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Regler mit Gegenkopplungsschaltung ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Die Erfindung betrifft einen Regler mit Gegenkopplungsschaltung zur Verwendung in
einem Regelkreis mit einem gleichstromgespeisten Stellglied, einem Fühler und einem
Signalumformer, welche änderungen der Regelgröße in Frequenzänderungen umformen,
wobei der Regler einen Diskriminator zur Umwandlung der Frequenzänderungen in proportionale
Spannungswerte aufweist.
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Es ist bekannt, in Regelkreisen mit gleichstromgespeisten Stellgliedern,
insbesondere zur Däinpfung des Regelkreises; s eine Gegenkopplung der Betriebsspannung
des Stellglieds an den Reglerausgang vorzunehmen. Die bekannte Gegenkopplungsschaltungen
haben in erster Linie den Nachteil, daß durch die galvanische Rückkopplung der Betriebsspannung
des Stellglieds an den Reglerausgang die Steuereinrichtung und die Betriebsspannung
des Stellglieds von verschiedenen Versorgungsleitungen, wie verschiedene Phasen
eines Netzes, abgegriffen werden muß, was
eine galvanische Verbindung zwischen Regelkreis und Versorgungsspannung des Stellgliedes
erfordert.
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Aufgabe der' Erfindung ist es, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden,
insbesondere also einen Regler mit einer Gegenkopplungsschaltung zu schaffen, der
ohne Schwierigkeiten zusammen mit dem Stellglied an die selbe Versorgungsleitung
angeschlossen werden kann. Dabei soll gleichzeitig auch dne Verbesserung der Konstanz
des rückgekoppelten Signals und damit eine Verringerung der Toleranzen des Regelkreises
erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in erster Linie
dadurch gelöst, daß der Steuereingang der Gegenkoplikngs-(-Ruckführung-) /schaltung
mit einem Versorgungs-Anschluß des Stellglieds verbunden ist und daß die Gegenkopplungsschaltung
derart an den Diskriminator-Schwingkreis gekoppelt ist, daß dessen damit BllndwXderstand
und/seine Mittenfrequenz in Abhängigkeit von Polarität und/oder Amplitude der Steuerspannung
jeweils im Sinn einer Verringerung des vom Fühlersignal abgeleiteten Stellsignals
verstimmbar ist.
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Eine zuverlässige und exakt justierbare Dämpfung des Reglers läßt
sich erreichen, wenn das Fühlersignal in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bei
Annäherung an den Sollwert durch die Gegenkopplungsschaltung kompensierbar bzw.
überkompensierbar ist, wodurch jede Uberschwingneigung der Stellglieder ausgeglichen
und damit ein exaktes Erreichen des Sollwerts gewährleistet werden kann.
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Der erfindungsgemäße Regler läßt sich besonders einfach und wirtschaftlich
realisieren, wenn die Gegenkopplungsschaltung eine mit dem Diskriminatorübertrager
gekoppelte eine oder Induktivität aufweist, welche durch zwei entgegengesetzt gepolte
und in Serie geschaltete Kapazitäts-Variations-Dioden Uberbrttckt ist, wenn zur
Vorspannung der Dioden in Sperrichtung eine Hilfsspannungsquelle vorgesehen ist,
welche mit einem Pol an einen Anschluß der Induktivität und mit dem anderen Pol
an die miteinander verbundenen Elektroden der Dioden angeschlossen ist, wenn der
Steuerart eingang der Gegenkopplungsschaltung der/ an den einen Pol der Hilfsspannungsquelle
angekoppelt ist, daß die Steuerspannung der Vorspannung Uberlagerbar ist, und wenn
bei einer Regelabweichung die Frequenz des Oszillators durch die Elektrode jeweils
in gleicher Richtung verstimmbar ist (zunehmend oder abnehmend), wie die Mittenfrequenz
des Diskriminators durch die Gegenkopplungsschaltung.
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Durch diese Ausgestaltung wird der zusätzliche Vorteil erzielt, daß
durch einfache Justierung der Hilfsspannungsquelle der Regler zuvedSssig abgeglichen
werden kann.
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Die Erfindung ist im folgenden in einem Aus?ührungsbeispiel anhand
eines Blockschaltbilds näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt einen Regelkreis mit einem Motor 2 als Stellglied,
welcher durch einen Diskriminator 4 mit entsprechenden Steuersignalen beaufschlagt
wird, um den Abstand zwischen einer Fühler-Elektrode 8 und einem Werkstück 10 zu
regeln. Die Kapazität zwischen der Elektrode 8 und dem Werkstück 10 bestimmt die
Frequenz eines Oszillators 12, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker 14 an
die Primarseite und an die /Mittelanzapfung 16 des Diskriminator-Übertragers 18
ange-Änderungen legt wird. Der Diskriminator gibt beim Auftreten von/der Frequenz
seines Eingangssignals an seinem Differentialausgang 4a, 4b entsprechende Signale
an einen Phasenverstärker 3 ab, durch welchen jeweils eine Zündeinheit I oder II
angesteuert wird. Die Zündeinheiten I und II steuern jeweils einen zugeordneten
Thyristor Th I bzw. Th II an, und steuern dadurch Leistungsaufnahme und Drehrichtung
des Motors 2.
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An einem Anschluß 40 des Motors 2 wird die Motor-EMK abgegriffen und
an den 9buereingang 24 einer Gegenkopplungsschaltung 5 angelegt.
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Die Gegenkopplungsschaltung 5 weist eine Induktivität 20 auf, welche
eng mit dem Diskriminator-Ubertrager t8 gekoppelt und durch zwei Kapazitäts-Variations-Dioden
(Varactoren) 26 und 28 überbrückt ist, welche entgegengesetzt gepolt und in Serie
geschaltet sind. An die zusammengeschalteten Elektroden 26a und 28a wird eine Hilfsspannungsquelle
UH angelegt, welcher die Steuerspannung Us am Steuereingang 24 überlagert wird.
Eine Anderung der Spannung an den Elektroden 26a und 28a hat eine Änderung
der
Kapazität der Dioden 26 und 28 zur Folge, wobei der jeweilige Kapazitätswert über
die Induktivität 20 in den Diskriminator-Schwingkreis 22 transformiert und dadurch
dessen Mittenfrequenz beeinflußt wird. Polarität und Dimensionierung der Hilfsspannungsquelle
UH sowie des Abgriffs der Steuerspannung sind dabei so gewählt, daß die Verstimmung
des Diskriminator-Schwingkreises 22 durch die Dioden 26 und 28 immer im Sinn einer
Dämpfung des durch Verstimmung des Oszillators 12 hervorgerufenen Spannungsausgangs
wirkt.
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Die genaue Wirkungsweise der Anordnung läßt sich an einem ZahleAbeispiel
am besten verdeutlichen: Es sei angenommen, daß eine Vergrößerung des Abstands zwischen
Elektrode 8 und Werkstück 10 den Oszillator 12 derart verstimmt bzw. seine Frequenz
derart erhöht, daß am Differentialausgang 4a ein Signal von 5 V anliegt.
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Dieses Signal löst die Zündung des Thyristors Th aus, worauf sich
der Motor 2 in Drehung versetzt. Gleichzeitig wird jedoch die am Anschluß 40 des
Motors 2 anliegende Spannung abgegriffen und an den Widerständen 30,, 71 und 32
der Hilfsspannung UH Uberlagert, was wiederum eine Verringerung des Kapazitätswerts
der beiden Dioden 26 und 28 und somit eine derartige Anhebung der Mittenfrequenz
des Diskriminator-Schwingkreises 22 bewirkt, daß sich das abgegebene Differentialsignal
beispielsweise auf 4 V verringert.
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Der Motor 2 wird jedoch durch dieses Signal weiterhin angesteuert,
bis sich der Abstand zwischen der Elektrode 8 und dem Werkstück 10 soweit dem Sollwert
angenähert hat, daß die änderung der Frequenz des Oszillators 12 ohne Einfluß der
Gegenkopplung nur mehr eine Differentialspannung von 1 V am Diskriminator hervorrufen
würde. Zu diesem Zeitpunkt wird durch die Gegenkopplungsschaltung das von der Stellung
der Elektrode 8 abgeleitete Signal kompensiert - bzw. bei der gewählten Dimensionierung
der Gegenkopplung -kurz
darauf überkompensiert, was die Abgabe
eines Signals am Differentialausgang 4b des Diskriminators und somit die Zündung
des Thyristors ThII 2ur Folge hat. Dadurch wird die.Versorgungsspannung am Motor
2 umgepolt,, so daß dieser kurz vor dem Erreichen des Sollwerts abgestoppt und dann
ohne Über--schwingen exakt bei Erreichen des Sollwerts zum Stillstand gebracht wird.
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Durch Veränderung der Spannung der Hilfsspannungsquelle UH bzw. durch
entsprechende' Dimensionierung der Widerstände 30 bis 32 kann die Gegenkopplungsschaltung
in weiten Grenzen an das Übertragungsverhalten von Regler, Stellglied und Fühler
angepasst werden.
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Wie aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich ist,-wird der
durch den Erfindungsgegenstand erreichte Fortschritt nicht nur durch die erfindungsgemäßen
Einzelmerkmale, sondern insbesondere auch durch die Kombination aller Verwendung
findenden Merkmale gewährleistet.