DE1513642C - Regeleinrichtung für elektrische Bahnantriebe mit unterschiedlichen Anhängelasten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für elektrische Bahnantriebe mit unterschiedlichen Anhängelasten. In Regelkreisen ist es üblich, die einzelnen Parameter des Reglers, wie z. B. seine Verstärkung, seine Nachstell- und Vorhaltzeiten an die Gecebenheiten der Regelstrecke anzupassen, um ein möglichst günstiges dynamisches Übergangsverhalten zu erreichen. Für die Art der Anpassung bieten sich die verschiedensten Optimierungsvorschriften an, denen jedoch alien bei Antriebsregclungen die Forderung gemeinsam ist, daß die Regelkreisverstärkung proportional der vom Antrieb bewegten Masse sein soll.

Beim Zugbetrieb können sich die Anhängelasten und damit die zu bewegenden Massen je nach Zuggaltung in einem großen Bereich ändern. Dies wirkt sich insofern störend aus, als ein unter Zugrundelegung einer bestimmten Zugmasse optimierter Regler bei fester Einstellung dadurch verstimmt wird und deshalb zu einem ungünstigen dynamischen Verhalten Anlaß «ibt. Es ist nun in der Regelungstechnik bekannt, in Fällen, in denen sich ein Parameter des Regelkreises ändert, den Regelkreis durch eine selbsttätige Steuerung von Regelkreisbeiwerten in Abhängigkeit von dem veränderlichen Parameter so zu beeinflussen, daß eine einmal gewählte optimale Abstimmung des Regelkreises für sämtliche vorkommenden Betriebsfüüe beibehalten und stets ein gleich günstiges dynamisches Verhalten erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Receleinrichtung der eingangs genannten Art in zweckmäßiger Weise die der bewegten Zugmasse proportionale Einstellung der Regelkrcisvcrstärkung einer selbsttätig wirkenden Steuerung zu übertragen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine die Rcgelkreisvcrstärkung beeinflussende Dividiereinrichtung zur Bildung eines Quotienten aus einer der Zugkraft und einer der Zugbeschleunigung proportionalen Eingangsgröße in der Weise vorgesehen ist, daß die Quotientenbildung nur oberhalb einer bestimmten, durch ein Schwellwertglied ermittelten Mindestbeschleunigung erfolgt und daß bei kleineren Beschleunigungen die dem zuletzt ermittelten Quotienten proportionale Ausgangsgröße gespeichert bleibt. Als eine der Zugkraft proportionale Größe kann in üblicher Weise eine dem Bahnmotorstrom proportionale Größe verwendet werden. Mit den bei Bahnantrieben üblicherweise verwendeten Reihenschlußmotoren, welche schon bei relativ kleinen Motorstromwerten in Sättigung geraten, besteht praktisch dann eine lineare Abhängigkeit zwischen Bahnmotorstrom und Zugkraft. Für besonders hohe Ansprüche kann natürlich auch eine der Zugkraft proportionale Größe mittels bekannter Funktionsbildner aus dem Motorstrom gewonnen werden.

Unter Einsatz von digitalen Speichermitteln kann eine praktisch nicht mehr zu überbietende Langzeitkonstanz hinsichtlich der Speicherfähigkeit erzielt werden. Die Realisierung besteht in einem mit Zählimpulsen konstanter Frequenz beaufschlagten digitalen bidirektionalen Zähler, dessen die Regelkreisverstärkung beeinflussende Ausgangsgröße in einem Digital-Analog-Wandler mit einer der Zugbeschleunigung proportionalen Größe moduliert und in der analogen und modulierten Form im Eingangskreis eines Verstärkers mit einer dem Bahnmotorstrom proportionalen Größe in Vergleich gesetzt ist, wobei die Polarität der Verstärkerausgangsgröße die Zählrichtung des Zählers bestimmt.

Die Ermittlung der Zugmasse kann mit der Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung, wie gesagt, nur während einer Beschleunigungsperiode oberhalb einer bestimmten Mindestbeschleunigung erfolgen. In besonders einfacher Weise kann dieses Kriterium eingehalten werden, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung an den Ausgang des mit der der Zugbeschleunigung proportionalen Größe beaufschlagten Schwellwertgliedes ein Gatter zur Freigabe der Zählimpulse angeschlossen ist. Dadurch kann das Einlaufen von den Zählerstand verändernden Impulsen für die Zeiten, in denen keine bzw. bei entsprechender Wahl der Ansprechschwel'e nur eine geringe Zugbcschleunigung vorhanden ist, unterbunden werden.

Je größer die Beschleunigung ist, bei derem Auftreten der Quotient aus Bahnmotorstrom und Zugbeschleunigung gebildet wird, desto genauer entspricht dieser der Zugmasse, weil dann der größte Teil des Bahnmotorstromes zur Beschleunigung dient und der für die Überwindung der Fahrwiderstände (Reibung, Luftwiderstand, Streckenprofil) benötigte Anteil des Motorstromes demgegenüber vernachlässigt werden kann. Für besonders große Genauigkcitsanspriiclie oder wenn ein Streckenprofil mit großer Steigung vorliegt, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Einfluß der Fahrwiderstände bei der Ermittlung der Zugbeschleunigung mit berücksichtigt werden, indem eine vorzugsweise digitale Speichereinrichtung für eine dem bei Verschwinden der Zugbeschleunigung auftretenden Fahrstrom proportionale Korrekturgrüße für die Zugkraftmessung vorgesehen wird. Diese Größe kann dann zusätzlich dem zuvor genannten Verstärker als Eingangsgröße zugeführt werden und findet dann automatisch beim nächsten Fahrvorgang, bei dem eine Beschleunigung auftritt und eine Zi:gni;isscnermitt!ung gewünscht wird, ihre Berücksichtigung.

Die Beeinflussung der Regelkreisvcrstärkung entsprechend dem ermittelten Wert der Zugmasse kann zweckmäßig dadurch erreicht werden, daß an die verschieden bewichteten Zählstufenausgänge des Zählers elektronische Torschaltungen angeschlossen sind, durch welche über sclmltbarc Widerstände die Eingangsimpedanz eines Rcgelverstärkers im umgekehrten Verhältnis zu den Zählstufengewichten veränderbar ist. Dadurch ist auch eine kontaktlose Verstellung der Regelkreisverstärkung möglich.

Die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung soll nun im folgenden an Hand der Figuren veranschaulicht werden.

In Fig. 1 ist in schematischer Weise die Anwendung der Erfindung bei einer Drehzahlregelung für einen elektrischen Bahnantrieb dargestellt. Auf den mit 1 bezeichneten Schienen rollt ein mit 2 bezeichneter, von einem elektrischen Reihenschlußmotor 3 angetriebener Radsatz ab. Die Feldwicklung 4 sowie der Anker des Motors 3 sind von einer steuerbaren Gleichstromquelle 5 in Form einer an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Anordnung von gesteuerten Gleichrichtern gespeist. Der Aussteuerungsgrad der Gleichrichter ist von einem Steuersatz 6 bestimmt, der seinerseits von der Ausgangsgröße eines Regel-Verstärkers 7, im vorliegenden Fall eines Drehzahlreglers beeinflußt ist. Im Eingangskreis des Regelverstärkers ist ein mit 8 bezeichneter Digital-Analog-Wandler angeordnet, welcher auf eine später noch zu

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besprechende Weise die Verstärkung des Drehzahl- Zur Korrektur des so ermittelten Wertes von m regelkreises proportional einer mit m bezeichneten kann durch Verbinden der in F i g. 1 mit 14 und 15 beAusgangsgröße einer Dividiereinrichtung 32 ändert. zeichneten Klemmen eine digitale Speichereinrichtung Eine der jeweiligen Drehzahl proportionale Span- 13 zum Einsatz gebracht werden. Sie entspricht im nung η wird einer von dem Radsatz 2 angetriebenen 5 Grundaufbau der zuvor beschriebenen Dividier-Tachodynamo 9 entnommen und in einer Mischstelle einrichtung, jedoch mit dem Unterschied, daß die 10 mit dem Drehzahlsollwert n* verglichen. Das zweite Eingangsspannung des im Rückführkreis an-Regelabweichungssignal η bildet die zweite Ein- geordneten Digital-Analog-Wandlers 23 stets den gangsgröße des Digital-Analog-Wandlers 8. konstanten Wert U aufweist und daß das die Zähl-

Dem Regelkreis werden nun ein dem Bahnmotor- io impulse /_fl des Impulsgenerators 18 freigebende Undstrom proportionaler Strom /, welcher einem im gatter 24 von einem mit 25 bezeichneten Schwell-Ankerkreis angeordneten Meßglied 11 entstammt, wertglied beaufschlagt ist, welches das Gatter 24 nur und eine der Beschleunigung proportionale Größe b, bei verschwindend kleinen Beschleunigungswerten welche mittels eines Differenziergliedes 12 aus der durchlässig zu steuern vermag. Die Ausgänge der Spannung η gewonnen ist, als Eingangsgrößen für die 15 Schwellwertglieder 16 und 25 sind demnach antierfindungsgemäß verwendete Dividiereinrichtung 32 valent. Für den Betriebsfall der verschwindenden entnommen. Zur Erläuterung ihrer grundsätzlichen Beschleunigung wird sich demzufolge der Zählerstand Wirkungsweise sei zunächst die im unteren Teil der des Vorwäris-Rückwärts-Zählers 26 in analoger Fig. 1 dargestellte digitale Speichereinrichtung 13 Weise solange ändern, bis er bzw. seine in einen außer acht gelassen, bzw. es seien die mit 14 und 15 20 analogen Wert //.· umgewandelte Ausgangsgröße dem bezeichneten Klemmen als nicht miteinander verbun- Wert des Fahrstromes entspricht, d. h. das rcsulden angenommen. tierende Eingangssigna! des Verstärkers 27 den Wert

Wenn beim Anfahren eine nennenswerte Beschleu- Null erreicht. Der Strom I₁.- steht als Korrekturwert nigung auftritt, dann wird über ein Schwellwertglied zur Verfügung und kann bei einer nächsten Zug-16 ein Gatter 17 geöffnet, so daß die von einem 25 massenermitliung, beispielsweise nach einem in-Impulsgenerator 18 gelieferten Impulse konstanter zwischen erfolgten Halt und einer sich daran anFrequenz so auf den Zähleingang Z eines bidirektio- schließenden neuen Beschleunigungsperiode beriicknalen, d. h. eines wahlweise in Vorwärts- oder Rück- sichtigt werden, indem ssine Größe vom Wert des wärtsrichtung zählenden Zählers 19 gelangen können. sich dann ergebenden Bahnmotorstromes/ im Ein-Je nachdem, ob der Vorwärtseingang V oder der 30 gangskreis des Verstärkers 21 zusätzlich abgesetzt Rückwärtseingang R mit Signal belegt ist, vergrößern wird.

oder vermindern die einlaufenden Zählimpulse den In Fig. 2 ist im einzelnen näher veranschaulicht, Zählerstand. Ist keines der mit V und R bezeichneten wie die selbsttätige Anpassung der Regelkreisver-Eingänge mit Signal belegt, so erfolgt keine Ver- Stärkung an die ermittelte Zugmasse mittels eines änderung des Zählerstandes des Zählers 19 durch 35 Digital-Analog-Wandlers erfolgen kann, wobei für die einlaufenden Zählimpulse. Die der Beschleunigung entsprechende Elemente die Bezeichnungen aus proportionale Größe b ist außerdem noch einem Fig. 1 übernommen wurden. Der Digital-Analog-Eingang eines mit 20 bezeichneten Digital-Analog- Wandler 8 besteht im wesentlichen aus einer Reihe Wandlers zugeführt. Wird die digitale Ausgangsgröße von vorzugsweise elektronisch ausgebildeten Schaldes Zählers 19 mit m bezeichnet, so tritt am Ausgang 40 tem 28 bis 31, welche von den Zählstufenausgängen des als Multiplikationsglied wirkenden Digital- des Zählers 19 betätigt werden und das Regel-Analog-Wandlers 20 ein Strom auf, welcher dem abweichungssignal Δ η auf den Eingangskreis des Produkt m ■ b proportional ist. Dieser Strom wird im Regelverstärkers 7 durchschalten. Bei dem in F i g. 2 Eingangskreis eines analogen Rechen verstärke rs 21 dargestellten Beispiel weist der Binärzähler 19 die mit dem dem Bahnmotorstrom proportionalen Gleich- 45 Zählstufen mit den dort angegebenen Gewächten 1, strom / in Vergleich gesetzt. Der Ausgang des Ver- 2, 4 und 8 auf und wird in üblicher Weise von den stärkers 21 beaufschlagt ein mit 22 bezeichnetes Drei- an seinem mit Z bezeichneten Zähleingang eintrefpunktschaltglied. In dem entsprechenden Blocksymbol fenden Impulsen fortlaufend durchgezählt. Treten an ist dessen statische Kennlinie, d. h. die Abhängigkeit seinen Zählstufenausgängen Signale auf, dann werden seines mit A bezeichneten Ausgangssignals von 5° die zugeordneten elektronischen Schalter durchlässig seinem EingangssignalE, dargestellt. Die zwei Aus- gesteuert, und das Regelabweichungssignal Δη gegangssignale des Dreipunktschaltgliedes 22 sollen die langt über einen entsprechenden Widerstand auf den mit V und R bezeichneten Eingänge des Zählers 19 Eingang des Regelverstärkers 7. Da der Verstärkungsso beaufschlagen, daß ein Signal an dem mit V be- faktor dieses aus einem gegengekoppelten Gleichzeichneten Eingang nur bei einer positiven Eingangs- 55 Stromverstärker bestehenden Reglers sich aus dem größe des Schaltgliedes 22 auftritt (I^>m-b), wäh- Verhältnis von Gegenkopplungswiderstand /?_χ zu jerend der mit R bezeichnete Eingang nur dann ein weils wirksamen Eingangswiderstand ergibt, ist aus der Signal erhalten soll, wenn eine negative Eingangs- im Beispiel angegebenen Dimensionierung der wahlgröße beim Schaltglied 22 vorliegt (I<im-b). Der weise zuschaltbaren Eingangswiderstände (R₁ — ¹I₈R_n) Stand des Zählers 19 strebt also selbständig einem 60 ersichtlich, daß der Verstärkungsgrad des Regel-Wert zu, bei dem die Bedingung erfüllt ist / = in ■ b. Verstärkers 7 proportional der Summe der Gewichte Die dem Zählerstand entsprechende Größe m ist dann der jeweils signalführenden Zählstufen ist. Da der proportional dem Quotienten aus dem Bahnmotor- Zählerinhalt des Zählers 19 dem Wert der während strom und der Beschleunigung, d. h., sie ist unter des Beschleunigungsvorganges ermittelten Zugmasse Zugrundelegung einer linearen Abhängigkeit des 65 entspricht, wird auf diese Weise die Verstärkung des Motorstromes von der Zugkraft und unter Vernach- Regelkreises selbsttätig an die jeweils vorliegende lässigung der Fahrwiderstände während des Beschleu- Anhängelast angepaßt. Diese Anpassung könnte auch nigungsvorganges der Zugmasse proportional. bei konstantem Eingangswiderstand durch Verände-

rung des Gegenkopplungswiderstandes R₁ in entsprechender Weise ebenfalls mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers durchgeführt werden, bei dem jedoch die Dimensionierung der den einzelnen Torschaltungen zugeordneten Widerstände entsprechend zu ändern wäre.

Von prinzipiell gleichem Aufbau wie der in der Anordnung nach F i g. 2 verwendete Digital-Analog-Wandler 8 können die in F i g. 1 dargestellten Wandler 20 und 23 sein, mit der Abweichung, daß im Fall des Digital-Analog-Wandlers 20 die zugeführte analoge Spannung nicht A n, sondern eine der Beschleunigung proportionale Spannung b ist, während sie im Fall des Digital-Analog-Wandlers 23 in einer konstanten Gleichspannung U besteht.

Claims (6)

Patentansprüche: 20

1. Regeleinrichtung für elektrische Bahnantriebe mit unterschiedlichen Anhängelasten, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Regelkreisverstärkung beeinflussende Dividiereinrichtung (32) zur Bildung eines Quotienten aus einer der Zugkraft und einer der Zugbeschleunigung proportionalen Eingangsgröße in der Weise vorgesehen ist, daß die Quotientenbildung nur oberhalb einer bestimmten, durch ein Schwellwertglied (16) ermittelten Mindestbeschleunigung erfolgt und daß bei kleineren Beschleunigungen die dem zuletzt ermittelten Quotienten proportionale Ausgangsgröße gespeichert bleibt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der Zugkraft proportionale Größe eine dem Bahnmotorstrom proportionale Größe (/) verwendet ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dividiereinrichtung (32) einen mit Zählimpulsen konstanter Frequenz beaufschlagten digitalen bidirektionalen Zähler (19) enthält, dessen die Regelkreisverstärkung beeinflussende Ausgangsgröße (m) in einem Digital-Analog-Wandler (20) mit einer der Zugbeschleunigung proportionalen Größe (b) moduliert und in der analogen und modulierten Form im Eingangskreis eines Verstärkers (21) mit einer dem Bahnmotorstrom proportionalen Größe in Vergleich gesetzt ist, und daß die Polarität der Verstärkerausgangsgröße die Zählrichtung des Zählers (19) bestimmt.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des mit der der Zugbeschleunigung proportionalen Größe (b) beaufschlagten Schwellwertgliedes (16) ein Gatter (17) zur Freigabe der Zählimpulse angeschlossen ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die verschieden bewichteten Zählstufenausgänge des Zählers (19) elektronische Torschaltungen (28 bis 31) angeschlossen sind, durch welche über schaltbare Widerstände die Eingangsimpedanz eines Regelverstärkers (7) im umgekehrten Verhältnis zu den Zählstufengewichten veränderbar ist.

6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise digitale Speichereinrichtung (26) für eine dem bei verschwindender Zugbeschleunigung auftretenden Fahrstrom proportionale Korrekturgröße (//.) für die Zugkraftmessung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen