DE1255176B - Elektrisches Regelverfahren und Regelanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Elektrisches Regelverfahren und Regelanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE1255176B
DE1255176B DEL38588A DEL0038588A DE1255176B DE 1255176 B DE1255176 B DE 1255176B DE L38588 A DEL38588 A DE L38588A DE L0038588 A DEL0038588 A DE L0038588A DE 1255176 B DE1255176 B DE 1255176B
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DEL38588A
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Herbert Ernyei
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Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B1/00Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values
    • G05B1/01Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric
    • G05B1/03Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric for comparing digital signals
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing
    • H03M1/1009Calibration

Description

  • Elektrisches Regelverfahren und Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Regelverfahren, bei dem auf Grund der Regelabweichung ein Steuerbefehl in Form einer mehrstelligen Binärzahl gebildet wird und jeder Stelle des Steuerbefehls ein Stellglied zugeordnet ist, das von einer der gleichen Stelle zugeordneten binären Schaltung entsprechend dem Ziffernwert ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Ansprechzeitkonstante der Stellglieder mit steigender Stellenzahl größer wird.
  • Bei Regelverfahren dieser Art addieren sich die Wirkungen der eingeschalteten Stellglieder, so daß die erzielte Gesamtwirkung dem Wert des mehrstelligen binären Steuerbefehls proportional ist. Die Stellglieder können beliebiger Art, beispielsweise hydraulisch, pneumatisch, elektrisch usw., sein. Entsprechend dem unterschiedlichen Gewicht der verschiedenen Binärstellen ist es bei solchen Regelanordnungen im allgemeinen unerläßlich, daß die verschiedenen Stellglieder unterschiedliche Leistungen haben. Dies hat zur Folge, daß auch die Ansprechzeitkonstante der Stellglieder mit wachsendem Stellenwert ansteigt. Die Ansprechgeschwindigkeit der Regelanordnung ist also durch die Zeitkonstanten der den höchsten Stellenwerten zugeordneten Stellglieder begrenzt.
  • Bei einer bekannten Regelanordnung, die sich dieses Verfahrens bedient, tritt eine unerwünschte Erscheinung auf. Bei bestimmten übergängen von einem Wert des Steuerbefehls zu dem folgenden Wert ist es erforderlich, alle bisher eingeschalteten Stellglieder auszuschalten und dafür das nächstgrößere Stellglied einzuschalten. Dieser übergang würde reibungslos vor sich gehen, wenn sämtliche Stellglieder eine vernachlässigbar kleine Zeitkonstante oder zumindest die gleiche Zeitkonstante hätten. Wenn aber die Zeitkonstante des nächstgrößeren Stellglieds wesentlich größer als die Zeitkonstanten der bisher eingeschalteten Stellglieder ist, entsteht eine Übergangsperiode, in der die bisher eingeschalteten Stellglieder bereits ausgeschaltet sind, während das neu eingeschaltete Stellglied erst teilweise zur Wirkung gekommen ist. In dieser Übergangsperiode verhält sich der Stellmechanismus so, als ob der Steuerbefehl zunächst von dem bisherigen Wert auf einen wesentlich kleineren Wert absinkt und erst dann allmählich auf den neuen, größeren Wert hin ansteigt. Der gewünschte Endwert wird daher erst nach einer beträchtlich langen Zeit erreicht, und die Regelgröße nimmt vorübergehend ab statt zu. Die Ansprechgeschwindigkeit der ganzen Anordnung ist daher klein und kann sogar noch unter der Ansprechgeschwindigkeit liegen, die das neu eingeschaltete Stellglied für sich allein hat. Außerdem ist ein vorübergehendes Absinken der Regelgröße in vielen Fällen unzulässig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese unerwünschte Erscheinung bei Verfahren und Regelanordnungen der vorstehend geschilderten Art zu beseitigen.
  • Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine logische Schaltungsanordnung anspricht, wenn bei wachsendem Steuerbefehl eine Zahl erreicht ist, bei der sämtliche der Stellenzahl dieser Zahl entsprechenden binären Schaltungen die zugehörigen Stellglieder eingeschaltet haben und daraufhin bewirkt, daß eine weitere Einwirkung der Regelabweichung im Sinne des Anwachsens des Steuerbefehls nur die der nächsthöheren Stellenzahl zugeordnete binäre Schaltung beeinflußt, solange die Regelabweichung das gleiche Vorzeichen beibehält.
  • Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin in dem zuvor geschilderten Fall, in welchem die bisher eingeschalteten Stellglieder auszuschalten und das nächstgrößere Stellglied einzuschalten wären, das Ausschalten der bisher eingeschalteten Stellglieder zunächst zu verhindern. Diese Stellglieder bleiben daher zunächst voll wirksam, so daß nahezu die gleiche Wirkung erhalten wird, als wäre das neu hinzuzuschaltende Stellglied augenblicklich voll wirksam geworden, nachdem die übrigen Stellglieder ausgeschaltet worden sind. Zu dieser Wirkung der eingeschaltet gebliebenen Stellglieder addiert sich die entsprechend der Zeitkonstante allmählich ansteigende Wirkung des neu hinzugekommenen Stellglieds. Sobald diese ansteigende Wirkung den der kleinsten Einheit entsprechenden Wert erreicht hat, entspricht die Summe der Wirkungen der eingeschalteten Stellglieder bereits dem gewünschten Endwert. Dieser wird also in einer Zeit erreicht, die beträchtlich unter der Ansprechzeit des neu hinzugeschalteten Stellglieds ist. Nun wächst aber die Summe der Wirkungen sämtlicher eingeschalteter Stellglieder weiter an, so daß der gewünschte Wert überschritten wird. Dies hat zur Folge, daß sich das Vorzeichen der Regelabweichung umkehrt. Nach der Erfindung läßt man von diesem Zeitpunkt an die Regelanordnung wieder normal arbeiten. Da die Regelabweichung eine überschreitung des Sollwerts anzeigt, schaltet die Regelanordnung der Reihe nach die den niedrigeren Stellenwerten zugeordneten Stellglieder aus, bis schließlich nur noch das größte Stellglied allein eingeschaltet ist. Damit ist der dem Wert des Steuerbefehls entsprechende stationäre Endzustand erreicht; die diesem Endzustand entsprechende Wirkung ist jedoch bereits sehr viel früher eingetreten.
  • Wenn nur das der höchsten Stelle zugeordnete Stellglied eine zu große Zeitkonstante hat, ist nur eine logische Schaltung erforderlich, die das Erreichen der Binärzahl feststellt, bei der alle übrigen Stellglieder eingeschaltet sind. Wenn dagegen mehrere Stellglieder mit zu großer Zeitkonstante vorhanden sind, werden mehrere logische Schaltungen vorgesehen, die unabhängig voneinander auf das Erreichen unterschiedlicher Binärzahlen ansprechen, bei denen jeweils alle Stellglieder eingeschaltet sind, die kleineren Stellenwerten als das neu einzuschaltende Stellglied mit größerer Zeitkonstante zugeordnet sind, und die dann in gleicher Weise das Ausschalten der bisher eingeschalteten Stellglieder zunächst verhindern.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt F i g. 1 ein Diagramm zur Darstellung des Zuordnungsgesetzes zwischen einer analogen Größe und der binären Darstellung, F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Ansprechver7ögerung verschiedener Stellglieder, F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Maßnahme, F i g. 4 ein Blockschaltbild der Regelanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens, F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Teils der Anordnung von F i g. 4, F i g. 6 ein genaueres Schaltbild einer bei den Anordnungen von F i g. 4 und 5 verwendeten Kippschaltung und F i g. 7 ein genaueres Schaltbild eines Teils der Anordnung von F i g. 5.
  • In F i g. 1 ist das Gesetz der Zuordnung zwischen einer Größe und ihrer binären Darstellung gezeigt. Auf der Abszisse sind in senkrechter Richtung die im binären Zahlensystem geschriebenen Zahlen angegeben, während auf der Ordinate die entsprechende Größe im dezimalen Zahlensystem aufgetragen ist. Das Zuordnungsgesetz ist ein unstetiges Gesetz, das in Form einer Treppenkurve (quantisierte Größe) erscheint. Es ist erkennbar, daß der übergang von dem Wert 3 zu dem Wert 4 durch den übergang von der Zahl 011 zur Zahl 100 ausgedrückt wird, bei dem eine »Eins« in der dritten Stelle erscheint und die Ziffern »Eins« in der ersten und zweiten Stelle zu »Null« werden. Entsprechend erfolgt der übergang von dem Wert 7 zu dem Wert 8 dadurch, daß die Zahl 0111 durch die Zahl 1000 ersetzt wird. Wenn jeder Binärstelle ein Stellglied eines Digital-Analog-Umsetzers zugeordnet wird, das entsprechend dem Ziffernwert der Stelle ein- und ausgeschaltet wird und dessen Ausgangsgröße dem Stellenwert entspricht, und wenn die Ausgangsgröße des Digital-Analog-Umsetzers gleich der Summe der Ausgangsgrößen der eingeschalteten Stellglieder ist, verläuft die Kurve der Ausgangsgröße unter Vernachlässigung der Einschwingvorgänge als Funktion der zugeführten Binärzahlen nach der Treppenkurve von F i g. 1.
  • Für den wirklichen Verlauf dieser Kurve müssen aber die Eigenzeitkonstanten der den verschiedenen Binärstellen zugeordneten Stellglieder berücksichtigt werden. Die jeweilige Zeitkonstante ist gewöhnlich um so größer, je höher der Stellenwert ist, dem das Stellglied zugeordnet ist. Dies soll an Hand des Diagramms von F i g. 2 für das Ansteigen der Ausgangsgröße um eine Einheit zwischen den Werten 7 und 8 erläutert werden. Im Idealfall erfolgt das Ansteigen der analogen Ausgangsgröße nach der theoretischen Kurve 1 als Funktion der Zeit, wenn die Umschaltung im Zeitpunkt t = 0 erfolgt.
  • Die gestrichelte Kurve 2 zeigt das Ansteigen der Ausgangsgröße des der vierten Stelle zugeordneten Stellglieds, und die gestrichelte Kurve 3 soll den entsprechenden Verlauf der Ausgangsgrößen der der ersten, zweiten und dritten Stelle zugeordneten Stellglieder zeigen. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß diese Stellglieder annähernd gleiche Zeitkonstanten haben.
  • Wie aus den Kurven 2 und 3 erkennbar ist, kommt das Stellglied der vierten Stelle sehr viel langsamer zur Wirkung, als die Wirkung der drei anderen Stellglieder beim Abschalten aufhört.
  • Es läßt sich praktisch annehmen, daß die Zeitkonstanten in der einen und in der anderen Richtung nahezu gleich sind. Die Ausgangsgröße des Umsetzers verläuft also entsprechend dem Unterschied zwischen der Kurve 2 und der Kurve 3. Dieser Unterschied ist durch die voll ausgezogene Kurve 4 dargestellt. Wie zu erkennen ist, nimmt die Ausgangsgröße, die zuvor dem Wert 7 entsprach, zunächst ab, und nach einer Zeit, die größer als die Zeitkonstante der Stellglieder der geringeren Binärstellen ist, beginnt sie wieder zuzunehmen. Es ist offensichtlich, daß ein solcher Verlauf der Ausgangsgröße sehr ungünstig und in vielen Anwendungsfällen unbrauchbar ist, beispielsweise in Regelanordnungen, in denen die Ausgangsgröße der Stellglieder die Regelgröße darstellt. In diesem Fall wäre ein Verlauf der Ausgangsgröße nach der Kurve 5 erwünscht, wenn mit -c die in dem Regelkreis angewendete Tastperiode bezeichnet wird, in der jeweils ein Vergleich zwischen der Regelgröße und der Führungsgröße durchgeführt wird.
  • In F i g. 3 ist dargestellt, wie dieser gewünschte Verlauf näherungsweise erhalten werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß das Ausschalten der den geringeren Stellen zugeordneten Stellglieder zunächst verhindert wird, wenn das der nächsthöheren Stelle zugeordnete Stellglied eingeschaltet wird. Die Ausgangsgröße des Umsetzers steigt daher schnell nach dem Kurvenabschnitt a-b in F i g. 3 an, so daß nach kurzer Zeit der gewünschte Wert erreicht ist, der durch die voll ausgezogene waagerechte Linie dargestellt ist und der Führungsgröße in einem Regelkreis entspricht. I.- diesem Augenblick ändert sich das Vorzeichen der Regelabweichung, und der Regler wird in üblicher Weise im Sinne einer Verkleinerung der Regelgröße wirksam. Von diesem Zeitpunkt an läßt man die Regelabweichung wieder normal auf die Steuerung der Stellglieder einwirken. Dies hat zur Folge, daß zunächst das dem kleinsten Stellenwert zugeordnete Stellglied abgeschaltet wird (Ab- schnitt b-c). Während dieser Zeit steigt die Ausgangsgröße des dem größten Stellenwert zugeordneten Stellglieds weiter an. Sobald die durch das Ausschalten des Stellglieds der kleinsten Stelle bewirkte Verminderung der Regelgröße durch die Zunahme infolge des Ansteigens der Ausgangsgröße des Stellglieds der höchsten Stelle kompensiert ist, entspricht die Regelabweichung erneut einem Überschreiten der Führungsgröße (Abschnitt c-d). Die Regelabweichung wächst weiter an und ruft das Ausschalten des Stellglieds der zweiten Stelle hervor, während das der ersten Stelle zugeordnete Stellglied wieder eingeschaltet wird. Anschließend erfolgt die Ausschaltung der beiden Stellglieder usw., bis schließlich nur noch das der höchsten Stelle zugeordnete Stellglied eingeschaltet ist. Dadurch wird das in der Kurve 4 von F i g. 2 erkennbare Abfallen der Regelgröße verhindert, und die Regelgröße erreicht bereits nach kurzer Zeit ihren Sollwert, den sie, abgesehen von kleinen Pendelungen, beibehält.
  • Es ist zu erkennen, daß die Regelung erfolgt, ohne daß das der höchsten Stelle zugeordnete Stellglied pendelt. Lediglich die Stellglieder der niedrigeren Stellen müssen Änderungen des Betriebszustands durchführen.
  • F i g. 4 zeigt das Blockschaltbild eines nach diesem Prinzip arbeitenden Regelkreises. Bei 21 ist die Regelstrecke dargestellt, die den zuvor erläuterten Digital-Analog-Umsetzer mit mehreren Stellgliedern einschließt. Die am Ausgang der Regelstrecke 21 abgegebene Regelgröße, die hier gleich der Summe der Ausgangsgrößen der eingeschalteten Stellglieder ist, wird durch den Istwertgeber 22 gemessen, dessen Meßwert einer Vergleichsschaltung 23 zugeführt wird. Diese empfängt außerdem die Führungsgröße, die von einem Sollwertgeber 24 geliefert wird. Die Vergleichsschaltung 23 stellt periodisch die Regelabweichung, also den Unterschied zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße fest und gibt in jeder Tastperiode Impulse ab, deren Zahl dem Absolutwert der Regelabweichung entspricht, und außerdem ein Signal, das dem Vorzeichen der Regelabweichung entspricht. Die in der Vergleichssehaltung 23 erzeugten Fehlerimpulse werden über eine Torschaltung 26 einer Rechenanordnung 25 zugeführt. Das vom Vorzeichen der Regelabweichung abhängige Signal wird über eine nicht dargestellte Leitung der logischen Schaltung 27 zugeführt und wirkt außerdem in nicht dargestellter Weise auf die Betriebsart der Rechenanordnung 25 ein (Addition bzw. Subtraktion). Die Rechenanordnung 25 gibt über eine Mehrfachverbindung einen der Stellgröße entsprechenden Steuerbefehl an die Regelstrecke 21 ab. Die Rechenanordnung 25 besteht im wesentlichen aus einem Binärzähler mit mehreren Zählerstufen 31, 32, 33. Wenn auf das zuvor angegebene Zahlenbeispiel Bezug genommen wird, wären vier Zählerstufen erforderlich, nämlich die der letzten Stelle zugeordnete Zählerstufe 31, zwei Zwischenstufen 32 und die der höchsten Stelle zugeordnete Zählerstufe 33. Jede dieser Zählerstufen ist mit einem zugeordneten Stellglied in der Regelstrecke 21 so verbunden, daß dieses Stellglied eingeschaltet ist, wenn sich die zugehörige Zählerstufe im Zustand »Eins« befindet, und ausgeschaltet ist, wenn sich die Zählerstufe im Zustand »Null« befindet. Diese Stellglieder sind so ausgebildet, daß sie im eingeschalteten Zustand zu der Regelgröße einen Beitrag leisten, der dem Stellenwert der zugeordneten binären Zählerstufe proportional ist.
  • Der Binärzähler ist reversibel, d. h., er kann als Vorwärtszähler oder als Rückwärtszähler arbeiten. Die jeweilige Betriebsart wird durch das Vorzeichen der Regelabweichung bestimmt.
  • Aus der Darstellung ist erkennbar, daß die erste Zählerstufe 31. mit den folgenden Stufen über einen Umschalter C, verbunden ist, der zwischen den Zwischenstufen 32 und der letzten Zählerstufe 33 angeordnet ist. Die Umschalter Ci und C2 werden durch eine logische Schaltung 34 gemeinsam betätigt. Bei der in der Zeichnung gezeigten Stellung der Umschalter C, und C, ist die erste Stufe 31 des Zählers 25 mit den folgenden Stufen 32 verbunden, die ihrerseits in Serie mit der Endstufe 33 geschaltet sind; dies entspricht der üblichen Anordnung eines Binärzählers. Wenn die Umschalter Ci und C2 die andere Stellung einnehmen, ist die Stufe 31 des Zählers 25 über die Leitung 36 direkt mit der Ausgangsstufe 33 des Zählers verbunden.
  • Die verschiedenen Zwischenstufen 32 und die erste Stufe 31. des Zählers 25 sind mit den beiden logischen Schaltungen 34 und 27 verbunden. Die Endstufe 33 des Zählers ist ausschließlich mit der logischen Schaltung 27 verbunden. Die logischen Schaltungen 34 und 27 sind im wesentlichen gleich ausgeführt. Ein Beispiel für ihren Aufbau wird später genauer erläutert.
  • Die logischen Schaltungen 34 und 27 sind so ausaebildet, daß sie erkennen können, ob sämtliche mit ihnen verbundene Zählerstufen sich in der Stellung »Eins« oder in der Stellung »Null« befinden, oder allgemeiner, ob die zugehörigen Zählerstufen einen bestimmten Zählerstand anzeigen. Die logische Schaltung 27 hat die Aufgabe, die Zuführung von Impulsen zu dem Zähler über die Torschaltung 26 zu unterbrechen, wenn der Zähler seinen maximalen Zählerstand anzeigt, also alle Zählerstufen im Zustand »Eins« sind. Der folgende Impuls würde nämlich sämtliche Zählerstufen auf -»Null« zurückstellen; dies muß verhindert werden, bis die Regelabweichung ihr Vorzeichen ändert und dadurch die Betriebsart des Zählers umgeschaltet wird. Als Beispiel sei angenommen, daß die Regelabweichung in dem Augenblick des Erreichens des maximalen Zählerstands ein Vorzeichen hat, das bedeutet, daß die Führungsgröße größer als die Regelgröße ist, so daß der Zähler als Vorwärtszähler arbeitet. Nun tritt die Blockierung des Zählers ein. Der zu der Regelstrecke 21 übertragene Steuerbefehl läßt den Wert der Regelgröße ansteigen. Wenn diese die Führungsgröße überschreitet, kehrt sich das Vorzeichen der Regelabweichung um, so daß sich das Signal am Ausgang 23 b ändert, wodurch der Binärzähler auf Rückwärtsschaltung umgeschaltet wird und über die logische Schaltung 27 die Torschaltung 26 entsperrt wird, so daß der Zähler 25 wieder in Gang gesetzt wird. Die logische Schaltung 34 ist mit sämtlichen Zählerstufen verbunden, die denjenigen Stellgliedern zugeordnet sind, deren Eigenzeitkonstanten gleich und klein gegen die Tastperiode sind. Im vorliegenden Fall ist angenommen, daß dies alle Zählerstufen mit Ausnahme der letzten Zählerstufe 33 sind. Wenn die Stufen 31 und 32 des Zählers ihren maximalen Zählerstand anzeigen, d. h. alle in der Stellung »Eins« sind, liefert die logische Schaltung 34, die in gleicher Weise wie die Schaltung 27 ausgebildet ist, ein Signal, das die Umschalter Ci und C., auf die oberen Kontakte umstellt, so daß die erste Zählerstufe 31 direkt mit der letzten Zählerstufe 23 verbunden ist. Die Umschalter C, und C, können beispielsweise elektronische Umschalter sein. Wenn die Zählerstufen 31 und 32 irgendeine andere Binärzahl anzeigen, stehen die Umschalter Ci und C., in der dargestellten Stellung, so daß die verschieaenen Zählerstufen normal miteinander verbunden sind.
  • Die Arbeitsweise der Anordnung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Solange der verminderte Zähler, d. h. der aus den Stufen 31 und 32 unter Ausschluß der letzten Stufe 33 gebildete Zähler, nicht den maximalen Zählerstand anzeigt, arbeitet der Zähler in üblicher Weise. Sobald der auf die Stufen 31 und 32 verminderte Zähler den maximalen Zählerstand erreicht, also in dem Augenblick, in dem der folgende Impuls die Stufen des verminderten Zählers auf »Null« zurückstellen und die Stufe 33 auf »Eins« bringen würde, wird die Stellung der Umschalter C, und C., geändert, und der folgende Impuls wird direkt von der Stufe 31 zur Stufe 33 übertragen. Dadurch wird die Stufe 33 in die Stellung »Eins« gebracht, ohne daß sich der Zustand der Zwischenstufen 32 ändert; dies bedeutet, daß in diesem Augenblick das der Stufe 33 zugeordnete Stellglied in der Regelstrecke 21 einaeschaltet wird, daß aber diejenigen Stellglieder der Regelstrecke 21, die den den niedrigeren Stellen entsprechenden Zählerstufen 32 zugeordnet sind, im gleichen Zustand wie zuvor bleiben, also im Zustand »Eins«. Es handelt sich dabei, wie zuvor erwähnt wurde, um Stellglieder, deren Eigenz.-itkonstanten verhältnismäßig klein gegen die Tastperiode sind.
  • Das der Stufe 33 zugeordnete Stellglied beginnt zur Ausgangsgröße beizutragen. Infolge der Umschaltung der Zählerstufe 33 verhindert ferner die logische Schaltung 27 die Zuführung neuer Impulse zum Zähler über die Torscbaltung 26. Die Ausgangsgröße wächst gemäß dem Kurvenabschnitt a-b von F i g. 3, und die Regelabweichung zeigt ein überschreiten der Führungsgröße durch die Regelgröße an. Das der logischen Schaltung 27 zugeführte Signal, das den Vorzeichenwechsel der Regelabweichung angibt, bewirkt das öffnen der Torschaltung 26, und zugleich wird der Binärzähler als Rückwärtszähler geschaltet. Nun erfolgt die Subtraktion. Sobald die erste Stufe 31 des Zählers 25 in den Zustand »Null« geht, bewirkt die logische Schaltung 34 die Rückstellung der elektronischen Umschalter Ci und C., in die dargestellte Ausgangsstellung, in der sie anschließend bleiben, weil immer wenigstens eine der Stufen 31 und 32 im Zustand »Null« bleibt. Die Zählerstufe 33 bleibt in der Stellung »Eins«, und die Regelgröße, die zunächst infolge der Umschaltung des der Zählerstufe 31 zugeordneten Stellglieds entsprechend dem Kurvenabschnitt b-c von F i g. 3 plötzlich abgenommen hatte, beginnt wieder zu wachsen. Die Abnahme erfolgt so schnell (da die Zeitkonstante klein gegen die Prüfperiode ist), daß sie in der Tastperiode nicht gemessen werden kann. Im Augenblick der Messung entspricht die Regelabweichung wieder einem überschreiten der Führungsgröße, so daß der Zählerstand allmählich verringert wird, bis alle Zählerstufen 31 und 32 auf »Null« sind und die zugehörigen Stellglieder ausgeschaltet sind, so daß schließlich nur noch das der Zählerstufe 33 zugeordnete Stellglied eingeschaltet ist.
  • Bei vorstehender Beschreibung wurde angenommen, daß nur die Zeitkonstante des der Stufe 33 zugeordneten Stellglieds groß gegen die Tastperiode ist. Bei komplizierteren Anlagen kann diese Bedingung für mehrere Stufen der höheren Stellenwerte und verschiedenen Zeitkonstanten gelten. Es ist dann erforderlich, mehrere Unterteilungen des Zählers vorzunehmen und jedem Zählerabschnitt eine logische Schaltung 34 zuzuordnen.
  • In F i g. 5 ist ein Blockschaltbild der logischen Schaltung 27 dargestellt. Bei 25 ist der Binärzähler gezeigt, von dem angenommen ist, daß er wie zuvor sechs Stufen enthält, denen die von der Quelle 23 gelieferten Impulse über eine Torschaltung 26 zugeführt werden. Jede Zählerstufe 25 ist über eine Leitung 40, 40', 40". . . mit einer veränderlichen Impedanz eines Netzwerks 41 verbunden. Die Impedanzen des Netzwerks sind parallel zueinander mit den Klemmen einer Spannungsteilerschaltung 42 verbunden, deren Abgriffspunkt die Torschaltung 26 steuert.
  • Wenn die von der Quelle 23 gelieferten Impulse dem Zähler zugeführt werden, ändert sich der elektrische Zustand der verschiedenen Zählerstufen in bekannter Weise. Das Potential des Kennzeichnungspunktes, mit dem jeweils eine der Impedanzen des Netzwerks 41 verbunden ist, definiert in jedem Augenblick den elektrischen Zustand der entsprechenden Kippschaltung. Wenn alle Zählerstufen sich im Zustand »Null« befinden, erzeugt das Netzwerk 41 an dem Abgriffspunkt des Spannungsteilers 42 ein verhältnismäßig hohes Potential V... Wenn dagegen der Zähler seine maximale Kapazität erreicht, erzeugt das Netzwerk 41 am Abgriffspunkt ein verhältnismäßig geringes Potential V,1. Dieses Potential dient zur Steuerung der Torschaltung 26.
  • In F i g. 6 ist eine an sich bekannte Binärstufe nach Art der Eccles-Jordan-Schaltung dargestellt, die eine Stufe des Zählers 25 bildet. Ihre Wirkungsweise sei kurz wiederholt. Die Schaltung besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren 51 und 52, deren Emitter über eine gemeinsame Impedanz 53 mit der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle 50 verbunden sind, deren negative Klemme über Widerstände 54 und 55 mit den Kollektoren verbunden ist. Es ist angenommen, daß die positive Klemme der Spannungsquelle 50 an Masse liegt.
  • Die beiden Transistoren sind als Multivibrator geschaltet, indem die Basis des Transistors 51 mit dem Kollektor des Transistors 52 über eine RC-Schaltung 57 verbunden ist, während die RC-Schaltung 56 die umgekehrte Kopplung bewirkt. Die Vorspannung der Basiselektroden erfolgt durch die Widerstände 58 und 59. Die zu zählenden Impulse werden in Form positiver Impulse, die durch die RC-Schaltung 62,63 differentiiert werden, den Basiselektroden der beiden Transistoren über Dioden 60 und 61 zugeführt. Diese Dioden lenken infolge ihrer durch den Zustand der Kippschaltung bewirkten Vorspannung den Eingangsimpuls entweder zur einen oder zur anderen der Basiselektroden der Transistoren, wodurch der Stromfluß durch den betreffenden Transistor gesperrt wird.
  • Wenn der Transistor51 Strom führt (Kippschaltung im Zustand »Null«, ist der Transistor 52 gesperrt, und das Potential des PunktesA liegt in der Nähe des negativen Potentials V, der Gleichspannungsquelle 50. Wenn der Transistor 52 Strom führt (Kippschaltung im Zustand »Eins«), fließt ein Strom in dem Kollektorwiderstand 55 zur Spannungsquelle, und das Potential V, des Punktes A liegt in der Nähe des Massepotentials.
  • Die einander entsprechenden Punkte A, A', A"... der verschiedenen Stufen des Zählers 25 sind jeweils mit einer der Impedanzen des Netzwerks 41 verbunden. Sie stellen die Punkte dar, deren Potential den elektrischen Zustand der zugehörigen Stufe kennzeichnet.
  • In F i g. 7 ist das Impedanznetzwerk 41 von F i g. 5 gezeigt, dessen Elemente jeweils mit dem Punkt A einer Stufe des binären Zählers verbunden sind. Die Elemente liegen parallel zueinander an den Klemmen eines Spannungsteilers 65, 65', der aus den Widerständen R , und R, besteht und dem Spannungsteiler 42 von F i g. 5 eiitspricht. Wie aus der Darstellung erkennbar ist, ist jedes Element des Netzwerks aus zwei in Serie geschalteten Diodenelementen 71, 71'; 72, 72'; 73, 73'; ... gebildet, deren gemeinsamer Punkt A, A, A; ... mit dem Punkt A der zugehörigen Stufe des Binärzählers 25 verbunden ist. Wie aus der Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 6 dargestellten Stufe des Binärzählers folgt, liegt das Potential des Punktes A je nach dem Gleichgewichtszustand der zugehörigen Kippschaltung auf einem anderen Wert: entweder auf dem Potential V., das negativ und gleich der Stromversorgungsspannung der Transistoren der Binärstufen ist, oder auf dem Potential VJ, das nahezu gleich dem Massepotential ist. Die Widerstände Ri und R., sind sehr groß gegen den Innenwiderstand der Dioden im stromführenden Zustand gewählt. Wenn man annimmt, daß die erste Zählerstufe im Zustand »Eins« ist, hat das Potential des Punktes A den positiven Wert V, Die Diode 71 kann somit einen Strom führen, der über die Widerstände R., und R, fließt und sich über die mit einem gestrichenen Bezugszeichen bezeichnete Diode schließt, die einer im Zustand »Null« befindlichen Kippschaltung zugeordnet ist, bei dem in F i g. 7 dargestellten Fall also die Diode 72', weil das Potential des Punktes A' negativ dargestellt ist und somit dem Wert V, entspricht. Dieser Zustand besteht, solange wenigstens einer der Punkte A, A', A " . . . auf einem negativen Potential liegt, also wenigstens eine der Kippschaltungen im Zustand »Null« ist. Wenn sämtliche Punkte A auf dem gleichen positiven Potential liegen und somit der Zähler den maximalen Zählerstand anzeigt, kann sich der Stromkreis nicht mehr schließen, und es fließt kein Strom über die Widerstände R, und RV Das gleiche gilt, wenn sämtliche Punkte,4-auf dem gleichen negativen Potential liegen, der Zähler also den Zählerstand »Null« anzeigt. Für alle anderen vom Zähler angezeigten Zählerstände fließt ein Strom über die Widerstände R, und R.,. Wenn der den beiden Widerständen gemeinsame Punkt B betrachtet wird, erkennt man, daß das Potential VB dieses Punktes entweder den Wert V, (maximaler Zählerstand) oder den Wert V, (Zählerstand »Null«) oder einen Zwischenwert (Zwischenzählerstand) hat. Das Potential Vu wird zur Steuerung der Torschaltung 26 verwendet.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Elektrisches Regelverfahren, bei dem auf Grund der Regelabweichung ein Steuerbefehl in Form einer mehrstelligen Binärzahl gebildet wird und jeder Stelle des Steuerbefehls ein Stellglied zugeordnet ist, das von einer der gleichen Stelle zugeordneten binären Schaltung entsprechend dem Ziffernwert ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Ansprechzeitkonstante der Stellglieder mit steigender Stellenzahl größer wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine logische Schaltungsanordnung anspricht, wenn bei wachsendem Steuerbefehl eine Zahl erreicht ist, bei der sämtliche der Stellenzahl dieser Zahl entsprechenden binären Schaltungen die zugehörigen Stellglieder eingeschaltet haben, und daraufhin bewirkt, daß eine weitere Einwirkung der Regelabweichung im Sinne des Anwachsens des Steuerbefehls nur die der nächsthöheren Stellenzahl zugeordnete binäre Schaltung beeinflußt, solange die Regelabweichung das gleiche Vorzeichen beibehält.
  2. 2. Elektrisches Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere logische Schaltungsanordnungen auf das Erreichen unterschiedlicher Zahlen ansprechen. 3. Elektrische Regelanordnungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Schaltungen (31, 32, 33) einen elektronischen Binärzähler (25) bilden, dessen Stufen jeweils ein Stellglied (21) steuern und dem Impulse, die der Regelabweichung entsprechen, als Zählimpulse zugeführt sind, daß jede logische Schaltungsanordnung (34) mit sämtlichen der zugeordneten Zahl entsprechenden Zählerstufen (31, 32) verbunden und so ausgeführt ist, daß sie ein Signal abgibt, wenn diese Zählerstufen im Zustand »Eins« sind, und daß von jeder logischen Schaltungsanordnung (34) zwei Umschalter (C, CJ gesteuert sind, von denen der erste zwischen der ersten Zählerstufe (31) und den folgenden Zählerstufen (32, 33) und der zweite zwischen den mit der betreffenden logischen Schaltung verbundenen Zählerstufen (31, 32) und den folgenden Zählerstufen (33) derart angeordnet sind, daß sie in einer Stellung alle Zählerstufen (31, 32, 33) in Kaskade schalten und in der anderen Stellung eine direkte Verbindung (36) unter Umgehung der dazwischenliegenden Zählerstufen (32) herstellen. 4. Elektrische Regelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse dem Binärzähler (25) über eine Torschaltung (26) zugeführt sind und daß eine zweite logische Schaltungsanordnung (27) vorgesehen ist, die einerseits auf ein das Vorzeichen der Regelabweichung kennzeichnendes Signal und andererseits auf den Zustand sämtlicher Zählerstufen (31, 32, 33) anspricht und die Torschaltung (26) derart steuert, daß diese gesperrt wird, sobald die auf den zweiten Umschalter (C,) folgende Zählerstufe (33) in den Zustand >;Eins« gegangen ist, und wieder geöffnet wird, sobald sich das Vorzeichen der Regelabweichung umkehrt. 5. Elektrische Regelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede logische Schaltungsanordnung (27, 34) einen Spannungsteiler (65, 65') enthält, an dessen Abgriff (B) das Ausgangssignal (VB) abnehmbar ist, daß in Serie geschaltete Diodenpaare (71,71'; 72,72"; 73,73') parallel zu dem Spannungsteiler (65, 65') geschaltet sind und daß der gemeinsame Punkt der Dioden jedes Paares mit dem Ausgang (A, A, A") einer Zählerstufe (31, 32, 33) verbunden ist, der entsprechend dem Zustand der Zählerstufe das eine oder das andere von zwei Potentialen führt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1069 750.
DEL38588A 1960-03-30 1961-03-29 Elektrisches Regelverfahren und Regelanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens Pending DE1255176B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1069750B (de) * 1958-03-26 1959-11-26 General Electric Company, Schenectady, N. Y. (V. St. A.) Anordnung zur digitalen Steuerung

Patent Citations (1)

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DE1069750B (de) * 1958-03-26 1959-11-26 General Electric Company, Schenectady, N. Y. (V. St. A.) Anordnung zur digitalen Steuerung

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