DE1167950B - Dreipunktregler mit Totzone - Google Patents

Dreipunktregler mit Totzone

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DE1167950B
DE1167950B DES74469A DES0074469A DE1167950B DE 1167950 B DE1167950 B DE 1167950B DE S74469 A DES74469 A DE S74469A DE S0074469 A DES0074469 A DE S0074469A DE 1167950 B DE1167950 B DE 1167950B
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DE
Germany
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deviation
point controller
controller according
voltage
point
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Pending
Application number
DES74469A
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English (en)
Inventor
Herbert Poppinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE1167950B publication Critical patent/DE1167950B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/14Automatic controllers electric in which the output signal represents a discontinuous function of the deviation from the desired value, i.e. discontinuous controllers
    • G05B11/18Multi-step controllers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

  • Dreipunktregler mit Totzone Bei Reglern wird in den meisten Fällen ein Istwert mit einem Sollwert verglichen, wobei die Differenz zwischen diesen Werten gebildet wird und die Verstelleinrichtung des Reglers beeinflußt. Hierbei ist die Anordnung in vielen Fällen so getroffen, daß der Differenzbetrag einen bestimmten Grenzwert überschreiten muß, damit die Verstelleinrichtung in Tätigkeit gesetzt wird.
  • In der Praxis werden derartige Regler meist als Dreipunktregler ausgeführt.
  • Ein Dreipunktregler hat die Aufgabe, ein Stellglied einzuschalten, sobald die Regelabweichung einen definierten Grenzwert überschreitet, durch dessen Wirkung die Regelabweichung vermindert wird. Hierzu muß der Regler abhängig von dem Vorzeichen der Regelabweichung zwei verschiedene Steuerkriterien liefern.
  • Die Wirkungsweise eines solchen Reglers ist in Fig. 1 veranschaulicht. Dort ist abhängig von der Zeit t die am Eingang des Dreipunktreglers liegende Eingangsgröße E und die Regelabweichung X" dargestellt. Die Eingangsgröße E setzt sich dabei zusammen aus der Differenz zwischen der Regelabweichung und einer vom Reglerausgang abhängigen Rückführungsgröße. Durch diese Rückfühführungsgröße soll bekanntlich ein stabileres Verhalten der Regelstrecke erreicht werden. Durch ihren Einfluß wird das Stellglied bereits abgeschaltet, bevor die Regelabweichung Null wird. Dieser Zeitpunkt ist in F i g. 1 mit t" bezeichnet und durch den Schnittpunkt der Kurve E mit der Geraden G, bestimmt. Letzterer symbolisiert den einen Ansprech-bzw. Abfallgrenzwert des Dreipunktreglers. Solange die Eingangsgröße E größer als G, ist - also im Zeitinteivall zwischen t, und t. -, liefert der Dreipunktregler ein Ausgangssignal A" durch das ein Stellglied gesteuert wird, das bis zum Zeitpunkt t. eingeschaltet ist.
  • Bekanntlich sind bei trägen Regelstrecken mindestens zwei (meist jedoch mehr) aufeinanderfolgende, entgegengesetzt wirkende Stellschritte erforderlich, um eine Störung auszuregeln, d. h. also die Regelgröße wieder auf ihren Sollwert zu bringen. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, beginnt jedoch der zweite mit A 2 bezeichnete Stellschritt erst im Zeitpunkt t., der durch den Schnittpunkt der- Kurve E mit der zweiten Ansprechgrenze G., des Dreipunktreglers bestimmt ist. Die zwischen den beiden Stellschritten liegende Totzeit ist offensichtlich bestimmt durch die zwischen den beiden Ansprechgrenzen G, und G2 liegende Totzone. Diese soll aber eine nicht zu geringe Breite besitzen, da sonst der Regler bereits bei kleineren Störungen eingreifen würde, wodurch sich eine große Beanspruchung der mechanischen Stellglieder ergibt. Andererseits wird der gesamte Regelvorgang durch die zwischen aufeinanderfolgenden Stellschritten liegende Totzeit vergrößert.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Dreipunktregler mit Totzone, deren Grenzen einstellbar sind, diese Totzeit weitgehend zu vermeiden. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Grenzen der Totzone abhängig von der Regelabweichung selbsttätig derart verändert wird, daß die Totzone um so kleiner ist, je größer die Regelabweichung ist.
  • Die Ansprechgrenzen Gl und G, haben dann den in F i g. 2 gezeigten Verlauf. Man erkennt, daß der Regler erst bei verhältnismäßig großen Regelabweichungen, nämlich im Zeitpunkt t, eingreift. Die Größe der Regelabweichung zu diesem Zeitpunkt entspricht dem Wert E, da die Größe der Rückführung zu dieser Zeit noch Null ist.
  • Für das Ende des ersten Stellschrittes A, (Zeitpunkt t.) ist ein wesentlich kleinerer Wert von G, maßgebend. Dieser Wert hängt von der Regelabweichung ab, die zu diesem Zeitpunkt noch einen verhältnismäßig großen Wert besitzt. Die Eingangsgröße des Dreipunktreglers E ist zu diesem Zeitpunkt nur infolge der Wirkung der Rückführgröße bereits Null.
  • Mitunter kann es zweckmäßig sein, die Amprechgrenzen des Dreipunktreglers erst dann abhängig von der Größe der Regelabweichung selbsttätig gegenläufig zu verändern, wenn durch den Dreipunktregler das Stellglied bereits erstmals eingeschaltet wurde.
  • Die Größe der Regelabweichung hat dann keinen Einfluß auf die Ansprechgrenzen, solange der Regler noch nicht eingreift, d. h. also, solange die Regelabweichung unter den eingestellten Ansprechgrenzen des Dreipunktreglers liegt. Der Dreipunktregler kann also hierbei so ausgebildet werden, daß der Grenzwert, der von der Regelabweichung über- bzw. unterschritten werden muß, um den Dreipunktregler zum Ansprechen bzw. Abfallen zu bringen, in der Ruhe- bzw. Mittelstellung einen festgelegten, vorzugsweise verhältnismäßig großen Wert hat, jedoch, sobald der Regler angesprochen hat, in Abhängigkeit von der Größe dieser Abweichung selbsttätig verändert wird.
  • Eine einfache Lösung für Regeleinrichtungen, bei denen die Steuerung der Verstelleinrichtung in Ab- hängigkeit von einem bestimmten Potentialwert erfolgt, besteht darin, daß außer dem den Vergleichswert bildenden Glied noch ein weiteres Glied angeordnet wird, das eine von der Größe der Ab- weichung gegenläufig abhängige Spannung abgibt, und daß die Ausgänge dieser Glieder miteinander über Spannungsteiler verbunden werden, an deren Abgriffen die Steuerpotentiale abgenommen werden.
  • Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich hierbei, wenn für die Umsetzung des Potentialwertes in an die Verstelleinrichtung gegebene Impulse ein in Kippschaltung arbeitender Transistorsatz verwendet wird, wobei die an den Spannungsteilern gewonnenen Potentiale der Basis der Transistoren zugeführt wird. Bei derartigen Einrichtungen wird bei einer verhältnismäßig großen Abweichung ein verstärkter Strom über einen der Spannungsteiler fließen, wodurch eine Verschiebung des Potentials am Abgriff eintritt, derzufolge der entsprechende Transistor bei um so kleinerer Summe von Regelabweichung und Rückführung durchschaltet, je größer die Ab- weichung zwischen Soll- und Istwert ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von F i g. 3 besprochen.
  • Mit 1 ist ein Sollwertgeber, mit 2 ein Istwertgeber bezeichnet, die über einen Vergleicher 3 und eine Leitung 4 auf eine Additionsstelle 5 arbeiten, in der außerdem noch eine Rückführungsgröße über eine Leitung 6 hinzugefügt wird. Der Ausgangswert wird auf einen Verstärker 7 gegeben, dessen beide Ausgänge 8 und 9 je mit der Basis eines Transistors 10 bzw. 11 über Vorschaltwiderstände 12 bzw. 13 verbunden sind. Von der Verbindungsleitung 4 zwischen 3 und 5 zweigt noch eine Leitung 14 zu einem Steuerglied 15 ab, das an seinem Ausgang 16 eine gegenüber dem Ausgang des Verstärkers 7 positive Spannung abgibt, deren Wert gegenläufig von der Höhe der Differenz zwischen Ist- und Sollwert abhängt. Der Ausgang 16 ist über eine Leitung 17 und je einen Widerstand 18 bzw. 19 gleichfalls mit der Basis des zugehörigen Transistors 10 bzw. 11 verbunden. Der Transistor 10 arbeitet auf ein Relais 20, der Transistor 11 auf ein Relais 21, mit deren Hilfe je nach der Richtung der Abweichung beispielsweise der der Verstelleinrichtung zugeordnete Motor in dem einen oder in dem anderen Drehsinn eingeschaltet wird. Zwischen dem Ausgang 16 und dem Verstärkerausgang 8 liegen hierbei die Widerstände 12 und 18 in Reihe und bilden einen Spannungsteiler, ebenso wie zwischen dem Ausgang 16 und dem Verstärkerausgang 9 ein solcher Spannungsteiler durch die Widerstände 19 und 13 gebildet wird. Die Widerstandswerte von 18 bzw. 19 sind hierbei entsprechend höher gewählt, so daß - solange keine Regelabweichung besteht - an der Basis der beiden Transistoren das positive Potential des Ausgangs 16 wirksam wird. Sobald eine Abweichung eintritt, erhält der der Abweichungsrichtung entsprechende Ausgang des Verstärkers 7 ein höheres negatives Potential. Dadurch verschiebt sich das Potential am Abgriff des durch die Widerstände gebildeten Spapnungsteilers, so daß die Basis gegenüber dem geerdeten Emitter negatives Potential erhält, wodurch der Transistor durchgesteuert und das entsprechende Relais erregt wird.
  • Da das Potential des positiven Ausgangs 16 infolge der gegenläufigen Abhängigkeit um so kleiner wird, je größer die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert besteht, liegt der Ansprechwert, bei dem der entsprechende Transistor auf Durchlaß gesteuert wird, bei höheren Abweichungen wesentlich niedriger als bei geringeren Abweichungen. Auf diese Weise ist es also möglich, daß der Dreipunktregler bei Ab- weichungen, die unterhalb bestimmter Grenzen liegen, überhaupt nicht anspricht und bei großen Ab- weichungen praktisch keine Totzone im Umschalten von einer auf die andere Richtung des Stelltnotors aufweist. Dies hat also den Vorteil, daß in solchen Fällen der Fehler in der kürzesten Zeit ausgeregelt wird, die bei der gegebenen Stellgeschwindigkeit möglich ist.
  • Für manche Anwendungsfälle ist es zweckmäßig, die Abhängigkeit des wirksamen Ansprechwertes des Dreipunktreglers von der Größe der Regelabweichung dadurch herbeizuführen, daß die die Differenz zwischen Soll- und Istwert gebende Spannung über ein Element mit verhältnismäßig niedrigem Schwellenwert dem Dreipunktregler zugeführt wird. Hierfür kann gegebenenfalls eine Zenerdiode oder mehrere dem Grenzwert entsprechend ausgewählte, in Reihe geschaltete Dioden verwendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel sind also diese Elemente zwischen dem Vergleicher 3 und dem Anschlußpunkt der Leitung 14 einzuschalten. Eine derartige Anordnung ändert zwar bei dem ersten Auftreten der Abweichung den Ansprechwert noch nicht. Es wird jedoch, sobald der Regler infolgedessen eine Gegensteuerung ausgelöst hat und der bestehenden Abweichung zufolge neuerlich anspricht, eine Verschiebung erreicht, so daß die Arbeitsweise in einen steileren Bereich der Regelkennlinie gelangt. Infolgedessen wird also in Fällen, wo eine hohe Abweichung auszuregeln ist, die Regelung in diesem steileren Kennlinienbereich durchgeführt, was einer Herabsetzung des Ansprechwertes und damit eine kräftigere und wirksamere Regelung zur Folge hat, da in diesem neuen Zustand bereits sehr geringe Regelabweichungen eine Reaktion im Regler bewirken.
  • Für manche Anwendungsfälle kann die Veränderung der Ansprechgrenze rhythmisch in bestimmten Zeitabständen durchgeführt werden, wobei diese Zeitabstände zweckmäßig so gewählt werden, daß jeweils nach einer Herabsetzung der Ansprechgrenze ein Abklingen etwa nach einer e-Funktion wieder den ursprünglichen Wert einstellt, worauf dann eine neuerliche Herabsetzung erfolgt.
  • Hierbei besteht die Möglichkeit, den Rhythmus z. B. fremdgesteuert durch eine Gebereinrichtung festzulegen, so daß beispielsweise in dem Moment, in dem eine gewisse Mindestabweichung erreicht ist, die Änderung der Ansprechgrenze einsetzt und dann periodisch in dem festgelegten Rhythmus erfolgt. Unter Umständen kann es aber zweckmäßig sein, den Rhythmus von Meßwerten in der Anlage selbst, sei es von der Dauerlast oder von der Regelabweichung - oder auch von beiden kombiniert -, abhängig zu machen, etwa in dem Sinne, daß, je größer die Abweichung ist, die Zeitabstände um so länger gemacht werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines thermischen Elementes bewirkt werden, das ein Zeitwerk in der Weise beeinflußt, daß es die Zeitkonstante eines Kreises bei erhöhter Temperatur vergrößert.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Dreipunktregler mit Totzone, deren Grenzen einstellbar sind, dadurch gekennz e i c h n e t, daß die Grenzen der Totzone abhängig von der Regelabweichung selbsttätig derart verändert wird, daß die Totzone um.so kleiner ist, je größer die Regelabweichung ist.
  2. 2. Dreipunktregler nach Anspruch 1, bei der der Regelvorgang über ein spannungsabhängiges Element gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem den Vergleichswert bildenden Glied noch ein weiteres Glied vorgesehen ist, das eine von der Größe der Abweichung gegenläufig abhängige Spannung abgibt, wobei die Ausgänge dieser beiden Glieder miteinander über einen Spannungsteiler verbunden werden, mit dessen Abgriff der Eingang des spannungsabhängigen Steuerelernentes verbunden ist. 3. Dreipunktregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsabhängiges Element ein Transistor verwendet ist, dessen Basis an dem Abgriff des Spannungsteilers angeschlossen ist. 4. Dreipunktregler nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistoren in Kippschaltung vorgesehen sind, die die Verstelleinrichtung des Reglers jeweils in entsprechender Drehrichtung einschalten. 5. Dreipunktregler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung, die die Regelabweichung wiedergibt, dem Regler über ein Element mit niedrigem Schwellenwert zugeführt wird. 6. Dreipunktregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung über eine Zenerdiode erfolgt. 7. Dreipunktregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung über eine dem erwünschten Grenzwert entsprechende Anzahl von in Reihe geschalteten Dioden erfolgt. 8. Dreipunktregler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls zusätzlich eine rhythmische Veränderung. der Ansprechgrenze durchgeführt wird. 9. Dreipunktregler nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rhythmus der Änderungen gegenläufig von dem Grade der Ab- weichung bestimmt wird. 10. Dreipunktregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermisches, vom Belastungsstrom geheiztes Element vorgesehen ist, das.den Rhythmus der Änderungen beeinflußt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 749 984, 949 511; französische Patentschrift Nr. 1203 288; Zeitschrift »Regelungstechnik«, Jg. 1958, S. 20/21.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0088496A1 (de) * 1982-03-05 1983-09-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Regelgerät mit Rückführung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE749984C (de) * 1943-06-02 1944-12-09 Relaislose Regeleinrichtung mit Spannungs- oder Stromresonanzkreis als Steuerorgan
DE949511C (de) * 1949-12-06 1956-09-20 Landis & Gyr Ag Relaiseinrichtung
FR1203288A (fr) * 1958-09-10 1960-01-18 Rank Precision Ind Ltd Servomécanismes de commande

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