DE1115342B

DE1115342B - Electrical controller with PI behavior

Info

Publication number: DE1115342B
Application number: DEST14799A
Authority: DE
Inventors: Max Joachim Balkow
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1959-02-18
Filing date: 1959-02-18
Publication date: 1961-10-19

Description

Elektrischer Regler mit PI-Verhalten Ein Regelkreis besteht im allgemeinen aus dem Regler und der Regelstrecke. Der Regler mißt die Regelabweichung des Istwertes der Regelgröße und beeinflußt entsprechend der Regelabweichung das Stellglied, so daß die Regelgröße wieder auf ihren vorgegebenen Wert zurückgeführt wird.Electrical controller with PI behavior A control loop generally exists from the controller and the controlled system. The controller measures the control deviation of the actual value the controlled variable and influences the actuator according to the control deviation, see above that the controlled variable is returned to its specified value.

Es sind elektromagnetische Regler bekannt, bei denen der Regler durch einen Magnetverstärker und das Stellglied durch eine Stelldrossel gebildet wird. Die als Regler verwendeten Magnetverstärker besitzen ein sogenanntes P-Verhalten, d. h., im Beharrungszustand ist jedem Wert der Eingangsgröße ein bestimmter Wert der Ausgangsgröße proportional zugeordnet. In vielen Fällen ist es jedoch zur Anpassung des Reglers an die Regelstrecke notwendig, dem Regler ein PI-Verhalten zu geben, d. h., die Stellgröße wird durch den Regler zunächst zwar proportional der Regelabweichung gebildet, dann wird aber zusätzlich noch ein Wert addiert, der dem Zeitintegral der Regelabweichung entspricht.There are known electromagnetic regulators in which the regulator works a magnetic amplifier and the actuator is formed by an adjusting throttle. The magnetic amplifiers used as controllers have a so-called P behavior, d. In other words, in the steady state, each value of the input variable has a certain value assigned proportionally to the output variable. In many cases, however, it is for customization of the controller to the controlled system is necessary to give the controller a PI behavior, d. In other words, the controller initially makes the manipulated variable proportional to the control deviation formed, but then a value is added which is the time integral corresponds to the control deviation.

Es ist bekannt, das PI-Verhalten von Reglern mit P-Verhalten durch nachgebende Rückführkreise zu erzielen. Bei elektronischen Reglern benutzt man hierzu z. B. eine Serienschaltung aus Kondensator und Widerstand, an welche die Stehgröße, eine elektrische Gleichspannung, gelegt wird. Der am Widerstand auftretende Spannungsabfall wird auf den Eingang des Reglers als nachgebende Rückführung gegeben. Für Röhren- und' Transistorverstärker, die nur sehr geringe Leistungen zur Aussteuerung benötigen, können RC-Gheder für diesen Zweck ohne großen Aufwand zusammengestellt werden. Magnetverstärker benötigen jedoch zur Aussteuerung größere Leistungen, so daß für die nachgebende Rückführung sehr aufwendige RC-Glieder benötigt werden. Häufig muß sogar der Magnetverstärker zweistufig ausgeführt werden.The PI behavior of controllers with P behavior is known to achieve yielding feedback loops. This is used with electronic controllers z. B. a series circuit of capacitor and resistor to which the standing size, an electrical DC voltage is applied. The voltage drop that occurs across the resistor is given to the input of the controller as a yielding feedback. For tube and 'transistor amplifiers that only need very little power for control, RC-Gheder can be put together for this purpose without much effort. Magnetic amplifier However, they need greater power for modulation, so that for the yielding Feedback very expensive RC elements are required. Often even the magnetic amplifier must be carried out in two stages.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Regler mit PI-Verhalten, bei dem die Regelgröße über einen Regelverstärker auf ein Stellglied, z. B. auf eine vormagnetisierte Drossel, einwirkt.The invention relates to an electrical controller with PI behavior, in which the controlled variable via a control amplifier to an actuator, z. B. on a premagnetized choke acts.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der Proportional-Integral-Regelung mindestens ein temperaturabhängiger Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten in Wirkungsrichtung in den Regelkreis geschaltet ist.The invention is characterized in that to achieve the proportional-integral control at least one temperature-dependent resistor with a negative temperature coefficient is switched in the direction of action in the control loop.

Es ist zwar bereits bekannt, derartige temperaturabhängige Widerstände zum Auffangen des Stromstoßes beim Einschalten von Motoren zu verwenden. In diesem Falle erschöpft sich aber die regelnde Wirkung des temperaturabhängigen Widerstandes auf den Einschaltvorgang. Weiterhin ist es. bekannt, bei Regelvorrichtungen mit Widerständen als Temperaturfühler, der über einen Magnetverstärker ein Relais beeinflußt, einen temperaturabhängigen Widerstand in der Widerstandsschaltung anzuordnen, der mit einer Heizwicklung versehen ist, die vom Stellglied aus beeinflußt wird. Hierdurch soll die Trägheit der thermischen Anlage überwunden werden.It is already known such temperature-dependent resistors to be used to absorb the current surge when switching on motors. In this In the case, however, the regulating effect of the temperature-dependent resistor is exhausted on the switch-on process. Furthermore it is. known in control devices with Resistors as temperature sensors that influence a relay via a magnetic amplifier, to arrange a temperature-dependent resistor in the resistance circuit, the is provided with a heating coil, which is influenced by the actuator. Through this the inertia of the thermal system is to be overcome.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Schaltungsanordnungen und Anwendungen von temperaturabhängigen Widerständen wird bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung eine integrale Regelung dadurch erzielt, daß in den Stromkreis zwischen Regelverstärker und Stellglied ein temperaturabhängiger Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten eingeschaltet wird, der lediglich .durch den hindurchfließenden Strom aufgeheizt wird. Die Wirkung mehrerer kurzer Stromimpulse summiert sich im temperaturabhängigen Widerstand; wodurch eine integrale Regelung erzielt wird. Die Widerstandsänderung bewirkt eine Änderung der Kennlinie des Regelverstärkers.In contrast to these known circuit arrangements and applications of temperature-dependent resistances is used in the circuit arrangement according to FIG Invention an integral control achieved in that in the circuit between Control amplifier and actuator have a temperature-dependent resistor with a negative Temperature coefficient is switched on, which is only .by the flowing through Electricity is heated. The effect of several short current impulses adds up in the temperature dependent resistance; whereby an integral regulation is achieved. the A change in resistance causes a change in the characteristic curve of the control amplifier.

An Hand der Zeichnungen-soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings will.

In: Fig. 1 ist das Kennlinienfeld eines Magnetverstärkers dargestellt. Auf der Abszisse ist der Steuerstrom Ist, auf der Ordinate der Arbeitsstrom I" aufgetragen. Als Parameter ist der Arbeitswiderstand des Magnetverstärkers gewählt. Die Kurve 1 gilt für einen kleinen Arbeitswiderstand, die Kurven 2, 3 und 4 für entsprechend größere Arbeitswiderstände. Besonders im oberen Bereich der Kennlinie ist die Aussteuerung des Magnetverstärkers stark von der Größe des Arbeitswiderstandes abhängig. In elektromagnetischen Regelkreisen ist der Arbeitswiderstand des magnetisehen Regelverstärkers die Steuerwicklung der Stelldrossel.In: Fig. 1 the characteristic field of a magnetic amplifier is shown. The control current actual is plotted on the abscissa and the working current I "on the ordinate. The working resistance of the magnetic amplifier is selected as the parameter. Curve 1 applies to a small working resistance, curves 2, 3 and 4 for correspondingly larger working resistances In the area of the characteristic curve, the modulation of the magnetic amplifier is heavily dependent on the size of the working resistance.

Die Fig. 2 zeigt die prinzipielle Schaltung - eines Reglers gemäß der Erfindung. Mit 5 sind die Arbeitswicklungen des magnetischen Regelverstärkers bezeichnet, der durch die Ventile 6 in Selbstsättigungsschaltung betrieben wird. Die Steuerwicklungen des Magnetverstärkers sind mit 7 bezeichnet, die Steuerwicklung der Stehdrossel mit B. Über den Brückengleichrichter 9 wird diese Steuerwicklung 8 von dem magnetischen Regelverstärker angesteuert. Gemäß der Erfindung wird zur Erzielung eines PI-Verhaltens der Steuerstrom für die Stelldrossel über den temperaturabhängigen Widerstand 10 geleitet.Fig. 2 shows the basic circuit - a controller according to the invention. With 5 are the working windings of the magnetic control amplifier referred to, which is operated by the valves 6 in self-saturation circuit. The control windings of the magnetic amplifier are marked 7, the control winding the standing choke with B. Via the bridge rectifier 9, this control winding 8 controlled by the magnetic control amplifier. According to the invention for Achieving a PI behavior of the control current for the regulating throttle via the temperature-dependent Resistance 10 passed.

Durch die Einschaltung des temperaturabhängigen Widerstandes in den Regelkreis ändert sich der Arbeitswiderstand des magnetischen Regelverstärkers in Abhängigkeit vom Arbeitsstrom. Es sei angenommen, daß der Magnetverstärker auf Grund des Widerstandes der Steuerwicklung 8, des Brückengleichrichters 9 und des Widerstandes 10 auf der Kennlinie 3 der Fig. 1 arbeite. Wenn die Eingangsgröße des Magnetverstärkers (Regelabweichung) sich plötzlich ändert, wird der Magnetverstärker zunächst gemäß Kennlinie 3 ausgesteuert.By switching on the temperature-dependent resistor in the control loop, the working resistance of the magnetic control amplifier changes depending on the working current. It is assumed that the magnetic amplifier works on the characteristic curve 3 of FIG. 1 due to the resistance of the control winding 8, the bridge rectifier 9 and the resistor 10. If the input variable of the magnetic amplifier (control deviation) suddenly changes, the magnetic amplifier is initially controlled according to characteristic curve 3.

Mit steigendem Arbeitsstrom wird nun aber der Wert des temperaturabhängigen Widerstandes 10 kleiner, und damit wird der Arbeitsstrom des Magnetverstärkers entsprechend ansteigen. Der Magnetverstärker arbeitet dann z. B. auf Kennlinie 2. Der Übergang von Kennlinie 3 auf 2 erfolgt entsprechend der Zeitkonstanten des temperaturabhängigen Widerstandes. Durch diesen Widerstand wird also das PI-Verhalten des Reglers erzielt.As the working current increases, however, the value of the temperature-dependent resistor 10 becomes smaller, and the working current of the magnetic amplifier will thus increase accordingly. The magnetic amplifier then works z. B. on characteristic curve 2. The transition from characteristic curve 3 to 2 takes place according to the time constant of the temperature-dependent resistance. The PI behavior of the controller is achieved through this resistance.

Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Regler mit PI-Verhalten, bei dem die Regelgröße über einen Regelverstärker auf ein Stellglied einwirkt und die Proportional-Integral-Regelung mit Hilfe einer Rückführung erzielt wird. Nach der Erfindung ist die Rückführung als Mitkopplung ausgebildet und in den Rückführzweig ein temperaturabhängiger Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten geschaltet.The invention also relates to an electrical controller with PI behavior, in which the controlled variable acts on an actuator via a control amplifier and the proportional-integral control is achieved with the aid of a feedback. To According to the invention, the feedback is designed as positive feedback and in the feedback branch a temperature-dependent resistor with a negative temperature coefficient is switched.

Es ist zwar ein elektrischer Regler mit Rückführung bekannt, der eine durch Gleichstrom dauernd gespeiste Brückenschaltung aus zwei festen Widerständen und zwei temperaturabhängigen Widerständen enthält, welche durch Wechselstrom aufgeheizt werden können, doch arbeitet- die bekannte Rückführung nicht im mitkoppelnden Sinne.Although there is an electrical controller with feedback known, the one Bridge circuit made up of two fixed resistors, continuously fed by direct current and contains two temperature-dependent resistors, which are heated by alternating current can be, but the well-known feedback does not work in the co-coupling sense.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann das PI-Verhalten des Reglers dadurch verändert werden, daß parallel zu dem temperaturabhängigen Widerstand ein veränderlicher temperaturunabhängiger Widerstand geschaltet wird.According to a further embodiment of the invention, the PI behavior of the controller can be changed in parallel to the temperature-dependent resistor a variable temperature-independent resistor is switched.

Eine Ausführungsform des Reglers gemäß dieser Ausbildung der Erfindung ist in Fig. 3 im Prinzip dargestellt. Die Parallelschaltung des temperaturabhängigen und -unabhängigen Widerstandes gemäß der Erfindung ist bei diesem Regelkreis nicht wie in i Fig.2 zwischen Magnetverstärker und Stelldrossel geschaltet, sondern in den Mitkopplungskreis. Die Arbeitswicklung des Magnetverstärkers ist wieder mit 5 bezeichnet, die Selbstsättigungsventile mit 6, die Steuerwicklung mit 7. Der Magnetverstärker arbeitet über den Brückengleichrichter 9 auf die Steuerwicklung 8 der Stelldrossel. Auf die Mitkopphingswicklungen 11 des magnetischen Regelverstärkers wird die Spannung an der Steuerwicklung 8 über die Parallelschaltung des temperaturabhängigen Widerstandes 10 mit dem -temperaturunabhängigen Widerstand 12 zurückgeführt. Bei sprunghafter Änderung der Eingangsgröße arbeitet auch dieser Regelkreis auf verschiedenen Kennlinien des Magnetverstärkers, bedingt durch die veränderliche Mitkopplung.An embodiment of the controller according to this embodiment of the invention is shown in Fig. 3 in principle. The parallel connection of the temperature-dependent and -independent resistance according to the invention is not in this control loop as in i Fig.2 connected between the magnetic amplifier and the regulating throttle, but in the positive feedback circuit. The working winding of the magnetic amplifier is again with 5 denotes, the self-saturation valves with 6, the control winding with 7. The magnetic amplifier works via the bridge rectifier 9 on the control winding 8 of the regulating throttle. The voltage is applied to the positive feedback windings 11 of the magnetic control amplifier at the control winding 8 via the parallel connection of the temperature-dependent resistor 10 fed back with the temperature-independent resistor 12. With erratic If the input variable changes, this control loop also works on different characteristics of the magnetic amplifier, due to the variable positive feedback.

Der temperaturabhängige Widerstand gemäß der Erfindung bzw. die Kombination des temperaturabhängigen mit dem -unabhängigen Widerstand kann auch direkt in den Eingangskreis des magnetischen Regelverstärkers geschaltet werden. Die Widerstände werden dann in Reihe zu der Steuerwicklung 7 gelegt.The temperature-dependent resistor according to the invention or the combination the temperature-dependent with the -independent resistance can also be fed directly into the The input circuit of the magnetic control amplifier can be switched. The resistances are then placed in series with the control winding 7.

Es liegt im Sinne der Erfindung, eine Kombination der beschriebenen Möglichkeiten zur Einschaltung der Widerstände gemäß der Erfindung zu wählen, also z. B. sowohl in den Eingangskreis als auch in den Mitkopplungskreis einen temperaturabhängigen Widerstand zu schalten.It is within the meaning of the invention, a combination of the described To choose ways to switch on the resistors according to the invention, so z. B. both in the input circuit and in the positive feedback circuit a temperature-dependent Switch resistance.

Die beschriebenen Beispiele beziehen sich zwar nur auf die Anwendung der Erfindung bei Magnetverstärkern, es soll jedoch betont werden, daß mit der Anordnung gemäß der Erfindung auch bei anderen elektrischen Verstärkern, z. B. Röhren- oder Transistorverstärker, auf einfache Weise ein PI-Verhalten erzielt werden kann.The examples described only relate to the application of the invention in magnetic amplifiers, but it should be emphasized that with the arrangement according to the invention also in other electrical amplifiers, e.g. B. tube or Transistor amplifier, a PI behavior can be achieved in a simple manner.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical controller with PI behavior in which the controlled variable acts on an actuator via a control amplifier, characterized in that that to achieve the proportional-integral control at least one temperature-dependent Resistance with negative temperature coefficient in the direction of action in the control loop is switched.

2. Regulator according to claim 1, characterized in that the temperature-dependent Resistance is connected between control amplifier and actuator.

3. Regulator after Claim 1, characterized in that the temperature-dependent resistance in the Input circuit of the control amplifier is switched.

4. Electrical controller with PI behavior, in which the controlled variable acts on an actuator via a control amplifier and the proportional-integral control is achieved with the aid of a feedback, thereby characterized in that the feedback is designed as positive feedback and in the feedback branch a temperature-dependent resistor with a negative temperature coefficient is switched is.

5. Regulator according to claims 1 to 4, characterized in that in parallel in addition to the temperature-dependent resistance, a variable temperature-independent resistance Resistance is switched. Publications considered: Swiss patent specification No. 289,513; German utility model number 1734 273; Magazine »radio mentor«, 7g.1950, p.031 to 044.