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Elektrischer Folgeregler mit einer Geberwelle und einer motorisch
nachgeführten Empfangswelle Die üblichen Folgeregler arbeiten mit einem verstellbaren
Sollwertpotentiometer und einem mittels eines Wendemotors nachgeführten Istwertpotentiometer,
die parallel an einer Speisespannungsquelle liegen und als Drehpoteniometer ausgebildet
sein können. In diesen Fällen müssen die Potentiometerabgrifffe oft über 360° hinaus
verstellbar sein, wobei sie bei jeder Umdrehung einmal über die Isolierstrecke in
der Potentiorneterbahn laufen.
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F i g. 1 zeigt dieses Verhältnis schematisch. Es ist die Potentlometerbahn
mit 1, die Isolierstrecke, die einem Winkel von etwa 2° zugeordnet ist, mit 2 bezeichnet.
Der Abgriff 3 des Potentiometers ist beliebig oft um 360° verdrehbar. An das Potentiometer
wird eine Spannung von beispielsweise 60 V angelegt, so daß dem halben Sollwertbereich
(180°) eine Spannung von 30 V entspricht.
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Die sich aus der unterschiedlichen Stellung des Istwertpotentiometers
und des Sollwertpotentiometers ergebende Regelabweichung wird üblicherweise in einer
mit Gleichspannung gespeisten Brückenschaltung gebildet, wobei ein mit einer der
Regelabweichung proportionalen Spannung gespeister Wendemotor den Abgriff des Istwertpotentiometers
der Stellung des Abgriffes des Sollwertpotentiometers nachfährt. Hieran knüpft die
Erfindung an, wobei die an sich bekannte Aufgabe gelöst wird, zur Erzielung einer
hohen Regelgeschwindigkeit den Wendemotor stets in derjenigen Richtung laufen zu
lassen, in der er auf dem kürzesten Wege die Regelabweichung auf Null bringt.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf einen elektrischen Folgeregler
mit einer Geberwelle und einer motorisch nachgeführten Empfangswelle, bei der der
Stellmotor stets in diejenige Richtung gesteuert wird, in der er auf dem kürzesten
Wege die Regelabweichung auf Null bringt, und bei dem ein Sollwertpotentiometer
und ein mittels des Stellmotors (Wendemotors) nachgeführtes Istwertpotentiometer,
die beide Drehpotentiometer sind, Zweige einer mit Gleichspannung gespeisten Brückenschaltung
bilden, insbesondere für Selbststeueranlagen von Schiffen. Bei einem solchen Folgeregler
besteht die Erfindung darin, daß die in der Brückendiagonale auftretende, der Regelabweichung
proportionale Spannung einem ersten Kippstufenpaar mit möglichst geringer Ansprechschwelle
sowie einem zweiten Kippstufenpaar mit der Hälfte der maximalen Sollwertspannung
entsprechender Ansprechschwelle zugeführt ist, daß die Ansprechschwellen eines jeden
Paares entgegengesetzte Polarität aufweisen und den beiden Kippstufen mit positiver
Schwellenpolarität je ein Umkehrgatter nachgeschaltet ist, so daß die Ausgangssignale
zweier verschiedenen Paaren angehörenden Kippstufen mit gegenpoligen Ansprechschwellen
Linkslauf, die Ausgangssignale der beiden anderen Kippstufen Rechtslauf des Wendemotors
bedingen, und daß mittels je einer Gattersperre, bestehend aus Umkehr-und Undgatter,
Drehrichtungsbefehle jeweils einer Kippstufe des ersten Paares nach Ansprechen jeweils
einer Kippstufe des zweiten Paares unterbunden sind.
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Die Maßnahme nach der Erfindung gewährleistet hohe Betriebssicherheit
bei geringem Aufwand an Bauelementen bzw. Bausteingruppen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Potentiometerabgrifffe
über zwei gleiche Widerstände miteinander verbunden, wobei diese Widerstände zwei
Zweige der Brückenschaltung bilden. Dadurch werden Regelfehler vermieden, wenn die
Abgriffe über die Isolierstrecke laufen und auf einfache Weise die Speisespannungsquelle
vor überlasturig schützt, indem der nicht zum Brückenabgleich benutzte Teil der
Potentiometer jeweils als Schutzwiderstand verwendet ist.
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Eine Möglichkeit zur bequemen Signalverarbeitung besteht in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung darin, daß als Speisespannung der Brückenschaltung eine
geglättete erdsymmetrische Gleichspannung dient. Dadurch können die Kippstufen und
die Gatter mit einem gemeinsamen, geerdeten Bezugspotential arbeiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 2 schematisiert
dargestellt und soll ini folgenden näher beschrieben werden.
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F i g. 1 zeigt diese Verhältnisse schematisch. Es ist die Potentiometerbahn
mit 1, die Isolierstrecke von
etwa 2° mit 2 bezeichnet. Der Abgriff
3 des Potentiometers ist beliebig oft um 3601 verdrehbar. An das Potentiometer
wird eine Spannung von beispielsweise 60 V angelegt, so daß dem halben Sollwertbereich
(180°) eine Spannung von 30 V entspricht.
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° Um die nachteiligen Auswirkungen der Isolierstrecke zu vermeiden;
schlägt die Erfindung vor, beide Potentiometer in Reihe an eine Speisespannungsquelle
zu legen und ihre Abgriffe über zwei gleiche Widerstände miteinander zu verbinden,
so daß an der Diagonale der hierdurch gebildeten Brückenschaltung das Regelabweichungssignal
abnehmbar ist.
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Um eine hohe Regelgeschwindigkeit zu erzielen, ist es erwünscht, daß
.der Wendemotor in derjenigen Richtung läuft, in der er auf dem kürzesten Wege die
Regelabweichung auf Null bringt. Um dies zu erreichen, wird gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung das Regelabweichungssignal -zwei ersten Kippstufen sowie zwei
weiteren Kippstufen mit einer dem halben Sollwertbereich entsprechenden Kippschwelle
zugeführt, die über eine Gatterkombination derart mit den ersten Kippstufen zusammenarbeiten,
daß der Wendemotor in der Drehrichtung läuft, die dem kleinsten Verstellwinkel entspricht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 2 stark schematisiert
dargestellt und soll im folgenden näher beschrieben werden.
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Das Sollwertpotentiometer RS und das Istwertpotentiometer R, liegen
in Reihe an einer Gleichspannung, die an die Klemmen ± 60 V angeschlossen ist. Der
Verbindungspunkt der beiden Potentiometer kann geerdet werden. Die Abgriffe AS und
A, sind über zwei gleiche, vorzugsweise hochohmige Widerstände RA und Rc miteinander
verbunden, so daß eine Brückenschaltung mit den Brückeneckpunkten B und Erde entsteht.
An die Diagonale dieser Brückenschaltung ist die Auswerteeinrichtung angeschlossen,
die durch ihren Eingangswiderstand RB veranschaulicht ist und später noch näher
besprochen werden soll.
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Die Potentiometersehaltung gemäß F i g. 2 liefert an der Brückendiagonale
auch dann eine Spannung, wenn einer der beiden Abgriffe über die Isolierstrecke
des Potentiometers läuft. Die Spannung verschwindet nur dann, wenn die an den Potentiometern
abgegriffenen Spannungen gleiche Absolutbeträge haben.
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Zur automatischen Einschaltung der günstigsten Drehrichtung sind vier
Kippstufen K 1, K2, K3, K 4 vorgesehen. Die KippstufenK1 und K2 sollen eine
möglichst geringe Ansprechschwelle haben, beispielsweise 0,5 V, was einem Winkel
von 3° am Potentiometer entsprechen würde. Dagegen sind die Kippstufen K3 und K4
mit einer Kippschwelle versehen, die dem halben Sollwertbereich (im vorliegenden
Fall 30 V bzw. 180°) entspricht. An die Kippstufen K2 und K3 sind Umkehrgatter
N1, N2 angeschlossen, die nur dann ein Ausgangssignal abgeben, wenn am Eingang
kein Signal vorhanden ist.
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In den F i g. 3 und 4 ist das Ansprechverhalten der Kippstufen mit
den nachgeschalteten Umkehrgattern veranschaulicht.
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Gemäß -Fig. 3 spricht die Kippstufe K1 dann an, wenn die Bedingung
1 UI-l > US -I- 0,5 V erfüllt ist. Darin bedeutet U, die Istwertspannung,
US die Sollwertspannung. Dagegen erscheint -am Ausgang des Umkehrgatters N 1 dann
ein Signal, wenn die Bedingung US>Juli +0,5V erfüllt ist. Die Breite der Kippschleife
kann durch entsprechende Wahl der Rückkopplung in der Kippstufe eingestellt werden.
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Wie F i g. 4 zeigt, ist am Ausgang der Kippstufe K4 Signal vorhanden,
wenn die Bedingung 1U,1>US+30V erfüllt ist, während am Ausgang des Umkehrgatters
N2 Signal entsteht, wenn die Bedingung US>1U,1+30V erfüllt ist.
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Die Ausgangssignale der Kippstufen bzw. der nachgeschalteten Umkehrgatter
werden nun so ausgewertet, daß die Regelabweichung auf dem kürzesten und damit schnellsten
Weg beseitigt wird. Hierzu seien zunächst die F i g. 5, 6, 7 und 8 betrachtet.
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Wird beim Istkurs IK =15° der Sollkurs SK =140° eingestellt
(F i g. 5), so muß der Wendemotor rechts laufen. Dagegen ist bei einem Sollkurs
gemäß F i g. 6 Linkslauf erforderlich, obwohl in beiden Fällen die Sollwertspannung
größer als die Istwertspannung ist.
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Bei den Kursänderungen gemäß F i g. 7 und 8 ist die Sollwertspannung
kleiner als die Istwertspannung, jedoch ist auch in diesem Fall entweder Rechtslauf
(F i g. 7) oder Linkslauf (F i g. 8) günstiger.
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Berücksichtigt man ferner, daß Linkslauf nur dann eingeschaltet werden
darf, wenn zugleich kein Kommando für Rechtslauf vorliegt, und umgekehrt, so ergeben
sich die aus nachstehenderTabelle ersichtlichen Bedingungen für Rechts- und Linkslaufkommando.
| Drehrichtung I KI 1 K4 1 N1 1 N2 1 L 1 R |
| Rechtslauf . . X X |
| Rechtslauf . . X X |
| Linkslauf .. X X |
| Linkslauf .. X X |
L bedeutet »Linkslauf nicht vorhanden«, N bedeutet »Rechtslauf nicht vorhanden«.
Diese Bedingungen lassen sich durch die in F i g. 2 dargestellte Gatterkombination
realisieren. Hierbei sind dem Linkslauf die Gatter U1 und U2, dem Rechtslauf die
Gatter
U3 und
U4 mit nachgeschalteten Verstärkern V1, V2 und Schaltschützen
S1, S2 zugeordnet. Am Ausgang des Undgatters U1 entsteht Signal, wenn die Kippschaltung
K 1 Signal abgibt und zugleich kein Rechtslaufkommando vorliegt. Zur Berücksichtigung
der letzteren Bedingung ist an den Verstärker V2 für den Rechtslauf über ein Umkehrgatter
N3 der obere Eingang des Undgatters U1 angeschlossen. Außerdem wird das Linkslaufkommando
dann gegeben, wenn die beiden Umkehrgatter N1 und
N2 die Eingänge des Undgatters
U2 mit Signalen besetzen.
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Tritt an den Kippschaltungen K 1 und K 4 ein Ausgangssignal
auf, so gibt das Undgatter U4 Rechtslaufkommando. Die gleiche Wirkung hat ein Ausgangssignal
am Umkehrgatter N 1 und ein fehlendes Linkslaufkommando, realisiert durch den Anschluß
des oberen Einganges des Undgatters U1 an den
Verstärker V3 für
den Linkslauf über ein Umkehrgatter N 4.
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Mit dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
lassen sich somit die optimalen Regelvorgänge entsprechend den F i g. 5 bis 8 verwirklichen.
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Der Aufbau der Kippstufen und der einzelnen Gatter ist weitgehend
freizügig. Vorteilhaft ist die Verwendung der bekannten Schaltungen mit Transistoren
und Dioden. Die Steuerung des Wendemotors kann statt über Schütze auch auf kontaktlosem
Wege durch geeignete Verstärker erfolgen.