DE1963228A1

DE1963228A1 - Regeleinrichtung

Info

Publication number: DE1963228A1
Application number: DE19691963228
Authority: DE
Inventors: Kristian Iversen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1969-12-17
Filing date: 1969-12-17
Publication date: 1971-07-22
Also published as: US3704404A; SE392773B; DE1963228B2; CH518591A; GB1339258A; DK128031B

Description

Regeleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung "mit einstellbarem P-Bereich, bei der einem P-Regler ein elektrisches Stellglied mit I-Verhalten über eine in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Reglers ansprechende und die Leistungs· zufuhr des Stellgliedes ein- und ausschaltende Schaltvorrichtung nachgeschaltet und die durch eine elektrische Spannung dargestellte Regelabweichung im Eingangskrais Reglers der an einem Parallel-RG-G-lied auftretenden Spannung entgegengerichtet und die ladespannung des RC-Gliedes synchron mit der Ein- und Ausschaltung des Stellgliedes . ein- und ausschaltbar ist. .

Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Art ist die mittlere Stellgeschwindigkeit deä !Stellgliedes,' das ist ' "'.. die Änderung der Stellgröße pro Zeiteinheit, proportional ', dem Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des Stellgliedes« Die Einschaltdauer wird hierbei durch die Zeit bestimmt, die der Kondensator des RG-Gliedes bis zur ..' Aufladung auf einen Wert benötigt» bei dein die Differenzder Spannung am RC-Glied und^ der der Regelabweichung>_w * (oder der Regeldifferenz X^ w -X_w) entsprechenden Spannungnull ist oder einen vorbestimmten' Wert unterschreitet, oei dem das Stellglied abgeschaltet wird. Die Ausschaltdai/c.-'

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—. 2- —

wird durch die Zeit bestimmt, die. der Kondensator des-RC-GIiedes bis zur Entladung auf einen "wert benötigt, bei dem, diese Differenz wieder so groß ist, daß die Schaltvorrieh-. tung .anspricht und das Stellglied wieder einschaltet. Das; Verhältnis von Ein- zu Ausschaltdauer wird ωχthin auch, von der Ladespannung, die die Spannung am RC-Glied bzw. an diesem Kondensator bei der Aufladung als Endwert anstrebt,* und von der Zeitkonstanten des RC-Gliedes bestimmt.

Der Betrag der Änderung der Größe dieses Verhältnisses .in. Abhängigkeit von der Größe der Regelabweichung ist aber auch mitbestimmend für die Verstärkung des Reglers und da-nit für die Stabilität des Regelkreises. Um nun zu erreichen, daß die Verstärkung des Reglers bei übermäßig großen Regelabweichungen, wie sie beim Einschalten (Anfahren) oder bei starken Störgrößen auftreten, nicht zu klein und damit das Ausregeln der Regelabweichung nicht zu langsam erfolgt und bei kleinen Regelabweichungen nicht so groß ist, daß der Regelkreis instabil wird, d.h. sich selbst zu Schwingungen anregt, wird bei der bekannten Regeleinrichtung die für beide Faktoren maßgebende Breite des P-Bereiches X in Abhängigkeit von der Größe der zu erwartenden Regelabweichung eingestellt, (Unter P-Bereich soll hier derjenige Bereich der Regelabweichung oder der Regelgröße, der au regelnden Größe, verstanden werden, in dem zwischen diesen und der Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes Propörtiona-.. Iitat herrscht.) Diese Einstellung erfolgt bei der bekann- . "uen Regeleinrichtung durch Ändern der Ladespannung des RG-Gliedes über ein Potentiometer. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß sieh gleichzeitig damit die Ladezeitkonsuante des R(MrIiedes ändert, weil such der Widerstand des Pofcen-"' tiometers in diese eingeht. Bin-weiterer Nachteil besteht ."·■ darin* daß sich bei einer Änderung der Verstärkung des Reglers auch die Breite des P-Beretches ändert;,; d.h. bei

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einer Erhöhung der Verstärkung wird der P-Bereich kleiner, und umgekehrt* Wählt"man- daher eine kleine Verstärkung, um "bei verhältnismäßig/ großen Regelabweichungen, eine stabile Regelung, insbesondere kein Übersehwingen zu erzielen, dann erfolgt das Ausregeln der Regelabweichung verhältnismäßig langsam. Dies ist in vielen Fällen-.untragbar»

■Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Regel-' einrichtung so auszubilden, daß die Breite des P-Bereiches und die Verstärkung unabhängig voneinander einstellbar sind.

Hach der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art, dadurch gelöst, daß die Spannung am RC-Glied auf einen unterhalb der iadespannung liegenden einstellbaren Wert begrenzt'und die Ladezeitkonstante des RC-Giiedes unabhängig von diesem Grenzwert einstellbar ist« .

Durch die Einstellung des Grenzwertes der Spannung am RC-. Glied wird die Grenze des P~Bereiches und'durch die Einstellung der Zeitkonstante die Verstärkung bestimmt. \

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Lösung besteht darin daß das RC-Glied über eine Diode.und eine Schaltstreeke ' der Schaltvorrichtung mit einem Abgriff eines Spannungsteilers und der Verbindungspunkt von Diode und Schaltstreeke über einen 'Widerstand mit dem einen Pol der den Spannungsteiler speisenden ladeSpannungsquelle verbunden ·

Bei Verwendung eines reversierbaren Stellmotors als Stell glied ist .die Erfindung zur Regelung in beiden Drehrichtungeh dadurch weitergebildet, daß in der

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tung ein auf positive Ausgangssignale des Reglers-ansprechendes Schaltglied und ein auf negative Regleraus-._ gangs signale ansprechendes Schaltglied enthalten ist, . daß zu dem einen Spannungsteiler ein zweiter Spannungsteiler in Reihe geschaltet ist, dessen Abgriff ebenfalls " über eine Diode und eine Schaltstrecke mit dem RC-Glied. verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt der zweiten Schaltstrecke und der zweiten Diode über einen Widerstand mit dem anderen Pol der Ladespannungsquelle verbunden ist ·' P und ein mittlerer Punkt der Ladespannungsquelle auf Bezügspotential liegt, und daß die zuerst erwähnte Schalt- · strecke gleichzeitig mit einer in einem Speisestromkreis ■ für die eine Drehrichtung des Stellmotors liegenden Schaltr strecke durch. d*as eine Schaltglied und die zweite Schalt-:.· strecke gleichzeitig mit einer in einem Speisestromkreis für die andere Drehrichtung liegenden Schaltströcke durch das andere Schaltglied betätigbar ist.

Zur Einstellung des Grenzwertes sind die Abgriffe der. beiden Spannungsteiler über einen einstellbaren Widerstand verbunden. ■ ' '

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Zur Einstellung der Zeitkonstanten ist der Widerstand des · RO-;Glledes einstellbar ausgebildet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. ' ·

■ ,.· Fig. 1 stellt das Schaltbild einer Regeleinrichtung nach Λ „ der Erfindung dar. ' ' ■ :

In Fig. 2 sind statische Kennlinien der Abhängigkeit der Stellgesehwindigkei^:t des Stellgliedes der Regeleinrichtung nach pig. 1 von der Regelabweichung dargestellt;

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Bei der Regeleinrichtung nach Fig. 1 ist einem P-Regler , der einen über einen Widerstand R~ von etwa 20 Megaohm rückgekoppelten Verstärker 1 hoher "Verstärkung enthält, eine Schaltvorrichtung 2 nächgeschaltet. Die Schaltvorrichtung 2 enthält zwei Schaltglieder K-, und K_?, bei denen es sich um Relais handeln kann. Das Schaltglied K-, spricht bei positiver und das Schaltglied K₂ bei negativer Ausgangsspannung des "Verstärkers 1 an. Jedes Schaltglied öffnet und schließt jeweils zwei Schaltstrecken K¹γ und K₁₁ bzw. K'o und K₂₂*.^bei denen es sich um Relaiskontakte handeln kann. Die Schaltvorrichtung mit den Schaltgliedern und Schaltstrecken kann jedoch auch rein elektronisch ausgebildet sein. Die Schaltstrecke K¹.. liegt in einem'Spei.se-Stromkreis für die eine Drehrichtung eines reversierbaren Stellmotors M, der als Stellglied dient, und die Schalt-" strecke K'o liegt in dem Speisestromkreis für die andere Drehrichtung, Je nachdem, ob K¹* oder K'_? geschlossen ist, dreht sich der Motor in der einen oder in der anderen Richtung. ' . .

Der Stellmotor verstellt beispielsweise¹ ein Ventil, ,das·' den Durchfluß eines heißen Strömungsmediums steuert. Das Strömungsmedium kann zürn Heizen eines Raumes verwendet ^:" werden, dessen Temperatur geregelt werden soll,'Der Istwert der Temperatur wird durch einen Temperaturfühler; gemessen · und mit einem einstellbaren Sollwert verglichen. Der tintersahied, die Regelabweichung X , wird dem¹ Eingang-des Verstärkers 1 in Form einer Spannung über einen Anschluß E und einen Widerstand R₁ von etwa 10 Kilo-Ohm zugeführt.

Am Eingang des Verstärkers 1 liegt ferner eine Rückfübr- · schaltung 3« Diese Ruckführisehaltung dient zur· Einstellung der Breite des P«-Bereich©s -und de? Verstärkung der Regel-' ■ rtiHhip; oder, anders ausgedr-ückt^^äejf .Steigung der

Kennlinie V (X ), wobei V die Stellgeschwindigkeit des. · -₍ Stellgliedes, in diesem Beispiel .-.also die Drehzahl des Stellmotors M ist. '·' .

Die Rückführschaltung 3 enthält zwei in Reihe geschaltete Spannungsteiler aus Widerständen R₇, R₈ und R₁₀, R₁₁- Jeder Spannungsteilerabgriff e bzw. f ist über eine Diode ·. D₁ bzv/. Dp und einen Widerstand Rg bzw. Rg mit einem Pol- a bzw. b einer Spannungsquelle verbunden, die eine Gleichspannung von etwa 76 Volt abgibt und deren Mittelpunkt '.■ ψ auf Bezugspotential (Erde oder Masse) liegt. Die Verbindungspunkte g und h von· Diode D₁ und Widerstand Rg bzw. Diode Dp und Widerstand Rq sind über die beiden in Reihe '. geschalteten Schaltstrecken K₁ * und Kp₂ miteinander ver-· . bunden. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Spannungs-:, teiler und der beiden Schaltstrecken K₁₁ und Kp₂ liegt· ein RC-Glied C₁, R.y das aus einem Kondensator C₁ und einem einstellbaren Widerstand R- besteht, die parallelgeschaltet sind. Das RC-Glied C₁, R^ liegt ferner über einen verhältnismäßig hochohmigen Widerstand R-, von etwa 10 Megaohm am Eingang des Verstärkers 1. . . '

. Die Abgriffe e und f der Spannungsteiler sind über einen einstellbaren Widerstand R₁₂ verbunden. Dadurch läßt sich das Potential der Abgriffe e und f und damit der die Breite des P-Bereiches bestimmende Grenzwert der Spannung festlegen, auf die sich der Kondensator C₁ auflädt, wenn der Betrag der die Regelabweichung darstellenden Spannung unter Berücksichtigung des Verhältnisses der Werte der Widerstände R₁ und R, größer als der Betrag der Grenzwert-Spannung ist.

Im folgenden sei'die Wirkungsweise der Regeleinrichtung im einzelnen und unter Bezugnahme auf Pig. 2 näher erläutert. Dabei wird nur die eine Drehrichtung des Motors M-betrachtet, bei der nur das eine Schaltglied K„ und die

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zugehörigen Schaltstrecken K¹^ und K₁₁ betätigt werden. Bei entgegengesetzter Drehrichtung ist die Wirkungsweise die gleiche» nur daß dann das Schaltglied K₂.und die züge-, hörigen Schaltstrecken K'„ und Kp₂ betätigt werden. · . ' '

Die Trägheit des I.iotors sei als so gering angenommen, daß er praktisch sofort mit voller Drehzahl läuft, wenn seine ' * Betriebsspannung eingeschaltet ist. · ■ '

Y/enn keine Regelabweichung vorhanden ist, sind die Schalt- ' strecken K¹- und K₁₁ geöffnet (unterbrochen), so daß der Kot or stillsteht. Wenn jedoch eine Regelabweichung auftritt, die so groß ist, daß das Schaltglied K₁ anspricht,· werden die Schaltstrecken K¹* und K₁₁ geschlossen. Der Mo- · tor beginnt zu laufen, und gleichzeitig lädt sich der Kon-V densator C^ auf. Die· Ladezeitkonstante des RC-Glieöes wird im wesentlichen durch die Kapazität des Kondensators C₁ und den Wert des Widerstands R, bestimmt, u^ als klein., gegenüber dem Wert von R, .angenommen ist. Die Spannung am Kondensator G₁ treibt einen Strom über R^ und die der Be- . ". gelabweichung X entsprechende Spannung einen Strom über . "^: ·. R₁. Beide Ströme überlagern sich im Verbindungspunkt ]?,. und zwar mit entgegengesetztem Vorzeichen. Dies entspricht ί einer Gegeneinanderschaltung· beider Spannungen im Verhält- nis der Werte der Widerstände von-'R- und R,.' Wenn die Spannung am Kondensator C₁ soweit angestiegen ist, daß .-, die Summe der Ströme im Punkt F null ist oder einen Wert. -..'..· unterschreitet, bei dem die Ausgangs spannung des Verstärk' ·'· kers 1 nicht ausreicht, das Schaltglied K₁ im betätigten .' ^;,-Zustand zu halten, werden die Schaltstrecken K'^.-'unä K₁₁ ■. "■' geöffnet, so daß der Motor stehenbleibt; Gleichzeitig ent-. ·■ lädt sich der Kondensator C₁ über den Widerstand R. sol-angeV bis die Summe der Ströme im Punkt T einen V/ert überst^rei- ^r tet, bei dem das Sohaltgiied K₁ wiedereinschaltet.. Jey3s- ■ mal, wenn der Motor eingeschaltet ist, verringert er die-

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Regelabweichung X . Dieser Vorgang wiederholt sich so- "'.· langeV bis die Regelabweichung wieder null ist oder so- , ·■ weit abgenommen hat, bis die Verst&rkerausgangsspannung nicht mehr ausreicht, das ScKaltglied K₁ zum Ansprechen zu bringen. Das Verhältnis von Einschaltdauer au Aus-Rchaltdauer des Motors und mithin seine mittlere Stellgesöhwindigkeit V oder Drehzahl hängt daher innerhalb ' des·P-Bereiches X sowohl von der Größe der Regelabweichung X als auch von der ladegeschwindigkeit des Kondensators Cj ab. Die Abhängigkeit ist in Pig. 2 dargestellt. Je größer R,, umso kleiner V, und je größer X , umso grös-.ser V» Die Grenze des P-Bereiches X in Richtung der Ab- · '

• ■ · ■ P

ssisse igt bestimmt durch das Potential des Punktes e.

Denn wenn die Regelabweichung größer als dieser Grenzwert ist, müßte sich der Kondensator O₁ auf eine Spannung aufladen, die größer als die Spannung am Widerstand Rg ist, um die der Regelabweichung entsprechende Spannung zu kompensieren, was dadurch ermöglicht wird, daß das Verhältnis von R^ zu R, kleiner gewählt ist als das von R~ zu R₈'. '·' Sobald die.Spannung an C^ jedoch die Spannung am Widerstand-Rg überschreitet, wird die Diode D₁ leitend. Da der Spannungsteiler R~, Rg verhältnismäßig niederohmig gewählt ist* so daß das Potential des Punktes e unabhängig von der Belastung des Spannungsteilers" nahe~zu konstant ist, lädt sich der Kondensator C₁ nicht weiter auf, so daß auch die Spannung am Kondensator C- fest auf diesem V/ert gehalten wird. Solange die Regelabweichung über diesen Grenzwert- ' ' liegt, läuft der Motor mit maximaler Drehzahl öder Stellgeschwindigkeit V* (In Pig. 2 ist die Drehzahl bzw.. Stell- ' geschwindigkeit in Prozenten des Maximalwertes aufgetragen.) Dadurch wird bei Regelabweichungen, die diesen Grenzwert überschreiten, gewährleistet, daß die Regelabweichung mit höchster Geschwindigkeit ausgeregelt wird. Durch entsprechende Wahl des Widerstandes R^₂ hat man es in der Hand, allein diesen Gr^nzwextjf eat zulegen.

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Die Steigung Tangens alpha der Kennlinien nach 7ig. 2 innemalb des Troportionalbereiches, u^id mithin die Kreisversterkung des geschlossenen RegelKreises, la.t sich allein aurch entsprechende ',Zahl des Wertes des Widerstands

ist

R, bestimmen. Der Wert des Widerstandes R.

4 -4

mm

bestimmt durch die Stabilitätsgrenze des Regelkreises.

Die Kennlinie mit dem Steigungswinkel

erhalt man dadurch, daß R. so eingestellt wird, daß das ,."pannungsTei

lerverhältnis R~ : Rg gleich

: R. ist. Dann sind die

Potentiale eier Punkte e und g bei geschlossener Schaltstrecke Κ..-, und bei vollgeladenem Kondensator C, gleich, so daß die Diode D₁ keinen Einfluß auf die Abhängigkeit der Stellgeschv/indigkeit V von der Regelabweichung X_w hat.

Wenn R» so klein gewählt wird, daß Rg : R, großer als R₇ : Rg ist, dann ergibt sich eine Kennlinie mit dem Steigungswinkel oC..

^ R. gleich null ist der Steigungswinkel£>Cgleich 90°. Die Regeleinrichtung arbeitet dann wie eine Dreipunktrege1 mit einer Neutralzonq.

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Claims

-to -

Patentansprüche

1« Regeleinrichtung mit einstellbarem P-Bereich, bei der. einem P^Rogler ein elektrisches Stellglied mit I-Verhalten über eine in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Reg- ■ lers ansprechende und die Leistungszufuhrdes Stellgliedes ein- und ausschaltende Schaltvorrichtung nachgeschältet und die durch eine elektrische Spannung dargestellte Regelabweichung im Eingangskreis des Reglers der an einem Parallel-RC-Glied auftretenden Spannung enxgegengerichtet und die Ladespannung des RC-Gliedes synchron mit der Ein- und Ausschaltung des Stellgliedes ein- und ausschaltbar ·* ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am RC-Glied (C₁, R^) auf einen unterhalb der Ladespannung liegenden einstellbaren Wert begrenzt und die Ladezeitkonstant;e des RC-Gliedes unabhängig von diesem Grenzwert einstellbar ist.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied über eine Diode (D₁) und eine Schaltstrecke (Kf|) der Schaltvorrichtung (2) mit einem Abgriff (e) eines Spannungsteilers (R«, R_g) und der Verbindungspunkt (g) von Diode (D₁) und Schaltstrecke (K_1t) über einen Widerstand (Rg) mit dem einen Pol (a) der den Spannungsteiler speisenden Ladespannungsquelle verbunden ist.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines reversierbaren Stellmotors als Stellglied zur Regelung in beiden Drehrichtungen m der Schaltvorrichtung (2) ein auf positive Ausgangssignale des Reglers ansprechendes Schaltglied (K₁) und ein auf negative Beglerauagangssignale ansprechendes Schaltglied (K«) enthalten ist, daß zu dem einen Spannungsteiler ein zweiter Spannungsteiler (R₁₁, H_1Q) in Reihe geschaltet ist,

dessert Abgriff (f) ebenfalls über eine Mode _:(Ii₂) Jinet :'
eine Schaltstrecke (K₂*) ffiit dem. EÖ^Slieä ^frfeUrid«zi let.*
wobei 4er Yerbindungspttnkt (h) der ^weiten

der. zweiten Diode {2_O3 über einen 7iiders%nd

(Rq) fflit dem anderen Pol (b) der lade&paörnmgsc[uelie^
btüüden ist und ein mittlerer Punkt -äer. Iia

: («♦ b) auf Besmgspotential liegte Und daß die gierst &£~- ·"- ^

wähnte Scnaltjstrecke (E^ |) gleieiizeitig tnit einer· In einem |

Spei^estromkreis für die eine DrehriGhtung fies Sfisllfflötorg y

(K) liegenden Schaltstrecke (K¹ -j); durch das eine Söliält« . .'

glied {Κ,.) imd die zweite Schaltstrecke (Km₂) glelch2eltig «

Kit einer in einem Speisestroinkreis für die andere ütreh- -ti

richtung liegenden Sehältstrecke (K^g) dwrch das andere :_; >

Schaltglied (K₂) betätigbär ist« / -.. ■'„'. ^
4. Einrichtung nach Anspruch-"2. oder 3, dadurch gekennzeichnet» daß die Abgriffe («V f) der beiden Sp», . angsteiler
über einen einstellbaren Widerstand (H₁₂) verotmden sind« -j

5» Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,' dadurch gekennzeichnet» daß der Widerstand (R.) des HG*-*
Gliedes einstellbar ist. "

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