DE2146964A1

DE2146964A1 - Fluidischer steuerkreis

Info

Publication number: DE2146964A1
Application number: DE2146964A
Authority: DE
Inventors: Peter Bauer
Original assignee: Bowles Fluidics Corp
Current assignee: Bowles Fluidics Corp
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1971-09-20
Publication date: 1973-03-29
Also published as: US3658584A; DE2146954A1; NL7112793A

Description

2H696A

BOWLES FLUIDICS CORPORATION Silver Spring, Maryland / U.S.A.

Fluidlscher Steuerkreis

Die Erfindung betrifft einen fluidischen Steuerkreis in einem System mit einem veränderbaren Parameter zur Abgabe eines fluidischen Signals als Funktion des Parameters. Insbesondere wird der Arbeitskreis eines frequenzkonstanten Signals als ein Steuerparameter verwendet.

Selbständige Steuerkreise der vorstehenden Art vergleichen ein Eingangssignal mit einem parameterempfindlichen Signal, um ein Fehlersignal zur Steuerung des Parameters zu bilden. Eine Anwendung der Fluidiktechnik in Steuerkreisen ist durch das US-Patent 3 292 648 bekannt geworden, das eine Turbinengeschwindigkeitssteuerung beschreibt.

Aufgabe der Erfindung 1st es, einen fluidischen Steuerkreis dei* genannten Art für eine fluidische Prozeßnteuerung anzugeben, der weitgehend einfach aufgebaut iat und eine große Funktionssicherheit aufweist. Dabei soll der Steuerkreis eine erhöhte Vielfältigkeit an steuerbaren Funktionen aufweisen und für die Steuerung odor Einstellung von Ventilen besonders ijjii·.!'!/ au in.

1 Π 9 8 η / 0 /ι ί! 'J

BAD ORIOINAI.

_₂_ 2U696A

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß eine erste Einrichtung zur Abgabe eines periodischen Signals mit konstanter Frequenz mit einer Steuereinrichtung zur Veränderung des Arbeitszyklus des periodischen Signals als Funktion des veränderbaren Parameters verbunden ist.

Weitere Merkmale der Erfindungen sowie vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen können den v/eiteren Ansprüchen am Schluß der Beschreibung sowie der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden.

Dabei wird erfindungsgemäß eine fluidische Prozeßsteuerung durch die steuerbare Verzögerung eines Fluidsignals in Ab-" hängigkeit von den Änderungen eines Prozeßparameters ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführung fünrt die steuerbare Verzögerung zu Änderungen des Arbeitszyklus in einem mit konstanter Frequenz v/echselnden Fluidsignal. Die Integration des Signals mit dem variablen Arbeitszyklus führt zu einem fluidischen Analogsignal als Funktion des variablen Prozeßparameters.

Erfindungsgemäß gibt ein fluidischer Oszillator geformte Impulse an ein Impulsformer mit Impulsbreitenmodulation ab, der eine Impulsreihe mit einem variablen Arbeitszyklus aufweist. Die Modulation des Impulsformers erfolgt durch einen steuerbaren Paramter. Die veränderbare Arbeitsimpulsreihe wird mit k einem Eingangssignal verglichen und zviar entweder vor oder nach e iner Glättung, um ein Ausgangssignal zur Steuerung des genannten Parameters zu erhalten.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung werden die geformten Oiizillatorimpulse auf ein fluidisehcs Flip-Flop geschaltet, das Impulse; an ein parameterempfindlicher¹., variables Verzögerung.'!element abgibt. Ein Γ Luidischer Logikkreii; spricht auf d'ts verzögerte Fllp-Flop-Signal an, um das Flip-Flop umzuschalten. Zusätzlich wird die variable Verzögerung In eine IHpuIr»roIhu u.ugeformt, die eine Impulsbreite gleich fi'-r.· rar L'ibLon Verzüge i'unf; aufweiten. Die variablen Impulsbreiten

'] CJ 9 B 1 3 / 0 A 8 9

BAO ORlGIMAt

-3- 2U696A

werden integriert, um ein analoges Signal zu erhalten, das mit einem Eingangssignal in einem fluidischen Verstärker verglichen wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers ist zur Steuerung bzw. Einstellung eines Ventils, beispielsweise ein Membrenventil geeignet. Die Einstellung des Ventils wird ala Größe rückgekoppelt, um die variable Verzögerung zu steuern.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die geformten Oszillatorimpulse auf einen fluidischen Impulskonverter gegeben, der die Impulse zwischen zwei Leitungen aufteilt. Die eine Leitung führt über ein parameterempfindliches, variables Verzögerungselement zu dem einen Eingang eines Flip-Flops. Die andere Leitung führt direkt zum entgegengesetzten Eingang des Flip-Flops. Der Flip-Flop-Arbeitszyklus ist damit ein Maß der variablen Verzögerung und somit auch ein Maß für den gesteuerten Parameter. Das Fllp-Flop-Ausgangssignal wird verglichen mit einem Eingangssignal entweder vor oder nach der Glattung, um ein Fehler s%ial für die Prozeßsteuerung zu erhalten.

In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung ohne eine Beschränkung schematisch dargestellt. Hierin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsfolge des erfindungsgemäßen Steuerkreises nach Fig. 1,

Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild für ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und

Fig. 4 ein Blockschaltbild für ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

309813/0489

-n- 2H696A

Fig. 1 zeigt in der Form eines Blockschaltbildes einen fluidischen Steuerkreis, beispielsweise zur Betätigung von Ventilen. Ein als Komparator ausgebildeter Verstärker 10 liefert ein Differenzdruck-Fehlersignal zur Betätigung eines Ventils in Abhängigkeit von der Differenz aus fluidischen Eingangs- und Steuersignalen. Der Verstärker 10 kann ein fluidischer Proportionalverstärker (Analogverstärker) vom Typ eines Strahlablenkungsverstärkers sein. Das zu steuernde Ventil kann beispielsweise ein Membranventil sein und ist in Fig. 1 als Block 11 gezeichnet, der die Prozeßsteuerung versinnbildlichen soll. Das Eingangssignal wird außerhalb des Schaltkreises nach Fig. 1 gebildet und kann von einer Bedienungsperson herrühren oder zustandsabhängig sein. Das Steuersignal wird von der jeweiligen Situation des Steuerkreises nach Fig. bestimmt.

Ein fluidischer Oszillator 13 besteht aus einem fluidischen OR/NOR-Element 15 und einem fluidischen Signalverzögerungselement 17, das in einer Rückkopplung zwischen dem NOR-Ausgang und dem Eingang des Elementes 15 geschaltet ist. Das OR/NOR-Element 15 und die weiteren noch zu beschreibenden OR/NOR-Elemente können von der Art sein, die in Fig. k des US-Patentes Nr. 3 286 086 dargestellt ist. Das Ausgangssignal vom Oszillator 13 wird am OR-Ausgang des Elementes 15 abgegeben. Der Oszillator 13 arbeitet wie folgt: Bei Abwesenheit eines Eingangssignals am Element 15 befindet sich dieses in der NOR-Stellung, wobei ein Ausgangssignal an seinem NOR-Ausgang und nicht an seinem OR-Ausgang abgegeben wird. Das NOR-Ausgangssignal wird in dem Element 17 verzögert und erscheint als Eingangssignal am Element 15, welches daraufhin in seine OR-Stellung schaltet. Hierdurch wird an den OR-Ausgang ein Signal abgegeben, während das Signal am NOR-Ausgang nicht mehr vorhanden ist. Das Ausbleiben des HOR-Slgnals wirkt sich am Element 15 nach einer Verzögerungszeit aus, die durch das Element 17 bestimmt ist. Das Element 15 schaltet also erst nach der Verzögerungszeit in seine NOR-Stellung zurück,

- 5 309813/0489

»5- 2U6964

woraufhin¹ dier ös-ziüatörkreis selbständig von neuem beginnt. Die Ausgarigaiifpälse des Oszillators Hat konstanter Frequenz werden äüi" eirie'rt impulsformer 19 gegeben, der jeäen Impuls des ösziiiätör's in elften bestimmten kurzen (sehmalen) Impuls umformt.· Elfi entsprechender Impulsforniei· ist bereits vorgeschlagen worden. Öas Aüsgärigs signal des Impuls formers 19 wird in dem EeitdiägrämM nach Fig. 2 als Signal A bezeichnet. Das Diagramm wi^d nachfolgend im Züsäfmfterihaftg mit der Sesehreibürtg der Arbeitsweise des Steüefkreises nach Fig* I noch näher' fee's öhr!e'beiu

Das geformte' Ausgangs signal A Wird auf ein flüidisches Flip-Flop 21 gegeben^ das von der Art »ein känn^ die lh Fig* I des US-Patentes 3 221 990 besehrieben ist* Das Flip-Flop 21 ist ein bistäbiies Element, das bei Anwesenheit eines Signals A ein Sigrial 6^ bei Anwesenheit eines (noch zu erläuternden) Signals K ein Signal B liefert und die Abgabe der Signale B oder C solange aufrechterhält, bis das nächst folgende Signal A bzw. K örsöheifit* Das Signal B wird direkt auf einen Eingang eines fluidiseheh ÖR/NOR-Eleiiieiites 23 gegeben. Das Signal C wird auf eiil veränderbares Verzögerungselement 25 geschaltet, das eih Signal D als ein Verzögertes Signal Ö liefert* Das Signal D geiäftgjt zuiü anderen Eingang des Elementes 23 *

Das veränderbare Yerzögerungselenient 25 kann beispielsweise aus einem Raüüi (.Kamirtöi¹) bestehen^ dessen Volumen durch die Verschiebung elhes Kolbens 26 ih deiti Raum in bestimmtet» Weise Verähderbai* ist. Die Stellung des Kolbens 26 in dem Räum des Elementes 23 wird in Abhängigkeit Von Zuständen des Systempäränteters gesteuert* Füi⁴ diese Steuerung ist schematiöch in Flg. i feine Verbindung zwischen dem Kolben 26 und dem Prozößsteue^ungsblöck 11 angedeutet*

Bei Abwesenheit ve>n Eingangs Signalen ah dem Element 23 gibt dieses ein NÖR-Signal E an elhen Integrator 29 abj der die auf

Ihn eingegebenen Impulse glättet, um ein Analogsignal zu bilden, das einen Druck aufweist, der proportional der EIngangslmpulsfrequenz des Signals E 1st, oder Im Falle konstanter Impulsfrequenz proportional dem Arbeitszyklus (Impulsdauer) des Signals B 1st. Das Integratorausgangssignal stellt ein Steuersignal dar, das auf den als Komparator arbeitenden Verstärker 10 geschaltet wird.

Wenn ©in oder mehrere Eingangssignale an das Element 23 abgegeben werden, liefert das letztere ein ÖR-Ausgangsslgnal P, das auf ein fest eingestelltes Verzogerungselement 31 gegeben wird, welches ein Signal G liefert, das ein verzögertes Signal F darstellt. Das Verzögerungselement 31 kann, wie das Verzögerungselement 17, beispielsweise ein Strömungsweg von bestimmter Länge sein, um die erforderliche Verzögerung des Signals F au bewirken« Die Verzögerungsbedingungen für das Element 31 werden nachfolgend im einzelnen Im Zusammenhang mit der Beschreibung der Arbeitsweise des Steuerkreises nach Fig. 1 näher beschrieben und erläutert.

Das Signal ß wird an einen Impulsformerkreis mit Impulsumkehrung geschaltet. Dieser Kreis enthält ein OR/NOR-Element 33, ein Verzögerüngselement 35 und ein weiteres OR/NOR-Element 37, um ein Signal K abzugeben, das das Flip-Flop 21 umschaltet. Signal G wird als einzelnes Eingangssignal auf das Element gegeben, welches ein ÖR-Ausgangssignal H als direktes Eingangssignal für das Element 37 liefert und dessen NOR-Ausgangssignal I auf das Verzögerungselement 35 geschaltet wird. Das Ausgangssignal J des Elementes 35 ist ein weiteres Eingangssignal für das Element 37, das ein NOR-Signal K liefert.

Die Funktion der Steuereinrichtung des Steuerkreises nach Fig. 1 wird am besten verständlich in Verbindung mit dem 2eitdiagramm nach FIg. 2. Der erste geformte Impuls A wird zum Zeitpunkt T₁ an das Flip-Flop 21 abgegeben, wodurch ein positives Signal C an das veränderbare Verzögerungselement abgegeben wird, während das an das Element 23 weitergeleitete

309813/0489 - 7

-7- 2U696A

Signal B ausbleibt. Das Element 23 nimmt daher seine NOR-Stellung (kein Eingang eines positiven Signals) ein, um ein positives Signal E abzugeben. Am Ende der Verzögerungsperiode des Elementes 25 wird ein Signal D an das Element 23 abgegeben, woraufhin das letztere in seine OR-Stellung zurückkehrt, in der das Signal E positiv und das Signal F negativ wird. Da das Signal G ein verzögertes Signal P ist., ist ersteres noch nicht sogleich negativ. Hierfür ist die Verzögerung des Elementes 31 verantwortlich. Aus Gründen, die nachfolgend beschrieben werden, weist das Element 31 eine Verzögerungsperiode auf, die nicht größer ist als die IFF~Periode (Impulsfolgefrequenz-Periode) des Signals A. »Wenn das Signal G schließlich negativ wird, wird das Signal H negativ und das Signal J bleibt während einer kurzen Verzögerungsseit negativ, die durch das neue positive j-Signal in dem Verzögerungselement 35 bestimmt ist. Während dieser kurzen Periode, in der die Signale H und J beide negativ sind, nimmt das Element 37 seine NOR-Stellung zur Abgabe des K-Signals ein, das das Flip-Flop 21 in seine Stellung zur Abgabe seines B-Signals zurückschaltet. Die Dauer des Rückschaltimpulses K ist gleich der Verzögerungszeit des Verzögerungselementes 35. Das Flip-Flop 21 ist damit für den nächsten Α-Impuls bereit, welcher den Zyklus wiederholt, der zum Zeitpunkt Tp beginnt.

Die Verzögerungszeit des Elements 31 und die maximal zulässige Verzögerungszeit des Elements 25 sind im Einklang mit der Frequenz der Α-Impulse gewählt. Mehr im einzelnen muß die volle Verzögerung zwischen der Zeit, in der das Flip-Flop 21 durch einen Α-Impuls vorgeschaltet ist und der Zeit, in der das Flip-Flop 21 durch einen K-Impuls wieder zurückgeschaltet ist, kleiner sein als die IFF-Periode des Signals A. Anderenfalls würde das Flip-Flop 21 in der positiven C-Stellung verharren und keinen Impuls liefern, der während jeder Periode des Α-Signals bezüglich seiner Breite zu modulieren ist.

- 8 309813/0Λ89

2U696A

Außerdem kann die Verzögerung des Elements 31 nicht geringer sein als die Verzögerung des Elementes 25 während irgend einer gegebenen Periode. Andererseits würde ein Impuls K das Flip-Flop 21 zurückschalten, bevor das Signal D das Element 23 in seine OR-Stellung schalten, kann. Das Würde dem Signal B erlauben, das Element 23 in seine OR-Stellung zu schalten und die Breite des NOR-Impulses E wäre dann nicht gleich der Verzögerung des Elements 25» Das würde aber bedeuten, daß das Steuersignal für den Verstärker 10 keine Funktion des gesteuerten Systemparameters wäre.

Um die vorstehenden gegenseitigen Abhängigkeiten der Verzögerungen in Übereinstimmung zu bringen und um den gebräuchlichen Abschnitt der IFF-Periode eines Signals A noch zu vergrößern, wird die durch das Element 31 bedingte Verzögerungszeit t^ halb so groß wie die Periode des Signals A gewählt und die maximal zulässige Verzögerung durch das Element 25 ist ebenfalls halb so groß wie die Periode des Signals A gewählt.

In der Annahme, daß zur Zeit T₂ die Verzögerung 25 etwas zugenommen hat (eine vergrößerte Impulsweite in Fig. 2), ergibt sich folgendes: Ein Signal A schaltet das Flip-Flop 21, das ein weiteres C-Signal abgibt, welches eine neue, und etwas größere Verzögerung in dem Element 25 zur Bildung des Signals D erhält, das seinerseits das Element 23 in seine OR-Stellung schaltet. Die erhöhte Verzögerung des Elementes 25 bewirkt einen breiteren NOR-Impuls E, der von dem Element 23 abgegeben wird. Somit mehr Energie wird in dem Integrator 29 während dieses Zyklusses gespeichert als während des Intervalls zwischen den Zeiten T-, und T2. Die Zurückschaltung des Flip-Flops 21 erfolgt wie bisher mit dem halben Verzügerungszyklus im Element 31, das die'Abgabe eines Impulses K steuert.

Zur Zeit T₇ wird angenommen, daß das Element 25 seine maximal zulässige Verzögerung aufweist. Ein Signal A schallet das Flip-Flop 21 zur Abgabe einen C-Signnls, welches nunmehr

30981 3/0489 _ 9 _

ORIGINAL

die maximal mögliche Verzögerung in dem Element 25 erhält. Der NOR-Impuls E vom Element 23 weist ebenso seine maximale Breite auf und Energie proportional dieser Breite wird in dem Integrator 29 gespeichert. Mehr im einzelnen erfolgt die Abgabe eines Signals D einen halben Zyklus nach der Zeit Τ-,, zu der das Element 23 in die OR-Stellung zurückkehrt, Die Rückschaltung des Flip-Flop 21 erfolgt wie vorstehend durch ein K-Signal, das auf halbem Wege entlang der A-Slgnalperiode gebildet wird.

Wie sich aus der vorstehenden Diskussion ergibt, ist die größtnutzbare Breite eines NOR-Impulses E eine halbe Periode eines Signals A. Sofern ein Steuerkreis Bedingungen zu erfüllen hc.t, die eine größere Genauigkeit erfordern, als sie mit dem Steuerkreis nach Fig. 1 möglich sind, kann der Steuerkreis nach Fig. 3 verwendet werden, wobei der Schaltungsaufbau nach Fig. 1 im wesentlichen verdoppelt ist.

Die Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß die Steuerinformation pro Zeiteinheit zweimal verfügbar ist, verglichen mib dem Kreis nach Fig. 1 Mehr im einzelnen gibt ein Impulsoszillator hl in Verbindung mit einem Impulsformer eine Reihe von Impulsen mit konstanter Frequenz an einen fluidischen Impulskonverter ^fl3 ab. Der Oszillator Hl kann beispielsweise die Elemente 13 und 19 nach Fig. 1 enthalten. Der Impulskonverter kann von der Art nach dem US-Patent 3OOI698 sein. Der Irnpulskonverter ^3 nimmt die von dem Oszillator 4l abgegebenen Impulsreihen auf und schaltet diese Impulse abwechselnd auf eine von zwei Leitungen jeweils in Verbindung mit Impulsformern l\^lj und '17. Wenn die-Frequenz des Oszillators kl doppelt so groß ist wie die des Oszillators 13 In Fig. 1, dann 1st der Betrag der Steuerinformation bei einer Verwendung des Kreises nach Fig. 3 pro Zeiteinheit doppelt so groß wie bei dem System nach Fig. 1. Wenn die Frequenz dan OsζILL:'torn 13 in dem Kreis nach Flg. L verdoppelt werden würUii, würde der Betrag der pro Zeiteinheit erhaltenen Steuerini'orin:itl.on der gleiche bLelbon, da die; öfccueririformat; ion

Ί 0 9 8 I 'J / 0 4 » 9

2U696A

- ίο -

nur während der Hälfte eines jeden Zyklus geprüft werden könnte. Die Zyklen sind zwar in der Anzahl verdoppelt jedoch in der Größe halbiert.

Die Ausgangsimpulse des Impulsformers 45 v/erden auf die eine Hälfte des Systems gegeben, das ein Flip-Flop 49, ein veränderbares Verzögerungselement 51 und ein OR/NOR-Element 53 umfaßt, entsprechend dem Flip-Flop 21, dem Verzögerungselement 25 und dem OR/NOR-Element 23 in Fig. 1. Der Weg zum Umschalten des Flip-Flop 49 ist vervollständigt durch ein Verzögerungselement 55, ein OR/NOR-Element 57, ein Verzögerungselement 59 und ein OR/NOR-Element 6l, die im einzelnen der Reihe nach dem Verzögerungselement 31, dem OR/NOR-Element 33, dem Verzögerungselement 35 und dem OR-NOR-Element 37 in Fig. 1 entsprechen. In gleicher Weise gelangen die Impulse des Impulsformers 47 zu einem Impulsperiodenmodulator, der ein Flip-Flop 63, ein variables Verzögerungselement 65 und ein OR/NCR-Element 67 umfaßt und wobei ein Flip-Flop-Umschaltkreis aus einem Verzögerung3-element 69, einem OR/NOR-Element 71, einem Verzögerungselement 73 und einem OR/NOR-Element 75 besteht.

Die NOR-Ausgangssignale der Elemente 53 und 67 sind jeweils an einen von zwei Integratoren 77 und 79 geführt. Die Ausgangssignale der Integratoren 77 und 79 gelangen als Eingangssignale zu einem fluidischen Ädditionsverstärker 8l. ~ Letzterer bildet eLn fluldisches Au:; gangs sign al, das proportional der Summe der zwei Integi'atorausgiingösignale ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 81 v/lrd in einem als Komparator ausgebildeten Verstärker 83 mit einem Eingangssignal aus einem System außerhalb der Schaltung nach Fig. 3 verglichen und das gebildete DifferenzfsIgnaL wird zu dem Prozeßsteucr-"eLement 85 weitergeleitet, das veränderbare VerzögerungseLemenfce 51 und 65 in Abhängigkeit von der jeweiligen Beden get; teuer ten Parametern isteuert,

j () ίΠΗ Ί / O 4 8 9

— ii —

2U696A

Die Arbeitsweise jeder Hälfte des Steuerkreises nach Fig.3 ist gleich der Arbeitsweise des Kreises nach Pig. I. Die veränderbaren Verzögerungselemente 51 und 65 weisen jeweils die gleiche Verzögerung auf Grund ihrer entsprechenden Eingangssignale auf, so daß jede Hälfte des Systems abwechselnd die Bedingung des gesteuerten Parameters prüft. Der Integrator 77 in dem einen Teil der Schaltung ist zur Aufnahme von MOR-Impulsen des Elementes 53 mit maximaler Impulsbreite von einer halben Periode der Iinpulsreihe geeignet, welche von dem Impulsformer *J5 abgegeben wird. In gleicher Weise ist die andere Hälfte des Systems zur Aufnahme von NOR-Impulsen vom Element 67 geeignet, welche eine maximale Impulsbreite von einer halben Periode der Impulsreihe aufweisen, die von dem Impulsformer M7 stammt. Da die von den Impulsformern ausgehenden Impulse zueinander verschachtelt sind, gibt jede Hälfte des Systems ihre parameterempfindlichen NOR-Impulse während der "Tot"- oder Auszeit der anderen Hälfte des Systems ab. Das System nach Fig. 3 benutzt daher in wirksamer Weise die Hälfte der Oszillatorperiode, die in dem Steuerkreis nach Fig. 1 "verschenkt" wird.

In Fig. 4 ist eine Schaltung veranschaulicht, die von der nach Fig. 1 abweicht. Diese Schaltung ist geeignet, den Zustand der Parameterinformation über die volle Breite einer Oszillatorperiode zu prüfen. Ein Impulsgenerator 87 in Verbindung mit einem Impulsformer liefert genau definierte, schmale Impulse mit konstanter Frequenz an ein variables Verzögerungselement 89 und an den einen Eingang eines Flip-Flops 91· Der entgegengesetzte Eingang des Flip-Flops 91 ist an den Ausgang des veränderbaren Verzögerungselementes angeschlossen. Ein Ausgang des Flip-Flops 91 führt an einen Integrator 93· Bei diesem spezifischen Ausgang handelt es sich um denjenigen, der ein positives Drucksignal in Abiuin^jgkeit von dom Eingangssignal abgibt, welches von dem variablen Versögerungseleiuent herrührt. Dor betreffende Integrator 93

309813/0489

2K6964

gibt ein Steuersignal an den als Komparator ausgebildeten Verstärker 95 ab, der das Steuersignal mit einem Eingangssignal vergleicht und ein Fehlersignal als eine Funktion der Signaldifferenz blüet. Das Fehlersignal gelangt zu dem Prozeßsteuerungskreis, der in Fig. 4 durch den unbezifferten Block angedeutet ist. Der Prozeßsteuerungskreis beeinflußt ebenfalls das variable Verzögerungselement 89 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zustand des gesteuerten Parameters.

Im Betrieb schaltet ein Ausgangsimpuls des Oszillators 87 das Flip-Flop derart, daß kein Signal an den Integrator 93 abgegeben wird. Nach der Verzögerung in dem Element 89 schaltet der gleiche Ausgangsimpuls das Flip-Flop 91 zurück und am Integrator 93 1st ein Signal wieder vorhanden. Der nächste Eingangsimpuls am Flip-Flop bewirkt, daß das Flip-Flop-Signal am Integrator verschwindet, bis der verzögerte Impuls das Element 89 durchlaufen hat. Dieser Zyklus ist periodisch, wobei ein voller Zyklus während jeder Oszillatorperiode abläuft. Der Arbeitszyklus des Flip-Flops wird durch das veränderbare Verzögerungselement 89 moduliert, das auf den Zustand des gesteuerten Parameters anspricht. Das Steuersignal das vom Integrator 93 auf den Komparator geschaltet wird, ist ein Maß für den gesteuerten Parameter.

" Die Begrenzung auf die maximale Verzögerung des Elementes 1st dergestalt, daß die Verzögerung wenigstens etwas kleiner ist als die Periode des Oszillators 87. Andererseits würde die Yerzögerungsperiode den nächsten Oszillatorimpuls überlappen und der Zustand der Parameterinformation wäre innerhalb eines Zyklus nicht verfügbar.

Es ist klar, daß die Raum- und die Kolbenanordnung, die das Verzögerungselement 25 in Fig. !veranschaulicht, lediglich ein Ausführungsbeispiel für ein solches Verzögerungselement ist, das für die erfindungsgemäße Einrichtung geeignet ist.

3098 1 3/0489

2H696A

Ein anderes veränderbares Verzögerungselement, das gleichfalls geeignet ist, ist die digitale Verzögerungsleitungsanordnung nach dem US-Patent 3 075 5^8, Der hier beschriebene Integrator kann beispielsweise fluldische Kondensatoren enthalten, die beschränkte Eingänge aufweisen. Integration des Steuersignals in den Fig. 1,3 und 4 braucht nicht vor dem Anlegen des Signals an den als Komparator ausgebildeten Verstärker vorgenommen werden. Statt dessen kann das Eingangssignal mit der Impulsbreitenänderung innerhalb der Impulsreihe verglichen werden. Das resultierende Signal kann in der Prozeßsteuerung verwendet werden.

Patentansprüche

309813/0489

Claims

-iii- 2H696A

Patentansprüche

1. Fluidischer Steuerkreis in einem System mit einem veränderbaren Parameter zur Abgabe eines fluidischen Signals als Punktion des Parameters dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung zur Abgabe eines periodischen Signals mit konstanter Frequenz mit einer Steuereinrichtung zur Veränderung des Arbeitszyklus des periodischen Signals als Punktion des veränderbaren Parameters verbunden ist.

2. Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein fluidisches Flip-Flop mit stabilen Ein- und Rückschaltsteilungen und einen Impulsgeneratur zum periodischen Ein- und Rückschalten des Flip-Flops bei konstanter Frequenz umfaßt, und daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung zur variablen Verzögerung der Umschaltung des Flip-Flops als Funktion des variablen Parameters enthält

3. Steuerkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator eine fluidisehe Impulsreihe mit konstanter Frequenz liefert und Mittel zur direkten Abgabe jedes Impulses der Impulsreihe auf das Flip-Flop umfaßt, wobei das Flip-Flop in seine eine Stellung einschaltet, und daß die Einrichtung zur variablen Verzögerung ein variables Verzögerungselement zur Verzögerung von aufgeschalteten fluidischen Signalen als Funktion des variablen Parameters aufweist und Verbindungen vorgesehen sind, die das variable Verzögerungselement zwischen den Impulsgenerator und das Flip-Flop zur Rückstellung des Flip-Flops mit jedem Impuls der Reihe nach einer Verzögerung schaltet, welche durch das variable Verzögerungselement bestimmt ist, wobei der Arbeitszyklus des Flip-Flops eine Funktion des variablen Parameters ist.

²I. Steuerkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidische Ausgangssignal in der einen stabilen Stellung des Flip-Flops auf einen Integrator geschaltet ist.

309813/0489

2H696A

5. Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen Generator zur Abgabe einer fluidischen Impulsreihe aufweist, daß die Steuereinrichtung ein fluidisches Flip-Flop umfaßt, das eine stabile Einschalt- und eine stabile Rückschaltstellung zur Abgabe eines ersten fluidischen Signals aufweist, wenn sich das Flip-Flop in der Einschaltstellung befindet, daß Mittel vorgesehen sind, die jeden Impuls der Impulsreihe zum Schalten des Flip-Flops in seine Einschaltstellung auf das Flip-Flop schalten, daß ein variables Signalverzögerungselement zur Aufnahme und Verzögerung ^vdes ersten fluidischen Signals als Funktion des variablen Parameters vorgesehen ist, daß Mittel zum Schalten des Flip-Flops in eine'Rückschaltstellung zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Einschalten des Flip-Flops vorhanden sind, wcbei die vorbestiramte Zeit kürzer ist als die Perlode der Iiupulsreihe, und daß fluidische Gatter zur Abgabe eines Fluidsignals nur während des Zeitintervalls zwischen dem Einschalten des Flip-Flops und der Beendigung der Verzögerung des ersten Fluidsignals mittels des variablen Verzögerungselementes vorhanden sind.

6. Steuerkreis nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeit im wesentlichen gleich einer halben Periode der Impulsreihe ist und daß die maximale Verzögerung des variablen Signalverzögerungselements eine halbe Periode der Impulsreihe beträgt .

7. Steuerkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Integratoreinrichtung zum Integrieren des ersten Fluidsignals vorgesehen ist, zur Bildung eines analogen Fluidsignals als Funktion des variablen Parameters.

8. Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Steuereinrichtung vorgesehen ist, die einen fluidischen Impulsgenerator zur Lieferung einer Iinpulsreihe mit der konstanten Frequenz sowie einen fluidischen Impulskonverter zur Weiterleitung aufeinanderfolgender Impulse der

30^81^/0489 _ _l6 _

BAD

2U696A

Irapulsreihe wechselweise auf zwei getrennte Impulsleitungen umfaßt; daß ferner eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die zwei im wesentlichen gleiche fluidische Kreise umfaßt, von denen jeder an eine der beiden Impulsleitungen angeschlossen ist, wobei jeder fluidische Kreis ein fluidisches Flip-Flop mit stabiler Ein- und Rückschaltstellung aufweist, welches ein erstes fluidisches Signal liefert, wenn es sich in der Einschaltstellung befindet, daß ferner Mittel zum Einschalten des Flip-Flops in Abhängigkeit von jedem Impuls in der entsprechenden Impulsleitung sowie Mittel zum Zurückschalten des Flip-Flops zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Einschalten des Flip-Flops vorgesehen sind, fc daß ein variables SignalVerzögerungselement zur Aufnahme und Verzögerung des ersten fluidieehen Signales als Funktion des variablen Parameters vorgesehen ist und daß fluidische Gatter zur Abgabe eines fluidlschen Ausgangssignals nur während des Zeitintervalls zwischen dem Einschalten des Flip-Flops und der Beendigung der Verzögerung des ersten Fluidsignals durch das variable Signalverzögerungselement vorhanden sind, und daß weitere Mittel der Steuereinrichtung zum Zusammenfassen der fluidischen Ausgangssignale von Jedem der beiden gleichen fluidischen Kreise vorgesehen sind zur Bildung des Fluidsignals als Funktion des variablen Parameters.

St euer kr els ^Ec' —e4«- aspgi.-eht-, gekennzeichnet durch einen als Komparator ausgebildeten Verstärker zur Bildung eines fluidischen Ausgangssignals als Funktion der Differenz zweier Ein^angssignale, ferner durch entsprechende Mittel zur Steuerung des variablen Parameters und weiter durch Mittel zur Abgabe des fluidischen Eingangssignalu alt» eineu Cu:v am-L f luiuit.cliOii LIngangssignale an den Verstärker howie durch eine Steuereinrichtung z\xv Abgabe eines fluidischen Steuersignals als zweites der beiden Ein^ancijsi'n)«':! c .)\i den Vei stärker,

FJ

geändert gem*» elngeganfl^en am ..-'-

;. Ι η 813 / ο h G

BAD ORIQlNAt

2H6964

wobei die Steuereinrichtung einen Oszillator zur Bildung eines periodischen Fluid«ignals mit konstanter Frequenz, ein Vernögorungselemßnt zur Veränderung des Arbeitszyklus des Fluidsignals als Funktion des variablen Parameters und fluidische Gatter umfaßt, die auf Änderungen im Arbeitszyklus des periodischen Fluidsignals ansprechen zur Bildung eines fluidlsehen Impulses während jeder Periode des periodischen Fluidsignals, die eine Breite aufweisen, welche eine Funktion der Änderung deρ Arbeitszyklus in dom period lachen Fluidslgnal ist.

10, Steuerkreis/os—Z dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator für ein wechselndes Fluidsignal mit konstanter Frequenz vorgesehen ist, daß vielter eine Vorrichtur.g zur Änderung der. Arbeitszyklus der wechselnden Fluidsignale vorgesehen ist und daß Mittel zur Bildung eines Fluidsignals als eine Funktion des Arbeitszyklus des wechselnden Fluidsignals vorgesehen sind.

Qeftndert c^mtß Eingab·

0«

B ORtQtNAL