DE1263144B - Elektronischer Regler - Google Patents

Elektronischer Regler

Info

Publication number
DE1263144B
DE1263144B DEM46252A DEM0046252A DE1263144B DE 1263144 B DE1263144 B DE 1263144B DE M46252 A DEM46252 A DE M46252A DE M0046252 A DEM0046252 A DE M0046252A DE 1263144 B DE1263144 B DE 1263144B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
amplifier
input
controller
signal
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEM46252A
Other languages
English (en)
Inventor
William E Newbold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell Inc
Original Assignee
Honeywell Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell Inc filed Critical Honeywell Inc
Publication of DE1263144B publication Critical patent/DE1263144B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B6/00Internal feedback arrangements for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral or differential
    • G05B6/02Internal feedback arrangements for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral or differential electric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

  • Elektronischer Regler Die Erfindung betrifft einen elektronischen Regler mit einem Gleichspannungsverstärker von hohem Verstärkungsgrad und einer negativen Rückkopplungsschleife zwischen dem Verstärkerausgang und dem einen Eingangsanschluß des Verstärkers, wobei in der Rückkopplungsschleife ein kapazitives Element vorgesehen ist.
  • In der modernen Regeltechnik werden zur Kontrolle geregelter Vorgänge immer häufiger Regler gefordert, die eine Änderung der Betriebsbedingungen, d. h. eine Einstellung auf den Sollwert, möglichst genau und schnell durchführen. Derartige Regler sind häufig mit einer Rückführung versehen, die dann notwendig wird, wenn der Regler einen Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor enthält und die übertragungseigenschaften des Verstärkers kompensiert werden sollen. Ein Regler dieser Art läßt sich als PID-Regler aufbauen, dessen Verhalten auf die drei Reglergrundformen zurückgeführt werden kann. Man spricht von einem P-Verhalten, wenn die Ausgangsgröße (Steilgröße) der Eingangsgröße (Regelgröße oder Fehlersignal) proportional ist, einem D-Verhalten, wenn die Ausgangsgröße proportional von der Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße abhängt und einem I-Verhalten, wenn die Ausgangsgröße von dem Zeitintegral der Eingangsgröße proportional abhängt.
  • Aus der Zeitschrift »Reglungstechnik«, Jg. 1954, S. 57, ist bereits ein elektronischer Regler mit einem elektrischen Verstärker, insbesondere Magnetverstärker, bekannt, wobei das Verhalten des Reglers mittels einer Rückführschaltung festgelegt wird, die ein D-Glied in Serie zu einem PI-Glied enthält. Die Rückführschaltung dieses bekannten Reglers stellt eine automatische Nachführung dar, bei der das rückführende Signal vom Stellglied, beispielsweise von einem Regelventil, abgeleitet wird. Die Proportionalwirkung der Rückführschaltung ist dabei nur in einem einzigen Bereich einstellbar; eine Änderung dieses Bereiches ist nicht vorgesehen. Im übrigen erfordert der Umstand, daß das Rückführsignal nicht unmittelbar vom Verstärkerausgang abgenommen, sondern aus der Steilgröße gewonnen wird, einen zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand.
  • Die »AEG-Mitteilungen«, Jg. 1957, H. 5/6, S. 121 bis 123, offenbaren eine Folgeregelung eines Radioteleskops, bei der in einen Spannungsverstärker für einen Steilantrieb eine dynamische (frequenzabhängige) Rückführung eingeführt wird. Diese Rückführung ist von einem Tachometergenerator abgeleitet, der mechanisch mit dem Stellmotor gekoppelt ist. Eine solche Regelung ist also nicht rein elektronisch. Außerdem fehlt auch hier eine Möglichkeit zur Änderung des Proportionalitätsbereiches des Regelkreises.
  • Ein rein elektronischer Regler in Form eines sogenannten Zweipunktreglers ist aus der »Siemens-Zeitschrift«, Jg. 1957, H. 10/11, S. 505 bis 509, insbesondere Bild 18, bekannt. Bei diesem Zweipunktregler schwankt die Schaltfrequenz in Abhängigkeit vom Eingangssignal. Es ist deshalb erforderlich, das Stabilisierungsglied des Reglers für sich ändernde Frequenzen auszulegen, wobei die Kapazität des Stabilisierungsgliedes veränderlich sein kann. Damit ist aber keine Änderung des Proportionalitätsbereiches des Reglers verbunden.
  • Dem »ATM-Blatt« J 062-1 vom September 1933, erste Seite, ist zu entnehmen, daß man bei einem Feinregler, z. B. für Meß- und Eichzwecke, eine Mehrzahl von Rückführungen von der regulierten Größe auf die vor ihr stehenden Größen vorsehen kann. Ein Verstärker od. dgl. ist dabei nicht offenbart. Weiterhin ist auch das Verhalten des Reglers, beispielsweise ein PID-Verhalten, nicht angesprochen. Noch weniger enthält das genannte ATM-Blatt einen Hinweis zur Veränderung des Proportionalitätsbereiches eines Reglers.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vielseitig verwendbaren elektronischen Regler zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Regler der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß ein zwischen den Eingangsanschlüssen des Reglers und den Eingangsanschlüssen des Verstärkers vorgesehenes Impedanznetzwerk zwei kapazitive Elemente enthält, die derart umschaltbar sind, daß in der einen Schaltstellung das eine Element zwischen dem einen Eingangsanschluß des Reglers und dem mit der Rückkopplungsschleife verbundenen Eingangsanschluß des Verstärkers und das andere Element zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Verstärkers liegt, während in der anderen Schaltstellung die beiden kapazitiven Elemente gerade umgekehrt eingeschaltet sind.
  • Die Erfindung weist den wesentlichen Fortschritt auf, daß ein zuverlässiger Regler mit PID-Verhalten erzielt ist, der in äußerst einfacher Weise eine Ä.nderung des Proportionalitätsbereiches ermöglicht, und zwar unabhängig von einer Feineinstellung der proportionalen Regelbarkeit in jedem Bereich. Der Regler ist dabei frei von einer bestimmten Frequenzabhängigkeit, wie sie beispielsweise bei Magnetverstärkern oder über eine mechanische Kupplung stabilisierten Verstärkern vorhanden ist.
  • Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Reglers gemäß der Erfindung, F i g. 2 den Stromlauf eines zur Verwendung im Regler gemäß F i g. 1 geeigneten Verstärkers.
  • Gemäß F i g. 1 liegt parallel zu den Eingangsklemmen 2 des Reglers die Serienschaltung zweier Dämpfungswiderstände 4, 6, deren Verbindungsstelle 10 über einen variablen Widerstand 12 mit dem Eingang des Verstärkers 14 verbunden ist. Das obere Ende des Widerstandes 4 ist mit der einen Mittelklemme eines Wendeschalters 8 verbunden, dessen zweite Mittelklemme sowie das untere Ende des Widerstandes 6 und die eine Eingangsklemme an der gemeinsamen Massepotentialleitung liegen. Von den äußeren vier Klemmen des Wendeschalters 8 sind jeweils zwei kreuzweise miteinander verbunden und an Kondensatoren 16, 18 derart angeschlossen, daß der eine Kondensator an Massepotential liegt und der andere mit der Eingangsklemme 2 verbunden ist. Mit ihrem zweiten Anschluß liegen die Kondensatoren 16,18 ,am Eingang des Verstärkers 14. Dieser Verbindungspunkt ist mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Der Verstärkerausgang liegt über die Primärwicklung 22 eines Transformators 24 an einem Ausgangsnetzwerk, das im wesentlichen aus einem 'Tiefpaßfilter in z-Schaltung mit :den Kondensatoren 26, 2;8 und einem Längswiderstand 30 besteht. An den Ausgangsklemmen 32, 34 ist ein Abschlußwiderstand 36 angeschlossen, der als Ersatzwiderstand für .das anschließende Netzwerk der Regelstrecke zu be--trachten ist.
  • Die :Sekundärwicklung 38 des Transformators 2,4 liegt über eine Gleichrchterdiode 40 am Widerstand ,42. Ein dem Ausgangssignal an den Klemmen 32,34 proportionaler, in der Sekundärwicklung 38 induzierter Strom wird :über :die Diode 40 gleichgerichtet und über den Widerstand 42 zur gemeinsamen Massepotentalleitung abgeführt. 'Über einen Schleifer 44 am Widerstand 42 kann .ein der Schleiferstellung entsprechender Teilbetrag der Spannung für das nachfolgende -Netzwerk abgegriffen werden. Dieses stellt t ,ein D=Glied :dar und besteht -aus <den Widerständen :4s8, 50 sowie :dem variablen Widerstand 52 und einem Kondensator 54. Das D-Glied ist derart aufgebaut, daß die Widerstände 48 und 52 zusammen mit dem Kondensator 54 im Dreieck geschaltet sind. Die Verbindungsstelle der Widerstände 48, 52 liegt am Schleifer 44. Die Verbindungsstelle des variablen i Widerstandes 52 und des Kondensators 54 ist über einen Rückkopplungskondensator 56 mit dem Verbindungspunkt 20 verbunden. Die Verbindung des Widerstandes 48 und des Kondensators 54 liegt über den Widerstand 50 auf Massepotential.
  • Der in F i g. 2 dargestellte, zur Verwendung im Regler geeignete Verstärker besitzt zwei Eingangsklemmen 58, 60, wobei die Eingangsklemme 58 bei Verwendung des Verstärkers im Regler nach F i g. 1 mit dem Verbindungspunkt 20 identisch ist und die Eingangsklemme 60 an der gemeinsamen Massepotentialleitung liegt. Von der Eingangsklemme 58 führt ein Koppelkondensator .66 zum Eingang des aus den Transistoren 68, 72, 76 aufgebauten dreistufigen Verstärkers. Im Kollektorkreis der dritten Stufe liegt die Primärwicklung 88 eines Ausgangsübertragers 90, der sekundärseitig zwei Wicklungen 92, 108 aufweist. An .die :Sekundärwicklung 92 ist eine Brückenschaltung angeschlossen, deren einer Brückenzweig aus den Widerständen 98,102, 100 und deren anderer Brückenzweig aus den Dioden 94, 96 besteht. Die Dioden 94, 96 sind in der Impedanzbrücke 64 derart geschaltet, daß sie nur als spannungsabhängig veränderbare Kapazitäten wirken. Der mittlere Widerstand ,des aus den Widerständen 98, 102, 100 aufgebauten Brückenzweiges ist mit einem Schleifer 104 versehen, .der auf Massepotential liegt. Zwischen den beiden in Sperriehtung betriebenen und als Kapazitäten wirkenden Dioden 9.4, 96 ist eine Induktivität 62 angeschlossen, die mit ihrem anderen Ende am Verstärkereingang :58 liegt.
  • Die Energieversorgung des Verstärkers erfolgt von einem Transformator 7ß aus, an dessen Sekundärwicklung 82 eine Zweiwegegleichrichtung mit anschließender Siebkette .angeschlossen ist. Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 82 liegt auf Massepotential. Die zweite Sekundärwicklung 84 dient der Stromversorgung des - später zu beschreibenden .-Ausgangsverstärkers mit dem Transistor 106. Es ist ebenfalls eine Zweiwegegleichrichtung mit ansehfießender Siebung vorgesehen.
  • Zur Wirkungsweise des Verstärkers gemäß F i g. 2 ist zu sagen, daß der dreistufige Verstärker :aus den Transistoren 6.8, 72,76 so stark mitgekoppelt ist, :daß ;er mit einer Frequenz von z. B. 30 kHz .schwingt. Durch die an .den Memmen .58, 60 anliegenden Gleichstromsignale werden die Mitkopplungsbedingungen derart verändert, daß sich die Amplitude der Schwingung entsprechend der anliegenden :Gleichstromsignale ändert.
  • Die in der :Sekundärwicklung 108 :des 1Tbertragers 90 .abgegriffenen Anteile ,der mit dem Gleiehstxoxnsignal modulierten Schwingung werden gleichgerichtet und ;über den Endverstärker mit .dem TransistqX 10.6 verstärkt. Die Veränderung dieses Gleiebstrom Signals wird :an :dem :bereits im Zusammenhang mit F i g.1 `beschriebenen Transformator 24. wirksam.
  • Zu :den Schwinghedingungen des :dreistußgenVerstärkers .aus den Transistoren j68, 72, 76 ist zu sagen., -daß -die Rückkopplungsschleife, bestehend ans der Sekundärwicklung-92 des Überiragess 9Q; .der Impe-.danzbriicke 64, der Induktivität 62 und dem: Koppelkondensator:66,.derai.t ausgelegt isst, daß hei Brückengleichgewicht keine Rückkopplung stattfwdet Je nach der Verschiebung des Brückengleichgewichtes wirkt die Rückkopplung als Mitkopplung bzw, als Gegenkopplung. Im vorliegenden Fall ist die Impedanzbrücke 64 durch die Einstellung des Schleifers 1.04 immer nach :der Seite der Mitkopplung verstimmt. Ist das Gleichstromfehlersignal Null, dann schwingt .der Verstärker mit einer der Verstimmung der Brücke entsprechenden Amplitude. Bei einem von Null aus nach der positiven Seite anwachsenden Fehlersignal nimmt die Mitkopplung zu, d. h., die Schwingamplitude des Verstärkers wird größer, wogegen bei einem vom Nullpunkt nach der negativen Seite zunehmenden Gleighstromfehlersignal die Mitkopplung zurückgeht, d. h. die Schwingamplitude kleiner wird. Ein dieser Schwingamplitude entsprechendes Signal wird durch die Sekundärwicklung 108 des 'Übertragers 90 abgegriffen und nach einer Halbwellengleichrichtung auf .den Eingang des Transistors 106 gegeben. Nach der Verstärkung .des Signals wird dieses über .die Primärwicklung des Transformators 24, das Tiefpaßfilter 26, 2e, :30 an den Ausgangsklemmen 32, 34 wirksam. Dieses Signal wirkt als Steuersignal für .die angeschlossene, durch den Ersatzwiderstand 36 dargestellte Regelstrecke. Der beschriebene Verstärker gemäß F i g. 2 zeichnet sich auch weiterhin dadurch aus, .daß er einen außergewöhnlich hohen Eingangswiderstand besitzt.
  • Nachdem nunmehr .die Funktion des Verstärkers 14 bekannt ist, soll im folgenden die Wirkungsweise des Reglers beschrieben. werden: Um die durch .die Erfindung angestrebte Wirkung zu erzielen, ist es vorteilhaft, die im Eingangskreis des Reglers liegenden Dämpfungsglieder aus den Widerständen 4 und 6 so zu dimensionieren, daß der Widerstand 4 ungefähr fünfmal so groß ist wie der Widerstand 6. Dies bewirkt im Beharrungszustand des Reglers eine Dämpfung des Eingangssignals auf ein Sechstel des an den Klemmen 2 anliegenden Wertes. Zur Dimensionierung der Kapazitäten 116, 18 ist vorgesehen, daß .die Kapazität 16 ungefähr zehnmal größer ist als die Kapazität des Rückkopplungskondensators 56 und .die Kapazität 18 die gleiche Größe wieder Rückkopplungskondensator 56 besitzt. Befindet sieh der Wendeschalter 8 in der gemäß F i g. 3, unteren Stellung, so ist der Kondensator 16 mit der oberen Eingangsklemme 2 und der Kondensator 18 mit der Massepotentialleitung verbunden. Die sich aus .dieser Anordnung und Dimensionierung ergebende Wirkungsweise wird nachfolgend näher beschrieben.
  • Von den bei dem vorliegenden Regler anzutreffenden Einschwingvorgängen ist besonders der Einschaltvorgang von Interesse. Unter diesen Bedingungen liegt an den Eingangsklemmen ein maximales Signal .(Fehlersignal). Das Signal ergibt sich .als Differenz .aus der Veränderlichen -eines gemessenen Vorganges und einem Sollwert. Der Sollwert kann unter Einschaltbedingungen als unveränderlich angenommen werden, wogegen die Veränderliche des genmessenen Vorganges ihren kleinsten Wert besitzt. Daraus ergibt sieh als Differenz ein maximales Fehlersignal. Dieses maximale Fehlersignal am Eingang des Reglers verursacht ein maximales Signal am Ausgang des Verstärkers. Sobald der Enschwingvorgang abgeklungen ist, verringert sich das Signal am Verstärkereingang 20 infolge der Dämpfungsglieder auf ein Sechstel des .an den Eingangsklemmen 2 liegenden Wertes. Bei Reglern dieser Art ist es sehr erwünscht, wenn nicht gar erforderlich, daß der Regelvorgang unter Einschaltbedingungen besonders rasch .eingeleitet wird, um ein überschwingen der zu regelnden Größe über den Sollwert zu vermeiden. Im vorliegenden Fall steuert ein großes Eingangssignal den mit hohem Verstärkungsgrad ausgelegten Verstärker in den Sättigungsbereich, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers kleiner ist als es der Größe des Eingangs-Signals entsprechen müßte. Die Anordnung der Eingangskapazität 16 und der Rückkopplungskapazität ,56 entspricht in der vorliegenden Schaltungsanordnung einem Regler, wie er bei Rechenverstärkern bereits bekannt ist. Bei dieser Anordnung der Kapazitäten wirkt das über den Regler zurückgekoppelte Signal dem Eingangssignal entgegen und versucht, glas Verstärkereingangssignal auf Null zu reduzieren. Dies trifft jedoch nur für nicht im Sättigungsbereich betriebene Verstärker zu. Ist der Verstärker bis zur Sättigung ausgesteuert, dann lädt sich der Kondensator 56 auf das zwischen dem Eingang und Ausgang liegende Potential auf, welches er, da die Eingangsimpedanz des Verstärkers extrem hoch ist, so lange behält, bis sich die Polarität des Fehlersignals am Eingang 20 des Verstärkers umkehrt. Dies bedeutet, daß der Verstärker unter den genannten Bedingungen auf Änderungen des Eingangssignals so lange nicht reagiert, bis sieh die Polarität des Fehlersignals am Eingang umkehrt. Diesem Verhalten wirkt unter anderem die Eingangsschaltung entgegen.
  • Wie bereits erwähnt, befindet sich im Eingangskreis des Reglers ein Spannungsteiler, .der ..das Fehlersignal im eingeschwungenen Zustand auf ein Sechstel des an den Eingangsklemmen 2 liegenden Wertes reduziert. Wird z. B. angenommen, .daß das Fehlersignal einen Wert von 10 Volt hat, so erscheint am Verstärkereingang 20 ein Signal von .etwa 1,6 Volt. Wenn sich nun der zu regelnde Prozeß seinen Sollbedingungen nähert, so nimmt das Fehlersignal entsprechend ab. Wird angenommen, daß das Fehlersignal um 2 auf 8 Volt reduziert wird und die Spannungsänderung sprungförmig verläuft, so erscheint dieser Spannungssprung über den Kondensator 16 unmittelbar am Verstärkereingang 20. Diese Änderung von 2 Volt genügt, um die Polarität des am Verstärkereingang liegenden Signals umzukehren, d. h., der Verstärker wird aus dem Sättigungsbereich gesteuert, und der Regler übernimmt die volle Regelung .des zu steuernden Prozesses. Auch für den Fall, daß die Veränderung des Fehlersignals nicht sprunghaft verläuft, wird das sich änderzade Signal sofort über die Kapazität 16 am Verstärkereingang wirksam, derart, daß sich die Polarität des Fehlersignals am Verstärkereingang umkehrt, lange bevor der Fehler auf Null reduziert wurde. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Vorgang in ähnlicher Weise auch :dann abläuft, wenn unter Einschaltbedingungen .der Wendeschalter 8 in seiner anderen Lage liegt und die Kapazität 18 mit dem, Eingang des Reglers verbanden ist.
  • Im folgenden wird nun die Wirkungsweise des -Gesamtsystems betrachtet: Wie bereits erwähnt, ist der vorgesehene Regler insbesondere zur Verwendung als Rechenverstärker geeignet. Ein Merkmal eines solchen Verstärkers ist, daß die -Systemverstärkung ;durch .das Verhältnis .aus der Rückkopplungsimpedanz zur Eingangsimpedanz bestimmt wird, solange die :offene Schleifenverstärkung des Verstärkers groß ist. Die Aufgabe eines solchen Reglers ist, das Ausgangssignal (Stellgröße) an den Klemmen 32, 34 über den gesamten Bereich zwischen einer maximalen und minimalen Größe zu variieren. Eine solche über den gesamten Regelbereich steuerbare Stellgröße kann dann z. B. auch einen Ventilantrieb steuern, der das Ventil von einer völlig offenen in eine völlig geschlossene Stellung steuert.
  • Von dem am Eingang des Reglers anliegenden Fehlersignal sei angenommen, daß es ebenfalls über einen festgelegten Bereich verläuft, wobei die Mitte des Bereiches dem Fehlersignal Null entspricht. Dieser Fehlerwert Null stellt sich ein, wenn die zu messende Veränderliche mit dem Sollwert übereinstimmt.
  • Der Proportionalitätsbereich (P-Bereich) kann als derjenige Bereich des Eingangssignals definiert werden, der durchlaufen werden muß, um das Stellsignal über den vollen Ausgangsbereich durchzusteuern. Verläuft z. B. das Fehlersignal über den gesamten Bereich der gemessenen Veränderlichen und entspricht dem eine volle Aussteuerung des Ausgangsbereiches, so wird das System als 1000/aig proportional geregelt bezeichnet. Wenn dagegen nur 501/o des Eingangsbereiches vom Fehlersignal durchlaufen werden und diesem Bereich eine volle Aussteuerung des Reglers entspricht, so wird das System als 50%ig proportional geregelt bezeichnet. Schließlich wird von 'einem 200%ig proportional geregelten System gesprochen, wenn das Fehlersignal den gesamten Eingangsbereich durchläuft und dabei das Ausgangssignal (Stellgröße) nur 50% des Regelbereiches überstreicht.
  • Der Regler gemäß F i g. 1 arbeitet als ein solches zu 50 % proportional regelndes System, wenn der Wendeschalter 8 in seiner unteren Stellung steht und damit der Kondensator 16 am Eingang des Reglers liegt und sich außerdem der Schleifer 44 am obersten Ende des Schiebewiderstandes 42 befindet. Wird der Schleifer 44 entlang dem Widerstand 42 nach unten in Richtung zum Massepotential verschoben, wodurch ein kleinerer Teil des Ausgangssignals in den Rückkopplungszweig des Reglers abgegeben wird, so erfolgt die Regelung mit einem Proportionalitätsbetr ag von weniger als 100%. Durch Verstellen des Schleifers 44 kann also der Proportionalitätsanteil der Regelung kontinuierlich verstellt werden. Der untersten Stellung des Schleifers 44 entspricht ein Proportionalitätsanteil von etwa 1%.
  • Es sei nochmals erwähnt, daß der Kondensator 16 mit einer zehnfachen Kapazität des Kondensators 56 oder des Kondensators 18 angegeben wurde. Mit dieser größeren Kapazität im Eingang erhöht sich die Systemverstärkung des vorliegenden Rechen- ; verstärkers um das Zehnfache. In der diesen Bedingungen entsprechenden unteren Stellung des Wendeschalters 8 besitzt der Regler also einen veränderbaren P-Bereich von etwa 1 bis 100%. In der oberen Stellung des Wendeschalters 8 wird die dem Rückkopplungskondensator 56 gleiche Kapazität 18 in den Eingangskreis geschaltet. Mit dieser der Rückkopplungsimpedanz gleichen Eingangsimpedanz besitzt das System eine Verstärkung von 1. Dies wiederum verändert den Regelbereich des P-Reglers um einen Faktor 10, d. h., befindet sich der Schleifer 44 am oberen Ende des Widerstandes 42, dann ist das System um 1000% proportional regelbar; mit anderen Worten ausgedrückt, durchläuft das Fehlersignal am Eingang des Reglers den vollen Regelbereich, so wird die Ausgangsgröße nur um 10% variiert. In der untersten Stellung des Schleifers 44 am Widerstand 42 beträgt die proportionale Regelbarkeit des Systems 10%. Aus diesen Angaben ist zu ersehen, daß der Regler über zwei P-Bereiche verfügt, die sich überlappen und so breit sind, daß sie jeder auftretenden Forderung genügen.
  • Was die Vorhaltwirkung (D-Verhalten) betrifft, so sind die Teile, die diese Funktionen ausführen, an einer bisher nicht üblichen Stelle angeordnet. Bei den bekannten Ausführungen befinden sich die Vorhaltglieder vor dem Verstärker, und zwar- zwischen der Eingangsschaltung und dem Verstärker. Diese Anordnung wurde im Interesse eines günstigen Einschwingverhaltens des Reglers eingehalten. Außerdem war man bisher der Meinung, daß bei Reglern mit PID-Verhalten die Vorhaltwirkung der Nachstellung (I-Verhalten) vorausgehen müsse, damit ein großes Vorhaltsignal das,gespeicherte Nachstellsignal überwindet und den Regler, bevor der Sollwert erreicht wird, aus der Sättigung steuert. Auch dies ist bei dem vorliegenden Regler nicht nötig.
  • Da es in vielen Fällen erwünscht ist, ein verhältnismäßig großes Vorhaltsignal zu haben, wird es notwendig; eine Verstärkung vor der Entstehung des tatsächlichen Vorhaltsignals vorzusehen. Bei der vorliegenden Erfindung wird. deshalb das Vorhaltglied hinter dem Verstärker 14 in der Rückkopplungsschleife des Reglers angeordnet. Dadurch wird eine getrennte Verstärkung des Vorhaltsignals nicht notwendig. Da das Vorhaltglied in der Rückkopplungsschleife angeordnet ist, können die üblichen Differentiationsglieder nicht verwendet werden. In diesem Zusammenhang sei nochmals darauf hingewiesen, daß in der Rückkopplungsschleife ein großes negatives, die Systemverstärkung begrenzendes Signal wirksam ist. Wenn nun eine Signaländerung wirksam wird, die das Vorhaltglied zum Ansprechen bringt, z. B. eine sprunghafte Änderung des Fehlersignals am Eingang, dann wird durch das Vorhaltglied ein so großes pulsförmiges Signal (Stellgröße) am Ausgang mit solcher Polarität wirksam, daß die Abweichung der Regelstrecke vom Sollwert ausgeglichen wird. Wäre kein Vorhaltglied vorhanden, so würde das pulsförmige Fehlersignal augenblicklich durch die negative Rückkopplung unterdrückt werden, so daß die gewünschte Stellgröße am Ausgangnicht entstände.
  • In dem D-Glied stellt die Kapazität 54 im Hinblick auf die Rückkopplung einen Nebenschluß dar. Der sich an der Kapazität 54 aufbauende Anteil der Signalgröße wirkt sich für den Verstärker nicht als Gegenkopplung aus. Zu diesem kapazitiven Nebenschluß gehört außerdem ein Spannungsteiler aus den Widerständen 48; 50. Diese begrenzen die Größe des über die Kapazität 54 geleiteten Signals und bewirken damit eine Amplitudenbegrenzung des Vorhaltsignals; gleichzeitig wird dadurch auch das D-Verhalten des Reglers bestimmt. Im D-Glied ist außerdem ein veränderbarer Widerstand 52 angeordnet. Mit diesem kann die Wirkung der Kapazität 54 beeinflußt werden. Wird beispielsweise wieder eine sprunghafte Änderung des Fehlersignals am Eingang angenommen, so wird beim Anstieg des Ausgangssignals am Verstärker zumindest ein Teil auf die Kapazität 54 übertragen. Bleibt das Signal weiterhin wirksam, so findet über den Widerstand 52 ein Ladungsausgleich beim Kondensator 54 statt. Dies bedeutet, daß das im Nebenschluß über die Kapazität 54 übertragene Signal seine Wirkung verliert. Mit diesem Rückgang ist ein Anwachsen der Gegenkopplung verbunden, wodurch nun das Ausgangssignal am Regler entsprechend reduziert wird. Der Ladungsausgleich am Kondensator 54 wird durch dessen Kapazität und die Größe des Ableitwiderstandes 52 bestimmt. Da die Kapazität 54 eine konkrete Größe besitzt, kann durch den veränderbaren Widerstandswert des Widerstandes 52 die Zeitkonstante dieses Nebenschlusses verändert werden. Auf diese Weise ist auch das D-Verhalten des Reglers veränderbar.
  • Zur Betrachtung des Nachstellverhaltens (I-Verhalten) wird der Wendeschalter 8 in der unteren Lage angenommen; so daß die Kapazität 16 den Verstärkereingang direkt mit dem Reglereingang verbindet. Wie bereits erwähnt, versucht die Rückkopplung des Reglers den Verstärkereingang 20 im Beharrungszustand im wesentlichen auf Null zu halten. Wird nun eine Signaländerung am Reglereingang angenommen, so verursacht diese eine Ladungsänderung des Kondensators 16 und damit eine Änderung des Eingangssignals am Verstärker 14. Das verstärkte Signal wird über die Rückkopplung des Reglers zum Verstärkereingang zurückgeführt und wirkt, wie bereits erwähnt, dem Eingangssignal entgegen. Ohne Nachstellglied hat die Signaländerung, sobald in den beiden Kondensatoren keine Ladeströme mehr fließen, auch keinen Einfluß mehr auf den Regler. Nimmt man als Fehlersignal eine Sprungfunktion an, so würde der Regler bei bloßem proportionalem Verhalten (P-Verhalten) den zu regelnden Vorgang auf ein neues Niveau einregem, das nicht mehr mit dem Niveau des Sollwertes übereinstimmt. Bei einem bloßen Nachstellverhalten (I-Verhalten) des Reglers wirkt eine Stehgröße am Ausgang des Reglers so lange auf die Regelstrecke ein, bis der zu regelnde Prozeß unter Sollbedingungen läuft und kein Fehlersignal mehr auf den Reglereingang wirkt. Dieses Verhalten wird beim vorliegenden Regler durch einen großen, veränderbaren Widerstand 12 erzielt, der im Nebenschluß zur Eingangskapazität liegt. Durch diesen Widerstand kann, solange irgendein Fehlersignal am Eingang des Reglers anliegt, dieses auf den Verstärker 14 einwirken und eine Stehgröße am Ausgang hervorrufen, die so lange auf die Regelstrecke einwirkt, bis das Fehlersignal Null wird. Die Wirkung des 1-Gliedes ist abhängig von der Zeitkonstante des Netzwerkes aus dem Eingangskondensator, dem Widerstand 12 und dem Spannungsteiler aus den Widerständen 4 und 6. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Nachstellglied mit dem Kondensator 16 im Eingangskreis zwischen 10 und 0,1 Wiederholungen pro Minute veränderbar.
  • Wird durch Umlegen des Wendeschalters 8 die Kapazität 18 für das Verhalten des 1-Gliedes bestimmend, dann unterscheidet sich der Einfluß des I-Gliedes um den Faktor 10 gegenüber dem Netzwerk mit dem Kondensator 16 im Eingangskreis, d. h., das Nachstellglied ist zwischen 100 und einer Wiederholung pro Minute veränderbar. In beiden Einstellbereichen des Nachstellgliedes wird die Veränderung durch den Regelwiderstand 12 bewirkt.
  • Wie bereits erwähnt, liegt je nach Stellung des Wendeschalters 8 entweder der Kondensator 16 in Serie und der Kondensator 18 parallel zum Eingang des Verstärkers oder umgekehrt der Kondensator 18 in Serie und der Kondensator 16 parallel zum Eingang. Daraus resultiert mit der Kapazität 16 in Serie zum Eingang eine Systemverstärkung des Reglers von 10 und mit dem kleineren Kondensator 18 in Serie zum Eingang eine Systemverstärkung von 1. Dies bedeutet aber, daß die hohe Verstärkung des Verstärkers 14 aufgebracht werden muß. Unter normalen Bedingungen würde die große Verstärkung zu einer unerwünschten Instabilität des Verstärkers führen. Bei dem vorliegenden Aufbau wird eine solche Instabilität jedoch vermieden, so daß auch mit der großen Kapazität 16 in Serie zum Eingang und der hohen Systemverstärkung von 10 eine Instabilität nicht auftritt. Dies ist darin begründet, daß der Verstärker an seinem Eingang einmal die Impedanz der Kapazität 56 und parallel dazu die Impedanz der Kapazitäten 16, 18 vorfindet, deren Wert sich auch beim Umlegen des Wendeschalters 8 nicht ändert. Was sich jedoch mit der Umschaltung des Wendeschalters 8 ändert, ist der Dämpfungsverlauf des Eingangsnetzwerkes, das die hohe Verstärkung absorbiert und dadurch die unerwünschte Instabilität vermeidet. An Stelle des Wendeschalters 8 kann auch eine andere Anordnung Verwendung finden, die den gleichen Bedingungen genügt.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Elektronischer Regler mit einem Gleichspannungsverstärker von hohem Verstärkungsgrad und einer negativen Rückkopplungsschleife zwischen dem Verstärkerausgang und dem einen Eingangsanschluß des Verstärkers, wobei in der Rückkopplungsschleife ein kapazitives Element vorgesehen ist, dadurch gekennzeichn e t, daß ein zwischen den Eingangsanschlüssen (2) des Reglers und den Eingangsanschlüssen des Verstärkers (14) vorgesehenes Impedanznetzwerk zwei kapazitive Elemente (16, 18) enthält, die derart umschaltbar sind, daß in der einen Schaltstellung das eine Element (z. B. 1.6) zwischen dem einen Eingangsanschluß (2) des Reglers und dem mit der Rückkopplungsschleife verbundenen Eingangsanschluß (20) des Verstärkers und das andere Element (z. B.18) zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Verstärkers liegt,, während in der anderen Schaltstellung die beiden kapazitiven Elemente (16, 18) gerade umgekehrt eingeschaltet sind.
  2. 2. Elektronischer Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden umschaltbaren kapazitiven Elemente (16, 18) ein Größenverhältnis von 10:1 aufweisen.
  3. 3. Elektronischer Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanznetzwerk zwei zu den Eingangsanschlüssen (2) des Reglers parallelgeschaltete Widerstände (4, 6) aufweist, die ein Größenverhältnis von 6: 1 haben, wobei am oberen Ende des größeren Widerstandes (4) ein die kapazitiven Elemente (16, 18) umschaltender Wendeschalter (8) angeschlossen ist, während die Verbindungsstelle (10) der beiden Widerstände (4, 5) über einen variablen Widerstand (12) mit dem einen Eingang des Verstärkers (14) verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 658192, 764 830, 828 793, 860 427, 966 809, 971855;
DEM46252A 1959-08-25 1960-08-13 Elektronischer Regler Pending DE1263144B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1263144XA 1959-08-25 1959-08-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1263144B true DE1263144B (de) 1968-03-14

Family

ID=22424141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEM46252A Pending DE1263144B (de) 1959-08-25 1960-08-13 Elektronischer Regler

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1263144B (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE658192C (de) * 1931-08-20 1938-03-24 I G Farbenindustrie Akt Ges Verfahren zur Gelb- und Gruensensibilisierung lichtempfindlicher Halogensilberemulsionen
DE828793C (de) * 1949-08-12 1952-01-21 Siemens Schuckertwerke A G Steuereinrichtung fuer die Verteilerklappen von Walzenstuehlen
DE860427C (de) * 1950-04-26 1952-12-22 Hartmann & Braun Ag Regler mit Rueckfuehrung
DE764830C (de) * 1939-04-06 1954-03-15 Aeg Regelvorrichtung mit Verstellmotor
DE966809C (de) * 1939-10-11 1957-09-12 Aeg Anordnung zur elektrischen Regelung technisch-physikalischer Betriebsgroessen unter Verwendung eines Stellmotors
DE971855C (de) * 1951-11-17 1959-04-09 Hartmann & Braun Ag Elektrisches Rueckfuehrnetzwerk, insbesondere fuer elektrische Regler

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE658192C (de) * 1931-08-20 1938-03-24 I G Farbenindustrie Akt Ges Verfahren zur Gelb- und Gruensensibilisierung lichtempfindlicher Halogensilberemulsionen
DE764830C (de) * 1939-04-06 1954-03-15 Aeg Regelvorrichtung mit Verstellmotor
DE966809C (de) * 1939-10-11 1957-09-12 Aeg Anordnung zur elektrischen Regelung technisch-physikalischer Betriebsgroessen unter Verwendung eines Stellmotors
DE828793C (de) * 1949-08-12 1952-01-21 Siemens Schuckertwerke A G Steuereinrichtung fuer die Verteilerklappen von Walzenstuehlen
DE860427C (de) * 1950-04-26 1952-12-22 Hartmann & Braun Ag Regler mit Rueckfuehrung
DE971855C (de) * 1951-11-17 1959-04-09 Hartmann & Braun Ag Elektrisches Rueckfuehrnetzwerk, insbesondere fuer elektrische Regler

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2458387A1 (de) Fahrzeuggeschwindigkeitssteuer- bzw. -regelsystem
DE1299453B (de) Regeleinrichtung zur selbstanpassenden Regelung einer Stoergroessen ausgesetzten physikalischen Groesse unter Verwendung eines die Regelstrecke nachbildenden Modells
DE2654455A1 (de) Einrichtung zum regeln der fahrgeschwindigkeit eines kraftfahrzeugs
DE1163910B (de) Mehrstufiger Transistorverstaerker
DE1905993A1 (de) Regeleinrichtung
DE1588276A1 (de) Regeleinrichtung
DE2301824C3 (de) Steuersignalgenerator, insbesondere zur Steuerung einer Treibrollenantriebsschaltung
WO2004040760A1 (de) Schaltungsanordnung zur spannungsregelung
DE1263144B (de) Elektronischer Regler
DE2344216C3 (de) Differentialverstärker
DE1299452B (de) Stabilisierung von verzoegerungsarmen Regel- oder Steuerstrecken
DE2130121A1 (de) Regelkreis mit einer Regelanordnung veraenderlichen Aufbaus
DE2743928C2 (de) Regleranordnung
CH361052A (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Vorgabe von Sollwerten und Steuergrössen
DE1074127B (de) Zweiipunktregler unter anwendung eines an sich stetigen verstärkers mit kippkennlinie durch überkritische trägheitsarme mitkopplung
DE1804389A1 (de) Verstaerker mit veraenderlichem Verstaerkungsgrad
DE2318696A1 (de) Regeleinrichtung fuer regelstrecken mit speichergliedern
DE2418818A1 (de) Regeleinrichtung
DE943361C (de) Schaltungsanordnung zur Regelung der Lautstaerke bei Rundfunkgeraeten
DE3527608C2 (de)
DE2250575C3 (de) Schaltungsanordnung zum verlustarmen Konstantregeln einer Gleichspannung
DE2046990A1 (de) Regelungseinrichtung zum Konstanthalten einer elektrischen Größe
DE1129596B (de) Elektrische Regelvorrichtung mit einer Rueckfuehrung
DE887060C (de) Verstaerkerschaltung mit kombinierter Strom- und Spannungs-gegenkopplung
DE1513876C (de) Anordnung zur selbsttätigen Regelung einer Wechselspannung