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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.
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In der Praxis werden derartige Regler meist als Dreipunktregler ausgeführt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von F i
g. 3 besprochen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.