DE1232641B

DE1232641B - Electrical step controller with a resistor-capacitor combination in the feedback

Info

Publication number: DE1232641B
Application number: DEL49602A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ulrich Langweg
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-12-28
Filing date: 1964-12-28
Publication date: 1967-01-19

Description

Elektrischer Schrittregler mit einer Widerstands-Kondensator-Kombination in der Rückführung Dem Gegenstand der Patentanmeldung L 42989/ VIII b/21 c (deutsche Auslegeschrift 1223 030) lag die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schrittregler zu schaffen, bei dem die kleinsten Schrittzeiten von dem eingestellten Proportionalbereich (P-Bereich) und von der Regelabweichung weitgehend unabhängig sind. Ein Weg zur Lösung dieser Aufgabe wurde damit gezeigt, daß parallel zu einer Widerstand-Kondensator-Kombination ein zusätzlicher Stromzweig mit einem Widerstand vorgesehen ist, daß in Reihe zu der Kombination in an sich bekannter Weise ein weiterer Widerstand liegt und daß die Spannungen an diesem Widerstand und dem Kondensator über einen Tiefpaß auf die Schaltstufe des Reglers rückgeführt werden. In dem Reihenwiderstand wird also ein Zusatzimpuls erzeugt und zusammen mit der kontinuierlich ansteigenden Spannung des Kondensators über ein glättendes Filter der Schaltstufe zugeleitet.Electric step controller with a resistor-capacitor combination in the return The subject matter of patent application L 42989 / VIII b / 21 c (German Auslegeschrift 1223 030) was based on the task of an electrical step controller to create in which the smallest step times of the set proportional range (P range) and are largely independent of the control deviation. One way to The solution to this problem was shown to be parallel to a resistor-capacitor combination an additional branch with a resistor is provided that in series the combination in a known manner is a further resistance and that the voltages across this resistor and the capacitor via a low-pass filter to the Switching stage of the controller are fed back. So in the series resistance there is a Additional pulse generated and together with the continuously increasing voltage of the Condenser fed to the switching stage via a smoothing filter.

Es hat sich nun herausgestellt, daß ein derartiger Regler bei extremer Dimensionierung der zusätzlichen Mittel zur Unterdrückung der Abhängigkeit des kleinsten Stellschrittes vom P-Bereich unerwünschte innere Reglerschwingungen erzeugen kann. Wenn nämlich bei großen P-Bereichsänderungen die kleinsten Schritte für das Stellglied ausreichend lang und dabei sehr konstant sein sollen, so sind dazu große Zusatzimpulse zu erzeugen, und der Tiefpaß ist mit großer Zeitkonstante (niedriger Grenzfrequenz) auszulegen. Insbesondere durch diese Dimensionierung des Tiefpasses kann dann aber die Schaltstufe eines Dreipunktreglers aus einer Schaltlage über die Nullage hinaus sofort in die entgegengesetzte Schaltlage kippen. Der neue Stellschritt wirkt damit dem vorangegangenen Stellschritt jeweils entgegen, mit anderen Worten, der Regler pendelt.It has now been found that such a controller at extreme Dimensioning of the additional means to suppress the dependence of the smallest Adjustment step from the P-range can generate undesirable internal controller oscillations. If that is when the smallest steps for the actuator are used in the case of large changes in the P range should be sufficiently long and at the same time very constant, then large additional impulses are required and the low-pass filter has a large time constant (low cut-off frequency) to interpret. In particular through this dimensioning of the low pass, however, the switching stage of a three-position controller from a switching position beyond the zero position immediately switch to the opposite switching position. The new setting step is effective the previous step, in other words, the controller commutes.

Diesem Nachteil des bereits vorgeschlagenen Schrittreglers ist abzuhelfen. Der Schrittregler soll auch mit verhältnismäßig langen und konstanten Schritten bei großen P-Bereichsvariationen stabil arbeiten.This disadvantage of the step controller already proposed is to be remedied. The step controller should also have relatively long and constant steps work stably with large P-range variations.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schrittregler mit einer eine Widerstand-Kondensator-Kombination aufweisenden Rückführung, die als zusätzliche Mittel zur Unterdrückung der Abhängigkeit des kleinsten Stellschrittes vom Proportionalbereich nach Patentanmeldung L 42989 VIII b / 21 c einen zu der Widerstand-Kondensator-Kombination parallelen Stromzweig, einen in Reihe zu der Kombination liegenden Widerstand sowie einen Tiefpaß aufweist, über den die Spannungen an dem Widerstand und dem Kondensator auf die Schaltstufe des Reglers rückgeführt werden. Die Erfindung besteht darin, daß eine Brückenschaltung mit dem zu der Kombination in Reihe liegenden Widerstand im Nullzweig vorgesehen ist und daß die Kombination während der Schrittzeit an denjenigen Brückenzweig angeschlossen ist, mit dem die Brücke entsprechend dem Proportionalbereich verstimmt ist.The invention relates to an electrical step controller with a a resistor-capacitor combination having feedback, which is an additional Means for suppressing the dependence of the smallest setting step on the proportional range according to patent application L 42989 VIII b / 21 c one of the resistor-capacitor combination parallel branch, a resistor in series with the combination and has a low-pass filter through which the voltages across the resistor and the capacitor can be fed back to the switching stage of the controller. The invention consists in that a bridge circuit with the resistor in series with the combination is provided in the zero branch and that the combination during the step time to those Bridge branch is connected, with which the bridge according to the proportional range is out of tune.

Durch die Anwendung einer Brückenschaltung gemäß der Erfindung werden also Zusatzimpulse erzeugt, deren Höhe von dem eingestellten P-Bereich abhängt, und zwar gehören zu kleinem P-Bereich große Zusatzimpulse und zu großem P-Bereich kleine Zusatzimpulse. Durch diese Abhängigkeit der Zusatzimpulse vom P-Bereich lassen sich lange und von dem P-Bereich unabhängige Schritte mit einem Tiefpaß geringer Verzögerung erzeugen, so daß der Regler nicht instabil wird.By using a bridge circuit according to the invention This means that additional pulses are generated, the height of which depends on the set P range, namely, large additional pulses belong to a small P-range and to a large P-range small additional impulses. Let this dependence of the additional impulses on the P-range Long and independent of the P-range steps with a low-pass filter are less Create a delay so that the controller does not become unstable.

Die erfindungsgemäße Rückführung eines Schrittreglers wird im folgenden mit einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung beschrieben.The feedback of a step controller according to the invention is described below described with an embodiment using a drawing.

In der Zeichnung sind mit 10 bis 13 Widerstände mit gleichem Widerstandswert einer Brückenschaltung bezeichnet. Die Brücke wird von einer Spannungsquelle 14 über einen Vorwiderstand 15 gespeist.In the drawing, 10 to 13 denote resistors with the same resistance value of a bridge circuit. The bridge is fed by a voltage source 14 via a series resistor 15.

Die Widerstand-Kondensator-Kombination in der Rückführung des Reglers ist mit den Bauelementen 16, 17 aufgebaut, zu denen ein weiterer Widerstand 18 in Reihe geschaltet ist. Der Kondensator 17 und der Widerstand 18 sind an ein Tiefpaßfilter mit dem RC-Glied 19, 20 angeschlossen, das zu der nicht dargestellten Schaltstufe des Schrittreglers führt. Der zu der Kombination 16, 17 in Reihe liegende Widerstand 18 ist in den Nullzweig der Brückenschaltung 10 bis 13 eingeschaltet. Die Kombination 16, 17 ist damit einerseits an den gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstandes 12 mit dem Widerstand 13 angeschlossen, während sie andererseits zu den parallelgeschalteten festen Kontaktstücken 21, 22 zweier Wechsler führt. Die parallelgeschalteten beweglichen Kontaktstücke 25, 26 dieser Wechsler sind über einen einstellbaren Widerstand 27 ebenfalls mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände 12, 13 leitend verbunden. Jeweils das zweite feste Kontaktstück 23 bzw. 24 der Wechsler steht mit einer Stromversorgungsleitung der Brücke in Verbindung. Die beiden Wechsler sind je einem Kippglied in der Schaltstufe des Dreipunktreglers zugeordnet.The resistor-capacitor combination in the feedback of the controller is built up with the components 16, 17 , to which a further resistor 18 is connected in series. The capacitor 17 and the resistor 18 are connected to a low-pass filter with the RC element 19, 20 , which leads to the switching stage, not shown, of the step controller. The resistor 18 in series with the combination 16, 17 is switched into the zero branch of the bridge circuit 10 to 13. The combination 16, 17 is thus connected on the one hand to the common connection point of the resistor 12 with the resistor 13, while on the other hand it leads to the fixed contact pieces 21, 22 of two changeover contacts connected in parallel. The movable contact pieces 25, 26 of these changers connected in parallel are also conductively connected to the common connection point of the resistors 12, 13 via an adjustable resistor 27. The second fixed contact piece 23 or 24 of the changeover contact is connected to a power supply line of the bridge. The two changeover contacts are each assigned to a flip-flop in the switching stage of the three-position controller.

In der gezeichneten Stellung der Rückführung befindet sich die Schaltstufe in der Mittellage, so daß beide Wechsler die Spannungsquelle 14 über den strombegrenzenden Vorwiderstand 15 kurzschließen. An der Kombination 16, 17 und dem in Reihe liegenden Widerstand 18 kann keine Spannung auftreten.In the position of the feedback shown, the switching stage is in the middle position, so that both changeover contacts short-circuit the voltage source 14 via the current-limiting series resistor 15. No voltage can appear at the combination 16, 17 and the series resistor 18.

Kippt nun die Schaltstufe infolge einer Regelabweichung in eine Richtung, so wird z. B. der Wechslerkontakt 21, 25 geschlossen. Die Brücke, die entsprechend der Dimensionierung der Widerstände 10 bis 13 abgeglichen war, wird durch den zum Widerstand 13 parallelliegenden Widerstand 27 verstimmt. Die an diesem Brückenzweig abfallende Spannung treibt einen Strom über den Kontakt 21, 25 und den Widerstand 16 in den Kondensator 17, der sich allmählich auflädt. Zu der Kondensatorspannung addiert sich ein Zusatzimpuls an dem Widerstand 18 entsprechend der Verstimmung der Brücke. Der Zusatzimpuls und der P-Bereich des Reglers hängen dabei von der Einstellung des Widerstandes 27 ab. Ist beispielsweise der Widerstandswert hoch eingestellt, so entsteht an dem betrachteten Brückenzweig ein großer Spannungsabfall. Die Kondensatorspannung erreicht damit rasch den Wert, der zusammen mit dem Zusatzimpuls das Schaltglied zurückkippen läßt: Der P-Bereich ist also groß. Die Brücke 10 bis 13 wird aber durch den hochohmigen Parallelwiderstand 27 kaum verstimmt, so daß der Zusatzimpuls im Widerstand 18 niedrig ist. Durch entsprechende überlegung ist leicht einzusehen, daß bei kleinem einstellbarem Wert des Widerstandes 27 der P-Bereich klein und der Zusatzimpuls hoch wird.If the switching stage now tilts in one direction as a result of a control deviation, z. B. the changeover contact 21, 25 is closed. The bridge, which was adjusted according to the dimensioning of the resistors 10 to 13, is detuned by the resistor 27 lying parallel to the resistor 13. The voltage drop across this bridge branch drives a current via the contact 21, 25 and the resistor 16 into the capacitor 17, which is gradually charged. An additional pulse at the resistor 18 is added to the capacitor voltage in accordance with the detuning of the bridge. The additional pulse and the P range of the controller depend on the setting of the resistor 27. If, for example, the resistance value is set high, a large voltage drop occurs at the bridge branch under consideration. The capacitor voltage quickly reaches the value which, together with the additional pulse, causes the switching element to tilt back: The P range is large. The bridge 10 to 13 is hardly detuned by the high-resistance parallel resistor 27, so that the additional pulse in the resistor 18 is low. With appropriate consideration it is easy to see that with a small adjustable value of the resistor 27, the P-range becomes small and the additional pulse becomes high.

Wenn die Schaltstufe beispielsweise bei Vorzeichenumkehr der Regelabweichung in umgekehrter Richtung anspricht, dann bleibt der Wechsler 25 in der gezeichneten Ruhelage, während der Kontakt 22, 26 geschlossen wird. Die Spannung an dem Kondensator 17 und der Zusatzimpuls an dem Widerstand 18 stellen sich dann mit umgekehrten Vorzeichen ein, im übrigen bleibt aber die voranstehend erläuterte Wirkung erhalten.If the switching stage responds in the opposite direction, for example when the sign of the control deviation is reversed, then the changeover contact 25 remains in the rest position shown while the contact 22, 26 is closed. The voltage across the capacitor 17 and the additional pulse across the resistor 18 are then set with the opposite sign, but otherwise the effect explained above is retained.

Wichtig ist bei dieser Rückführanordnung, daß die Zusatzimpulse mit kleinerer P-Bereichseinstellung wachsen, so daß der glättende Tiefpaß 19, 20 mit kleiner Zeitkonstante ausgelegt werden kann und der Schrittregler auch bei extremen Anforderungen an die Schrittlänge und ihre Unabhängigkeit vom P-Bereich bei großer Bereichsvariation stabil bleibt. Wegen des damit erzielbaren großen Abstandes von der Stabilitätsgrenze ist die Dimensionierung der Bauelemente unkritisch. Es ist auch nicht erforderlich, die Brücke genau abzugleichen. Die Brückenschaltung hat außerdem noch den Vorteil, daß man für die Rückführung eines Dreipunktreglers mit einer einzigen Spannungsquelle auskommt und dabei auf gesonderte Spannungsteiler verzichten kann. Selbstverständlich läßt sich die Rückführanordnung auch bei Zweipunktreglern anwenden, wobei der zweite Wechsler entfällt.It is important with this feedback arrangement that the additional pulses grow with the smaller P-range setting, so that the smoothing low-pass filter 19, 20 can be designed with a small time constant and the step controller even with extreme demands on the step length and its independence from the P-range with a large range variation remains stable. Because of the large distance from the stability limit that can be achieved, the dimensioning of the components is not critical. It is also not necessary to align the bridge exactly. The bridge circuit also has the advantage that a single voltage source can be used for the feedback of a three-point regulator and there is no need for a separate voltage divider. Of course, the feedback arrangement can also be used with two-point controllers, the second changeover contact being omitted.

Claims

Claims: 1. Electrical step controller with a feedback having a resistor-capacitor combination, which, as an additional means for suppressing the dependence of the smallest setting step on the proportional range according to patent application L 42989 V1IIb / 21c, has a current branch parallel to the resistor-capacitor combination, an in Series to the combination resistor and a low-pass filter, via which the voltages at the resistor and the capacitor are fed back to the switching stage of the controller, characterized in that a bridge circuit (10 to 13) with the to the combination (16, 17) resistor (18) lying in series is provided in the zero branch and that the combination is connected during the step time to that bridge branch (12 or 13) with which the bridge is detuned according to the proportional range.

2. The electric stepper regulator according to claim 1, characterized by a respective changeover contact (25 and 26) for switching the direction of the arrival of the resistor-capacitor combination connected to the bridge during the step time and for short-circuiting the bridge supply voltage during the pause time.