DE1588355C - Verfahren zur unstetigen Regelung unter Verwendung einer schaltenden Regel vorrichtung und Vorrichtung zur Durchfuh rung des Verfahrens - Google Patents

Description

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zu vermeiden und einerseits ein überschwingungs- wirkenden Transistor, vorgesehen ist, kann die Erfinfreies Anfahren einer Regelabweichung mit größt- dung in der Weise verwirklicht werden, daß der möglicher Rückführstärke zu ermöglichen, anderer- Rückführkreis vom Netz über einen Transformator seits aber die bleibende Regelabweichung gering zu gespeist ist, um dessen Primärwicklung ein Tranhalten, ohne daß der Regler I-Verhalten zu zeigen 5 sistor parallel geschaltet ist, und daß an der Basisbraucht, welches nur mit größerem Aufwand erreich- Emitter-Strecke des Transistors eine Steuerspannung bar ist. anliegt, die an einem mit dem Speisegleichspannungs-

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren der Eingang des Oszillators in Reihe liegenden Wider-

eingangs genannten Art darin, daß die Stärke der stand abfällt.

Rückführung mit abnehmendem Differenzsignal bis io Bei Bedämpfung des Oszillators fällt an dem zu einem in der Umgebung des Sollwertes liegenden Widerstand eine der Dämpfungsfahnenstellung pro-Bereich automatisch vermindert wird und die Stärke portionale Spannung ab, die um so größer ist, je der Rückführung in diesem Bereich einen in der stärker der Oszillator bedämpft wird. Diese Span-Nähe der Stabilitätsgrenze liegenden minimalen nung steuert den Transistor so an, daß er leitend Wert annimmt. 15 wird und damit die Primärwicklung des Transfor-

Bei einem solchen Verfahren kann für das über- mators zunehmend kurzschließt. Hierdurch wird die schwingungsfreie Anfahren einer Regelstrecke mit Versorgungsspannung des Rückführkreises entspregrößtmöglicher Rückführstärke gearbeitet werden. chend vermindert. Der Transformator sorgt dabei In. der Umgebung des Sollwertes nimmt die Rück- für die notwendige galvanische Entkopplung von führung einen minimalen, dem Stabilitätsrand ent- 20 Kippverstärker und Rückführkreis,
sprechenden Wert an, so daß bei einer Störung die Von dem Transformator kann über eine Diode bleibende Regelabweichung gering ist. Das läßt sich und einen mit dem Reglerausgang betätigten Schalter bei einem Regler der vorliegenden Art sehr einfach ein Kondensator aufgeladen werden, dem ein Spanerreichen, weil in der Nähe des Sollwertes ein stetig nungsteiler parallel geschaltet ist, an welchem die mit der Differenz von Istwert und Sollwert ver- 25 Steuerspannung für den als veränderbarer Wideränderliches Signal erzeugt wird, von welchem die stand wirkenden Transistor am Eingang des Ver-Stärke der Rückführung stetig gesteuert werden stärkers abgegriffen wird. Es ergibt sich dabei eine kann. Trotzdem handelt es sich um eine schaltende PD-Rückführung, deren Stärke über den Transistor Regelung. an der Primärwicklung des Transformators weg-

Es hat sich gezeigt, daß man auf diese Weise mit 30 proportional veränderbar ist und bei Annäherung

recht geringem Aufwand einen Regler schaffen kann, an den Sollwert bis an die Stabilitätsgrenze des

welcher gute Anfahr- und Stabilitätseigenschaften Reglers abnimmt,

und gleichzeitig eine große Regelgenauigkeit besitzt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den

Es ist ein Regler bekannt, bei welchem mit zu- Abbildungen schematisch dargestellt und im folgennehmender Regelabweichung der Proportionalbereich 35 den beschrieben:

verkleinert wird. Es wird mit zunehmendem Diffe- Abb. 1 ist ein Blockschaltbild einer Regelvor-

renzsignal am Eingang des Reglers die Stärke der richtung nach der Erfindung;

Rückführung automatisch vermindert. Dabei wird A b b. 2 ist ein etwas ausführlicheres Schaltbild, besonderes Gewicht auf den Bereich des stationären Die Regelvorrichtung enthält in nicht dargestellter Betriebes gelegt, während Probleme des Anfahrens 40 Weise einen Meßkreis mit einem Meßwertgeber, bei dem bekannten Regler außer acht gelassen wer- welcher einen Istwertgeber in Gestalt eines elektroden. Für viele Zwecke, beispielsweise bei der Kunst- mechanischen Meßwerkes beaufschlagt. Das Meßstoffverarbeitung, steht jedoch die Forderung nach werk hat einen Zeiger mit einer Fahne. Durch die einem überschwingungsfreien Anfahren und der Be- Fahne kann ein Hochfrequenz-Oszillator 10 beherrschung des Anfahrprozesses im Vordergrund. 45 dämpft werden, der an einem Abgriff vorgesehen ist. Durch die Erfindung wird für solche Prozesse ein Der Abgriff kann relativ zu dem Meßwerk nach Regler geschaffen, der einmal ein überschwingungs- Maßgabe eines Sollwertes verstellt werden. Der Abfreies Anfahren gestattet und zum anderen die griff mit dem Hochfrequenz-Oszillator 10 ist so ausbleibende Regelabweichung gering hält. Das ge- gebildet, daß er in einem begrenzten, den Sollwert schieht, im Gegensatz zu dem erwähnten vorbekann- 50 enthaltenden Bereich ein wegproportionales Signal ten Regler, ohne Verwendung eines integral wirken- abgibt, d. h. ein Signal, welches linear von der reladen Reglers. Außerdem ist der vorbekannte Regler tiven Lage des Zeigers und des Abgriffs abhängt und ein stetiger Regler, der mit stetig veränderlichen damit proportional zu der Differenz von Istwert und Stellimpulsen arbeitet. Sollwert ist. Dieses Signal wird auf einen Kippver-

Bei einer schaltenden Regelvorrichtung der vor- 55 stärker 12 gegeben. Der Kippverstärker betätigt ein erwähnten Art, bei welcher der Istwertgeber ein Ausgangsrelais 14 des Reglers, durch welches beielektromechanisches Meßwerk mit einem mit einer spielsweise eine Heizleistung geschaltet werden kann. Fahne versehenen Zeiger ist und der von dem Soll- Gleichzeitig wird durch das Relais 14 ein Schalter 16 wertgeber relativ zu dem Meßwerk verstellbare Ab- im Rückführkreis 18 betätigt. Die Rückführung wirkt griff einen Hochfrequenzoszillator enthält, der bei 60 auf den Kippverstärker 12 im Sinne einer Verände-Eintritt des Zeigers in den Bereich des Abgriffs be- rung seines Schaltpunktes. Durch eine Konstantdämpft wird und einen dem Zeigerweg proportio- Spannungsquelle 20, deren Spannung der Rückführnalen Speisegleichspannungs-Eingangswiderstand an- spannung überlagert ist, kann die Rückführung zeigt, und bei welcher am Eingang des Verstärkers sowohl positiv als auch negativ auf den Schaltpunkt ein von einer Gleichspannung gespeister Spannungs- 65 des Kippverstärkers 12 zur Einwirkung kommen,
teiler, bestehend aus dem Speisegleichspannungs- Gemäß der Erfindung wird in Abhängigkeit von Eingang des Oszillators und einem von der Rück- dem Signal des Oszillators 10 über eine Schaltungsführung steuerbaren, als veränderbarer Widerstand anordnung 22 die Stärke der Rückführung stetig ver-

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ändert, wenn sich der Istwert dem Sollwert nähert, auch günstige Anfahrbedingungen. An der Sekundär-

so daß in der Nähe des Sollwertes nur noch eine wicklung des Transformators 50 liegt über eine

relativ geringe Rückführung verbleibt, während bei Diode 59 und den Schalter 16 ein Kondensator 60.

großen Regelabweichungen eine ein Überschießen Zwischen Diode 59 und Schalter 16 sind noch ein

des Istwertes verhindernde starke Rückführung vor- 5 Siebglied 62 und eine Zenerdiode 64 mit einem

gesehen wird. Widerstand 66 eingeschaltet. Diese dienen der Glät-

Die Einzelheiten der Schaltung sind aus A b b. 2 tung der Rückführspannung. Die Spannung an dem deutlicher erkennbar. Der Kippverstärker 12 enthält Kondensator 60 liegt an einem Spannungsteiler, beeinen Transistor 24, dessen Emitter durch eine stehend aus einem Widerstand 68, sowie dem ein-Zenerdiode 26 und eine Diode 28 auf einem vor- io stellbaren Widerstand 36.

gegebenen Potential gehalten wird. Die Basis des Wenn das Ausgangsrelais 14 schaltet, dann wird Transistors 24 liegt an einem Spannungsteiler, be- gleichzeitig der Kontakt 16 im Rückführkreis gestehend aus einem Transistor 30 und dem Speise- schlossen. Hierdurch \vird die eine Halbwelle der gleichspannungs-Eingang 32 des Oszillators 10. Sekundärspannung des Transformators 50 als Rück-

Der Transistor 24 steuert einen Transistor 34, in 15 führspannung wirksam. Das geschieht mit einer ge-

dessen Emitter-Kollektor-Kreis das Ausgangsrelais wissen Verzögerung, da der Kondensator 60 erst

14 liegt. Der Transistor 24 wird durchgesteuert, aufgeladen werden muß. Infolgedessen ergibt sich

wenn die an dem Spannungsteiler 30, 32 abgegriffene hieraus ein PD-Verhalten.

Spannung einen vorgegebenen Schwellwert über- Die am Widerstand 36 abfallende Rückführspanschreitet, der durch die Diode 28 bestimmt wird. Der 20 nung steuert den Transistor 30 und verändert dessen Transistor 30 wird von einer Spannung gesteuert, die Widerstand. Hierdurch wird der Schaltpunkt des an einem einstellbaren Widerstand 36 abfällt. Dieser Kippverstärkers verändert. Der Kippverstärker Widerstand liegt im Rückführkreis, wie noch be- schaltet bei einer anderen Zeigerstellung und damit schrieben werden wird. Dem Spannungsabfall am einer anderen Bedämpfung des Oszillators 10. Der Widerstand 36 ist noch eine konstante Spannung 25 Oszillator 10 wird niederohmiger, wenn die Dämpüberlagert, die von einer Konstantspannungsquelle38 fungsfahne in den Abgriff hineinbewegt wird und geliefert wird. Diese Konstantspannungsquelle ge- den Oszillator bedämpft. Wenn durch die Rückstattet es, sowohl negative als auch positive Rück- führung und die Spannung am Widerstand 36 der führspannungen am Widerstand 36 zur Einwirkung Transistor 30 niederohmiger gemacht wird, dann zu bringen. 30 wird schon bei einer früheren Fahnenstellung der

Die Stromversorgung des Kippverstärkers 12 er- Schaltpunkt erreicht, bei welchem der Transistor 24

folgt von einem Transformator 40 mit einer ersten durchgesteuert wird.

Sekundärwicklung 42. Die Spannung an der Wick- Mit niederohmiger werdendem Oszillatoreingang

lung 42 wird durch einen Gleichrichter 44 gleich- 32 wird der Strom über diesen Eingang 32 und den

gerichtet und mittels eines Kondensators 46 gesiebt. 35 damit in Reihe liegenden Widerstand 58 größer.

Der Transformator 40 liefert über eine zweite Se- Dementsprechend wird eine Spannung an dem

kundärwicklung 48 gleichzeitig die Speisespannung Widerstand 58 abgegriffen, die proportional der

für die Rückführung. Stellung des Zeigers relativ zu dem Abgriff ist. Diese

Der Rückführkreis enthält einen Transformator Spannung steuert den Transistor 56, welcher parallel 50. Die Primärwicklung des Transformators 50 liegt 40 zur Primärwicklung des Transformators 50 liegt, über eine Diode 52 und einen einstellbaren Wider- Hierdurch wird der Transistor 56 zunehmend stärker stand 54 an der zweiten Sekundärwicklung 48 des leitend, je weiter sich die Fahne des Zeigers in den Transformators 40. Parallel zu der Primärwicklung Abgriff hineinbewegt. Hierdurch wird der Stromdes Transformators 50 liegt ein Transistor 56. In fluß durch die Primärwicklung des Transformators Reihe mit dem Speisegleichspannung-Eingang des 45 50 beeinflußt und damit die sekundärseitig gelieferte Oszillators 10 liegt ein einstellbarer Widerstand 58. Rückführspannung. Bei der beschriebenen Anord-Die an diesem Widerstand 58 abfallende Spannung nung nach der Erfindung wird somit die Stärke der steuert den Transistor 56. Durch Einstellung des Rückführung bei Annäherung an den Sollwert verWiderstandes 58 läßt sich die Steuerfahnenstellung mindert, bis der Regler gerade etwa an der Stabili- bzw. der Abstand des Istwertes vom Sollwert ein- 50 tätsgrenze arbeitet. Trotzdem steht beim Anfahren, stellen, bei dem die χ,,-Beeinflussung unwirksam wenn eine große Regelabweichung vorhanden ist, wird. Dadurch kann der Bereich des linearen Be- eine starke Rückführung zur Verfügung. Es wird triebs bei minimalem x_p weitgehend an die Verhält- also ein Überschwingen durch die starke Rückfühnisse der Regelstrecke angepaßt werden. Damit rung verhindert. Gleichzeitig wird verhindert, daß ergeben sich sowohl ein einstellbarer ungestörter 55 eine unerwünscht große bleibende Regelabweichung linearer Betrieb bei minimaler Rückführstärke und auftritt, weil mit Annäherung an den wirklichen somit minimaler bleibender Regelabweichung als Sollwert die Stärke der Rückführung abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Patentansprüche· geber und einen Sollwertgeber, einen Abgriff zur ^ ' Erzeugung eines Differenzsignals, welches wenigstens

1. Verfahren zur unstetigen Regelung unter in einem den Sollwert enthaltenden Meßwertbereich Verwendung einer schaltenden Regelvorrichtung, nach Maßgabe der Differenz von Istwert und Sollenthaltend einen Istwertgeber und einen Soll- 5 wert stetig veränderlich ist, einen Verstärker mit wertgeber, einen Abgriff zur Erzeugung eines wenigstens angenäherter Kippcharakteristik, welcher Differenzsignals, welches wenigstens in einem von dem besagten Differenzsignal beaufschlagt ist den Sollwert enthaltenden Meßwertbereich nach und den Reglerausgang schaltet und eine mit dem Maßgabe der Differenz von Istwert und Sollwert Reglerausgang geschaltete, eine bleibende Regelstetig veränderlich ist, einen Verstärker mit io abweichung bewirkende Rückführung, durch welche wenigstens angenäherter Kippcharakteristik, wel- die Charakteristik des Kippverstärkers im Sinne eher von dem besagten Differenzsignal beauf- einer Änderung des Schaltpunktes beeinflußbar ist. schlagt ist und den Reglerausgang schaltet und Sie bezieht sich auch auf eine schaltende Regelvoreine mit dem Reglerausgang geschaltete, eine richtung zur Durchführung des Verfahrens,
bleibende Regelabweichung bewirkende Rück- 15 Eine solche schaltende Regelvorrichtung ist Vorführung, durch welche die Charakteristik des geschlagen worden in dem nicht vorveröffentlichten Kippverstärkers im Sinne einer Änderung des älteren deutschen Patent 1 293 490. Diese vorge-Schaltpunktes beeinflußbar ist, dadurch ge- schlagene Anordnung enthält ein elektromechakennzeichnet, daß die Stärke der Rück- nisches Meßwerk mit einem Zeiger als Istwertgeber, führung mit abnehmendem Differenzsignal bis 20 Der Zeiger trägt eine Dämpfungsfahne,
zu einem in der Umgebung des Sollwertes liegen- Ein induktiver Abgriff ist nach Maßnahme des

den Bereich automatisch vermindert wird und Sollwertes relativ zu dem Meßwerk verstellbar und die Stärke der Rückführung in diesem Bereich weist einen durch die Zeigerfahne bedämpfbaren einen in der Nähe der Stabilitätsgrenze liegenden Hochfrequenz-Oszillator auf. Von dem Abgriff ist minimalen Wert annimmt. 35 ein Kippverstärker steuerbar, welcher den Regler-

2. Schaltende Regelvorrichtung zur Durchfüh- ausgang schaltet. Mit diesem Reglerausgang wird rung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei wel- eine Rückführung geschaltet. Diese Rückführung becherder Istwertgeber ein elektromechanisches wirkt jedoch nicht, wie das üblich ist, einen Eingriff Meßwerk mit einem mit einer Fahne versehenen in den Meßkreis. Vielmehr wird von der Rückfüh-Zeiger ist und der von dem Sollwertgeber relativ 30 rung die Position des Kippverstärker-Schaltpunktes zu dem Meßwerk verstellbare Abgriff einen verändert. Das geschieht dadurch, daß am Eingang Hochfrequenzoszillator enthält, der bei Eintritt des Kippverstärkers ein von einer Gleichspannung des Zeigers in den Bereich des Abgriffs bedämpft gespeister Spannungsteiler liegt, bestehend aus dem wird und einen dem Zeigerweg proportionalen Speisegleichspannungs-Eingang des Oszillators und Speisegleichspannungs-Eingangswiderstand an- 35 einem von der Rückführung steuerbaren, als verzeigt, und bei welcher am Eingang des Verstär- änderbarer Widerstand wirkenden Transistor. Durch kers ein von einer Gleichspannung gespeister die Wirkung der Rückführung wird somit die Meß-Spannungsteiler, bestehend aus dem Speisegleich- spannung, die an dem Meßwerk wirksam wird, nicht spannungs-Eingang des Oszillators und einem verändert. Es kann also beispielsweise ständig der von der Rückführung steuerbaren, als veränder- 40 richtige, nicht durch eine Rückführung verfälschte barer Widerstand wirkender Transistor, vorge- Istwert angezeigt werden. Vielmehr wird der Schaltsehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rück- punkt des Kippverstärkers verlagert, so daß bei unführkreis (18) vom Netz über einen Transfor- veränderter Meßspannung am Meßwerk der Regler mator (50) gespeist ist, zu dessen Primärwick- schon vor Erreichen des eingestellten Sollwertes lung ein Transistor (56) parallel geschaltet ist 45 schaltet. Es wird also gewissermaßen der Sollwert und daß an der Basis-Emitter-Strecke des Tran- variiert.

sistors (56) eine Steuerspannung anliegt, die an Bei einer Regelung mit P- oder PD-Rückführung einem mit dem Speisegleichspannungs-Eingang ergibt sich bekanntlich eine bleibende Regelabwei-(32) des Oszillators (10) in Reihe liegenden chung, deren Größe einmal von der Stärke der RückWiderstand (58) abfällt. 5° führung und zum anderen von der Größe und Rich-

3. Schaltende Regelvorrichtung nach An- tung der Störung abhängt. Die verbleibende Regelspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von dem abweichung ist dabei um so größer, je größer die Transformator (50) über eine Diode (59) und Stärke der Rückführung und die gleichsinnig wireinen mit dem Reglerausgang betätigten Schalter kende Störung ist. Durch Verkleinern der Rück-(16) ein Kondensator (60) aufladbar ist, dem ein 55 führstärke läßt sich somit die bleibende Regel-Spannungsteiler (68,36) parallel geschaltet ist, abweichung ebenfalls verkleinern. Verringert man an welchem die Steuerspannung für den als ver- die Rückführstärke bis zum Stabilitätsrand, dann änderbarer Widerstand wirkender Transistor (30) gewinnt die Regelung PID-ähnlichen Charakter.

am Eingang des Verstärkers (12) abgegriffen Für überschwingungsfreies Anfahren einer Regelwird. 60 strecke ist jedoch ein größtmöglicher Rückführein

fluß erforderlich. Dieser würde zu einer relativ großen bleibenden Regelabweichung führen. Eine

solche bleibende Regelabweichung wird auch bei

der vorstehend erwähnten Anordnung auftreten, und 65 zwar um so stärker, je stärker der Schaltpunkt des

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kippverstärkers durch die Rückführung verändert ist. unstetigen Regelung unter Verwendung einer schal- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese

tenden Regelvorrichtung, enthaltend einen Istwert- Nachteile bekannter schaltender Regelvorrichtungen