DE1673542C3

DE1673542C3 - Elektrische Regeleinrichtung

Info

Publication number: DE1673542C3
Application number: DE1673542A
Authority: DE
Inventors: Curt Hansson; Vilmos Dipl.-Ing. Toeroek
Original assignee: Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1966-11-29
Filing date: 1967-11-24
Publication date: 1974-09-26
Also published as: GB1203046A; CA924410A; FR1553056A; NL6716188A; SE320432B; BE707198A; US3551772A; DE1673542B2; DE1673542A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regeleinrichtung mit einem Regler, der aus einem geger.gekoppelten Regelverstärker besteht, dessen Gegenkopplungspfad zur selbsttätigen optimalen Anpassung seines Regelverhaltens an Störungen im dynamischen Verhalten des Regelkreises einen mit der Ausgangsspannung des Regelverstärkers veränderlichen, den Verstärkungsgrad des Regelverstärkers verringernden Widerstand aufweist. Ein solcher Regler ist in der österreichischen Patentschrift 217 576, insbesondere Fig. 6 und 7 mit zugehörigem Text, beschrieben.

Bei zahlreichen Regelsystemen ist deren dynamisches Verhalten oft eine Funktion der Regelgröße selbst oder von Störgrößen. Ein Beispiel dafür ist ein Selbststeuergerät eines Flugzeuges, dessen Übertra-Eunesfunktion unter anderem von der Fluggeschwindigkeit imd der Flughöhe abhängt. Ein anderes Beispiel ist ein Stromrichter, dessen Übertragungseigenschaften sich beim Übergang von kontinuierlichen zu diskontinuierlichen Stiom stark ändern, wodurch die Regelgeschwindigkeit stark verschlechtert wird. Dies hat zur Folge, daß der Regelvorgang in gewissen Teilen des Betriebsgebietes des Reglers entweder nicht stabil ist oder auch unzulässig langsam wird. Um diese Nachteile zu vermeiden, werden bei bekannten Anordnungen entweder die natürlichen Störungen ausgenutzt oder ein Testsignal in den Regelkreis eingeführt und in Abhängigkeit der Antwortsignale des Kreises irgendein Kreisparameter automatisch geändert, z.B. die Verstärkung oder die Integrationsgeschwindigkeit des Reglers, so daß die Regelung die ganze Zeit stabil ist und einen annähernd konstanten Dämpfucgsgrad hat Diese bekannten Anordnungen für Regelkreise sind jedoch kompliziert und kostspielig·

Aus der britischen Patentschrift 814 093 ist ein

Regelkreis bekannt, bei dem eine Größe des Regelkreises (die Beschleunigung) abgetastet und in einem Bandpaßfilter filtriert wird. Die filtrierte Größe wird dann gleichgerichtet und geglättet und einem Phasenvoreilungskreis zugeführt, dessen Ausgangssignal einem in den Regelkreis eingehenden Verstärker mit variabler Verstärkung zugeführt wird und dessen Verstärkung beeinflußt. Der Bandpaßfilter ist auf die Frequenz der Selbstschwingungen des Kreises abgestimmt. Die Verstärkung wird hierdurch von der Amplitude der Selbstschwingungen abhängig und wird mit abnehmender Amplitude der Selbstschwingungen erhöht. Dieser Regelvorgang wird immer in einem solchen Zustand gehalten, daß kleine, aber begrenzte Selbstschwingungen vorhanden sind. Die Verstärkung und damit die Regelgeschwindigkeit des Reglers wird deshalb stets auf ihrem höchstmöglichen Wert gehalten.

In. der USA.-Patentschrift 3 283 229 ist ein Regelkreis gezeigt, der mit dem obenerwähnten fast identisch ist. Er enthält aber außerdem ein Vergleichsorgan, in dem die Amplitude der Selbstschwingungen mit einem Bezugswert verglichen wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Amplitude der immer vorliegenden Selbstschwingungen genau auf einem vorausbestimmten Wert gehalten werden.

Die in diesen beiden Druckschriften beschriebenen Regelanordnungcn sind insofern mit Aufwand verbunden, als dort Abtastglieder zur Erfassung der die Selbstanpassung bewirkenden Größen benötigt werfen.

In der österreichischen Patentschrift 217 576 wird ein Regler beschrieben, bei dem die Selbstanpassung in besonders einfacher Weise durchgeführt ist. Die don beschriebene Wegrcgelung arbeilet mit einer unterlagerten Drehzahl- und Stromregelung als Hilfsregclcinrichtungen. Bei größeren Regelabweichungen werden die Begrenzungen der unterlagertcn Regelungen wirksam und verändern das dynamische Verhalten des Systems. Um den entgegenzuwirken, ist im Rückführungskreis des Drehzahlreglers ein Schwellwertglied vorhanden, welches anspricht, wenn die Ausgangsspannung des Reglers einen bestimmten Wert überschreitet. Dadurch wird der Widerstandswert des Rückfülirungskrcises des Reglers schlagartig verändert. Der Regler hat also eine Kennlinie mit einem Knickpunkt. Das System arbeitet mit zwei festen Verstärkungswerten, die in bekannter Weise so

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gewählt werden müssen, daß das System stets mit ge- Eingang eines Verstärkers 14 zugeführt wird. An die-

nügendem Abstand unter der Stabilitätsgrenze arbei- sem Eingang ist auch eine der gewünschten Drehzahl

tet entsprechende Bezugsspannung ober einen Wider-

Daran anknüpfend besteht die der Erfindung zu- stand 15 angeschlossen. Die Ausgangsspannung vom

gründe liegende Aufgebe darin, mit einfachen Mit- s Verstärker 14 gibt den Sollwert für den Motorstrom

teln den Verstärkungsgrad des Regelverstärkers stets und wird über einen Widerstand 16 dem Eingang des

auf einen solchen Wert zu halten, daß das System Regelverstärkers 11 zugeführt,

unmittelbar unterhalb der Stabilitätsgrenze arbeitet. Der Regelkreis besteht also aus einem unterlager-

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Regel- ten Stromregelkreis, dessen Istwertrückführung die einrichtung der eingangs genannten Art dadurch ge- »ο Teile 5,6,9 und 10 enthält, und einem übergwrduelöst, daß der Gegenkopplungspfad de» Regelverstär- ten Drehzahlregelkreis, dessen Istwertrückfübrung kers einen Gegenkopplungsverstärker aufweist, des- aus dem Tachometergenerator 12 und dem Widersen Eingang an das Ausgangssigna} des Regelverstär- stand 13 besteht.

kers angeschlossen ist und dessen Ausgang auf den Wie eingangs erwähnt, ist die Regelgeschwindig-

Eingang des Regelverstärkers geschaltet ist, und daß 15 keit eines Stromrichteis wesentlich (z.B. 10mal) grö-

der Gegenkopplungcverstärker mit Schaltelementen ßer bei kontinuierlichem Strom als bei diskontinuier-

zur Begrenzung einer Ausgangsgröße beim Auftreten lichem Strom. Auch wenn die Verstärkung des Re-

von Schwingungen in der Regelgröße versehen ist. gelverstärkers 11 so groß wie möglich gemacht wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Er- d. h. so, daß die Stabilität des Stromregelkreises ge-

findung, bei der der Gegenkopplungspfad des Regel- ao rade noch bei kontinuierlichem Strom erhaltea wird,

Verstärkers eine Reihenschaltung aus einem ersten wird die Regelgeschwindigkeit dieses Kreises bei

Kondensator und einem ersten Widerstand enthält, nicht kontinuierlichem Stiom wahrscheinlich so nied-

ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der rig, daß die Drehzahlregelung unstabil wird.

Eingang des Gegenkopplungsverstä.kers zwischen Diesem Mangel kann mit eier erfindungsgemäßen

dem ersten Widerstand und dem ersten Kondensator as Anordnung abgeholfen werden, mit ''eren Hilfe zur

angeschlossen ist und daß der Ausgang des Gegen- Selbstanpassung die Verstärkung des Verstärkers 11

kopplungsverstärkers über einen zweiten Widerstand si geregelt wird, daß der Stromregelkreis immer so

an den Eingang des Regelverstärkers angeschlossen schnell wie möglich wirkt, d. h.. daß er immer an der

ist. Stabilitätsgrenze arbeitet.

Nach einer weiteren zweckmäßiger. Ausgestaltung 30 Für die Selbstanpassung ist ein Gegenkopplungsist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die verstärker 25 in den Gegenkopplungspfad 1I-H2 Schaltelemente zur Begrenzung der Ausgangsgröße des Verstärkers 11 angeschlossen. Der Eingang des des Gegenkopplungsverstärkers eine zwischen Ein- Gegenkopplungsverstärkers ist am Schaltpunkt des gang und Ausgang des Gegenkopplungsverstärkers Widerstandes 111 und des Kondensators 112 angeangeschlossene Reihenschaltung aus einem zweiten 35 schlossen, und sein Ausgang ist über einen Widei-Kondensator und einer Diodenschaltung enthalten, stand 116 am Eingang des Verstärkers 11 angedie zu einem als negative Rückkopplung des Gegen- schlossen. Der Gegenkopplungsverstärker hat einen kopplungsverstärkers wirkenden dritten Widerstand Gegenkopplungswiderstand 25i. Parallel zu diesem parallel geschaltet ist. liegt ein Kondensator 252 in Reihe mit entgegengc-

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der 4t> setzt reihengeschalteten Z-Diodcn 253 und 254.
Zeichnung näher beschrieben, die eine Regele inrich- Dem Eingang des Rcgeherstärkers H wird ein lung für die Regelung der Drehzahl eines Gleich- Fehlersignal zugeführt, das dem Stromfehlcr entstromrnotors 1 darstellt. Sein Anker wird von einem spricht. Das Ausgangssignal des Verstärkers 14 ist Stromrichter 2 gespeist, dessen Wechselstromkreis- der Sollwert des Motorstromes, und über den Widermen 3 an einem Dreiphasennetz angeschlossen sind. 45 stand 10 erhält man den Istwert des Stromes.
Die abgegebene Gleichspannung des Stromrichters Dieses Fehlersignal wird ,m Regelverstärker 11 wird in bekannter Weise vom Steuergerät 4 in Ab- verstärkt und über den Kondensator 112 und den hängigkeit von der Spannung seines Eingangs 41 ge- Widerstand 115 dem Eingang des Gegenkopplungsregclt, und zwar durch Regelung in Abhängigkeit von Verstärkers 25 zugeführt. Das Ausgangssigiial des der vom Steuergerät an die Ventile des Stromrichters 50 Gegenkopplungsverstärkers wird mit Hilfe der abgegebenen Zündimpulse im Verhältnis zur Wcch- Widerstände 16 und 116 dem Fehlersignai am Einsclsprnnung. uang des Verstärkers 11 gegcngckoppclt. Ohne den

Der Motorstrom wird mit Hilfe eines StromwarrJ- Gegenkopplungsverstärker 25 wäre der Verstärker lers 5 gemessen, dessen Sekundärstrom von einem 11 kräftig negativ rückgekoppelt. Der Gegenkopp-Gleichrichter 6 gleichgerichtet wird. Der resultie- 55 lungsvcrsiärkcr vermindert jedoch diese negative rende Gleichstrom ist dem Motorstrom proportional Rückkopplung, wodurch die effektive Verstärkung und durchfließt Widerstände 8 und 9. Die Spannung des Verstärkers 11 und dadurch die totale Verstäriibcr dem letztgenannten Widerstand ist proportional kung de Drehzahlregelung erhöht wild, dies in soldem Motorslrom und wird über einen Widcrsland 10 chcm Umfang, daß der Regelkreis instabil wird und dem Eingang eines Regeiverstarkers 11 zugeführt. 60 Sclbstschwingungen in dem Regelkreis auftreten.
Seine Gegenkopplungsimpedanz besteht aus einem Bei zunehmender Schwingungsamplitude wird Widerstand 111 und einem Kondensator 112. Die aber die Spannung über den 7,-Dioden 253 und 254 Ausgangsspannung des Regelverstärkers wird dem größer. Da diese Spannung aber die Durchbruch-Eingang 41 des Steuergerätes 4 für die Ventile züge- spannung dieser Dioden nicht überschreiten kann, führt. 65 wird sie durch die Dioden begrenzt. Das heißi, daß

In einem Tachometergenerator \1 wird eine der bei zunehmender Schwingungsamplitude, weil die

Drehzahl des Motors 1 proportionale Gleichspan- Gegenkopplung vergrößert wird, eine Herabsetzung

nung erzeugt, die über einen Widerstand 13 dem der Verstärkung des Gegenkopplungsverstärkers be-

wirkt wird. Die Herabsetzung wird aueli die effektive Verstärkung des Rcgelvcrstärkcrs 11 vermindern, wodurch die Selbstschwingungsamplitudc eine Tendenz zur Verminderung bekommt.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird also die Verstärkung so regeln, daß immer Selbst schwingungen vorhanden sind. d. h. so. daß die Verstä und damit die Rcgclgcschwindigkeit der Drchz gelling stets so hoch wie möglich ist. Die Amp der Sclbsvschwingungcn ist aber begrenzt und bei zweckmäßiger Bemessung so niedrig gel werden, daß keine Nachteile entstehen.

!Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I 673 Patentansprüche:

1. Elektrische Regeleinrichtung mit einem Regler, der aus einem gegengekoppelten Regelverstärker besteht, dessen Gegenkopplungspfad zur selbsttätigen optimalen Anpassung seines Regelverhaltens an Störungen im dynamischen Verbalten des Regelkreises einen mit der Ausgangsspan- nung des Regelverstärkers veränderlichen, den Verstärkungsgrad des Regelverstärkers verringernden Widerstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungspfad des Regelverstärkers einen Gegenkopp- lungsverstärker (25) aufweist, dessen Eingang an den Ausgang des Regelverstärkers (U) ange schlossen ist und dessen Ausgang auf den Eingang des Regelverstärkers (11) geschaltet ist, und daß der Gegenkopplungsverstärker (25) mit Schaltelementen (252, 253, 254) zur Begrenzung seiner Ausgangsgröße beim Auftreten von Schwingungen in der Regelgröße versehen ist.

2. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Gegenkopplungspfad des Regelverstärkers eine Reihenschaltung aus einem ersten Kondensator und einem ersten Widerstand enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Gegenkopplungsverstärkers (25) zwischen dem eüten Widerstand (111) und dem ersten Kondensator (112) angeschlossen ist und daß der Ausgang des Gegenl.opplungsverstärkers über einen zweiten Widtrstanr (116) an den Eingang des RegelverstUrkers (11) angeschlossen ist.

3. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente zur Begrenzung der Ausgangsgröße des Gegenkopplungsverstärkers (25) eine zwischen Eingang und Ausgang des Gegenkopplungsverstärkers angeschlossene Reihenschaltung aus einem zweiten Kondensator (252) und einer Diodenschaltung (253, 254) enthalten, die zu einem als negative Rückkopplung des Gegenkopplungsverstärkers (25) wirkenden dritten Widerstand (251) parallel geschaltet ist.