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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.
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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.
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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.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese unerwünschte Erscheinung
bei Verfahren und Regelanordnungen der vorstehend geschilderten Art zu beseitigen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Binärzähler ist reversibel, d. h., er kann als Vorwärtszähler
oder als Rückwärtszähler arbeiten. Die jeweilige Betriebsart wird durch das Vorzeichen
der Regelabweichung bestimmt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.