DE1588731C - Adaptionsverfahren und -einrichtung für Regelkreise - Google Patents

Description

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Bei Regelkreisen ist es üblich und meistens not- gegangen wird, soll an Hand der Fig. 1 und 2a, 2b wendig, die Einstellwerte des Reglers an die Para- zunächst das Wirkungsprinzip des erfindungsgemäßen meter der Regelstrecke anzupassen, um ein möglichst Verfahrens veranschaulicht werden,
günstiges dynamisches Ubergangsverh'alten zu er- Entsprechend F i g. 1 ist der allgemeine Fall bereichen. Je nachdem, ob man auf eine möglichst 5 trachtet, daß innerhalb eines Regelkreises sich ein kleine Ansprechzeit oder auf ein möglichst kleines Störglied 1 befinden möge, welches sein Eingangs-Uberschwingen bei der Ausregelung eines Regel- signal y multiplikativ entsprechend einem unbekannfehlers oder auf einen vernünftigen Kompromiß ten Faktor V verformt, so daß für sein Ausgangszwischen diesen beiden Forderungen Wert legt, bieten signal x=V-y gelten würde. Für zeitliche Ändesich für die Einstellung des Reglers die verschiedensten io rungen des Faktors V sei lediglich vorausgesetzt, daß Optimierungsvorschriften an, welche sämtlich die diese relativ zu denen der Größe y relativ langsam Kreisverstärkung des Regelkreises als eine der wich- sind, V also für die regeldynamisch interessierenden tigsten Größen berücksichtigen. Ändert sich jedoch Vorgänge als eine Konstante betrachtet werden kann, diese während des Betriebs, so würde ein anfänglich Führt man erfindungsgemäß, wie in F i g. 2a darim Sinne einer Optimierung eingestellter Regler nicht 15 gestellt, dem Störglied I die Größe _y über ein expomehr das beabsichtigte optimale Regelverhalten her- nentiell modulierendes Glied 2, bei dem allgemein beiführen können, da er nun hinsichtlich seiner zwischen seiner Eingangsgröße E₁ und seiner Aus-Einstelldaten im Hinblick auf die geänderten Regel- gangsgröße A₁ die Beziehung gilt A₁ = a^E|, zu und kreisparameter verstimmt sein würde. ordnet man gleichzeitig dem Störglied 1 ein zweites

Es sind bereits Regeleinrichtungen bekanntgewor- 10 logarithmisch modulierendes Glied 3 mit der allgeden, bei welchen durch sogenannte gesteuerte Adap- meinen Kennlinie A₂ = ''log E₂ nach, so erscheint an tion die Regelkreisverstärkung konstant gehalten wird, dem Ausgang des Modulationsgliedes 3 die Ausgangsso daß bei Änderung derselben der Regelkreis opti- größe x' = ''log V- a^y, welche nach den Regeln der miert bleibt. Voraussetzung hierbei ist, daß Art logarithmischen Rechnung umgeformt werden kann und Größe dieser Verstärkungsänderungen bekannt 25 in den Ausdruck
sind bzw. durch besondere Meßeinrichtungen ermittelt werden können. Bei einer Reihe von Regel- x' = y · ''log a + ''log V,
kreisgliedern ist nun deren Verstärkungsfaktor unbekannt, unkontrolliert veränderlich und nur schwer dessen blockschaltbildliche Darstellung in Fig. 2b oder überhaupt nicht meßbar, was den Einsatz der 30 wiedergegeben ist. Man erkennt, daß die Größe y vorgenannten Adaptionsverfahren unmöglich bzw. nunmehr multiplikativ von einer konstanten, durch nicht sinnvoll erscheinen läßt. die frei wählbaren Basen α und b der exponentiellen

Durch die vorliegende Erfindung wird ein neuer bzw. der loganthmischen Kennlinie multiplikativ be-Weg zur adaptiven Regelung vorgeschlagen, bei dem einfiußt wird, wozu ein additiver, von der Größe V Schwankungen der Regelstreckenverstärkung elimi- 35 herrührender Einfluß tritt. Wesentlich ist, daß in niert werden können, ohne daß diese erfaßt bzw. in dem nunmehr gemäß der Erfindung abgewandelten irgendeiner Form, z. B. unter Zuhilfenahme von Test- Teilstück des Regelkreises der vormals multiplikative' Signalen, ermittelt zu werden brauchen. Es wird von Einfluß V in einen lediglich additiv im Sinne einer der Vorstellung ausgegangen, daß jede Änderung der Störgröße wirkenden und damit den dynamischen Regelkreisverstärkung zurückgeführt werden kann auf 40 Verstärkungsfaktor nicht mehr verändernden Einein an bestimmter Stelle oder innerhalb eines be- fluß umgewandelt wurde und der Verstärkungsfaktor stimmten Abschnitts des Regelkreises wirkendes Stör- im übrigen unabhängig von der Größe V einen konglied, welches das konstante Produkt der Verstär- stanten, durch die Basen α und b der Kennlinien festkungsfaktoren der sonstigen Regelkreisglieder multi- legbaren Wert aufweist. Es wird damit möglich, die plikativ beeinflußt. 45 Reglerdaten fest unter Berücksichtigung dieses kon-

Die Erfindung betrifft somit ein Adaptionsverfahren stanten Verstärkungswertes im Sinne einer Opti-

zur Konstanthaltung der Regelkreisverstärkung bei mierung einzustellen; unabhängig von den Schwan-

multiplikativ wirkenden Störgliedern endlicher, jedoch kungen der Größe V wird dann der Regelkreis stets

unbekannter und/oder veränderlicher Verstärkung optimiert bleiben.

im Regelkreis. Die Erfindung soll bei einem solchen 5° In vielen Fällen ist das multiplikativ wirkende

Verfahren darin bestehen, daß in Signalflußrichtung Störglied untrennbar mit der Regelstrecke integriert,

vor dem Störglied eine exponentielle und hinter dem Da bei Anwendung des erfindungsgemäßen Ver-

Störglied eine logarithmische Modulation des Signals fahrens hierbei die Regelgröße eine logarithmische

erfolgt. Verformung erfahren würde, ist es dann zweckmäßig,

Grundgedanke der Erfindung ist es also, den Regel- 55 den Sollwert in gleicher Weise logarithmisch zu modubefehl zumindest teilweise im exponentiellen bzw. Heren und ihn dann mit der logarithmisch modulierten loganthmischen Bereich weiterzuverarbeiten, wodurch Regelgröße in Vergleich zu setzen und dem Reglerdie vor der Logarithmierung multiplikativ wirkenden eingang zuzuführen. In weiterer Ausgestaltung des Einflüsse in für das dynamische Verhalten unbeacht- erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher der Unterliche additive Störgrößeneinflüsse umgeformt werden, 60 schied zwischen dem Logarithmus der Sollwertgröße weil der Logarithmus eines Produktes gleich der und dem Logarithmus der zu regelnden Größe (Ist-Summe der Logarithmen der Produktfaktoren ist. wertgröße) bzw. der Logarithmus des Quotienten Dem Störglied selbst wird durch die Maßnahme der dieser beiden Größen dem Regler zugeführt und die Erfindung, unabhängig von dem Ausmaß seines an die Regelstrecke beaufschlagende Stellgröße in exposich multiplikativ wirkenden Einflusses, stets ein defl·· <>5 nentielle Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des nierter konstanter dynamischer Verstärkungsfaktor Reglers gebracht. Auf diese Weise wird eine Regelung verliehen. im loganthmischen Bereich durchgeführt, was aber

Ehe auf nähere Ausgestaltungen der Erfindung ein- keinen Einfluß auf das Regelergebnis hat, denn wenn

die Logarithmen des Sollwertes und der Regelgröße übereinstimmen, dann stimmen auch die Werte dieser Größen selber überein.

Die technische Realisierung des vorliegenden Verfahrens kann in einfacher Weise mit Modulationsgliedern in Form von Schwellwertdioden und Widerstände enthaltende, an sich bekannte Funktionsgeneratoren erfolgen. Besonders einfach wird eine Ausführung mit elektronischen Modulationsverstärkern, in deren Eingangs- bzw. Gegenkopplungskreisen Dioden von zumindest annähernd logarithmischer Kennlinie angeordnet sind. Hierfür eignen sich besonders gut in jüngster Zeit entwickelte diffundierte Siliziumdioden, welche eine über mehr als zwei Dekaden reichende streng logarithmische Spannungs-Strom-Abhängigkeit aufweisen.

Große Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Reproduzierbarkeil sowie Langzeitkonstanz lassen sich bekanntlich durch den Einsatz digitaler Bausteine erfüllen. Hierzu wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Modulationsglied vorgeschlagen, welches aus einem symmetrischen Dreipunktkippverstärker besteht, dessen Ausgangsgröße über eine Gatterschaltung einen bidirektionalen Zähler oder ein in zwei Richtungen arbeitendes Schrittschaltwerk mit Fortschaltimpulsen beaufschlagt, wobei an die Zähler- bzw. Schrittschaltwerkausgänge ein logarithmisch oder ein exponentiell abbildender Digital-Analog-Wandler und ein linear abbildender Digital-Analog-Wandler angeschlossen sind und die Ausgangsgröße eines der Digital-Analog-Wandler auf den Eingang des Dreipunktkippverstärkers gegengekoppelt ist.

Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn ein derartiges mit digital arbeitenden Bausteinen aufgebautes, logarithmisch modulierendes Glied seine Ausgangsgröße stets in gleichen Schritten verändert. Es wird daher vorgeschlagen, an die Zählstufenausgänge eines bidirektionalen Binärzählers eine Selektivschaltung zur laufenden Ermittlung des jeweils höchstwertigen signalfiihrenden Zählstufenausganges anzuschließen. Diese Ausbildung baut auf dem Gedanken auf, daß die Logarithmen linear ansteigender Potenzen ebenfalls einen linearen Zuwachs aufweisen. Die Ausbildung dieser Selektivschaltung kann in einfacher Weise darin bestehen, daß sie an die einzelnen Zählstufenausgänge angeschlossene Odergatter aufweist, deren zweite Eingänge jeweils noch vom Ausgang des in Richtung höheren Zählstufengewichtes benachbart angeordneten Odergatters beaufschlagt sind, wobei Ausgänge benachbarter Odergatter jeweils paarweise mit Eingängen von Antivalenzschaltungen verbunden sind.

Zur Erhöhung der Stufenzahl der Ausgangsgröße des logarithmisch modulierenden Gliedes bei vorgegebener Zählkapazität des Binärzählers beaufschlagen gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung benachbarte Zählstufcnausgänge die Eingänge von Undgattern, deren Ausgänge mit den Eingängen zusätzlich in der Selektivschaltung vorgesehener Odergatter verbunden Jnd.

Für eine gewisse Kategorie von Regelstrecken empfiehlt sich die Anwendung von sogenannten unstetigen Regelungen nach Art der bekannten Zwei- bzw. Dreipunktregelungen. Auch hierbei läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden, indem nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine mit der Sollwertgröße und eine mit der zu regelnden Größe beaufschlagte Dividiereinrichtung vorgesehen wird, deren Ausgangsgröße einem Dreipunktkippverstärker mit symmetrisch polaritätsverschiedenen Ausgangsspannungen bei zueinander reziprok und polaritätsgleichen

S Ansprechspannungen zugeführt ist und dessen Ausgangsspannung auf ein Integrationsglied (I-Regler) wirkt, welches über ein exponentiell wirkendes Modulationsglied die Regelstrecke beaufschlagt. Die für die Zwecke der Erfindung erforderliche logarithmische

ίο Kennlinie kann auf diese Weise durch die Kennlinie des Dreipunktverstärkers ersetzt werden.

Für rein elektrisch arbeitende I-Regler kann eine besonders einfache Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung finden, indem der I-Regler gleichzeitig auch eine Speicherfunktion innerhalb des digital arbeitenden Modulationsgliedes übernimmt. Dies erfolgt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß der Ausgang des Dreipunktkippverstärkers über eine Gatterschaltung mit dem Eingang eines Schrittschaltwerks verbunden ist, dessen Ausgänge die Regelstrecke über einen exponentiell abbildenden Digital-Analog-Wandler beaufschlagen. Auf diese Weise erfolgt gewissermaßen eine Mehrfachausnutzung der bei dem I-Regler und dem Digital-Analog-Wandler vorzusehenden Speicherelemente.

An Hand der Zeichnungen sei nun Wirkungsweise und Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher veranschaulicht.

F i g. 3 zeigt ein Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Regelstrecke 4, welche außer einem multiplikativ mit dem Einfluß V_x wirkenden Störglied 1 noch ein Proportional- oder Zeitkonstantenglied 5 beliebiger endlicher Verstärkung aufweisen möge. Charakteristisch für die Regelstrecke 4 ist, daß das multiplikativ wirkende Störglied 1 untrennbar mit ihr integriert ist und somit die Regelgröße χ beeinflußt. Dem Eingang der Regelstrecke 4 ist ein exponentiell modulierendes Glied 2 vorgeordnet und ein logarithmisch modulierendes Glied 3 nachgeordnet. Da die Regelgröße χ · hierbei eine logarithmische Modulation in die Größe x' = ''log χ erfahrt, wird der Sollwert x_w ebenfalls in einem entsprechenden logarithmischen Modulationsglied 6 verformt und in einem Mischpunkt mit der Größe x' in Vergleich gesetzt, so daß die Bildung der Regelabweichung nicht zwischen den Werten x_w und x, sondern zwischen den Logarithmen dieser Werte stattfindet, was indessen für das Regelergebnis ohne Bedeutung ist, denn wenn die Logarithmen von χ und x_w übereinstimmen, so stimmen auch diese Werte selbst überein. Die Regelabweichung I wird einem Regelverstärker 7, beispielsweise einem I-Regler, zugeführt, dessen Ausgangsgröße y mit dem Eingang des Modulationsgliedes 2 verbunden ist. Der zwischen den Punkten 8 und 9 befindliche Regelkreisabschnitt kann analog der prinzipiellen Anordnung nach Fig. 2b a'ufgefaßt werden als ein Proportionalglied mit konstantem, durch die Basen der exponentiellen und der logarithmischen Modulation bestimmtem Verstärkungsgrad lna/lnb, dessen Ausgangsgröße additiv ein vom Logarithmus der veränderlichen bzw. unbekannten Größe V = V₁ · V₂ abhängiger Wert überlagert ist.

Der Regler 7 kann also unter Berücksichtigung dieses definierten und konstanten Verstärkungsgrades nach einer Optimierungsvorschrift fest bemessen werden, und bei allen möglichen Betriebsfällen, unabhängig

von den Schwankungen des Verstärkungsgrades V der Regelstrecke bleibt der Regelkreis dann dynamisch optimiert.

Die in F i g. 4 dargestellte Abwandlung der Anordnung nach Fig. 3 besteht darin, daß unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Differenz zweier logarithmischer Größen gleich ist dem Logarithmus des Quotienten dieser beiden Größen, an Stelle der Glieder 6, 7 und 3 der Anordnung nach F i g. 3 eine Dividiereinrichtung 10 sowie nur ein einziges, logarithmisch modulierendes Glied 11 zum Einsatz gelangt. Dieser Maßnahme kann dann vorteilhafte Bedeutung zukommen, wenn es, insbesondere bei rein analog arbeitenden Modulationsgliedern unter Verwendung driftbehafteter Gleichstromverstärker, Schwierigkeiten bereitet, bei den Gliedern 6 und 3 unter allen Betriebsbedingungen die zum exakten Regelverglcich erforderlichen identischen Kennlinien zu garantieren.

Bringt man die mit 12 und 13 bezeichneten Schaltbrücken in ihre senkrechte Stellung, so tritt an Stelle des Modulationsgliedes 11 ein Dreipunktkippverstärker, wodurch die Regelanordnung nach F i g. 4 nach dem Prinzip einer Dreipunktregelung arbeitet. Im Gegensatz zu den hierbei sonst bezüglich ihrer Ansprech- und Ausgangsspannungen nullpunktsymmetrisch ausgebildeten Dreipunktkippverstärkern weist der erfindungsgemäß verwendete Kippverstärker die in dem Blocksymbol 14 dargestellte Abhängigkeit seiner Ausgangsgröße A vom Verlauf der Eingangsgröße E auf: Die zwei von Null verschiedenen Werte der Ausgangsgröße verlaufen parallel und symmetrisch zur Abszissenachse, während die zugehörigen Ansprechspannungen E₁ und E₂ des Kippverstärkers beiderseits des Nulldurchganges beim Wert 1 einer mit L angedeuteten fiktiven logarithmischen Kennlinie liegen und reziprok zueinander sind, so daß

E₁ = -=- ist. Durch den so ausgebildeten Drcipunkt-

kippverstärker wird praktisch die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche logarithmische Kennlinie in drei Punkten nachgebildet.

In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für ein wahlweise logarithmisch oder exponentiell arbeitendes Modulationsglied auf digitaler Basis dargestellt. Im Prinzip stellt die Einrichtung einen integral arbeitenden Regelkreis dar, bei dem in Abhängigkeit von einer Eingangsdifferenz die Ausgangsgröße eines Integrators sich so lange verändert, bis exakte Übereinstimmung zwischen Eingangsgröße und rückgeführter. von den Ausgang der Integrationseinrichtung abgeleiteter Größe herrscht. Die zu modulierende Eingangsgröße E wird beispielsweise in Form eines entsprechenden elektrischen Stromes einer Differenzschaltung 15 im Eingangskreis eines symmetrischen Dreipunktkippverstärkers 16 zugeführt. Diese sei so aufgebaut, daß bei einer von Null verschiedenen positiven Eingangsgröße an seinem mit + bezeichneten Ausgang ein Signal erscheint und bei einer von Null verschiedenen negativen Eingangsgröße an seinem mit — bezeichneten Ausgang ein Signal erscheint, welches jeweils einem Undgatter 17 bzw. 18 zugeführt ist. dessen zweiter Eingang von einem Impulse konstanter Frequenz liefernden Impulsgenerator 19 beaufschlagt ist. Je nachdem, welcher der beiden Ausgänge des Kippverstärkers 16 Signal führt, gelangen die Impulse des Impulsgenerators 19 auf entsprechende, mit t¹ und r bezeichnete Vorwärts- bzw. Rückwärtszähleingänge eines bidirektionalen Binärzähler 20, welcher im dargestellten Beispiel sechs Stufen mit den dort vermerkten Gewichten 2~^l bis 2^s erhalten hat. Von den einzelnen Zählstufenausgängen wird ein mit 21 bezeichneter Digital-Analog-Wandler direkt und ein zweiter, mit 22 bezeichneter Digital-Analog-Wandler über eine Selektivschaltung 23 beeinflußt, indem an den einzelnen Zählstufenausgängen

ίο auftretende Signale vorzugsweise elektronische Torschallungen betätigen, welche, wie schematisch in F i g. 5 angedeutet, die Eingangsimpedanz von gegengekoppelten Gleichstromvcrstärkern 24 und 25 stufenweise verändern.

Die Eingangswiderstände des mittels des Widerstandes R₁₁ gegengekoppeltcn Gleichstromverstärkers 24, der in seinem unbeschalteten Zustand eine sehr große Verstärkung aufweist, sind umgekehrt proportional zu den Gewichten der ihnen zugeordneten Zählerausgängc gestuft. Soll allgemein der in F i g. 5 a

dargestellte lineare Verlauf — = k ■ ζ zwischen einer

^u »

digital im Zähler 20 enthaltenden Zahl ζ und einer analogen Spannung A₁ am Ausgang des Verstärkers 24 abgebildet werden, wobei U eine konstante, den Eingang des Digital-Analog-Wandlers 21 beaufschlagende Spannung und A^- ein beliebiger Proportionalitätsfaktor ist, dann ergibt sich beispielsweise für den der niedrigstwertigen Zählstufe zugeordneten Widerstand

• R -

^r ~

A- · 2~²

da der Verstärkungsfaktor des gegengekoppclten GIcichstromverstärkers 24 proportional dem Quotienten aus Gegenkopplungswiderstand und jeweils wirksamem Eingangswiderstand ist. Auf diese Weise kann mit dem Digital-Analog-Wandler 21 der jeweilige Inhalt des Binärzählers 20 linear abgebildet werden.

Für den Fall, daß die mit 23 bezeichnete Schaltbrücke sich in der dargestellten waagerechten Lage befindet, wird die Ausgangsgröße A₁ des Digital-Analog-Wandlers 21 auf den Eingang gegengekoppclt und demzufolge sich der Stand des Zählers 20 so lange verändern! bis Eingangsgröße E und Ausgangsgröße Ai übereinstimmen.

Ein zweiter Digital-Analog-Wandler 22 ist über eine Selcktivschaltung 23 ebenfalls an die Zählerstufenausgänge angeschlossen. Aufgabe der Selektivschaltung ist es, von den sechs vorhandenen Zählstufcnausgängen jeweils denjenigen signalführcnden Ausgang zu ermitteln, welcher das höchste Stellengcwicht aufweist, und dann einem diesem Ausgang zugeordneten Eingangswiderstand eines gcgcngckoppeilen Verstärkers mit der Spannung —U bzw. +U zu beaufschlagen. Hierfür sind die Zählstufenausgänge zunächst mit je einem Eingang von Odergattern 26 bis 30 angeschlossen. Die zweiten Eingänge jedes dieser Odergatter sind jeweils noch vom

ί·ο Ausgang des in Richtung höheren Zählstufcngewichtes benachbart angeordneten Odergatters beaufschlagt. Erscheint an irgendeinem Ausgang des Zählers ein Signal, dann wird auf diese Weise erzwungen, daß auch an den Ausgängen sämtlicher niedrigerwertigcn

*>5 Zählerstellcn zugeordneter Odergatlcr ebenfalls dasselbe Signal erscheint. Benachbarte Odergatter werden jeweils paarweise mit Eingängen von Antivalcnzschallungen 31 bis 35 verbunden. Unter einer Anti-

valcnzschaltung soll dabei cine Gatteranordnung mit zwei Eingängen verstanden werden, an deren Ausgang dann und nur dann ein Signal erscheint, wenn an den Eingängen unterschiedliche logische Signalzustände vorhanden sind. Eine Ausführüngsform einer derartigen Antivalenzschallung wäre z. B. das sogenannte exklusive Odergatter. Bei der Anordnung nach F i g. 5 tritt also bei Erscheinen eines Signals an einem oder mehreren Zählstufenausgängen stets nur an dem Ausgang des exklusiven Odcrgatlers (V_cx) ein Signal auf, das dem höchstwertigen dieser signalführendcn Zählstufcnausgänge zugeordnet ist. Bei der gezeigten Anordnung sei angenommen, daß wie durch Schraffur angedeutet die Zählstufen mit den Gewichten 2' und 2" Ausgangssignal führen. Die Ausgünge der exklusiven Odergalter 31, 32, 34, 35 sowie der Ausgang der höchstwertigen Zählslufc betätigen vorzugsweise elektronisch ausgebildete Torschallungen 36 bis 40. wodurch einer der Eingangswiderslände des elektronischen Gleichslromverstärkers 25 an die Gleichspannung — L' b/w. -4- V gelegt wird. Diese Eingangswiderstände sind umgekehrt proportional den Potenzen der Stellenwerte des Zählers 20 gestuft. Soll eine logarilhmische Kennlinie nach Fig. 5b

einsprechend der allgemeinen Gleichung ''? =''log-r "■"*

realisiert werden, wobei /> die Basis des Logarithmus darstellt, so ergibt sich beispielsweise als Wert des der Zählstufe mit dem Gewicht 2¹ bzw. 2¹ zugeordneten Eingangswiderslandes .v>

K₁ =

"lou 2

schlossen, deren Ausgänge in der angegebenen Weise auf zusätzliche Eingänge der Selektivschaltung 23 angeschlossen sind. Werden diese mit Eingängen zusätzlicher Odergattcr44 verbunden und letztere in der angegebenen Weise zwischen die Odergalter 26 bis 30 eingefügt, wobei in analoger Erweiterung des zuvor beschriebenen Wirkungsprinzips der Selektivschaltung 23 zusätzliche exklusive Odergattcr sowie diesen zugeordnete elektronische Torschaltungcn und Eingangswiderständc vorzusehen sind, dann ist auf diese Weise eine Verdoppelung .der Ausgangsstufen des Digital-Analog-Wandlers 22 bei sonst gleicher Funktionsweise erreicht.

In der gezeichneten Stellung der Schaltbrücke 60 gilt im stationären Zustand des Binärzählers:

Zur angenäherten Realisierung des Logarithmus der Zahl Null ζ = 2"^r\ bei der keiner der Zählstufenausgänge ein Signal führen würde, ist ein Umkehrgatter 41 an den Ausgang des Odergattcrs 26 angeschlossen und betätigt einen weiteren Schalter 42. Der Wert des in diesem Falle stromführenden Wider- 4c Standes R-/ wird so klein gewählt, wie es die Dimensionierung des Gleichspannungsvcrstärkers 25 gerade eben noch zuläßt. In der Regel wird bei diesem Betriebszustand die Ausgangsgröße A₁ des Glcichspannungsverstärkers 25 sich an ihrem Endanschlag befinden.

Am Ausgang des in der Selektivschallung befindlichen exklusiven Odergattcrs 33 würde dann ein Signal entstehen, wenn vom Digilal-Analog-Wandler 22 der Logarithmus der Zahl 2" = 1 zu bilden wäre. Da dieser jedoch den Wert Null hat, braucht auch der Eingangskreis des Gleichspannungsverstärkers nicht mit einer Spannung beaufschlagt zu werden. Das exklusive Odergalter. welches hier zur Verdeutlichung des systematischen Aufbauprin/ips nur der Vollsländigkeit halber mit dargestellt worden ist. könnte daher bei dieser Ausführungsari des Digiial-Analog-Wandlcrs 22 in Wegfall kommen.

Die Ausgangsgröße A₁ des Digital-Analog-Wandlers 22 ändert sich in gleichen Stufen, was darauf (>° zurückzuführen ist. daß stets nur der Logarithmus von Potenzen gebildet wird, deren Exponenten sich jeweils um eine Einheit unterscheiden. Sollten sich diese Stufen noch als zu groß erweisen, dann kann die Stufenzahl bei gegebenem Zählerumfang ent- (»5 sprechend der in Fig. 5'gestrichelt angedeuteten Ergänzung vergrößert werden. I Herzu sind jeweils an benachbarte ZähUlufeneingänue l.'ndgalter 43 ange-1 E E = A_x = k · U · ζ oder ζ = η- · —,

Durch entsprechende Wahl einer hohen Impulsfolgefrequenz./,") wird man zweckmäßigerweise dafür sorgen, daß der stationäre Zustand möglichst schnell erreicht wird.

Bringt man dagegen die in F i g. 5 mit 60 bezeichnete Schaltbrücke in ihre senkrechte Stellung, dann ist der Ausgang A₁ des Gleichstromverstärkers 25 auf den Eingang des Dreipunktkippverstärkcrs 16 gcgengckoppell. Im stationären Zustand des Binärzählcrs 20 gilt dann:

E = A₁ = U ''log ζ oder ζ = h^l'

A, = k ■ U

Mit der in F i g. 5 gezeichneten Anordnung ist es also möglich, wahlweise eine logarithmische oder eine exponentiell Modulation einer Eingangsgröße E zu bewirken. '

F i g. ft zeigt eine weitere Möglichkeit zur gcrätctcchnischcn Verwirklichung der erfindungsgemäß verwendeten Modulationsglieder, welche ebenfalls teilweise digital arbeiten. Es handelt sich auch hier um eine naclf dem Prinzip des Regelkrcisvcrfahrcns arbeitende Einrichtung, bei der jedoch als Intcgrationseinrichlung ein Schrittschaltwerk 45 verwendet ist. Ein Schrittschaltwerk in seiner elektronischen Ausführung ofl als Schieberegister bezeichnet — hat die Eigenschaft, daß stets nur eine seiner Endstufen ein Ausgangssignal führt und pro Eingangsimpuls dieser Signal/usland in der einen «der in der anderen Richtung jeweils an die benachbarte Stufe weitergegeben wird. Im dargestellten Beispiel soll im befrachteten Augenblick gerade die mit Null bezeichnete Stufe Signal führen. Ein an der Eingangsklcmme 46 erscheinender Impuls würde diesen Signalzustand nach rechts an die mil I bezeichnete Stufe, ein Impuls an der Eingangsklcmme 47 nach links; an die mit — 1 bezeichnete Stufe wandern lassen. Die an den Ausgängen der Undgatter 17 und 18 abnehmbaren Forlschallimpulse des Schieberegisters 45 werden analog der Ausführungsform nach F i g. 5 erarbeitet. An die Ausgänge des Schrittschaltwcrkcs ist ein exponentiell abbildender Digital-Analog-Wandler 48 angeschlossen, welcher im Prinzip ähnlich dem bisher bcschric-

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benen Digital-Analog-Wandler aufgebaut ist, sich jedoch nur hinsichtlich der Stufung seiner Eingangswiderstände von diesen unterscheidet. Werden den einzelnen Schrittschaltwerkstufen die dort vermerkten Zahlenwerte (z) zugeordnet und soll gemäß.Fig. 6a

eine Kennlinie entsprechend der Gleichung -tj = /r realisiert werden, dann ergibt sich für den der Schrittschaltwerkstufe Null zugeordneten Eingangswiderstand des Verstärkers 49 der Wert seines Gegenkopplungswiderstandes R_g. Die Werte der übrigen Eingangswiderstände ergeben sich als Produkt des Gegenkopplungswiderstandes R_g mit den in ihrem Symbol jeweils vermerkten Faktoren.

Zur linearen Abbildung der Zahl ζ ist ein zweiter Digital-Analog-Wandler 50 ebenfalls an die Ausgänge des Schrittschaltwerkes 45 angeschlossen. Die Stufung der Eingangswiderstände ist wiederum umgekehrt proportional zum Stufengewicht des entsprechend zugeordneten Schrittschaltwerksausganges; der der Stufe I bzw. — 1 zugeordnete Widerstand R₁.

besitzt den Wert R₁. = τ²-, wobei k eine beliebig

wählbare, die Steigung der Kennlinie nach Fig. 6b festlegende Proportionalitätskonstante ist.

Befindet sich die mit 52 bezeichnete Schaltbrückc, wie in F i g. 6 dargestellt, in ihrer senkrechten Stellung, wird also die Ausgangsgröße A₁ des Gleichstromverstärkers 49 auf den Eingang des Dreipunktkippverstärkers 16 gegengekoppclt, so gilt im stationären Zustand des Schrittschaltwerkes:

E = A₁ = U · br oder ζ = "log ~,

Wird die Schaltbrückc dagegen in ihre waagerechte Lage gebracht, also der Ausgang /I₂ des Gleichstromverstärker 51 ' gegengekoppelt, dann würde im stationären Zustand des Schrittschaltwcrkes 45 gelten:

E = A₂ = k ■ U · ζ oder ζ — -,

A₁ = U-b

₄₅

Die in F i g. 6 dargestellte Anordnung ist also ebenfalls sowohl zur logarithmischen als auch zur exponentiellen Modulation einer elektrischen Eingangsgröße E geeignet.

F i g. 7 zeigt den näheren Aufbau einer Einrichtung, wie sie im Prinzip der Anordnung nach F i g. 4 für den Fall der Verwendung des dort dargestellten Drcipunktkippverstärkers 14 entspricht und bei der ein und dieselbe Speichereinrichtung sowohl als Regler wirkt, als auch Bestandteil eines exponentiell modulierenden Gliedes 2 ist. Sollwert x_H, und Ausgangsgröße χ der Regelstrecke 4 (Istwert) werden einer Dividiereinrichtung 10 zugeführt, welche mit dem Eingang 53 eines Dreipunktkippverstärkers 14 mit symmetrisch polaritätsverschiedenen Ausgangsspannungen bei zueinander reziprok und polaritätsgleichen Ansprechspannungen geführt ist. Wie bereits erwähnt, soll durch diesen Dreipunktverstärker im Bereich kleiner Eingangsspannungen eine logarithmische Kennlinie L stufenweise nachgebildet werden. Die Freigabe der Fortschaltimpulse für ein Schrittschaltwerk bzw. Schieberegister 45 erfolgen analog der in, F i g. 6 beschriebenen Weise, desgleichen die cxponentielle Abbildung durch einen Digital-Analog-Wandler 48. Die Wirkungsweise der hier dargestellten Anordnung ist folgende: Weicht der Quotient von Sollwert .x_lv. und Istwert .v vom Wert 1 ab, tritt also eine Regelabweichung auf, dann wird eines der Undgalter 17 und 18 Für das Schrittschaltwerk 45 beaufschlagende Fortschaltimpul.se durchlässig, und es wird daraufhin der Ausgang des exponentiell abbildenden Digital-Analog-Wandlers 48 entweder in der einen oder anderen Richtung so lange verstellt, bis Übereinstimmung zwischen dem Sollwert und dem Istwert besteht, d. h. das Regclziel erreicht ist. Bei dieser Anordnung bleiben trotz eines verhältnismäßig geringen Aufwandes sämtliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten.

F i g. 8 zeigt eine mögliche gerätetechnische Ausführungsform des Dreipunktverstärkers 14 entsprechend Fig. 7. Er besteht aus zwei elektronischen Verstärkern 54 und 55, denen jeweils durch eine über die Widerstände R_n, wirkende Mitkopplung ein Kippverhalten verliehen wird. Für jeden dieser Kippverstärker ist eine konstante negative Voreinspcisung vorgesehen, welche einem mit einer konstanten negativen Gleichspannung — U gespeisten Potentiometer 56 über Abgriffe 57 und 58 entnommen wird. Diese Voreinspcisung hat die" Wirkung, daß die der Klemme 53 zugeführte Eingangsgröße zuerst einmal den Einfluß dieser Voreinspeisung zu kompensieren hat, ehe ein negatives Signal an den Ausgängen der Verstärker 55 und 54 erscheint. Ein derartig gcpoltes Ausgangssignal sei für die nachfolgend an die Ausgangsklemmen + und — zu schaltenden logischen Schaltelemente ein L-Signal, während Null oder ein positives Signal sogenanntes Null-Signal darstellen möge. Vermindert sich die der Klemme.53 zugeführle Eingangsgröße ausgehend von einem negativen Wert in Richtung des Wertes Null, so weisen die Ausgänge der Verstärker 55 und 54 beide Male positives Signal auf. An der mit —.bezeichneten Klemme 1 wird also infolge der Umkehrstufe 59 ein L-Signul. an der mit + bezeichneten Klemme Null-Signal auftreten. L-Signale wurden die Undgatter 17 und 18 in F i g. 7 durchlässig steuern. Bei Erreichen eines bestimmten positiven, durch die Stellung des Potentiometerabgriffes 57 festlegbaren Wertes der Eingangsgröße an der Klemme 53 wjrd das Ausgangssignal des Verstärkers 54 von positiven nach negativen Werten umschlagen und damit der Signalzustand an der Klemme - von L- auf Null-Signal wechseln. Nach überschreiten eines zweiten, ebenfalls positiven und durch die Stellung des Potentiometerabgriffes 58 definierten Wertes der Eingangsgröße wird das Ausgangssignal des Verstärkers 55 einen negativen Wert annehmen, was einem L-Signul an der mit + bezeichneten Klemme gleichkommt. Damit kann eine Dreipunktcharakteristik entsprechend der in dem Blocksymbol 14 von F i g. 6 dargestellten Kennlinie realisiert werden. In entsprechender Weise kann die gcrätctechnische Ausbildung eines nullpunktsymmetrischen Dreipunktkippvcrslärkcrs, wie er' bei Anordnungen der F i g. 5 und 6 verwendet und dort mit 16 bezeichnet ist, erfolgen. Es ist hierzu nur erforderlich, das Potentiometer 56 beispielsweise mit einer nullpunktsymmctrischen Spannung zu speisen,

.ο daß über den Potenliomclerabgriff57 eine kleine oositivc Vorspannung und über den Potentiomcteribgriff eine gleich große positive Vorspannung abnehmbar ist, wodurch dann die Ansprechschwellc E₁ des Kippverstärkers 14 in den negativen Bereich gerückt werden könnte.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Adaptionsverfahren zur Konstanthaltung der Regelkrcisverstärkung bei multiplikativ wirkenden Störgliedern endlicher unbekannter und/oder veränderlicher Verstärkung im Regelkreis, dadurch gekennzeichnet, daß in Signalnußrichtung vor dem Störglied eine exponenticlle und hinter dem Slörglied eine logarithmischc Modulalion des Signals erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen des Exponenten und des Logarithmus der Modulation verschieden gewählt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 bei mit der Regelstrecke integrierten Störgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem Logarithmus der Sollwertgröße und dem Logarithmus der zu regelnden Größe bzw. der Logarithmus des Quotienten dieser beiden Größen dem Regler zugeführt und daß die die Regelstrecke beaufschlagende Stellgröße in exponentiell Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Reglers gebracht wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Schwellwertdioden und Widerstände enthaltende Funktionsgeneratoren als Modulationsglieder.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch elektronische Modulationsverstärker mit Dioden von zumindest annähernd logarithmischer Kennlinie im Eingangs- bzw. Gegenkopplungskreis -jo der Verstärker.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens einen teilweise digital arbeitenden Funktionsgenerator als Modulationsglied, bestehend aus einem symmetrischen Dreipunktkippverstärkcr, dessen Ausgangsgröße über eine Galterschaltung einen digitalen bidirektionalen Zähler oder ein Schrittschaltwerk mit Forlschaltimpulscn beaufschlagt, wobei an die Zähler- bzw. Schrittschaltwerkausgänge ein logarithmisch oder ein exponentiell abbildender Digital-Analog-Wandler und ein linear abbildender Digital-Analog-Wandler angeschlossen sind und die Ausgangsgröße eine:.

der Digital-Analog-Wandler auf den Eingang des Dreipunktkippvcrstärkers gegengekoppelt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein an die Zählstufenausgänge des bidirektionalen Binärzählers angeschlossene Selektivschaltung zur laufenden Ermittlung des jeweils höchstwertigen signalführenden Zählstufcnausganges.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektivschaltung an die einzelnen Zählstufcnausgänge angeschlossene Odergatter aufweist, deren zweite Eingänge jeweils noch vom Ausgang des in Richtung höheren Zählst ufengewichtes benachbart angeordneten Odergatters beaufschlagt sind, wobei Ausgänge benachbarter Odergatter jeweils paarweise mit Eingängen von Antivalenzschaltungen verbunden sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Zählstufenausgänge die Eingänge von Undgattern beaufschlagen, deren Ausgänge mit den Eingängen zusätzlich vorgesehener Odergattcr in der Selektivschaltung verbunden sind.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei unstetig arbeitenden Regelungen, gekennzeichnet durch eine mit der Sollwertgröße und eine mit der zu regelnden Größe beaufschlagte Dividiereinrichtung, deren Ausgangsgröße einem Dreipunktkippvcrstärker mit symmetrisch polaritätsverschiedcnen Ausgangsspannungen bei zueinander reziprok und polaritätsgleichen Ansprechspannungen zugeführt ist, dessen Ausgangsspannung auf ein Intcgrationsglied wirkt, welches über ein exponentiell wirkendes Modulationsglied die Regelstrecke beaufschlagt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Dreipunktkippverstärkers über eine Gatterschaltung mit dem Eingang eines Schrittschaltwerks verbunden ist, dessen Ausgänge die Regelstrecke über einen exponentiell abbildenden Digital-Analog-Wandler beaufschlagen.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreipunktkippverstärkcr aus zwei mitgekoppelten elektronischen Verstärkern mit konstanter, polaritätsgleichcr und bctragsuntcrschiedlicher Voreinspeisung besteht und das Ausgangssignal des einen Verstärkers direkt, das Ausgangssignal des anderen über eine Umkehrstufe auf den Eingang je eines Undgattcrs geführt ist, an deren zweite Eingänge die Ausgangsspannung eines Impulsgenerators angeschlossen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen