DE1942169C3 - Elektrische Regeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für durch Frcqucn/en dargestellte Regelgrößen mit einer Vergleichsschaltung, der die frcqucn'analoge Impulsfolge und ein Puls konstanter Bezugsfrequenz zugeführt sind und die ein dem Integral der Frequenzdifferenz der beiden Impulsfolgen entsprechendes Steuersignal /um Steuern eines Stellgliedes der Regeleinrichtung erzeugt.

Eine solche Regeleinrichtung ist aus der CH-PS 71 172 bekannt. Dabei enthält die Vergleichsschaltung einen Vor-Rückwärts-Zähler, dessen Zähleingang für die eine Zahlrichtung die frcquerizanalogc Impulsfolge und dessen Zählcingang für die andere Zählrichtung ein l'uls konstanter Bezugsfrequenz zugeführt wird und der this Integral der Frequenzdifferenz in digitaler Form bildet. An den Ausgang des Zahlers ist ein Digital-Analog-Wandler angeschlossen, der jin zur Steuerung ties Stellgliedes geeignetes analoges Signal erzeugt. Diese bekannte Regeleinrichtung erfordert komplizierte Bauelemente und ist daher sehr aufwendig. Ferner ist die Ansprechgeschwindigkeit bei kleinen Regelabweichungen gering, und eine Änderung des Sollwertes der frequenzanalogen Impulsfolge ist nur durch Änderung der Frequenz des Bezugspulses möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Regeleinrichtung anzugeben, die trotz hoher Regelgenauigkeit einen einfachen Aufbau besitzt und bei der der zu regelnde Sollwert sehr einfach kontinuierlich einstellbar ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebene Maßnahmen.

Durch die einstellbare Vorspannung am anderen Eingang des Integrators ist der zu regelnde Sollwert sehr einfach einstellbar, ohne die Frequenz des Bezugspulses zu ändern. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere verschiedene Einrichtungen durch den selben Bezugspuls unabhängig voneinander gesteuert werden sollen. Eine hohe Regelgenauigkeit wird dadurch erreicht, daß die dem Iniegriereingang des Integrators zugeführte Impulsfolge, deren Frequenz ein Maß für die Regelabweichung ist. auf rein digitalem Wege erzeugt wird und die Umwandlung in ein analoges Signal für die Ansteuerurg dss Stellgliedes sowie auch die Einstellung des SoIIu ertes unmittelbar vor dem Stellglied erfolgt. Auf diese Weise werden die Vorteile der digitalen und der analogen Technik optimal miteinander verbunden, wobei gleichzeitig ein einfacher Aufbau erreicht wird. Eine hohe Ansprechgeschwindigkeit entsteht dadurch, daß bei jeder Regelabweichung unmittelbar ein Impuls der dem Integrator zugeführten Impulsfolge erzeugt wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. I ein Blockschaltbild einer elektrischen Regeleinrichtung nach der Erfindung.

F i g. 2 ein Schaltbild eines Integrators mit Erzeugung einer einstellbaren Vorspannung.

Fig. 3 ein Zcitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schallbilder nach F i g. 1 und 2.

In F ι g. I wird ein Puls Ps konstanter Krequen/ durch den Bezugsimpulsgenerator 1 erzeugt und einen Flipflop-Schaltkreis 2 zugeführt und dadurch in zwei Bezugspulse A und /^umgewandelt.

Die Bezugspulse A und B sind zueinander in Gegenphase, wie in dem Zeitdiagramm in F i g 3 dargestellt ist. Der Be/ugspuls B wird dem einen F.ingang einer Synchronisiereinrichtung 3 zugeführt und wandelt eine aufgenommene frequcnzanaloge Ist-Impulsfolge Pf. die dem anderen Eingang der Synchronisiereinrichtung 3 zugeführt wird, in eine Impulsfolge C um. die in Gegenphase mit dem Bezugspuls A ist. Die Impulsfolge C und der Bezugspuls A werden jeweils einzeln Flipflop-Schaltungen 4 und 6 als Triggersignale zugeführt. Die Ausgangssignale D und F der Flipflop-Schaltungen 4 und 6 werden jeweils lmpulsumwandlern (Diffcrcnzier-Schaltungen) 5 und 7 zugeführt, um die Impulsfolge F und C zu erhalten. Diese Impulsfolgen E und G werden jeweils den Ilipflop-Schaltungcn 6 und 4 als Rücksctzsignale zugeführt. Die Impulsfolge E wird aus dem impulsumwandler 5 in zwei Fällen erhalten, nämlich wenn zwei Impulse der Impulsfolge C nacheinander der Flip-Schaltung 4 zugeführt werden, und wenn nach dem Zuführen eines Impulses der Impulsfolge C /n tier Ilipflop-Schaltung 4 ein Impuls

der Impulsfolge G die Flipflop-Schaltung zurücksetzt.

Auf der anderen Seite wird die Impulsfolge G i>us dem ImpuJsumwandler 7 in zwei Fällen erhalten. nämlich wenn zwei Impulse des Kezugspulses A nacheinander der Flipflop-Schaltung 6 zugeführt werden. und wenn nach dem Zuführe.-, eines Impulses des Bezugspulses A zur Flipflop-Schaltung 6 ein Impuls der Impulsfolge Edie Flipflop-Schaltung 6 zurücksetzt. Dies wird noch ausführlicher anhand der F i g. 3 beschrieben.

In dem Zeitdiagramm in Fig. 3 sind die Übergänge der Impulse, bei denen sie die Schaltungen in F i g. I betätigen, durch Pfeile J dargestellt. Die Impulse werden nacheinander von links nach rechts in der F i g. 3 erzeugt- Zuerst wird der Impuls Ay erzeugt, um die Flipflop-Schaltung 6 zu setzen. Da der Impuls G im «5 Anschluß an den Impuls A\ erzeugt wird, wird die Flipflop-Schaltung 4 als nächstes gesetzt. Als drittes wird der Impuls A₂ nach dem Impuls C, „rzeugi. und die Flipflop-Schallung 6 wird zurückgesetzt, da zwei Impulse A\ und A₂ der Flipflop-Schaltung 6 nacheinander zugeführt wurden. Aus dem Ausgangssignal l·"beim Zurücksetzen der Flipflop-Schaltung 6 wird die Impulsfolge G. nachdem sie den Impulsumwandler 7 durchlaufen hat. gebildet.

Wenn der Impuls G\ erzeugt wird, wird die -5 Flipflop-Schaltung 4 zurückgesetzt, und sie crzeugi den Impuls Ey. Die Flipflop-Schaltungen 4 und 6 kehren daher zu diesem Zeitpunkt in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Dann werden die Flipflop-Schakungen 4 und 6 durch die Impulse A\ und C₂ entsprechend gesetzt, aber weil der Impuls A₄ früher erzeugt wird als der Impuls Cj. erreichen die Flipflop-Schaltung 6 zwei Impulse/4j und /A4 nacheinander, und der Impuls G₂ wird erzeugt. Mit dem Impuls G₂ wird die I lipflop-Schaltung 4 zurückgesetzt und der Impuls E> wird erzeugt, und dann kehren die Flipflop-Schaltimgen 4 und 6 in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Die Flipflop-Schaltungen 4 und 6 werden dann durch die Impulse ( Ί und A-, in dieser Reihenfolge entsprechend gesetzt, aber da der Impuls G früher erzeugt worden ist als der Impuls A*. erreichen zwei Impulse C₁ und C₄ nacheinander die Flipflop-Schaltung 4, und die Flipflop-Schaltung 4 wird zuerst zurückgesetzt und der Impuls E, wird durch den Impulsumwandler 5 erzeugt. Mit dem Impuls F₁ wird die Flipflop-Schaltung 6 zurückgesetzt, und der Impuls G\ w. ird erzeugt. Auf diese Weise werden die Impulse /"und 6" erhalten und entsprechend in zwei Arten klassifiziert. Die Impjlsc Ci und G₂ in der Impulsfolge G sind nämlich diejenigen, die erhalten werden, wenn zwei Impulse A nacheinander die Flipflop-Schaltung 6 erreichen, und der Impuls C) wird erhallen wenn zwei Impulse C nacheinander die Flipflop-Schaluing 4 erreichen und dadurch den Impuls E erzeugen. In entsprechender Weise können die Impulse E klassifiziert werden. Der Unterschied zwischen den Impuls-Wiederholfrequenzen der Impulsfolgen A und C kann daher festgestellt werden, wenn die Impulse G (oder E) in die zwei Arten eingeteilt werden und nur eine dieser zwei Arten abgenommen wird. Der (iruiid hierfür ist der. daß unter der Annahme, dall die Impulse Ci und G₂ aus der Impulsfolge C ausgewählt wurden (im folgenden wird dies die Impulsfolge // genannt), erhöht sich die Impulswiedcrholfrcqucnz der Impulsfolge H bei Abnahme der Impulswicdcrholfrequen/ der aufgenommenen Impulsfolge Pf. Die Impulswiederholfrequenz der Impulsfolge // entspricht somit der Differenz¹ der Impulswicdcrholfreqiienzen der Impulsfolgen .<\ und Pl.

Die Maßnahmen /um Klassifizieren der Impulse C (oder E) in die genannten zwei Arten ist ein sehr einfacher Vorgang. Um aus der Impulsfolge C die Impulsfolge H zu erhalten, genügt es, die Impulsfolgen Cund Seinem UND-Glied8zuzuführen.

Dies soll im einzelnen näher beschrieben wenden. Der Impuls Gi tritt z. B. zur selben Zeit auf wie die abfallende Signalflanke des Impulses A₂, aber um es genau auszudrücken, tritt der Impuls Ci gerade kurz nach der abfallenden Signalflanke des Impulses A₂ auf. denn der Impuls Ci tritt nicht auf. bevor A2 erzeugt ist. Damit tritt der Impuls d kurz nach der ansteigenden Signalflani.e eines Impulses ßauf. Der Impuls C₂ tritt ebenfalls kurz nach der ansteigenden Signaiflanke eines impulses B auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird daher die Nadelimpulsfolge H erhalten, wenn die Impulsfolgen C und B dem UND-Glied 8 zugeführt werden, und die Nadelimpulse H\ und H₂ werden entsprechend den Impulsen Gi und G₂ erhalten. Andererseits wird kein dem Impuls Cj entsprechender Nadelimpuls H erzeugt, da der Impuls C₃ kurz nach einer abfallenden Signalflanke eines Impulses ^auftritt.

Auf diese Weise wird die Impulsfolge Pf mn der Impulsfolge A verglichen und die Nadelimpulsfolge H wird erhalten, deren Impulswiederholfrequenz dem Unterschied zwischen den Impulswiederholfrequenzen der Impulsfolgen Pfund A entspricht.

Nachstehend wird beschrieben, auf welche Weise ein Stellglied mit der Nadelimpulsfolge Hbetätigt wird. Die Impulsfolge //wird zunächst in eine Rechteckimpulsfolge / mit Impjlscn konstanter Spannung V und einer Zeitspanne r umgewandelt, indem die Impulsfolge // und der Bezugspuls B dem Setzeingang und dem Rücksetzeingang der Flipflop-Schaltung 9 zugeführt wird.

Die genannte Rechtcckimpulsfolge / wird aus der Nadelimpulsfolge // abgeleitet und einspricht dem Unterschied der Impulswiederholfrequenz /wischen dem Bezugspuls A und der Impulsfolge /'/ Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Rechleckimpulsfolae / dem einen F.ingang eines Integrators 10. bestehend aus den Widerständen Ri und R₂, Differenzverstärker 14 und einem Kondensator Co, wie in dem Schaltbild von F i g. 2 gezeigt, zugeführt, und dem anderen Hingang wird eine Spann.ing V« als Vorspannung zugeführt, die durch Spannungsteilung von der gleichen Speisespannung Verhalten wurde, die auch für die Erzeugung tier Rechtcckimpulsfolge / in der I Iipflop-Schaltiing 9 verwendet wird.

Das Aiisgangssignal /am Ausgang des Integrators (0 wird, wie in dem Zeitdiagramm von l-'ig. 3 gezeigt, durch Zuführen der Rcchtcckimpulsfolgcn / und der Vorspannung V« zu dem Integrator 10 erhalten. Ls ist erwünscht, daß beide Arten von tingangssignalen (/und Vk in der Ausführungslorm) mit Bezug auf das Spannimgsv erhältnis von beiden stets konstant sind, und in der beschriebenen Ausl'ührungsform ist die Speisespannung der Impulsfolge / und der Vorspannung V_K gemeinsam, wobei die Spannung so geregelt wird, daß die Rechteckimpulsfolge /und die Vorspannung V«stets konstant sind. Ein Zündstromkreis für einen gesteuerten Siliziumgleichrichtcr und eine davon gesteuerte Quelle elektrischer Knergie 11 werden durch das Ausgangssignal / gesteuert, und dadurch wird ein zu regelnder Motor 12, v.. B. ein Gleichstrommotor angetrieben. Der Impulsgenerator 13,der mit dem zu regelnden Motor 12 verbunden ist, wird betätigt und erzeugt die Impulsfolge /'/:

Die Wirkungsweise wird nachstehend mit Bezug auf

I- i g. 1 beschrieben.

Die Impulsfolgen Ps und Pf werden in eine Niidelimpulsfolge H entsprechend dein Unterschied in der Impulswiederholfrcqucn/. von beiden umgewandelt, woraus eine Rechieckimpulsfolgc / erhalten wird, die der Impulswiedcrholfrequenz der genannten Nadelimpulsfolge H entspricht. Die Rechteckimpulsfolge / und die Vorspannung V« werden in dem Integrator 10 als Eingangssignal verwendet. Wenn demgemäß die Impulswiederholfrcquenz der Nadclimpulsfolgc H aus dem Gleichgewicht kommt, variiert das Ausgangssignal / des Integrators 10 in Abhängigkeit von der Impulswiederholfrequenz der Impulsfolge Pf von dem Aufnehmer 13. der mit dem zu regelnden Motor 12 verbunden ist, und betätigt die Geschwindigkeitsreglereinrichtung des Motors 12 so, daß die Impulswiederholfrequenz der Nadelimpulsfolge /-/konstant ausgeglichen wird. Wenn nach der vorliegenden Erfindung der Integrator 10 einen proportionalen Regelanteil erzeugen soll, ist es nur notwendig, einen Widerstand in Reihe mit dem Kondensator Co vorzusehen. Die vorstehende Beschreibung betrifft eine Ausführungsform mit einem Motor. Sie kann jedoch an viele andere Gegenstände, die geregelt werden sollen, angepaßt werden. Außerdem ist die Einrichtung auch anwendbar, wenn eine Mehrzahl von Gegenständen geregelt werden soll.

Eine praktische Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nachstehend beschrieben:

Für den Bezugspulsgenerator 1 wurde ein U IT-Transistor verwendet. Die Frequenz des Bezugspulses Ps betrug 3700 Hz: für die Flipflop-Schaltung 2. die Synchronisiereinrichtung 3. die Flipflop-Schaltungen 4 und 6. die Impulsumsetzer (Differenzierstromkreise) 5 und 7. das UND-Glied 8 und die Flipflop-Schaltung 9 wurde ein integrierter Halbleiterschaltkreis verwendet.

Der Integrator 10 wurde aus einem Eingangswiclerstand von 500 kOhm. einem Kondensator von 0.2 Mikrofarad und einem Verstärker mit einem Verstärkungsgrad von IO^h gebildet. Als Eingangssignal des Integrators 10 wurde eine Rcchtcckinipiilsfolgc aus einer Flipflop-Schaltung 9 verwendet; als Vorspannung V_K wurde eine von der gleichen Speisespannung, wie für die Erzeugung der Rechtcckimpulsl'olge verwendet wurde, abgeteilte .Spannung genommen. Durch die Ausgangsspannung des Integrators, der in einen l.eitcrkompcnsationsstromkreis (nicht gezeigt) eingefügt wurde, wurde ein phasen regelnder Im pulsgenerator (nicht gezeigt), bestehend aus einem U)T-Transistor, betätigt. Ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter (SCR) wurde durch das Ausgangssignal des genannten Impulsgenerators betätigt, und das Ausgangssignal dieses SCR-Kreises wurde einem Anker eines Gleichstrommotors zugeführt. Die Drehzahl des genannten Gleichstrommotors wurde mit einem elektromagnetischen Aufnehmer (Tonabnehmer) von 60 PPR festgestellt. Die Impulsfolge Pf. die durch Verstärkung und Formung dieses Aufnchmcrsignals erhalten wurde, wurde, wie in Fig. 1 gezeigt, rückgekoppelt. Die Frequenz der Impulsfolge Pf wurde durch einen Frequenzzähler nach einer Sekunde an dem Gatter berechnet, und es wurde festgestellt, daß diese stets innerhalb eines Bereiches von 1000 ± Hz geregelt wurde. Die Einstelldauer für die Drehzahl des Gleichstrommotors vom Zeitpunkt des Anlassens an betrug weniger als 3 Sekunden. Außerdem konnte durch

Änderung der Werte der Vorspannung des Integrators 10 die Drehzahl eines Motors, der geregelt werden soll. unter Aufrcchterhaltung einer Reglergenauigkcit von 0.1% oder besser mit dem gleichen Inipulssignal Ps geändert werden. Dies ist mit üblichen analogen und digitalen Systemen unmöglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für durch Frequenzen dargestellte Regelgrößen mit einer Vergleichsschaltung, der die frequenzanaloge Impulsfolge und ein Puls konstanter Bezugsfrequenz zugeführt sind und die ein dem Integral der Frequenzdifferenz der beiden Impulsfolgen entsprechendes Steuersignal /um Steuern eines Stellgliedes der Regeleinrichtung ^!0 erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung eine Synchronisiereinrichtung (3) aufweist, der die Ist-Impulsfolge (Pf) und ein von dem Puls konstanter Frequenz abgeleiteter erster Bezugspuls (B) zugeführt ist und die eine mit dem '5 Puls (Ps) synchronisierte Impulsfolge (C) mit der Frequenz der Ist-Impulsfolge (Pf) liefert, ferner einen Frequenzdifferenzkreis (4, 5, 6, 7, 8). dem die synchronisierte Impulsfolge (C) und ein von dem Puls konstanter Frequenz abgeleiteter zweiter *° Bezugspuls (A) zugeführt ist und der eine Impulsfolge (H)abgibt, deren Frequenz die Frequenzdifferenz darstellt und die einem Impulsformer (9) zugeführt ist, der diese in eine Impulsfolge (I) mit konstanter Impulsdauer und Impulsamplitude umformt, und *5 ferner einen als analoger Integrator geschalteten Differenzverstärker (10; 14. i'oRl. R2) aufweist, dessen Integricreingang die Impulsfolge (I) konstanter Impulsdauer und dessen anderem Eingang eine einstellbare Vorspannung f W?,)zugeführt sind.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung des ersten und zweiten Bezugspulses (B. Λ) eine erste Flip-Flop-Schaltung (2) ist. deren F.ingang der Puls (Ps) konstanter Frequenz zugeführt ist und die an zwei Ausgängen die Be/ugspijlse (A. B) zueinander gegenpha-jig erzeugt, daß die synchronisierte Impulsfolge (C) einer /weilen und der /weile Be/ugspuls (A) einer drillen Flip-Flop-Schaltung (4, 6) zugeführt sind, daß die eine Flanke der Ausgangssignale der beiden Flip-Flop-Schaliungcn (4, 6) die jeweils andere Flip-Hop-Schaltung zurückset/t. und daß diese Flanke des Ausgangs signals der dritten Flip-Flop-Schaltung (6) und der er*.te Bezugspuls (B) einem UND-Glied (B) /ugeführt sind, dessen Ausgang die Impulsfolge (H) abgibt, deren Frequenz die Frequen/differen/ darstellt.