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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regeleinrichtung
zur stoßfreien Hand-Automatik-Umschaltung mit einem Verstärker, dessen Ausgangsgröße
über ein RC-Glied auf den Verstärkereingang zurückgeführt ist und bei dem die Rückführung
während des automatischen Betriebes nachgebend und während des Handsteuerbetriebes
starr ist und die Zeitkonstante des Regelverstärkers klein gegen die der nachgebenden
Rückführung ist.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 243 767 ist eine Regeleinrichtung
bekannt, die unter der Voraussetzung, daß vor dem .Umschaken von Handsteuerbetrieb
auf automatischen Betrieb die Handsteuergröße gleich der kegelabweichung ist, stoßfrei
umschaltet. Da nur in Ausnahmefällen die Voraussetzung erfüllt ist, daß die Regelabweichung
gleich der Handsteuergröße ist, ist vor dem Umschalten von Handsteuerbetrieb auf
autpmatischen Betrieb ein sorgfältiges Angleichen der Handsteuergröße an die Regelabweichung
durch das Bedienungspersonal notwendig.
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Es sind andere Schaltungen zur stoßfreien Hand-Automatik-Umschaltung
bekannt, bei denen das Angleichen der Handsteuergröße an die Regelabweichung durch
das Bedienungspersonal vor dem Umschalten nicht erforderlich ist (deutsche Auslegeschriften
1 236059 und 1 267 453). Bei diesen Schaltungen ist jedoch ein zusätzlicher Regelkreis
erforderlich, der während der gesamten Dauer des Handsteuerbetriebes in der Art
einer Nachlaufregelung die Reglerausgangsgröße an die Handsteuergröße angleicht.
Nach dem Umschalten von Handsteuerbetrieb auf automatischen Betrieb läuft dann die
Stellgröße mit einer Verzögerung erster Ordnung von dem Wert der Handsteuergröße
auf den durch die Regelabweichung bestimmten Wert der Reglerausgangsgröße ein.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Schaltungen zur stoßfreien
Hand-Automatik-Umschaltung zu vereinfachen.
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Die Erfindung macht sich die Überlegung zunutze, daß sehr schnelle
Änderungen der Reglerausgangsgröße, wie sie z. B. bei der Bewegung des Schaltarmes
eines Schalters im Ausgangskreis des Regelverstärkers von einem Kontakt zum anderen
vorkommen, keinen Einfluß auf das Stellglied ausüben. Da auch die Eigenzeitkonstante
eines elektronischen Verstärkers in derselben Größenordnung liegt wie die Dauer
des Umschaltvorganges eines Schalters, genügt es nämlich, wenn nach dem Umschalten
von Handsteuerbetrieb auf automatischen Betrieb die Reglerausgangsgröße innerhalb
kürzester Zeit auf den Wert der Handsteuergröße vor dem Umschalten gebracht wird.
Es ist also nicht erforderlich, die Reglerausgangsgröße wie bei den bekannten Regeleinrichtungen
während des gesamten Handsteuerbetriebes der Handsteuergröße nachzuführen.
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Die Erfindung, die von dieser Erkenntnis ausgeht, löst bei einer
elektrischen Regeleinrichtung zur stoßfreien Hand-Automatik-Umschaltung der eingangs
genannten Art die gestellte Aufgabe dadurch, daß während des Handsteuerbetriebes
die Ausgangsgröße des Regelverstärkers auf die eine Belegung des Rückführkondensators
und die Handsteuergröße auf die andere Belegung und gleichzeitig als Stellgröße
auf das Stellglied geschaltet ist. In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung
ist die Handsteuergröße zur Variation des Proportionalbereiches und der Nachstellzeit
unabhängig voneinander über einen weiteren Verstärker auf
den Rückführkondensator
und direkt auf das Stellglied geschaltet.
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Durch die Erfindung ist es insbesondere möglich, auf eine Nachlaufregelung
zum selbsttätigen Angleichen der Reglerausgangsgröße an die Handsteuergröße während
des Handsteuerbetriebes zu verzichten.
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An Hand der Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 das Schaltbild einer Regeleinrichtung nach der Erfindung
und F i g. 2 das Schaltbild einer Regeleinrichtung nach einer bevorzugten Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.
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F i g. 1 zeigt einen Regler, dessen Eingangsklemmen die Regelabweichung
Xw zugeführt ist und an dessen Ausgangsklemmen die Stellgröße y abgenommen wird.
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Der Regler besitzt einen zweipoligen UmschalterS zum Umschalten zwischen
automatischem und Handsteuerbetrieb. In der F i g. 1 steht der Schalter S in der
Stellung für automatischen Betrieb. Die Stellung für Handsteuerbetrieb ist gestrichelt
eingezeichnet.
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Im automatischen Betrieb wird dem Verstärker Vi, einem Verstärker
mit Phasenumkehr und hohem Verstärkungsgrad, die Summe aus der Regelabweichungxw
und der Rückführgrößexr über die Widerstände R3 bzw. R2 zugeführt. Die Ausgangsgrößeys
des Verstärkers V1 ist gleich der Stellgröße y. Die Ausgangsgröße des Verstärkers
V1 ist gleichzeitig auf das Rückführnetzwerk geschaltet. Während des automatischen
Betriebes ist die Rückführung nachgebend, sie besteht aus den Widerständen R1 und
R2 sowie dem Kondensator C1. Der Regler mit der Regelabweichung Xw als Eingangsgröße
und der Stellgröße y als Ausgangsgröße hat somit PI-Verhalten.
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Während des Handsteuerbetriebes nimmt der Schalter S die gestrichelt
gezeichnete Stellung ein. An dem Widerstand R4 wird die Handsteuergröße YH abgegriffen
und als Stellgröße y dem Stellglied zugeführt.
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Außerdem ist die Handsteuergrößeyg auf die rechte Belegung des Kondensators
C1 geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers V1 ist auf den Verbindungspunkt zwischen
dem Widerstand R1 und der linken Belegung des Kondensators C1 geschaltet. Die Rückführgrößexr
ist gleich der Ausgangsgrößeys des Verstärkers Vi.
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Da das Rückführnetzwerk nur noch aus den Widerständen R1 und R2 besteht,
ist die Ausgangsgröße YR des Verstärkers V1 proportional der Regelabweichung Xw.
Während des Handsteuerbetriebes lädt sich der Kondensator C1 auf die Spannung ucl
auf: UC1 = YRYX (1) Da wegen der starren Rückführung YR proportional Xw ist, gilt
für die Spannung am Kondensator C1 weiterhin: R3 uC1 = Xw-Y. (2) R2 Beim Umschalten
von Handsteuerbetrieb auf automatischen Betrieb wird die Verbindung zwischen dem
Ausgang des Verstärkers V1 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und
dem Kondensator C1 unterbrochen, gleichzeitig wird der Ausgang y auf den Ausgang
des Verstärkers V1 gelegt. Das bedeutet, daß die Rückführspannung Xr nach dem Umschalten
die folgende Größe hat: Xr = UC1 + YR = R3 Xw-YH+YR. (3) R2
Auf
den Verstarker V1 wirken nunmehr die Spannung xw (über den Widerstand R3) und die
Spannung xr (über den Widerstand R2) ein. Die Ausgangsgroße yr des Verstärkers V1
ändert sich so lange, bis die vorzeichenbewertete Summe seiner Eingangsströme ungefähr
Null ist, d. h.
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R3 xw = R2 xr. (4) Setzt man die Gleichung (3) in die Gleichung (4)
ein, so ergibt sich:
Rg -Xw= Xw - YH f YR . (5) R2 Wie die Gfeichung (5) zeigt, nimmt die Ausgangsgröße
YR den Wert der Handsteuergröße yH vor dem Umschalten an. Die Ausgangsgröße yR des
Verstärkers V1 läuft innerhalb eines Zeitraumes, dessen Dauer in der Größenordnung
von Millisekunden liegt, von dem Wert, den sie vor dem Umschalten hatte, auf den
Wert der Handsteuergröße yH. Dieser Zeitraum ist von der Eigenzeitkonstanten des
Verstärkers V1 abhängig.
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Tatsächlich geht bei der erfindungsgemäßen Schaltung diese Anderung
der Stellgröße y so schnell vor sich, daß sie keinen Einfluß auf das Stellglied
ausübt. Das Stellglied folgt erst wieder der Änderung der Ausgangsgröße YR des Verstärkers
V1, wenn sich der Kondensator C1 mit der Nachstellzeitkonstanten Tn entlädt.
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F i g. 2 zeigt eine gegenüber der F i g. 1 erweiterte Schaltung.
Soweit die F i g. 2 mit der F i g. 1 übereinstimmt, sind die gleichen Bezugszeichen
verwendet. In dem Rückführkreis ist ein Verstärker V2 ohne Phasenumkehr mit einstellbarer
Verstärkung zur Variation des Proportionalbereiches xp des PI-Reglers vorgesehen.
Das Verhältnis der Widerstände R1 ist so ge-7 wählt, daß die Nachstellzeitkonstante
Tn praktisch gleich dem Produkt R1 Ca ist. Das bedeutet, daß sowohl die Nachstellzeitkonstante
als auch der Proportionalbereich unabhängig voneinander eingestellt werden können.
Eine Änderung des Widerstandes R1 bewirkt eine Änderung der Nachstellzeitkonstanten
Tn; eine Änderung des Verstärkungsfaktors V2 bewirkt eine Änderung des Proportionalbereiches
xp. Während
des Handsteuerbetriebes lädt sich der Kondensator C1 auf die Spannung
uc1 auf: uC1 = R3 xw - V2yH. (6) R2 automatischen Betrieb nimmt die Rückführspannungxr
unter Berücksichtigung der Gleichung (6) die folgenden Werte an: R3 xr = uC1 + V2yR
xw + V2(yR-yH). (7) R2 Die Ausgangsgröße YR des Verstärkers V1 ändert sich so lange,
bis die schon erwähnte Bedingung R2Xw=R2Xr (4) erfüllt ist. Setzt man die Gleichung
(7) in die Gleichung (4) ein, so ergibt sich, daß die Ausgangsgröße YR des Verstärkers
V1 nach dem Umschalten von Handsteuerbetrieb auf automatischen Betrieb unabhängig
von der Größe des Verstärkungsfaktors V, den Wert der Handsteuergröße yg vor dem
Umschalten annimmt: ~~Xw= 3 XS + V2 (YRYB) (8) R2 2 Wird dem Widerstand R3 ein PD-Glied
vorgeschaltet, so nimmt der Regler PID-Verhalten an.