DE1523478B2

DE1523478B2 - Regler

Info

Publication number: DE1523478B2
Application number: DE19651523478
Authority: DE
Inventors: Knstian Sonderborg Iversen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1965-07-13
Filing date: 1965-07-13
Publication date: 1973-08-16
Also published as: BE683169A; FR1486062A; AT267683B; DE1523478A1; US3510738A; CH448579A; NO120765B; GB1111747A; NL6609712A; SE322571B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler, der einen Proportionalteil, und eine Zusatzvorrichtung zur Verringerung der" bleibenden Regelabweichung aufweist, mit einem Stellmotor mit Ein-Aus-Steuerung. . ■■-- ·"■■.-

Reine P-Regler arbeiten zwar rasch, und mit großer Stabilität, haben aber den Nachteil, daß nach dem Regelvorgang ein Endfehler vorhanden ist, nämlich die sogenannte bleibende Regelabweichung.

Dort wo diese bleibende Regelabweichung nicht erwünscht ist, verwendet man PI-Regler, bei denen dem Proportionalteil eine Zusatzvorrichtung in der Form eines Integralteils parallel geschaltet ist. Je stärker aber der I-Einfluß, um so geringer ist die Stabilität des PI-Reglers und um so stärker ist die Neigung zu Überschwingungen. Je geringer der I-Einfluß, um so länger dauert der Regelvorgang. Hieran ändert sich grundsätzlich nichts, wenn der PI-Regler durch einen Verstärker mit nachgebender Rückführung oder durch einen PD-Regler mit nachfolgender Integration gebildet wird.

Es ist auch ein Temperaturregler mit temperaturabhängigem Widerstand als Fühler bekannt, bei dem der Fühlerwiderstand einen positiven Temperaturkoeffizienten hat. und mit einem Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten und einer Relaisspule in Reihe liegt. Parallel hierzu ist die Reihenschaltung eines Sollwert-Widerstandes, eines zweiten Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten und einer zweiten Relaisspule vorgesehen.

Das Relais wirkt auf einen Dreipunktschalter, der ein Regelorgan in der einen oder anderen Richtung betätigt, wobei mit dem Regelorgan einschaltbare Heizwiderstände als Rückführung auf je einen der Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten wirken. - ■

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der unter weitgehender ,Beibehaltung der für .einejr P-Regler geltenden Vorteile eine äußerst geringe bleibende Regelabweichung hat. ^yr" -

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Proportionalteil eine Vorrichtung zum Verstellen des Proportionalbereiches zugeordnet ist und daß die Zusatzvorrichtung in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Stellmotors durch Einwirkung auf die Verstellvorrichtung den Proportionalbereich in Abhängigkeit von der Zeit selbsttätig verändert, wobei sie während des Aus-Zustandes des Stellmotors im Sinne einer Verkleinerung und während des Ein-Zustandes im Sinne einer Vergrößerung des Proportionalbereichs wirkt.

Beim Einschalten dieses Reglers ergibt sich eine reine Proportionalreglung mit einem großen P-Bereich. Die Regelabweichung führt rasch zu einer entsprechenden Änderung der Stellgröße, allerdings mit einer relativ großen bleibenden Regelabweichung. Sobald der Stellmotor zum Stillstand gekommen ist, gegebenenfalls auch schon etwas früher, wird der PrBereich-fortlaufend verkleinert. Schließlich wird die Ansprechschwelle des. Reglers überschritten und der Stellmotor beginnt erneut zu laufen, bis er bei einer entsprechend kleineren bleibenden Regelabweichung wieder zur Ruhe kommt. Im nächstfolgenden Aus-Zustand wird der P-Bereich weiter verkleinert, und das beschriebene Spiel wiederholt sich, bis die bleibende Regelabweichung unterhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt. Das Verhältnis der Ein-Aus-Zustände führt zu einer sich ändernden Mittelgeschwindigkeit des Stellmotors, mit der dieser relativ rasch und ohne Überschwingungen seiner endgültigen Regelstellung zugeführt wird.

Folgt nun eine Regelabweichung, so ändert sich der eingestellte P-Bereich in Abhängigkeit davon, wie lange der Stellmotor in Abhängigkeit von dieser Regelabweichung laufen muß. Bei einer kleinen Änderung mit einer entsprechend kleinen Laufzeit des Stellmotors wird der P-Bereich nur geringfügig vergrößert, so wie es für ein stabiles Regelverhalten ausreicht; dementsprechend erfolgt die Verkleinerung der bleibenden Regelabweichung bis zu einem Wert

unterhalb des gewünschten Toleranzwertes sehr rasch. Wenn umgekehrt eine größere Änderung der Regelabweichung auftritt und der Stellmotor entsprechend lange verstellt werden muß, vergrößert sich auch der P-Bereich entsprechend, so daß trotz dieser großen Änderung kein Überschwingen zu befürchten ist.

Durch die Erfindung wird also im wesentlichen der Vorteil erzielt, daß infolge der Verkleinerung des P-Bereiches während des Betriebes sich eine äußerst geringe bleibende Regelabweichung einstellt.

Wenn der Regler elektrisch ausgebildet wird, empfiehlt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, daß der Proportionalteil eine starre Rückführung mit einem Potentiometer aufweist, zu dem ein änderbarer Widerstand parallel geschaltet ist, dessen Größe während des Aus-Zustandes des Stellmotors ab- und während des Ein-Zustandes zunimmt. Insbesondere kann das Rückführungspotentiometer mit dem parallelgeschalteten, änderbaren Widerstand in Reihe mit weiteren Widerständen die eine Hälfte sowie ein Sollwert-Einstellwiderstand in Reihe mit einem Fühler-Widerstand die andere Hälfte einer Brückenschaltung bilden und die Brückenspannung am Punkt zwischen" deii beiden letztgenannten Widerständen und dem Potentiometerabgriff abgenommen werden. Auf diese Weise ist der Verstärker mit dem Rückführungspotentiometer derart kombiniert, daß sich bei einer Änderung des parallelgeschalteten Widerstandes auch der Proportionalbereich des Reglers ändert.

Vorteilhafterweise kann der änderbare Widerstand durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors gebildet sein, dessen Basisstrom während des Aus-Zustandes des Stellmotors steigt und während des Ein- Zustandes sinkt. Auf diese Weise lassen sich mit verhältnismäßig kleinen Steuerleistungen große Widerstandsänderungen erzielen.

Sehr günstig ist es, wenn der änderbare Widerstand selbst bzw. ein im Basisstromkreis des Transistors liegender Widerstand temperaturabhängig ist und während des Aus-Zustandes des Stellmotors beheizt wird. Durch diese Beheizung wird eine allmähliche Vergrößerung des Verstärkungsfaktors bis zu einem Höchstwert erzielt. Bei der Abkühlung verkleinert sich der Verstärkungsfaktor wieder in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Abkühlungszeit.

Ein sehr einfacher Regleraufbau ergibt sich, wenn der Stellmotor durch Kontakte eines Relais einschaltbar ist, die in ihrer anderen Stellung einen Heizwiderstand zum Beheizen des temperaturabhängigen Widerstandes an Spannung legen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine elektrische Schaltung für einen Regler gemäß der Erfindung, bei dem eine Temperatur durch ein Motorventil geregelt werden soll.

In einer Gleichstrombrücke 1 mit Spannungszuführungsklemmen 2 und 3 sind ein Temperaturfühler 4, ein Sollwert-Einstellwiderstand 5 und eine Reihenschaltung von mehreren Widerständen 6, 7, 8 angeordnet, von denen der mittlere ein Rückführungspotentiometer mit Abgriff 9 darstellt und durch einen einstellbaren Widerstand 10 zur Voreinstellung der Größe des P-Bereiches überbrückt ist. Am Diagonalpunkt 11 und am Abgriff 9 wird eine Spannung abgenommen, die in einem Verstärker 12 verarbeitet und, je nach Richtung der Spannungsdifferenz, einem von zwei Relais 13 und 14 zugeführt wird. Mit Hilfe der Kontakte 15 und 16 dieser Relais wird der als Stellmotor dienende Einphasen-Asynchron-Motor 17 mit Kondensator-Hilfsphase im Sinne eines Rechtslaufes oder eines Linkslaufes an die Wechselspannungsquelle 18 gelegt. Über eine starre Rückführung 19 führt diese Stellbewegung zu einer Verstellung des Abgriffes 9. Ein solcher Regler wirkt als P-Regler

ίο und ist bekannt.

Dem Potentiometer 7 ist ein Transistor 20 parallel geschaltet, dessen Kollektor-Emitter-Strecke als änderbarer Widerstand wirkt und als Verstellvorrichtung für den Proportionalbereich dient. In den Basis-Stromkreis des Transistors 20 ist ein temperaturabhängiger Widerstand 21 geschaltet. Dieser wird von einem Heizwiderstand 22 beheizt, der an der Wechselspannungsquelle 18 liegt, wenn der Motor 17 abgeschaltet ist, also wenn die beiden Kontakte 15, 16 die veranschaulichte Stellung haben. Dieser Heizwiderstand 22 wirkt daher als Zusatzvorrichtung auf die durch die Teile 20, 21 gebildete Einstellvorrichtung derart ein, daß sich die Größe des P-Bereichs ändern kann.

Wenn der Fühler 4 eine Temperaturänderung an-. zeigt, folgt hieraus eine Stellbewegung des Motors 17

^innerhalb des durch die Brückenschaltung vorgegebenen P-Bereichs. Der Motor kommt im Rahmender P-Regelung in einer Stellung zum Stillstapd/In der eine durch den P-Bereich vorgegebene bleibende Regelabweichung vorhanden ist. Sobald der Motor stillsteht, fließt ein Heizstrom durch den Heizwiderstand 22, der den Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes 21 allmählich herabsetzt. Infolgedessen stellt sich ein größerer Basisstrom ein, und der Innenwiderstand der Emitter-Kollektor-Strecke nimmt ab. Dies hat zur Folge, daß der P-Bereich kleiner wird. Da die Spannung am Diagonalpunkt 11 ihren Wert beibehält, die Spannung am Abgriff 9 sich aber infolge der Änderung des Innenwiderstandes ändert, ergibt sich eine Vergrößerung der Brückenspannung, bis schließlich eines der Relais 13 oder 14 wieder anspricht und der Motor 17 erneut zu laufen beginnt. Gleichzeitig kühlt der Widerstand 21 etwas ab und verkleinert geringfügig den Verstärkungsfaktor, bis wieder ein Gleichgewicht im Regelkreis herrscht und der Motor abgeschaltet wird. Dieses Spiel kann sich mehrfach wiederholen, bis die bleibende Regelabweichung den' gewünschten kleinen Wert erreicht hat.

Im Beharrungszustand bei abgeschaltetem Motor erreicht der Widerstand 21 durch die Beheizung mittels des Heizwiderstandes 22 eine Endtemperatur, durch die der kleinste P-Bereich vorgegeben ist.

Wenn nunmehr der Fühler 4 eine Temperaturänderung anzeigt, beginnt der Motor 17 zu laufen. Während dieser Zeit kühlt der temperaturabhängige Widerstand 21 ab. Die Abkühlung ist um so stärker, je langer der Motor 17 läuft. Infolgedessen vergrößert sich der P-Bereich um so mehr, je langer der Motor 17 läuft, also je größer die vom Fühler 4 gemessene Temperaturänderung ist. Dies ist ein sehr erwünschter Zustand, da hiermit die Stabilität und die Empfindlichkeit des Reglers den von außen eingeführten Änderungen optimal angepaßt wird.

Ein solcher Regler läßt sich nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf ähnliche Art ausbilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regler, der einen Proportionalteil und eine Zusatzvorrichtung zur Verringerung der bleibenden Regelabweichung aufweist, mit einem Stellmotor mit Ein-Aus-Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Proportionalteil eine Vorrichtung (20, 21) zum Verstellen des Proportionalbereiches zugeordnet ist und daß die Zusatzvorrichtung (22) in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Stellmotors (17) durch Einwirkung auf die Verstellvorrichtung den Propprtionalbereich in Abhängigkeit von der Zeit selbsttätig; verändert, wobei sie während des Aus-Zustandes des Stellmotors im Sinne einer Verkleinerung und während des Ein-Zustandes im Sinne einer Vergrößerung des Proportionalbereichs wirkt.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalteil eine starre Rückführung (9, 19) mit einem Potentiometer (7) aufweist, zu dem ein änderbarer Widerstand (20) parallel geschaltet ist, dessen Größe während des Aus-Zustandes des Stellmotors (17) ab- und während des Ein-Zustandes zunimmt.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführungspotentiometer (7) mit dem parallelgeschalteten, änderbaren Widerstand (20) in Reihe mit weiteren Widerständen (6, 8) die eine Hälfte sowie ein Sollwert-Einstellwiderstand (5) in Reihe mit einem Fühler-Widerstand (4) die andere Hälfte einer Brückenschaltung bilden und die Brückenspannung am Punkt (11) zwischen den beiden letztgenannten Widerständen und dem Potentiometerabgriff (9) abgenommen wird.

4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der änderbare Widerstand durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors (20) gebildet ist, dessen Basisstrom während des Aus-Zustandes des Stellmotors (17) steigt und während des Ein-Zustandes sinkt.

5. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der änderbare Widerstand selbst bzw. ein im Basisstromkreis des Transistors (20); liegender Widerstand (21) temperaturabhängig ist und während des Aus-Zustandes des Stellmotors (17) beheizt wird.

6. Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (17) durch Kontakte (15, 16) eines Relais einschaltbar ist, die in ihrer anderen Stellung einen Heizwiderstand (22) zum Beheizen des temperaturabhängigen Widerstandes (21) an Spannung legen.