, 20 an einen Kondensator 21 schalten. Der Entladestrom dieses Kondensators 21 fließt über einen Widerstand 22 durch die Steuerwicklungen 23, 24 des magnetischen Verstärkers 4.

Vom dargestellten Beispiel ausgehend sei der Fall betrachtet, daß das Gefäß 13 das Relais 15 erregt, so daß die Kontakte 15 α und 15 b geschlossen sind. Damit läuft der Motor 17 zunächst in einem bestimmten Sinn an. Gleichzeitig wird die Gleichspannungsquelle 18 über die Widerstände 19 und 20 an den Kondensator 21 gelegt, und dieser beginnt sich aufzuladen. Damit entsteht eine Spannung an dem durch die Glieder 22, 23 und 24 gebildeten Stromkreis, welche etwa zeitproportional anwächst und einen entsprechenden Strom durch diesen Kreis schickt. Dieser erzeugt eine Durchflutung in dem magnetischen Verstärker 4, welche derjenigen des Stromes durch die Steuerwicklungen 2 und 23 sowie 3 und 24, erreicht zeitlich durch durchflutung in jedem der magnetischen Verstärker, hervorgerufen durch die Ströme in den Steuerwicklungen 2 und 23 sowie 3 und 24, erreicht zeitlich durch diese Hilfsgröße schneller den Wert Null und täuscht somit ein Verschwinden der Regelabweichung vor. Beim Erreichen der GesamtdurchfLutung Null verschwindet die Steuerspannung für das Gefäß 13, und die Kontakte 15 α und 15 & fallen ab. Dadurch wird der Motor 17 stillgesetzt und die Spannungserhöhung am Kondensator 21 hört auf.

Eine nicht gezeichnete Verriegelungsvorrichtung, welche von dem immer noch fließenden Regelabweichungsstrom aus den Klemmen 1 gespeist wird, hält nun über einen Verstärker etwa in Gegentaktschaltung das Gefäß 14 so lange gesperrt, bis der Strom durch die Klemmen 1 selbst zu Null geworden ist oder sein Vorzeichen umkehrt. Einfacher kann man auch eine zeitabhängige Sperrung der ganzen Regelanordnung nach Abgabe des Regelhubes oder eine Sperrung des nicht arbeitenden Gefäßes durchführen. Durch die zeitproportionale Hilfsgröße erhält man dann eine Einschaltzeit des Motors 17, welche etwa dem Regelabweichungsstrom in den Steuerwicklungen 2 und 3 proportional ist.

Die genannte Sperreinrichtung selbst kann bei regelabweichungsabhängiger Betätigung wie der magnetische Verstärker 4 aufgebaut sein, jedoch ohne die Glieder für die Hilfsgröße. Ein entsprechender Ausgangstransformator beaufschlagt die Gefäße, welche auf Relaiß arbeiten, die entsprechende Kontakte in den Anodenkreisen von 13 und 14 offen halten. In diesem Fall bleibt das Wirken der Hilfsgröße des vorliegenden Ausführungsbeispiels nach Beendigung des einmaligen Arbeitshubes des Motors 17 unberücksichtigt. Es ist dann an sie nur die Bedingung zu stellen, daß sie ihre Ausgangslage wieder erreicht hat,

ίο wenn der Regelabweichungsstrom in 2 und 3 bzw. in der entsprechenden Zusatzeinrichtung endgültig zu Null geworden ist oder wenn zeitabhängig die Verriegelungseinrichtung die Regelanordnung wieder freigibt. Dadurch ist es möglich, den Regelvorgang ohne Pendelungen schnell zu beenden.

Der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner vorgesehene Kondensator 25 wird dazu verwendet, um einen zusätzlichen D-Einfluß zu erzeugen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Dreipunktregler, insbesondere Lageregler für Regelstrecken mit so großer Anlaufzeit, daß sich der Einfluß der Stellgröße auf die Regelgröße am Meßort so stark verzögert auswirkt, daß beim Betrieb des Stellmotors bis zum Erreichen der Regelgröße Null eine größere Stellgröße vorhanden wäre, als zur Beseitigung der Regelabweichung erforderlich ist, dessen Stellmotor bei Auftreten einer Regelabweichung in Abhängigkeit von ihrem Vorzeichen durch eine ihr entsprechende Spannung auf Rechts- oder Linkslauf zusammen mit einer zeitproportional anwachsenden Hilfsspannung, die der der Regelabweichung proportionalen Spannung entgegenwirkt, eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Abschalten im Augenblick der Gleichheit beider Spannungen ein Wiedereinschalten des Stellmotors so lange unterbunden wird, bis beide Spannungen Null geworden sind oder die der Regelabweichung proportionale Spannung ihr Vorzeichen wechselt oder eine Zeit vergangen ist, die ausreicht, daß beide Spannungen, mindestens aber die der Hilfsgröße proportionale Spannung, Null geworden sind.

2. Elektrischer Dreipunktregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Differenz zwischen Regelabweichung und Hilfsspannung entsprechende Ausgangsspannung über einePhasenschwenkbrücke die Geschwindigkeit des Stellmotors steuert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 767 636, 915 366.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen