DE1802013B1 - Elektrische Regeleinrichtung zur stossfreien Hand-Automatik-Umschaltung - Google Patents

Elektrische Regeleinrichtung zur stossfreien Hand-Automatik-Umschaltung

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DE1802013B1
DE1802013B1 DE19681802013 DE1802013A DE1802013B1 DE 1802013 B1 DE1802013 B1 DE 1802013B1 DE 19681802013 DE19681802013 DE 19681802013 DE 1802013 A DE1802013 A DE 1802013A DE 1802013 B1 DE1802013 B1 DE 1802013B1
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DE
Germany
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variable
amplifier
manual
manual control
control device
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Application number
DE19681802013
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English (en)
Inventor
Kollmann Dipl-Ing Dr-I Eckhard
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ABB Training Center GmbH and Co KG
Original Assignee
Hartmann and Braun AG
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Publication date
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Publication of DE1802013B1 publication Critical patent/DE1802013B1/de
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B7/00Arrangements for obtaining smooth engagement or disengagement of automatic control
    • G05B7/02Arrangements for obtaining smooth engagement or disengagement of automatic control electric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Schaltungen zur stoßfreien Hand-Automatik-Umschaltung zu vereinfachen.
  • 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.
  • 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.
  • Durch die Erfindung ist es insbesondere möglich, auf eine Nachlaufregelung zum selbsttätigen Angleichen der Reglerausgangsgröße an die Handsteuergröße während des Handsteuerbetriebes zu verzichten.
  • 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.
  • F i g. 1 zeigt einen Regler, dessen Eingangsklemmen die Regelabweichung Xw zugeführt ist und an dessen Ausgangsklemmen die Stellgröße y abgenommen wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. 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 Handbetriebes starr ist und dessen Zeitkonstante klein gegen die der nachgebenden Rückführung ist, dadurch gekennzeichnet, daß während des Handsteuerbetriebes die Ausgangsgröße (yR) des Regelverstärkers (V1) auf die eine Belegung des Rückführkondensators (C1) und die Handsteuergröße (wer) auf die andere Belegung und gleichzeitig als Stellgröße (y) auf das Stellglied geschaltet ist.
2. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Handsteuergröße (yH) über einen weiteren Verstärker (V2) auf den Rückführkondensator (C1) und direkt auf das Stellglied geschaltet ist.
DE19681802013 1968-10-09 1968-10-09 Elektrische Regeleinrichtung zur stossfreien Hand-Automatik-Umschaltung Pending DE1802013B1 (de)

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Cited By (2)

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EP0076230A1 (de) * 1981-09-30 1983-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Regleranordnung
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