DE1297366B

DE1297366B - Regelanordnung mit frequenz- und zeitproportionalen Signalen, bei der die Istgroessen durch frequenzanaloge Signale dargestellt sind und die Sollgroessen ziffernmaessig eingestellt werden

Info

Publication number: DE1297366B
Application number: DEP36866A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard; Kaps; Schott; Dipl-Ing Winfried
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1965-05-22
Filing date: 1965-05-22
Publication date: 1969-06-12
Also published as: AT263148B; CH455012A; NL6606711A; BE681352A; FR1482292A; JPS4513770B1; GB1143424A

Description

gemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Zähler ein voreinstellbarer Zähler ist und daß die Mittel zur Steuerung des Zählers und zu vorzeichenbewerteter Bildung von den Regelabweichungen proportionalen 5 Zeitintervallen folgende sind:

a) eine vom Ausgang des Zählers gesteuerte Vorwahleinrichtung zur Einstellung des Sollwertes;

b) eine wechselseitig von dieser und von einem das Zeitbasissignal mit dem durch eine Inverterstufe

Derartige Anordnungen sind für die Regelung von Drehzahlen und als digitale Netzregler bekannt. Ihre Arbeitsweise wird am Beispiel eines digitalen Netzreglers erläutert.

Um ein genügend hohes Auflösungsvermögen von ± 1 mHz bei der Frequenzmessung zu gewährleisten, ist bei einer Meßzeit τ = 100 ms eine Frequenzvervielfachung um den Faktor 10⁴ nötig. Die verviel-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrfachregelanordnung mit frequenz- und zeitproportionalen
Signalen, bei der die Istgrößen durch frequenzanaloge
Signale dargestellt sind und die Sollgrößen ziffernmäßig eingestellt und/oder eingegeben werden, und
bei der zur Verarbeitung von Ist- und Sollgrößen je
Regelkreis nur ein Zähler und Mittel vorgesehen
sind zu dessen Steuerung und zu vorzeichenbewerteter Bildung von den Regelabweichungen proportionalen Zeitintervallen, insbesondere Mehrfachregel- io invertierten Ausgangssignal der Vorwahleinrichtung anordnung zur Verhältnisregelung. verknüpfenden UND-Gatter gesteuerte, erste bistabile

Kippstufe;

c) zwei von den beiden Ausgängen dieser bistabilen Kippstufe und dem Ausgang der Vorwahleinrichtung

15 gesteuerte und die beiden Vorbereitungseingänge einer zweiten bistabilen Kippstufe ansteuernde UND-Gatter;

d) zwei weitere von dem beim Vorwärtszählen nicht markierten Ausgang der ersten bistabilen Kippfachte Meßfrequenz wird in einen Zähler der Kapa- ao stufe und von dem Ausgang der genannten Inverterzität 50000 eingezählt, der bei Erreichen dieses stufe gemeinsam und je von einem der beiden Aus-Zählerstandswertes einem Impuls als Zeitmarke ab- gänge der zweiten bistabilen Kippstufe angesteuerte gibt. Beträgt die Meßfrequenz genau 50 Hz, dann er- UND-Gatter;

scheint diese Zeitmarke nach 100 ms, bei 48 Hz nach e) zwei die Ausgänge der letztgenannten UND-

104 ms und bei 51 Hz nach 98 ms. Diese veränder- 25 Gatter mit einem von einer dritten bistabilen Kipplichen Zeitmarken werden mit einer festen verglichen, stufe gelieferten Signal verknüpfende, in Rückwärtsdie im Abstand der Meßzeit τ = 100 ms vom Zähl- richtung direkt, in Vorwärtsrichtung über eine Sumbeginn von einer Zeitbasis geliefert wird. Die Zeit mationsstufe mit dem Meßsignaleingang additiv verzwischen fester und veränderlicher Zeitmarke ist ein knüpfte, eine dem Zähler vorgeschaltete Antikoinzi-Maß für die Regelabweichung. Sie kann z. B. durch 30 denzstufe ansteuernde UND-Gatter; Auszählen mit einer festen Frequenz in eine der f) ein weiteres, Zeitbasis und Ausgang der VorRegelabweichung proportionale Impulszahl umge- wähleinrichtung verknüpfendes UND-Gatter; wandelt und in weiteren Zählgeräten verarbeitet wer- g) ein von diesem UND-Gatter und dem Ausgang

den. Bei negativer Regelabweichung kommt die des schon beschriebenen, den beim Vorwärtszählen variable vor der festen Zeitmarke, bei positiver Regel- 35 nicht markierten Ausgang der ersten bistabilen Kippabweichung die feste Zeitmarke vor der variablen, so stufe und den Ausgang der Vorwahleinrichtung verdaß eine Vorzeichenbewertung der Zeitintervalle oder knüpfendes UND-Gatter angesteuertes und den NuIl-Impulszahlen gegeben ist. setzeingang des Zählers steuerndes ODER-Gatter;

Jede Meßperiode (Abtastperiode) beträgt bei die- h) eine Verbindung des Zählerausganges »NULL«

ser Anordnung 110 ms. Sie setzt sich zusammen aus 40 mit einem der Vorbereitungseingänge der zweiten der Zählzeit 100 ms ± 4 ms und einem Sicherheits- bistabilen Kippstufe.

zeitintervall für die Weiterverarbeitung. In einer Se- Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bekunde wird daher nur rund neumal die Regelabwei- schrieben. Darin zeigt chung gebildet. F i g. 1 das Schaltbild einer Regelanordnung nach

Erweiterungen dieser Anordnung auf Verhältnis- 45 der Erfindung und

regelungen, wie sie z. B. für Drehzahlen vorkommen, Fig. 2 den prinzipiellen zeitlichen Verlauf des

sind möglich. Zur Einstellung unterschiedlicher Soll- Zählerstandes im eingeschwungenen Zustand a) bei werte, wird der Zähler als Vorwahlzähler ausgeführt, zu kleinem und b) bei bei zu großem Istwert, der die veränderlichen Zeitmarken jeweils bei Er- Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in syn-

reichen des vorgewählten Zählerstandswertes abgibt. 50 chroner Technik angegeben, d. h., das Schalten der Die Dauer der Meßperiode aller Kanäle wird dann Kipp- und Zählstufen erfolgt nach Vorbereitung dei

Stufen über deren Signaleingänge S durch einen zentralen Taktpuls. Dabei werden die Zählstufen um eine Einheit weitergeschaltet, wenn an den Signal-55 eingängen das Vorbereitungssignal für die Dauer eines Taktpulsabstandes ansteht. Dauersignal an den Signaleingängen hat Zählen mit Taktpulsfrequenz zur Folge.

F i g. 1 zeigt die Schaltung einer Regelanordnung kontinuierlichen Erfassung der Meßfrequenz führen 60 nach der Erfindung, bestehend aus einem Vor-Rückmuß. Der dabei auftretende Informationsverlust ge- wärtszähler Z mit vorgeschalteter Antikoinzidenz-

stufe A, eine Summationseinrichtung S vor dem Vorwärtseingang der Antikoinzidenzstufe, einer Vorwahleinrichtung SE zur Einstellung des Sollwertes, einer 65 Zeitbasis Γ, den beiden bistabilen Steuerstufen FF₁

bestimmt durch die für den Kanal mit der maximal zu erwartenden Regelabweichung Δτ erforderliche Zählzeit von z. B. 100 ms + Jr_max und das Sicherheitsintervall für die Verarbeitung.

Nachteilig bei den bekannten, derartigen Regelanordnungen ist, daß die Größe der Regelabweichung in die Abtastperiode eingeht, was bei mehrkanaligen Anordnungen (Verhältnisregelung) zu einer nicht

stattet keine fehlerfreie Integralbildung. Außerdem müssen Schaltmittel vorgesehen werden, um die die Meßzeit liefernde Zeitbasis abhängig von der jeweils maximal benötigten Abtastzeit zu triggern.

Zweck der Erfindung ist es, eine Regelanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die zuvor genannten Nachteile nicht aufweist. Erfindungsund FF.₂, den UND-Gattern G_A, G_B, G₁, G₂, G_Rv G_R.₂, G_Vl und G_v.₂, einer Inverterstufe N₁, dem ODER-Gatter O sowie einer weiteren bistabilen Kipp-

stufe FF₃, die angesteuert durch den Taktpuls /„ ein Rechtecksignal der Frequenz F_p/2 liefert. Die Meßfrequenz (Istgröße) wird kontinuierlich dem Vorwärtseingang E_v zugeführt. Zuerst werde der Fall betrachtet, daß die Istgröße kleiner ist als die Sollgröße (Fig. 2a). Im stationären Fall hat dann der Zählerstand ζ bei Eintreffen eines Zeitbasisimpulses einen Wert z,- <C z_s erreicht. Von dem mit dem Zeitbasisimpuls koinzidenten Taktimpuls wird die bistabile KippstufeFF₁ so umgeschaltet, daß ihr Ausgang U₁ »!,«-Potential erhält. Dadurch wird das durch »L«- Potential am Ausgang C₂ der bistabilen Kippstufe FF₂ und — da der in SE eingestellte Sollwert noch nicht erreicht ist — durch »!,«-Potential am Ausgang der Inverterstufe N₁ vorbereitete UND-Gatter G_Vl geöffnet. Über Gy₂, das mit dem Ausgang von G_Vl verbunden ist, gelangt eine Impulsfolge der Frequenz /„/2 an den Eingang einer Summationsstufe, die zu dieser Impulsfolge das Meßsignal addiert. Der Zähler zählt infolgedessen entsprechend einer Frequenz »0 /p/2 + /_m in Vorwärtsrichtung weiter. Das Erreichen des in SE eingestellten Sollwertes wird erkannt und bewirkt das Rückschalten der bistabilen Kippstufe FF₁, das Sperren des Gatters G_Vl über N₁ und über das UND-Gatter G_A das Rücksetzen des Zählers auf Null. In der Folge wird wieder die Meßfrequenz in den Zähler eingezählt, so lange, bis, durch den folgenden Zeitbasisimpuls ausgelöst, der oben beschriebene Vorgang wieder beginnt. Der Zählerstand hat den in F i g. 2 a gezeigten Verlauf. Die Zeit t_m, in der das Gatter G_Vl geöffnet ist und infolgedessen mit /p/2 + f_m in den Zähler eingezählt wird, ist der Regelabweichung proportional, da im stationären Fall *m = to ist.

Ist die Istgröße größer als die Sollgröße, dann hat im stationären Zustand der Zähler durch das Aufzählen der Istgröße den in SE eingestellten Sollwert überschritten, bevor die Zeitbasis T einen Impuls liefert. Beim Durchlaufen des Sollwertes erhält der Ausgang von SE »!,«-Potential. Da gleichzeitig die bistabile Kippstufe FF₁ an ihrem Ausgang C₁ ebenfalls »!-«-Potential zeigt, wird über das UND-Gatter G_s die bistabile Kippstufe FF₂ vorbereitet und vom Taktpuls so umgeschaltet, daß ihr Ausgang C₂ markiert und damit das UND-Gatter G^ _t vorbereitet ist. Beim Eintreffen des Zeitbasisimpulses hat der Zählerstand den Wert Z/>z_s erreicht (Fig. 2b). Da dadurch das UND-Gatter G₁, gesteuert vom Ausgang des Inverters N₁, vorbereitet ist, führt der Zeitbasisimpuls das Umschalten der bistabilen Kippstufe FF_x herbei. Dadurch wird das UND-Gatter G_{R x} geöffnet, so daß über das Gatter G^ ₂ Zählimpulse der Frequenz /p/2 an den Rückwärtszähleingang des Zählers gelangen. Der Zähler zählt — da f_p/2 > f_m ist — mit der Differenzfrequenz f_p/2—f_m rückwärts. Das Erreichen des Sollwertes bewirkt jetzt über N₁ das Sperren des Rückwärtseinganges, über das UND-Gatter G_A das Umschalten der bistabilen Kippstufe FF₂ in ihren Ausgangszustand (C₂ markiert), das Rücksetzen des Zählers auf »Null« sowie das Umschalten der bistabilen Kippstufe FF₁ ebenfalls in ihre Ruhelage (C₁ markiert). Der Zähler zählt danach wieder mit der Frequenz f_m in Vorwärtsrichtung bis zum Eintreffen eines neuen Zeitbasisimpulses usw.

Es ergibt sich für den Zählerstand der in Fig. 2b dargestellte prinzipielle zeitliche Verlauf. Die Zeit t_m, in der das UND-Gatter G^ geöffnet ist, ist der Regelabweichung proportional.

Bei der Regelabweichung Null erreicht der Zähler Z beim Eintreffen eines Zeitbasisimpulses gerade den in SE eingestellten Sollwert. In diesem Fall wird der Zähler unmittelbar über das UND-Gatter G₂ nach Null gesetzt, während über N₁ und G₁ das Umschalten der bistabilen Kippstufe FF₁ verhindert wird. Auch bei Koinzidenz von Zeitbasisimpuls und dem Erreichen des Sollwertes wird die bistabile Kippstufe FF₂ über das UND-Gatter G_s umgeschaltet, jedoch nach Nullsetzen des Zählers sofort wieder in ihre Ausgangslage zurückgekippt.

Claims

Patentanspruch:

Mehrfachregelanordnung mit frequenz- und zeitproportionalen Signalen, bei der die Istgröße durch frequenzanaloge Signale dargestellt sind und die Sollgrößen ziffernmäßig eingestellt und/ oder eingegeben werden, und bei der zur Verarbeitung von Ist- und Sollgrößen je Regelkreis nur ein Zähler und Mittel vorgesehen sind zu dessen Steuerung und zu vorzeichenbewerteter Bildung von den Regelabweichungen proportionalen Zeitintervallen, insbesondere Mehrfachregelanordnung zur Verhältnisregelung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler ein voreinstellbarer Zähler ist und daß die Mittel zur Steuerung des Zählers (Z) und zu vorzeichenbewerteter Bildung von den Regelabweichungen proportionalen Zeitintervallen folgende sind:

a) eine vom Ausgangssignal des Zählers (Z) gesteuerte Vorwahleinrichtung (SE) zur Einstellung des Sollwertes;

b) eine wechselseitig von dieser und von einem das Zeitbasisignal (T) mit dem durch eine Inverterstufe (N₁) invertierten Ausgangssignal der Vorwahleinrichtung (SE) verknüpfenden UND-Gatter (G₁) gesteuerte, erste bistabile Kippstufe (FF₁);

c) zwei von den beiden Ausgängen (C₁, C₁) dieser bistabilen Kippstufe und dem Ausgang der Vorwahleinrichtung (SE) gesteuerte und die beiden Vorbereitungseingänge (S) einer zweiten bistabilen Kippstufe (FF₂) ansteuernde UND-Gatter (G,,, G_s);

d) zwei weitere von dem beim Vorwärtszählen nicht markierten Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe (FF₁) und von dem Ausgang der genannten Inverterstufe (N₁) gemeinsam und je von einem der beiden Ausgänge (C₂, C₂) der zweiten bistabilen Kippstufe (FF₂) angesteuerte UND-Gatter (Gy _v G^₁);

e) zwei die Ausgänge der letztgenannten UND-Gatter mit einem von einer dritten bistabilen Kippstufe (FF₃) gelieferten Signal verknüpfende, in Rückwärtsrichtung direkt, in Vorwärtsrichtung über eine Summationsstufe (S) mit dem Meßsignaleingang additiv verknüpfte, eine dem Zähler (Z) vorgeschaltete Antikoinzidenzstufe (A) ansteuernde UND-Gatter (G_V2, G_R2);

f) ein weiteres, Zeitbasis (T) und Ausgang der Vorwahleinrichtung (SE) verknüpfendes UND-Gatter (G₂);

g) ein von diesem UND-Gatter (G₂) und dem Ausgang des schon beschriebenen, den beim Vorwärtszählen nicht markierten Ausgang (U₁) der ersten bistabilen Kippstufe (FF₁) und den Ausgang der Vorwahleinrichtung (SE) verknüpfendes UND-Gatter (G_A) angesteuertes und den Null-

setzeingang des Zählers (Z) steuerndes ODER-Gatter (O);

h) eine Verbindung des Zählerausganges »NULL« mit einem der Vorbereitungseingänge (S) der zweiten bistabilen Kippstufe (FF₂).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen