DE1106998B

DE1106998B - Arrangement for the speed ratio or. Speed control

Info

Publication number: DE1106998B
Application number: DEL33484A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Dhen; Dr-Ing Werner Jentsch; Dr-Ing Eduard Krochmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-06-15
Filing date: 1959-06-15
Publication date: 1961-05-18

Description

.Anordnung zur Drehzahlverhälinis-bzw. Drehzahlregelung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlverhältnisregelung. Die allgemeine Aufgabe besteht darin, in Abhängigkeit von einer führenden Winkelgesch-,vindigkeit eine oder mehrere Winkelgeschwindigkeiten derart zu regeln, daß sie- zu der führenden Winkelgeschwindigkeit in einem bestimmten vorgegebenen Verhältnis stehen. Hat dieses Verhältnis den Wert Eins, so geht die Drehzahlverhältnisregelung in eine reine Drehzahlregelung über.. Arrangement for speed ratio or. Speed control The present The invention relates to an arrangement for speed ratio control. The general The task is to depend on a leading angular speed, speed to regulate one or more angular velocities in such a way that they - to the leading Angular velocity are in a certain predetermined ratio. Has this If the ratio is one, the speed ratio control changes to a pure speed control above.

Die Lösung dieser Aufgabe durch eine gewöhnliche Drehzahlregelung hat den Nachteil, daß infolge der Regelabweichung oder infolge von Fehlern bei der Analogabbildung der führenden Winkelgeschwindigkeit co, eine Abweichung zwischen der zu regelnden und der im gewünschten Drehzahlverhältnis untersetzten führenden Winkelgeschwindigkeit auftritt, so daß das zeitliche Integral der Regelabweichung und damit die Drehwinkeldifferenz beliebig groß werden können. Dies ist jedoch besonders bei solchen Anlagen unerwünscht, bei denen die führende Welle mit den zu regelnden Wellen über ein empfindliches zu bearbeitendes Gut gekuppelt ist (z. B. Papiermaschinen).The solution to this problem is through an ordinary speed control has the disadvantage that as a result of the system deviation or as a result of errors in the Analog mapping of the leading angular velocity co, a deviation between the leading one to be controlled and the one that is reduced in the desired speed ratio Angular velocity occurs, so that the time integral of the control deviation and so the difference in angle of rotation can be as large as desired. However, this is special undesirable in such systems in which the leading wave is to be regulated with the Shafts are coupled over a sensitive item to be processed (e.g. paper machines).

Andere bekannte Anordnungen arbeiten in der Weise, daß die bei einer Umdrehung der führenden Welle von der zu regelnden Welle mittels einer Strichscheibe gewonnenen Impulse gezählt werden und diese mit einer Sollimpulszahl verglichen werden. Der Nachteil einer solchen Regelung besteht jedoch neben der bereits erwähnten Möglichkeit eines unbegrenzten Auseinanderlaufens der Drehwinkel in einer großen Zeitkonstante des Regelkreises, denn die Ausregelung einer Regelabweichung kann erst nach einer Umdrehung der führenden Welle eingeleitet werden. Besonders bei langsam laufenden Anlagen macht sich diese Erscheinung unangenehm bemerkbar, da bei ihnen die Zählzeit für die Bestimmung des Istwertes besonders groß ist.Other known arrangements operate in such a way that the at one Rotation of the leading shaft from the shaft to be controlled by means of a graduated disk The pulses obtained are counted and compared with a target number of pulses will. The disadvantage of such a regulation, however, is in addition to the one already mentioned Possibility of unlimited divergence of the angles of rotation in a large one Time constant of the control loop, because the regulation of a control deviation can can only be initiated after one revolution of the leading shaft. Especially at Slow-running systems make this phenomenon uncomfortably noticeable because with them the counting time for determining the actual value is particularly long.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für eine Drehzahl- bzw. Drehzahlv erhältnisregelung zu entwickeln, bei der das zeitliche Integral der Abweichung zwischen der im gewünschten Drehzahlverhältnis untersetzten führenden und der zu regelnden Winkelgeschwindigkeiten annähernd Null ist und dessen Regelgeschwindigkeit sehr hoch ist.The present invention is based on the object of an arrangement for a speed or speed ratio control to develop in which the temporal Integral of the deviation between the stepped down in the desired speed ratio leading and the angular velocities to be controlled is approximately zero and its Control speed is very high.

Als Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der eine Drehzahlsteuervorrichtung beaufschlagende Sollwert o)s der zu regelnden Winkelgeschwindigkeit co2 sich aus einem der führenden Winkelgeschwindigkeit coi entsprechenden Grundsollwert cvso und einem die Drehwinkelabweichung darstellenden Korrektursollwert d cos zusammensetzt (Fig. 1). Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 1. Mit co werden im folgenden stets Winkelgeschwindigkeiten bzw. den Winkelgeschwindigkeiten analoge Größen bezeichnet und mit S2 die den Winkelgeschwindigkeiten entsprechenden Impulsfolgen. Einem bidirektionalen Zähler 1 werden in der Summierungsstelle 11 eine der zu regelnden Winkelgeschwindigkeit o,)2 entsprechende, über ein Meßglied 4 gewonnene Impulsfolge 0, und eine der führenden Winkelgeschwindigkeit c,)1 unter Berücksichtigung des gewünschten Drehzahlverhältnisses entsprechende Impulsfolge S21 zugeführt. Die Impulse der aus den Impulsfolgen S21 und S22 gewonnenen Differenzimpulsfolge d S2 werden von dem Zählglied 12 unter Berücksichtigung des Vorzeichens gezählt. Die Summe dieser Impulse stellt ein Maß für das zeitliche Integral der Winkelgeschwindigkeitsabweichung und damit ein Maß für die Abweichung der Drehwinkel dar. Sie wird nach Addition mit einem durch die Anfangsstellung des Zählgliedes 12 bedingten Anfangswert d OA einem Digital-Analog-Wandler 14 zugeführt. Der z. B. eine elektrische Spannung darstellende analoge Ausgangswert des bidirektionalen Zählers 1 stellt ein Maß für die Drehwinkelabweichnung zwischen der im gewünschten Drehzahlverhältnis untersetzten führenden und der zu regelnden Welle dar. Er kann als Korrektursollwert d cos zu dem Grundsodlwert cos o aufgefaßt werden, mit dem er in der Summi-erungsstelle 2 zum Sollwert cos addiert wird, der sodann der Drehzahlsteuervorrichtung 3 für die zu regelnde Winkelgeschwindigkeit co, zugeführt wird. Diese Drehzahlsteuervorrichtung besteht aus einem Block 23, der im wesentlichen einen Verstärker sowie ein Stellglied für die zu regelnde Winkelgeschwindigkeit (o2 enthält. Die Drehzahlsteuervorrichtung kann intern noch zu einem Regelkreis geschlossen werden, indem der Istwert der Winkelgeschwindigkeit o)2 zurückgeführt wird und mit dem Sollwert cos in der Summierungsstelle 31 verglichen wird. Durch den Korrektursollwert J m' wird einerseits erreicht, daß die zwar kleine, aber von 'Null verschiedene und belastungsabhängige Regelabweichung zwischen o), und m" nicht zu einer bleibenden Winkelgeschwindigkeitsabweichung führt und andererseits, daft die Fehler, die bei der analogen Abbildung des Grundsollivertes o)," aus der Winl;elgescliwindiglceit coi zu keinen bleibenden Winkelgeschwindigkeitsabweichungen führen. Man könnte in der Anordnung nach Fig. 1 auf die Addition eines Grundsollwertes c,)" in der Summierungsstelle 2 verzichten und die Drehzahlsteuervorrichtung 3 allein mit dem sich aus der Drehivinkelabweichung ergebenden Korrektursollwert'(,)s beaufschlagen. Eine solche Anordnung hätte jedoch zwei Nachteile: 1. Entsprechend der von der absoluten Winkelgeschwindigkeit (o#, abhängigen Sollwertgröße @oS müßte eine große und in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit (o" in weiten Grenzen schiwankende Drehivinlzelabiveichung zugelassen iverden, die besonders bei Anlagen unerwünscht ist, in denen die führende und zu regelnde Welle über ein empfindliches zu bearbeitendes Gut, z. B. Papier, miteinander gekuppelt sind.As a solution to this problem, the invention proposes an arrangement which is characterized in that the setpoint value o) s of the angular speed co2 to be regulated, which is applied to a speed control device, is composed of a basic setpoint value cvso corresponding to the leading angular speed coi and a correction setpoint value dcos representing the rotational angle deviation ( Fig. 1). An exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 1. In the following, co always denotes angular velocities or quantities analogous to angular velocities, and S2 denotes the pulse sequences corresponding to the angular velocities. A bidirectional counter 1 is supplied to the summation point 11 with a pulse train 0 corresponding to the angular velocity o,) 2 to be controlled and obtained via a measuring element 4, and a pulse train S21 corresponding to the leading angular velocity c,) 1, taking into account the desired speed ratio. The pulses of the differential pulse sequence d S2 obtained from the pulse sequences S21 and S22 are counted by the counter 12 taking into account the sign. The sum of these pulses represents a measure of the time integral of the angular velocity deviation and thus a measure of the deviation of the angle of rotation. The z. B. an electrical voltage representing analog output value of the bidirectional counter 1 provides a measure of the Drehwinkelabweichnung between the squat in the desired speed ratio leading and are to be controlled shaft. It may, as a correction set value cos d to the Grundsodlwert cos o be construed to which it in the summation point 2 is added to the nominal value cos, which is then fed to the speed control device 3 for the angular speed co to be regulated. This speed control device consists of a block 23 which essentially contains an amplifier and an actuator for the angular speed to be regulated (o2. The speed control device can still be closed internally to a control loop in that the actual value of the angular speed o) 2 is fed back and with the setpoint cos in the summation point 31 is compared. The correction setpoint J m 'ensures that the small but different from zero and load-dependent control deviation between o) and m "does not lead to a permanent angular velocity deviation and, on the other hand, the errors that occur in the analog mapping of the basic setpoint o), "from the Winl; elgescliwindiglceit coi do not lead to permanent angular velocity deviations. In the arrangement according to FIG. 1, one could dispense with the addition of a basic setpoint value c,) "in the summation point 2 and only apply the corrective setpoint value '(,) s resulting from the angular deviation to the speed control device 3. However, such an arrangement would have two disadvantages : 1. Corresponding to the setpoint value @oS, which is dependent on the absolute angular velocity (o #, a large and, depending on the angular velocity (o ", fluctuating within wide limits) angular calibration would have to be permitted, which is particularly undesirable in systems in which the leading and closed regulating shaft are coupled to one another via a sensitive item to be processed, e.g. paper.

2. Wegen der großen Drehwinkelabweichung würde die erforderliche Kapazität des bidirektionalen Zählers 1 sehr groß werden.2. Because of the large angle of rotation deviation, the required capacity would of the bidirectional counter 1 become very large.

Die Gewinnung des Grundsollwertes o)," kann mittels einer mit der führenden Welle gekuppelten Tachometermaschine vorgenommen werden, wobei zusätzlich eine Vorrichtung zur Teilung der Tachometerspannung entsprechend dem gewünschten Drehzahlverhältnis erforderlich ist. Will man auf diese Tachometermaschine verzichten. so kann man den Grundsollivert o),, auch am Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers abgreifen. dessen Eingang die der Winkelgeschwindigkeit (,)i entsprechende, den bidirektionalen Zähler 1 beaufschlagende Impulsfolge S21 zugeführt wird.Obtaining the basic setpoint o), "can be done by means of a with the leading shaft coupled tachometer machine can be made, in addition a device for dividing the tachometer voltage according to the desired Speed ratio is required. If you want to do without this speedometer machine. so you can use the basic setpoint o) ,, also at the output of a digital-to-analog converter tap. whose input corresponds to the angular velocity (,) i, the bidirectional counter 1 applied pulse train S21 is supplied.

Um mit dem Zählglied 12 des bidirektionalen Zählers 1 die einfallenden Impulse unter Berücksichtigung ihrer Vorzeichen zählen zu können, wird der Nullpunkt des Ausganges des bidirektionalen Zählers durch geeignete Maßnahmen in die Mitte seiner Zählkapazität gelegt. Das bedeutet also, daß für d co" = 0 das Zählwerk des Zählgliedes 12 im mittleren Wert seiner Zählkapazität steht. Bei einer vorübergehenden größeren Drehzahlabweichung werden dem Zählglied nun in schneller Folge eine große Zahl von Impulsen zugeführt, die in der gleichen Richtung wirken und das Zählglied 12 bis an die Grenze seiner positiven bzw. negativen Zählkapazität beanspruchen. Ohne weitere Maßnahme würde beim Überschreiten seiner positiven bzw. negativen Zählkapzität das Zählwerk des Zählgliedes auf den Wert Null bzw. seinen Höchstwert zurückfallen. Das würde bedeuten, daß am Ausgang des bidirektionalen Zählers trotz einer großen positiven oder negativen Drehwinkelabweichung der Korrektursollwert A o), ständig zwischen seinem positiven und negativen Höchstwert schwankt und auf diese Weise die Stabilität der Regelanordnung gefährdet. Um diese Erscheinung zu verhindern, schlägt die Erfindung vor, beim Übergang von der vorletzten zur letzten Stellung des positiven oder negativen Zählbereichs des Zählgliedes 12 des bidirektionalen Zählers 1 der entsprechende Eingang des bidirektionalen Zählers gegenüber weiteren die positive oder negative Zählkapazität des Zählers überschreitende Impulse zu sperren.In order to be able to count the incoming pulses with the counting element 12 of the bidirectional counter 1, taking into account their signs, the zero point of the output of the bidirectional counter is placed in the middle of its counting capacity by suitable measures. This means that for d co " = 0 the counter of the counter element 12 is in the middle value of its counting capacity. In the event of a temporary larger speed deviation, the counter element is now fed a large number of pulses in rapid succession, which act in the same direction and that Claim counter 12 to the limit of its positive or negative counting capacity. Without further measures, the counter of the counter would fall back to zero or its maximum value when its positive or negative counter capacity was exceeded Despite a large positive or negative angle of rotation deviation, the correction setpoint A o), constantly fluctuates between its positive and negative maximum value and in this way endangers the stability of the control system. To prevent this phenomenon, the invention proposes when changing from the penultimate to the last position of positive or negative Z To block the counting range of the counter 12 of the bidirectional counter 1, the corresponding input of the bidirectional counter against further pulses exceeding the positive or negative counting capacity of the counter.

Bei der soeben geschilderten Maßnahme wird jedoch ein Teil der die Drehwinkelabweichung beschreil;enden Impulse nicht mehr gespeichert, so daß auch ein volles Ausregeln der Drehwinkelabweichung nicht mehr möglich ist (die Lage geht verloren. Um die durch vorübergehende größere Drehzahlabweichungen bedingte Drehwinkelabweichung wieder voll ausregeln zu können, müßte man sowohl das Zählglied 12 als auch den Digital-Analog-Wandler 14 des bidirektionalen Zählers 1 entsprechend der Größe der zii erwartenden Drehwinkelabweichungen auslegen. Gemäß der Erfindung kann dies jedoch auch dadurch erreicht werden, daß das Zählglied des bidirektionalen Zählers mit einer größeren Zahl von Dekaden versehen wird als der Eingang des Digital-Analog-Wandlers 14, so daß auch bei vorübergehenden größeren Drehzahlabweichungen die auftretenden größeren Drehwinkelabweichungen von einem verhältnismäßig kleinen Digital-Analog-Wandler 14 wieder vollständig, allerdings verlangsamt, ausgeregelt werden können. Das Zählglied 12 wird also derart bemessen, daß es die gesamte Drehwinkelabweichung zu speichern vermag, während die Ausgangsgröße des Digital-Analog-Wandlers, die bei kleinen Drehwinkelabweichungen dem vom Zählglied 12 gespeicherten Wert proportional ist, bei größeren Drehwinkelabweichungen einen nicht weiter steigenden Endwert erreicht und mit der Größe dieses Endwertes die gesamte vom Zählglied 12 gespeicherte Drehwinkelabweichung allmählich abbaut.In the measure just described, however, part of the Rotation angle deviation; the pulses are no longer stored, so that too a full adjustment of the angle of rotation deviation is no longer possible (the situation works lost. About the angle of rotation deviation caused by temporary larger speed deviations To be able to fully regulate again, one would have to use both the counter 12 and the Digital-to-analog converter 14 of the bidirectional counter 1 according to the size of the zii the expected angular deviations. According to the invention, however, this can can also be achieved in that the counter of the bidirectional counter with a larger number of decades than the input of the digital-to-analog converter 14, so that even with temporary larger speed deviations the occurring larger angular deviations from a relatively small digital-to-analog converter 14 can be fully regulated again, albeit at a slower rate. The counting element 12 is therefore dimensioned in such a way that it stores the entire angle of rotation deviation capable, while the output variable of the digital-to-analog converter, the small deviations in the angle of rotation is proportional to the value stored by the counter 12, in the case of larger angular deviations reaches a final value that does not increase any further and with the size of this final value the entire rotational angle deviation stored by the counter 12 gradually decreases.

Die dein bidirektionalen Zähler l zugeführte Impulsfolge S21 wird durch eine dem gewünschten Drehzahlverhältnis entsprechende Unter- oder Übersetzung der an der führenden Welle, z. B. mittels einer Strichscheibe 5 (Fig. 2) und einem Impulsgeber 6 gewolinenen Impulsfolge S21 gewonnen. Eine Untersetzung der Frequenz der Impulsfolge S21' wäre in einfacher Weise durch einen Untersetzer möglich, der von den einfallenden Impulsen nur jeden zi-ten Impuls an seinem Ausgang freigibt. Mit einem solchen Untersetzer ließe sich die Frequenz f der einfallenden Impulsfolge jedoch nur auf Werte ffiz untersetzen, wobei it, jede ganze Zahl sein kann. Wird eine feinstufigere Untersetzung oder eine Übersetzung gefordert, so muß die Impulsfolge S21 zunächst in eine Impulsfolge S21" wesentlich höherer Frequenz umgewandelt werden, die dann mit einem Untersetzer der eben erläuterten Art untersetzt wird. Hierzu kann man sich einer Anordnung bedienen, wie sie Fig. 2 zeigt. Diese Anordnung arbeitet in der Weise, daß die Impulsfolge .2l' dein einen Eingang eines bidirektionalen Zählers 7 zugeführt wird, der das gleiche Bauelement wie der bidirektionale Zähler 1 in der Anordnung nach Fig. 1 sein kann. In Fig. 2 sind in dem Block 70 das Zählglied und der Digital-Analog-Wandler zusammengefaßt. Der Ausgang des bidirektionalen Zählers 7 steuert die Frequenz eines Frequenzgenerators B. Die Impulsfolge des Frequenzgenerators 8 wird über einen festeingestellten Untersetzer 10 dem anderen Eingang des bidirektionalen Zählers zugeführt. Dadurch wird erreicht, daß die Frequenz der Impulsfolge a1" gegenüber der Frequenz der Impulsfolge S21 um den gleichen Faktor größer ist, um den der Untersetzer 10 die Frequenz der Impulsfolge S21" untersetzt. Durch einen einstellbaren Untersetzer 9 kann die ImpulsfolgeS21" feinstufig in eine Impulsfolge Qi gewünschter Frequenz untersetzt werden. Die Anordnung nach Fig.2 kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß der Untersetzer 9 mit einem festeingestellen und der Untersetzer 10 mit einem veränderlichen Untersetzungsverhältnis versehen wird.The your bidirectional counter l supplied pulse train S21 is by a corresponding to the desired speed ratio lower or translation of the leading shaft, z. B. obtained by means of a reticle 5 (Fig. 2) and a pulse generator 6 won pulse sequence S21. A reduction of the frequency of the pulse train S21 'would be possible in a simple manner by means of a reduction which only releases every zi-th pulse at its output of the incident pulses. With such a divider, the frequency f of the incident pulse train could only be scaled down to values ffiz, where it can be any integer. If a more finely stepped reduction or a translation is required, the pulse sequence S21 must first be converted into a pulse sequence S21 ″ of a significantly higher frequency, which is then reduced with a reduction unit of the type just explained. For this purpose, an arrangement such as that shown in FIG. This arrangement operates in such a way that the pulse train .2l 'is fed to one input of a bidirectional counter 7, which can be the same component as the bidirectional counter 1 in the arrangement of FIG in the block 70, the counting member and the digital-to-analog converter summarized. the output of the bi-directional counter 7 controls the frequency of a frequency generator B. the pulse sequence of the frequency generator 8 is supplied to the other input of the bidirectional counter with a preset coasters 10th thereby achieved that the frequency of the pulse train a1 "compared to the frequency of the pulse train S21 by the same n is the greater factor by which the reducer 10 reduces the frequency of the pulse train S21 ″. The pulse train S21 "can be finely stepped down into a pulse train Qi of the desired frequency by means of an adjustable reducer 9. The arrangement according to FIG .

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for speed ratio or speed control, in which the time integral of the deviation of the actual value of one or more angular speeds to be controlled from the setpoint of a leading angular speed cwi, which is reduced or increased according to a certain speed ratio, is approximately zero, characterized in that the setpoint value co acting on a speed control device (3), the angular speed co to be regulated, is composed of a basic setpoint value w, 0 corresponding to the leading angular speed w1 and a correction setpoint value d cws representing the angle of rotation deviation.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a bidirectional counter with analog output (1) one of the angular velocity to be regulated w2 corresponding, via an IVIeßelement (4) obtained pulse train S22 and one of the leading angular velocity w1 taking into account the desired speed ratio corresponding pulse train 9 , and that at the output of the bidirectional counter (1) an analog output variable (e.g. a voltage) d w proportional to the integral of the angular velocity deviation, that is to say an analog output variable (e.g. a voltage) d w, is tapped, which is used as a correction setpoint with that of the leading angular velocity co , derived basic setpoint w "is added to the setpoint (, i, which is then fed to a speed control device (3) for the angular speed w2 to be regulated.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the Basic setpoint w, 0 by means of a tachometer machine coupled to the leading shaft is won.

4. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that that the basic setpoint w, 0 is tapped at the output of the digital-to-analog converter, whose input corresponds to the angular velocity o) 1, the bidirectional Counter (1) applied pulse sequence 521 is supplied.

5. Arrangement according to the Claims 1 and 2, characterized in that the transition from the penultimate to the last position of the positive or negative counting range of the counter (12) of the bidirectional counter (1) the corresponding input of the bidirectional The counter has the positive or negative counting capacity of the counter compared to others exceeding impulses is blocked.

6. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the counter (12) of the bidirectional counter (1) is a covers a greater number of decades than the input of the digital-to-analog converter (14), so that even with larger temporary deviations between the to be regulated and the leading angular velocity, the larger angular deviations that occur from a relatively small digital-to-analog converter (14) again completely, however, it can be slowed down and regulated.

7. Arrangement according to the claims 1 and 2, characterized in that to obtain the bidirectional counter (1) applied pulse train 521 which is below the leading angular velocity w1 Consideration of the desired speed ratio corresponds, by means of a with the leading. Shaft coupled reticle (5) and a pulse generator (6) a pulse train S21 is generated which is converted into the pulse train S21, wherein the bidirectional counter (7) can be the same component as the bidirectional Counter (1).