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Die Erfindung bezieht sich auf eine kontaktlose Folgesteuerung für
ein elektrisch angetriebenes Stellglied mit zwei Drehfeldsystemen, die durch gleiche
17bersetzungsgetriebe sowohl im Geber als auch im Empfänger mechanisch gekuppelt
sind.
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Bekannte Folgesteuereinrichtungen, bei denen die Differenzspannung
einer Widerstandsbrückenschaltung auf gittergesteuerte Gasentladungsgefäße arbeitet
und ihrerseits einen nach vorgegebener Größe und Richtung einzustellenden Gegenstand
durch einen Stellmotor so lange in Bewegung setzt, bis der Gegenstand die durch
die Führungsgröße vorgegebene Stellung einnimmt, sind nicht ohne weiteres auf den
Schiffbau übertragbar. Hier hat sich nur zögernd auf Grund der anspruchsvolleren
Betriebsbedingungen, insbesondere bei Ruderanlagen, die Widerstandsbrückenschaltung
in Verbindung mit einem Leonardantrieb als Folgeregeleinrichtung durchgesetzt.
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Es ist weiter eine Folgeregeleinrichtung bekanntgeworden, die einen
induktiven Drehgeber als Führungsgröße und einen induktiven Drehempfänger als Regelgröße
vorsieht. Die Regelabweichung setzt nach vorgegebener Richtung über einen Verstärker
(Magnet-, Röhren- oder Maschinenverstärker) den Stellmotor so lange in Bewegung,
bis die Regelgröße die durch die Führungsgröße vorgegebene Stellung einnimmt.
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Bei derartigen Folgeregeleinrichtungen ist man bestrebt, die Folgegeschwindigkeit
Grad pro Sekunde zwischen der vorgegebenen und der nachgebildeten Bewegung groß
zu halten. Dies ist aber so ohne weiteres nicht möglich, weil bei zu großer Regelsteilheit
und bei zu großer Folgegeschwindigkeit zwischen vorgegebener und nachgebildeter
Bewegung die Folgeregeleinrichtung zu Pendelungen neigt. Wird die Folgeregeleinrichtung
so ausgelegt, daß die nachgebildete Bewegung gegenüber der vorgegebenen Bewegung
nur langsam erfolgt, treten die Pendelerscheinungen zwar nicht auf, jedoch ist die
Folgeregeleinrichtung für eine Ruder- oder Schlingeranlage u. dgl. unbrauchbar,
weil hier eine große Folgegeschwindigkeit Bedingung ist. Dämpfungseinrichtungen,
wie sie mittels Tachometermaschinen erreicht werden, zeitigen nicht den gewünschten
Erfolg, weil die der Geschwindigkeit proportionale Dämpfungsspannung nicht nur im
Einlaufpunkt, d. h. der Stellung der vorgegebenen Führungsgröße wirksam ist, sondern
im ganzen Bereich der Regelabweichung durch die Folgegeschwindigkeit nachteilig
beeinflußt wird. Um eine große Genauigkeit der Folgeregeleinrichtung zu erreichen,
muß der Fehlerwinkel (die maximale Winkelverdrehung des induktiven Drehgebers, die
gesättigt werden muß, um das volle Drehmoment am Stellmotor zu erhalten) kleingehalten
werden. Ist der Fehlerwinkel klein, tritt bei ungenügender Dämpfung ein Pendeln
der Folgeregeleinrichtung ein. Die bisher bekannten Folgeregeleinrichtungen weisen
einen relativ hohen Fehlerwinkel auf, um dem Stellmotor einen genügend großen Auslauf
zu lassen, wodurch ein Einschwingen in die Nullage oder Pendeln vermieden wird.
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Auch ist eine Folgeregeleinrichtung nach »AEG-Mitteilungen«, 1954,
(Bild 3 auf S. 394) bekannt, welche zwei geber- und empfängerseitig über ein mechanisches
Getriebe miteinander verbundene induktive Ferngeber besitzt. Diese Folgeregeleinrichtung
wird als Fernanzeigeanordnung verwendet. Hierbei geht es um eine Grobwert-Feinwert-Übertragung.-Bei
einer schnellen Betätigung über 180° C hinaus ist eine unbeeMußte Drehrichtungsumkehr
möglich. Das stellt einen erheblichen Mangel dar bei der Anwendung dieser Folgeregeleinrichtung
an Bord von Schiffen. Gerade dort kommt es aus Gründen der Sicherheit auf eine hohe
Folgegenauigkeit an, die über den ganzen Bereich hin gewährleistet sein muß, auch
dann, wenn eine schnelle Betätigung über 180° hinaus erfolgt.
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Eine weitere nach AEG-Mitteilungen«, 1957, (Bild 2 auf S. 122) bekannte
Einrichtung, welche ebenfalls mit zwei geber- und empfängerseitig über ein mechanisches
Getriebe miteinander verbundene induktive Ferngeber arbeitet, erzielt zwar eine
Verbesserung des Regelverhaltens. Dieses wird erreicht durch den Einbau von RC-Gliedern
in den Regelkreis. Infolge ihrer galvanischen Kopplung mit den Steuerkreisen ist
bei Ausfall eines Dämpfungsgliedes die gesamte Regeleinrichtung funktionsuntüchtig.
Die mit den RC-Gliedern erzielte Verbesserung ist somit für den Einsatz unter den
robusten Betriebsbedingungen an Bord von Schiffen mit einer Minderung der ständigen
Betriebssicherheit und Funktionstüchtigkeit verbunden. Gerade die hohen Anforderungen
an die Sicherheit schaffen weit schwierigere Bedingungen, die bei der Fernbedienung
der Hauptmaschine und der Schiffsführungsanlagen zu erfüllen sind.
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Weiterhin ist nach der deutschen Patentschrift 965 647 eine Anordnung
bekannt, die der magnetischen Regelung von elektrischen Geräten dient und unter
gewissen Belastungsverhältnissen auftretende Instabilitäten vermeidet, indem eine
Drossel mit parallelgeschaltetem ohmschem Widerstand von einem Voxmagnetisierungsstrom
durchflossen wird. Die Dämpfungsdrossel wirkt jeglichen Gleichstromänderungen in
der Steuerwicklung des Magnetverstärkers durch die über einen Widerstand kurzgeschlossene
Sekundärwicklung entgegen. Es wird eine Bedämpfung im Primärstromkreis erreicht.
Dadurch erfolgt ein langsamer Anstieg des Stromes. Das bedeutet, daß keine Sprungfunktion
entsteht. Dieses stellt einen erheblichen Mangel dar bei der Verwendung dieser Anordnung
für Folgeregeleinrichtungen. Gerade für Folgeregeleinrichtungen, die eine hohe Folgegeschwindigkeit
besitzen müssen, um allen Regelaufgaben gewachsen zu sein, ist eine solche Dämpfungsanordnung
nicht geeignet, da sie nicht in der Lage ist, die geforderte Nullpunktfestigkeit
zu gewährleisten. Die bekannte magnetische Regelanordnung löst nur Regelaufgaben
für elektrische Geräte in Abhängigkeit von der Belastung, während für Regelaufgaben
von Fernbedienungsanlagen eine hohe Folgegeschwindigkeit bei der Winkelwertübertragung
notwendig wird. Daraus ergibt sich, daß zur Erreichung einer hohen Nullpunktfestigkeit
für die Dämpfung eine Sprungfunktion notwendig ist.
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Eine andere durch die Patentanmeldung A 16754 VIII b / 21c bekannte
Anordnung zur Regelung von vormagnetisierten Drosseln betrifft die Wechselwirkung
mehrerer-vormagnetisierter Drosseln zur Strom- und Spannungsregelung. Die Strom-und
Spannungsregelung erfolgt mittels unterschiedlicher Regelgrößen in unterschiedlichen
Bereichen und arbeitet auf einem festen Sollwert. Eine Stabilitätsbeeinflussung
des Regelvorganges ist nicht möglich. Die Verwendung vormagnetisierter Drosseln
zur
Lösung von Regelaufgaben setzt jedoch voraus, daß eine hohe
Stabilität des Systems vorhanden ist. Dieses gewinnt besonders dann an Bedeutung,
wenn die Regelaufgabe von einer fortlaufenden Änderung der Führungsgröße beeinflußt
wird.
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Für eine betriebssichere Folgeregeleinrichtung sind die Stabilität
und die Folgegeschwindigkeit von ausschlaggebender Bedeutung. Bei einem Einsatz
an Bord von seegehenden Schiffen gewinnen diese Eigenschaften noch eine weit höhere
Wertigkeit. Wenn die Führungsgröße über 180° hinaus betätigt wird, so kann es geschehen,
daß bei nicht genügender Folgegeschwindigkeit des Stellmotors eine überkopplung
eintreten kann, die den Stellmotor in entgegengesetzter Richtung zu der vorgegebenen
Richtung in Bewegung setzt. Wird die Führungsgröße durch eine mechanische Übersetzung
angetrieben, so wird damit auch gleichzeitig der Fehlerwinkel vergrößert. Das stellt
eine störende Nebenerscheinung dar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Folgesteuereinrichtung
zu schaffen, deren Fehlerwinkel klein gehalten wird und deren Führungsgröße - mit
hoher Verstellgeschwindigkeit betätigt werden kann, ohne dabei die Folgegenauigkeit
bezüglich der vorgegebenen Drehrichtung zu gefährden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe
dadurch gelöst. daß der in jedem Empfänger induzierte Wechselstrom über jeweils
zwei gegenläufig geschaltete Wicklungen eines Transformators, der andererseits mit
einem in der Phasenlage mit dem Speisestrom der Drehfeldsysteme übereinstimmenden
Strom gespeist ist und über Gleichrichter zwei im Gegentakt geschaltete Magnetverstärker
je nach seiner von der Richtung der Auslenkung des Drehfeldsystems abhängigen Phasenlage
steuert und die Arbeitsströme der Magnetverstärker das Stellglied gegenläufig beeinflussen,
und daß die vom untersetzt angetriebenen Drehfeldsystem bewirkte Aussteuerung der
Magnetverstärker um so viel stärker ist als die des befehlsgebenden Systems, daß
sie eine von diesem bei hoher Verstellgeschwindigkeit etwa verursachte Gegensteuerung
überwiegt.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine derartige Anordnung. Zwei Drehfeldsysteme
in Geber-Empfänger-Schaltung sind so miteinander gekuppelt, daß die beiden Geber
und auch die beiden Empfänger mit jeweils einem mechanischen Getriebe X gleicher
Auslegung so verbunden sind. daß die Auslenkung des einen Systems la, 2a geringer
ist als die des befehlsgebenden Systems 1, 2. Die Auslenkung des Systems aus der
Nullage bewirkt bekanntlich im Empfängerteil einen Induktionsstrom, dessen Phasenlage
von der Richtung der Auslenkung abhängt. Diese Ströme beider Empfänger 2, 2a werden
jeweils zwei Wicklungen eines Transformators 3 zugeleitet, der über eine weitere
Wicklung mit einem in der Phasenlage mit dem Speisestrom der Drehfeldsysteme übereinstimmenden
Strom gespeist ist. Die vom Strom der Drehfeldsvsteme durchflossenen Wicklungen
W l, W 2 bzw. W j, W 4 sind gegenläufig geschaltet, so daß
je nach der von der Richtung der Auslenkung abhängigen Phasenlage des Stroms die
eine der Wicklungen der Wirkung der Speisewicklung entgegenwirkt, während die andere
die Wirkung der Speisewicklung unterstützt. Jeweils eine der Wicklungen eines Wicklungspaares
W l, W 2 - bzw. W3, W 4 steuert über einen Gleichrichter und Steuerwicklungen
Stl ... St4 einen der Magnetverstärker, so daß diese in Abhängigkeit von
der Phasenlage des Empfängerstroms im Gegentakt gesteuert werden. Die in der Zeichnung
nicht dargestellten Arbeitsstromkreise der Magnetverstärker beeinflussen das Stellglied
in seiner Drehrichtung gegenläufig. Mit dem Stellglied sind die Drehfeldempfänger
mechanisch verbunden, so daß diese ständig bis zur Einnahme der Null-Stellung nachgedreht
werden.
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Das untersetzt angetriebene und daher langsamer arbeitende Drehfeldsystem
la, 2a ist der Gefahr der Drehrichtungsumkehr nicht ausgesetzt. Die von diesem
System ausgehende Steuerwirkung auf die Magnetverstärker ist daher so zu bemessen,
daß sie eine vom befehlsgebenden System 1, 2 infolge hoher Verstellgeschwindigkeit
verursachte Gegensteuerung überwiegt. Ist nämlich Geber 1 so bemessen, daß für jede
Drehrichtung eine Winkelfreiheit von l80° zur Verfügung steht, so könnte bei schnellem
Betätigen von Geber 1 eine der vorgegebenen Drehrichtung entgegengesetzte Durchflutung
in den Magnetverstärkern eintreten, weil Empfänger 2 nicht immer schnell genug nachgedreht
wird. Das erfindungsgemäß lang samer drehende .Empfängersystem la, 2a bleibt
jedoch in diesem Fall richtungsweisend, weil die von ihm ausgehende Durchflutung
die des ersten Geber-Empfänger-Systems 1, 2 übersteigt. Der Betrag der übersteigenden
Durchflutung ist in Abhängigkeit von der jeweils zu lösenden Regelungsaufgabe zu
wählen.
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Vorteilhaft werden die gegenläufig wirkenden Steuerstromkreise beider
Maanetverstärker jeweils über einen Transformator 4,4a gekoppelt. Hierdurch werden
Einpendelungsvorgänge gedämpft oder ausgeschaltet und somit die Nullpunktfestigkeit
erhöht.