DE1588810C - Building block for an electronic controller - Google Patents
Building block for an electronic controllerInfo
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Description
die Formform
a = e -sin ωί a = e -sin ωί
sin ωίsin ωί
" besitzt, wobei μ ein Proportionalitätsfaktor und e die Signalamplitude ist.", where μ is a proportionality factor and e is the signal amplitude.
3. Reglerbaustein nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung des integrierenden Übertragungsgliedes (2) mit dem einen Rechenkreis (3), der das Ausgangssignal des Filters in die dritte Potenz erhebt, dem weiteren, differenzierenden übertragungsglied (8) und schließlich dem Rechenverstärker (1), der die Kubikwurzel aus dem Ausgangssignal des differenzierenden Ubertragungsgliedes(8) zieht (Fig. 3), so daß das Ausgangssignal der Schaltung in Phase mit dem Eingangssignal (α) ist und bei einem Eingangssignal der Form3. Controller module according to claim 1, characterized by the series connection of the integrating Transmission element (2) with a computing circuit (3), which converts the output signal of the filter into the third power raises, the further, differentiating transfer element (8) and finally the Computing amplifier (1), which is the cube root from the output signal of the differentiating transmission element (8) pulls (Fig. 3) so that the output of the circuit is in phase with the input signal (α) and with an input signal the form
α = e -sin ωί
das Ausgangssignal die-Formα = e -sin ωί
the output signal die-form
λ-eλ-e
γ = γ =
besitzt, wobei λ ein Proportionalitätsfaktor und e die Signalamplitude ist.where λ is a proportionality factor and e is the signal amplitude.
4. Reglerbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Rechenverstärker (1) das Eingangssignal in die_Potenz l/p erhebt, daß ein übertragungsglied (2) vorgesehen ist und daß der andere Rechenverstärker (3) das Ausgangs-.signal des Ubertragungsgliedes in die Potenz η Φ ρ erhebt.4. Controller module according to claim 1, characterized in that the one computing amplifier (1) raises the input signal in die_Potenz l / p , that a transmission element (2) is provided and that the other computing amplifier (3) the output .signal of the transmission element in the power η Φ ρ raises.
Die Erfindung betrifft einen Baustein für einen elektronischen Regler mit nichtlinearer übertragungscharakteristik. The invention relates to a module for an electronic controller with non-linear transmission characteristics.
Lineare Regler sind bekanntlich einigen Einschränkungen unterworfen, die durch die Beziehungen zwischen Verstärkung und Phase gemäß dem Bode-Gesetz bedingt sind: Insbesondere kann die Verstärkung in Abhängigkeit von der Frequenz nur verändert werden, wenn die Phase gleichzeitig ,verändert wird.As is well known, linear controllers are subject to some restrictions caused by the relationships between Gain and phase are conditional according to Bode's law: In particular, the gain can only be changed depending on the frequency if the phase is changed at the same time will.
Gemäß einem-älteren Vorschlag ist ein elektronischer Regler mit nichtlinearer'Ubertragungscharakteristik, bei dem die Regelabweichung der Parallelschaltung zweier Übertragungsglieder zugeführt ist, so ausgeführt, daß das eine Übertragungsglied aus der Serienschaltung eines ersten linearen Ubertragungsgliedes und eines Absolutwertbildners besteht und der Verstärkung zugeordnet ist, daß das zweite übertragungsglied gleichfalls lineares übertragungsverhalten besitzt und der Phase der Regelabweichung zugeordnet ist und daß ferner die Ausgangsgrößen |j>| und ζ der Übertragungsglieder auf einen Multiplizierkreis ge-According to one-older suggestion, one is electronic Controller with non-linear transfer characteristics, in which the control deviation is fed to the parallel connection of two transmission elements, designed so that the one transmission element from the series connection of a first linear transmission element and an absolute value generator and the gain is assigned that the second transmission element also has linear transmission behavior and is assigned to the phase of the control deviation and that the output variables | j> | and ζ the transfer elements on a multiplier circuit
schaltet 'sind, dessen Ausgangsgröße |j>| · ζ einem Radizierkreis mit dem Ausgangssignalswitched ', whose output variable | j> | · Ζ one Square root with the output signal
± y\y\ ·\ζ\ · sign z ± y \ y \ · \ ζ \ · sign z
als Stellgröße zugeführt ist.is supplied as a manipulated variable.
Bei diesem Regler wird zwar die Phasendrehung vermieden, es besteht jedoch der Nachteil, daß gewisse Nichtlinearitäten des Ausgangssignals auf-'treten, die sich durch, eine Reihe von Harmonischen äußern.With this controller, the phase rotation is avoided, but there is the disadvantage that Certain non-linearities of the output signal occur, which are caused by a series of harmonics to express.
Aufgabe der Erfindung ist es; einen Reglerbaustein der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe die Verstärkung eines Signals in Abhängigkeit von der Frequenz verändert werden kann, ohne daßThe object of the invention is; to create a controller module of the type mentioned above, with which Help the gain of a signal as a function of the frequency can be changed without
die Phasenlage verändert wird, wobei die vielen Harmonischen vermieden werden.the phase position is changed, whereby the many harmonics are avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Reglerbaustein gelöst, der ein lineares frequenzabhängiges übertragungsglied aufweist, das zwischen zwei potenzierende Rechenkreise mit zueinander reziproken Exponenten gleicher Ordnung in Reihe geschaltet ist, von denen der eine mit dem Regelabweichungssignal beaufschlagt ist und der andere die gewünschte Ausgangsgröße liefert.According to the invention, this object is achieved by a controller module which has a linear frequency-dependent has transmission element that is reciprocal between two exponentiating computing circuits with each other Exponents of the same order are connected in series, one of which with the control deviation signal is applied and the other delivers the desired output variable.
Mit dem erfindungsgemäßen Baustein lassen sich Regler aufbauen, deren Ausgangssignal sich in Phase mit dem Eingangssignal befindet, während die Ampli-. tude des Ausgangssignals eine Funktion der Signalfrequenz ist.The module according to the invention can be used to build regulators whose output signal is in phase with the input signal, while the ampli-. tude of the output signal is a function of the signal frequency.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Reihenschaltung des einen potenzierenden Rechenkreises, der ein Signal liefert, dessen Betrag gleich der Quadratwurzel des Betrages des. Eingangssignals und dessen Vorzeichen gleich dem Vorzeichen' des Eingangssignals ist; mit dem integrierenden übertragungsglied, dem weiteren potenzierenden Rechenkreis, der ein Signal liefert, dessen Betrag gleich dem Quadrat des Betrages des Ausgangssignals des Übertragungsgliedes und "dessen Vorzeichen gleich dem Vorzeichen dieses Ausgangssignals ist, und schließlich mit dem differenzierenden übertragungsglied, so daß , ■ das Ausgangssignal der Schaltung in Phase mit dem Eingangssignal ist und bei einem Eingangssignal der FormOne embodiment of the invention is characterized by the series connection of the one potentiating Arithmetic circuit that supplies a signal whose amount is equal to the square root of the amount of the input signal and whose sign is equal to the sign ' of the input signal is; with the integrating transmission link, the further exponentiating arithmetic circuit, which supplies a signal, the amount of which is equal to the Square of the amount of the output signal of the transmission element and "its sign is equal to the Is the sign of this output signal, and finally with the differentiating transmission element, so that, ■ the output signal of the circuit is in phase with the input signal and, for an input signal, the shape
a = e · sin ωί die Form a = e · sin ωί the form
7 =7 =
besitzt, wobei μ ein Proportionalitätsfaktor und e die Signalamplitude ist.where μ is a proportionality factor and e is the signal amplitude.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Reihenschaltung des integrierenden Ubertragungsgliedes mit dem einen Rechenkreis, der das Ausgangssignal des Filters in die dritte Potenz erhebt, dem weiteren, differenzierenden übertragungsglied und schließlich dem Rechenverstärker, der" die Kubikwurzel aus dem Ausgangssignal des differenzierenden Ubertragungsgliedes zieht, so daß das Ausgangssignal der Schaltung in Phase mit dem Eingangssignal ist und bei einem Eingangssignal der FormAnother development of the invention is characterized by the series connection of the integrating Transmission element with a computing circuit that converts the output signal of the filter to the third power raises, the further, differentiating transmission link and finally the processing amplifier, the "the The cube root is drawn from the output signal of the differentiating transmission element, so that the output signal of the circuit is in phase with the input signal and, for an input signal, the shape
sincjfsincjf
α = eα = e
das Ausgangssignal die Formthe output signal the shape
l-e .
γ = —g/T ' sm lot le .
γ = - g / T ' sm lot
1515th
2020th
besitzt", wobei λ ein Proportionalitätsfaktor und e die * Signalamplitude ist.owns ", where λ is a proportionality factor and e is the * signal amplitude.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der eine Rechenverstärker das Eingangssignal in die Potenz l/p erhebt, daß ein übertragungsglied vorgesehen ist und der andere Rechenverstärker das Ausgangssignal des Ubertragungsgliedes in die Potenz η 7t p erhebt.According to a further embodiment of the invention it is provided that one computing amplifier raises the input signal to the power l / p, that a transmission element is provided and the other computing amplifier raises the output signal of the transmission element to the power η 7t p.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Ausführungsform der Erfindung. ' In der Zeichnung stellt darFurther details and advantages of the invention emerge from the following description of an in Embodiment of the invention shown as an example in the drawing. ' In the drawing represents
F i g. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Reglerbausteins,F i g. 1 the block diagram of a controller module according to the invention,
Fig. 2 im Blockschaltbild den mit einem übertragungsglied verbundenen Reglerbaustein nach Fig.1,Fig. 2 in the block diagram with a transmission element connected controller module according to Fig. 1,
F i g. 3 das Blockschaltbild einer Abwandlungsform der Erfindung.F i g. 3 shows the block diagram of a modification of the invention.
In Fig. 1 erkennt man einen erfindungsgemäßen Reglerbaustein für einen Regler mit nichtlinearer übertragungscharakteristik, der einen Rechenkreis 1 besitzt, der die Kubikwurzel aus dem Eingangssignal α zieht, ferner ein integrierendes und verzögerndes lineares frequenzabhängiges übertragungsglied 2 und schließlich einen Rechenkreis 3, der das Ausgangssignal des Ubertragungsgliedes 2 zur dritten Potenz erhebt und ein umgewandeltes Ausgangssignal β liefert. ■In Fig. 1 you can see a controller module according to the invention for a controller with non-linear transmission characteristics, which has a computing circuit 1 that pulls the cube root from the input signal α, an integrating and delaying linear frequency-dependent transmission element 2 and finally a computing circuit 3, which the output signal of the Transfer member 2 raises to the third power and provides a converted output signal β. ■
Die potenzierenden Rechenkreise 1, 3 bestehen in bekannter Weise aus Verstärkern 4, Festwiderständen 5 und nichtlinearen Widerständen 6. Das übertragungsglied 2 besitzt in bekannter Weise eine Kapazität 7, die parallel zum Verstärker ge'schaltet ist.The potentiating computing circuits 1, 3 consist in a known manner of amplifiers 4, fixed resistors 5 and non-linear resistors 6. The transmission element 2 has a capacitance in a known manner 7, which is connected in parallel to the amplifier.
Gegeben sei das EingangssignalThe input signal is given
α = +e · sin ωί. . 'α = + e · sin ωί. . '
Beschränkt man sich auf die erste Harmonische, jdann wandelt der Rechenkreis 1 dieses Signal in ein Signal um, dessen Phase unverändert ist (aber dessen Vorzeichen infolge der elektronischen Schaltung des Verstärkers umgekehrt ist):If you limit yourself to the first harmonic, computing circuit 1 converts this signal into Signal um whose phase is unchanged (but whose sign is due to the electronic switching of the Amplifier is reversed):
—λ - λ
sin ωί.sin ωί.
Das integrierende Übertragungsglied 2 empfängt dieses Signal und liefert am Eingang des Rechenkreises 3 folgendes Signal:The integrating transmission element 2 receives this signal and delivers it to the input of the computing circuit 3 the following signal:
Dieses Signal hat eine Verzögerung von .-τ/2 gegenüber dem Eingangssignal a. This signal has a delay of.-Τ / 2 compared to the input signal a.
Der Rechenkreis 3 erhebt dieses Signal zur dritten Potenz und liefert damit ein Ausgangssignal, dessen erste HarmonischeThe computing circuit 3 raises this signal to the third power and thus provides an output signal whose first harmonic
üliüli
COStUfCOStUf
Man erkennt, daß der erfindungsgemäße Reglerbaustein in F i g. 1 ein Signal liefert, dessen Phasenverschiebung gleich der des Ubertragungsgliedes 2 oder F ist, dessen Amplitude praktisch linear ist (d. h. vom Grade 1 in e) und dessen.Verstärkung von der Frequenz ω in anderer Weise abhängt als die Verstärkung des Ubertragungsgliedes F. It can be seen that the controller module according to the invention in FIG. 1 supplies a signal whose phase shift is the same as that of the transmission element 2 or F , whose amplitude is practically linear (ie from degree 1 in e) and whose gain depends on the frequency ω in a different way than the gain of the transmission element F.
Im gewählten und dargestellten Beispiel ist die vom integrierenden übertragungsglied 2 eingeführte Frequenzfunktion der Amplitude oder Verstärkung: 1/ω. Die' Frequenzfunktion des ganzen Reglerbausteins ist also 1/ω3.In the example chosen and shown, the frequency function of the amplitude or gain introduced by the integrating transmission element 2 is: 1 / ω. The 'frequency function of the entire controller module is therefore 1 / ω 3 .
Schließt man folglich an den Reglerbaustein in Fig. 1 ein differenzierendes lineares frequenzabhängiges Übertragungsglieds an, dann wird das von β abgeleitete SignalIf a differentiating linear frequency-dependent transmission element is connected to the controller module in FIG. 1, then the signal derived from β becomes
γ — H τ- · sm ωί. γ - H τ- · sm ωί.
Man erhält so ein Signal, das mit dem Eingangssignal in Phase ist und linear von der Amplitude e abhängt, aber umgekehrt proportional zum Quadrat der Frequenz ω ist.A signal is thus obtained which is in phase with the input signal and linearly of the amplitude e depends, but is inversely proportional to the square of the frequency ω.
Wenn sich also bei einem gegebenen Regelkreis die Eigenfrequenz des übertragenen Regelsignals erhöht, dann vermindert sich erfindungsgemäß die Ausgangsamplitude des Reglers im Verhältnis der zweiten Potenz dieser Signalfrequenzänderung. Hätte man an Stelle des Exponenten 3 einen Exponenten ρ für die Rechenkreise 1 und 3 gewählt, dann würde der frequenzabhängige Verstärkungsfaktor im Falle der Fi g. 2 folgende Größe haben:So if the natural frequency of the transmitted control signal increases in a given control loop, then, according to the invention, the output amplitude of the controller is reduced in relation to the second Power of this signal frequency change. If instead of the exponent 3 one had an exponent ρ for the Calculation circuits 1 and 3 selected, then the frequency-dependent gain factor would be in the case of the Fi g. 2 have the following size:
In F i g. 3 ist eine Abwandlungsform der Erfindung dargestellt, bei der der Reglerbaustein9 in Fig. 2 durch einen Reglerbaustein 11 ersetzt ist und die Kästchen des Blockschaltbildes Rechenkreise oder Ubertragu'ngsglieder entsprechend F i g. 1 und 2 darstellen. Das SignalIn Fig. 3 shows a modification of the invention in which the controller module 9 in FIG is replaced by a controller module 11 and the boxes in the block diagram of computing circuits or transfer elements according to FIG. 1 and 2 represent. The signal
a = e · sin ω t
wird folgendermaßen verarbeitet: ■ ■ a = e · sin ω t
is processed as follows: ■ ■
5555
6o6o
Integration in R: -\ · cos ωίIntegration in R: - \ · cos ωί
Erhebung zur 3. Potenz in Q: ■ · cos ωίElevation to the 3rd power in Q: ■ · cos ωί
μ · e3
Ableitung in A: μ e 3
Derivation in A:
sin ωίsin ωί
Ziehen der 3. Wurzel in P: +Extract the 3rd root in P: +
sin ωί.sin ωί.
COS ωί .COS ωί.
Man erkennt, daß das erhaltene Signal γ eine Funktion von e ist und daß sich die Verstärkung mit 1/ω2 '3 ändert.It can be seen that the signal γ obtained is a function of e and that the gain changes with 1 / ω 2 ' 3 .
i bööÖlüi bööÖlü
Man kann die Reglerbausteine in Reihe oder parallel schalten,"um spezielle Ergebnisse zu erhalten.The controller modules can be connected in series or in parallel "in order to obtain special results.
Wenn die Potenz ρ beliebig ist, dann haben die Rechenkreise P bzw. 1 und Q bzw. 3 folgende Aufgabe: In P bildet man entsprechend der schematischen Darstellung in F i g. 1 z. B.If the power ρ is arbitrary, then the computing circuits P or 1 and Q or 3 have the following task: In P one forms according to the schematic representation in F i g. 1 z. B.
δ = — ]/\a\ · sign α
und in analoger Weise in Q δ = -] / \ a \ · sign α
and in an analogous way in Q
β = \e\" ■ sign ε. - β = \ e \ "■ sign ε. -
Wurde in der Beschreibung die. Aussage »ein Rechenkreis erhebt in eine beliebige Potenz p« gemacht, dann versteht man darunter, daß dieser Rechenkreis zwischen seinem Eingang E und seinem Ausgang S folgende Operation ausführt:Was the. If the statement "a computing circle raises to an arbitrary power p" is made, then one understands by this that this computing circle carries out the following operation between its input E and its output S:
S = IJSl'- sign E. S = IJSl'- sign E.
In der Praxis werden diese Funktionen durch geeignete elektronische Schaltungen verwirklicht, z. B. durch Rechenkreise, die in ihrem Eingangs- oder Rückführkreis einen nichtlinearen Widerstand geeigneter Charakteristik besitzen. Wenn man die Funktionsabhängigkeit des erfindungsgemäßen Reglerbauteils außer acht läßt, dann kann man natürlich einen Schaltkreis bilden, in dem P und Q den Operationen- »Ziehen der p-ten Wurzel« bzw. »Erhebung in die n-te Potenz (η Φ ρ)« entsprechen, wobei die weiter oben angegebenen Vorzeichenbedingungen berücksichtigt werden müssen.In practice, these functions are realized by suitable electronic circuits, e.g. B. by computing circuits that have a non-linear resistance of suitable characteristics in their input or feedback circuit. If one disregards the function dependency of the controller component according to the invention, then one can of course form a circuit in which P and Q correspond to the operations "pulling the pth root" or "raising to the nth power (η Φ ρ) «, Whereby the preceding sign conditions must be taken into account.
Selbstverständlich kann man den Sonderfall ρ = 2 und 7Ϊ = 2 berücksichtigen, der sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen hat.Of course, one can consider the special case ρ = 2 and 7Ϊ = 2, which has proven to be advantageous in practice.
Weiter können in dem Beispiel alle dem Erfindungsgedanken entsprechenden Änderungen von Einzelheiten vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Furthermore, all changes of details corresponding to the inventive concept can be used in the example can be made without departing from the scope of the invention.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.1 sheet of drawings.
Claims (2)
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---|---|---|---|
FR101120 | 1967-03-31 | ||
FR101120A FR1536225A (en) | 1967-03-31 | 1967-03-31 | Semi-linear correction network |
DES0113514 | 1967-12-27 |
Publications (3)
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DE1588810A1 DE1588810A1 (en) | 1971-06-24 |
DE1588810B2 DE1588810B2 (en) | 1972-11-16 |
DE1588810C true DE1588810C (en) | 1973-05-30 |
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