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Elektrischer Regler Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein
elektrischer Regler, dessen Regelverhalten und Vorhaltzeit einstellbar sind, mit
einem Rückführkondensator und einem Rückführwiderstand, durch die Ein- und Ausgang
eines Verstärkers miteinander verbunden sind, mit einem zwischen den Verbindungspunkt
des Rückführkondensators und Rückführwiderstandes und Masse geschalteten einstellbaren
Widerstand, mit einer RC-Reihenschaltung, die parallel zu einem dem Verstärker vorgeschalteten
Eingangswiderstand liegt.
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Derartige Regler werden insbesondere bei der Regelung von Prozessen
in der Chemie und der Verfahrensindustrie eirlge.setzt.
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Ilierbei ist unter Regelverhalten der Regelalgorithmus, wie PID-,
Pl- und PD-Verhalten zu verstehen.
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Es sind bereits elektrische Regler bekannt, die dadurch universell
einsetzbar
sind, daß ihr Regelverhalten verändert werden kann und die daneben noch eine Einstellung
der Vorhaltzeit erlauben.
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Diese bekannten Regler weisen jedoch zwei entscheidende Nachteile
auf: 1. ist die Umschaltung von einem Regelalgorithmus auf einen anderen, also z.
B. PID- auf PD-Verhalten mit einer Veränderung der Einstellparameters wie Vorhaltzeit
Tv, Nachstellzeit TN und Verstärkerfaktor VR verbunden und 2. ist bei diesen bekannten
Reglern die Vorhaltzeit nur schwierig und mit Beeinflussung anderer Parameter möglich.
Bei den bekannten Reglern wird die Vorhaltzeit entweder durch den Widerstand oder
den Kondensator der zum Eingangswiderstand parallel geschalteten RC-Reihenschaltung
eingestellt. Wird die Vorhaltzeit durch Verändern des Widerstandes beeinflußt, so
ändert sich damit das als Vorhaltüberhöhung bezeichnete Verhältnis von Eingangswiderstand
zu Widerstand der RC-Reihenschaltung, was störend ist. Wird die Vorhaltzeit durch
Verändern des Kondensators der RC-Reihenschaltung beeinflußt, so kann die Vorhaltzeit
nur stufig mit einer Vielzahl einzelner Kondensatoren eingestellt werden, die dazu
viel Platz benötigen und teuer sind.
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£abe der vorlieg-nden Erfindung ist es nun, einen universell verwendbaren
Regler zu schaffen, bei drn bei Umschaltung auf einen .lrwrren Regelalgorithmus
(PegelverIia Lten) die Einstellparameter unbeeinflußt bleiben und dessen Vorhaltzeit
leicht und bequem ittlficPder kon tinuierl Ich bei rninimalem schaltungstechnische:
Aufwand
einstellbar ist, ohne daß dabei die Vorhaltüberhöhung beeinflußt wird.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Regler
durch einen in Reihe zum Eingangswiderstand geschalteten Widerstand und einen zwischen
dem Verbindungspunkt des Widerstandes und des Kondensators der RC-Reihenschaltung
und Masse liegenden einstellbaren Widerstand auf PID-Verhalten mit veränderlicher
Vorhaltzeit umschaltbar ist, daß der Regler durch Kurzschließen des Widerstandes
und der Zuleitungen des Rückführkondensators und durch Umschaltung des Rückführkondensators
in die Zuleitung des Kondensators der RC-Reihenschaltung auf PD-Verhalten umschaltbar
ist und daß der Regler durch Kurzschließen des Widerstandes und Auftrennen der Zuleitungen
des Kondensators der RC-Reihenschaltung und durch Parallelschaltung dieses Kondensators
zum Rückführkondensator auf PI-Verhalten umschaltbar ist.
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Anhand eines in der Fig. 1 - 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung näher erläutert.
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Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild des Reglers mit PID-Verhalten,
Fig. 2 zeigt das Schaltbild des Reglers mit Schaltern zur Umschaltung auf verschiedene
Regelverhalten Fig. 3 zeigt die Stellung der Schalter bei verschiedenen Regelverhalten
des Reglers.
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In Fig. 1 ist V ein Verstärker, z. B. ein Operationsverstärker, dessen
Ausgang mit einem Rückführkondensator C2 und einem Rückführwiderstand R2 mit dem
Eingang verbunden ist. An dem Verbindungspunkt des Rückführkondensators C2 und des
Rückführwiderstandes R2 ist ein einstellbarer Widerstand R5 angeschlossen, dessen
andere Anschlußklemme an Masse M gelegt ist. Dem Eingang des Verstärkers V ist ein
Eingangswiderstand R1 vorgeschaltet, zu dem in Reihe ein Widerstand R la liegt.
Parallel zu der Reihenschaltung des Eingangswiderstandes R1 und des Widerstandes
Rla ist eine RC-Reihenschaltung R3, C3 geschaltet. Zwischen dem Verbindungspunkt
des Kondensators C3 und des Widerstandes R3 der RC-Reihenschaltung R3, C3 und der
Masse M ist ein weiterer einstellbarer Widerstand R4 vorgesehen. Die einstellbaren
Widerstände R4, R5 sind getrennt einstellbar oder sind durch mechanische Kupplung
ihrer Abgriffe zusammen einstellbar. Die Eingangsspannung U und die Ausgangsspannung
U sind auf Masse bee a zogen. Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Regler mit PID-Verhalten.
Der Rückführkondensator C2 und der Rückführwiderstand R2 bestimmen dabei den Integral-Anteil,
der Kondensator C3 und der Widerstand R3 den Differential-Anteil und R1 und R W
nProportionalla Anteil. Die Nachstellzeit TN wird mittels des einstellbaren Widerstandes
R5 eingestellt, während die Vorhaltzeit TV durch den anderen einstellbaren Widerstand
R4 verändert werden kann.
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Bei Verändern der Vorhaltzeit TV durch den einstellbaren Widerstand
R4 bleibt nun vorteilhafterweise die Vorhaltüberhöhung R1/R3 konstant, da ja der
Widerstand R3 nicht verändert wird
und der Eingangswiderstand R1
ohnehin konstant ist. Ebenso bleibt bei Verändern der Vorhaltzeit TV der Kondensator
C3 konstant. Die Vorhaltzeit TV. und die Nachstellzeit TN sind durch die Widerstände
R4, R5 getrennt einstellbar. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, ihre
Abgriffe mechanisch miteinander zu kuppeln, womit dann eine gemeinsame Verstellung
der beiden Widerstände R4, R5 möglich ist, die beide mit einem Pol an der gemeinsamen
Masse M liegen. Von der gemeinsamen Verstellung wird man immer dann Gebrauch machen,
wenn TN/TV ein konstantes Verhältnis bilden.
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In Fig. 2 ist der Regler mit den Umschaltmöglichkeiten auf verschiedene
Regelverhalten mittels Schließer und Wechsler gezeigt. Dabei ist kein bestimmtes
Regelverhalten dargestellt, vielmehr sind alle Schließer geöffnet und die Wechsler
in einer willkürlichen Stellung gezeichnet. Soll der Regler entsprechend Fig. 1
PID-Verhalten aufweisen, so müssen die Schließer S1 -und die Wechsler W1, W2 folgende
Stellung haben: der Schließer S1 wird geschlossen, damit wird die Verbindung des
Rückführkondensators C2 zum Ausgang des Verstärkers V hergestellt.
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Der Schließer 2 bleibt geöffnet, da die Rückführung R2, C2 voll wirksam
sein muß. Die Schließer S3, S4 und S7 werden geschlossen, um die RC-Reihenschaltung
R3, C3 wirken zu lassen, da diese das Differential-Verhalten des Reglers bestimmt.
Die Schließer S6 und S8 bleiben geöffnet, während die Wechsler W1, W2 in der gezeichneten
Stellung verbleiben. Durch den einstellbaren Widerstand R4 ist die Vorhaltzeit TV
einstellbar.
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Zur Umschaltung des Reglers auf PI-Verhalten werden die Schließer
und Wechsler wie folgt betätigt: der Schließer S1 bleibt weiter geschlossen, da
die das Integral-Verhalten des Reglers bestimmende Rückführung R2 C2 voll wirksam
sein muß, was gleichzeitig bedeutet, daß der Schließer 2 geöffnet bleibt. Die Schließer
53 und S4 werden geöffnet, um den Differential-Anteil auszuschalten. Durch Schließen
der Schließer S5, 6 wird der Kondensator C3 parallel zu dem Rückführkondensator
C2 gelegt. Der Schließer S7 bleibt geöffnet, während der Schließer S8 geschlossen
wird und damit den Widerstand Rla überbrückt. Die Wechsler W1, W2 bleiben in der
gezeichneten Stellung. Durch geeignete Wahl der Kondensatoren C21 C3 wird erreicht,
daß bei Umschaltung auf ein anderes Regelverhalten - hier PI Verhalten -die Einstellparameter
nicht beeinflußt werden, was einen großen Vorteil bedeutet.
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Soll der Regler auf PD-Verhalten umgeschaltet werden, so ist hierzu
der Rückführkondensator C2 vom Ausgang des Verstärkers V zu trennen, was durch öffnen
des Schließers S1 geschieht. Das eine Ende des Rückführwiderstandes R2 wird durch
Schließen des Schließers S2 an den Ausgang des Verstärkers V gelegt, das andere
Ende bleibt mit dem Eingang des Verstärkers V verbunden.
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Da der Kondensator C3 und der Widerstand R3 wirksam werden müssen,
werden die Schließer S3 und S4 geschlosseri. Die Schließer S5, S6 und 57 werden
geöffnet, während durch Schließen des Schließers S8 der Widerstand Ria überbrückt
wird.
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Die Wechsler W1, W werden umgeschaltet, wodurch der Rückführkondensator
C2 in Reihe mit dem Kondensator C3 geschaltet ist.
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Auch hier bleiben die Einstellparameter durch geeignete Wahl der Kondensatoren
C2 und C3 bei der Umschaltung unbeeinflußt.
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In Fig. 3 ist noch einmal übersichtlich dargestellt, welche Schließer
geöffnet bzw. geschlossen und wie die Wechseler geschaltet sein müssen, damit der
Regler PID-, PI- oder PD-Verhalten aufweist.
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7 Seiten Beschreibung 2 Ansprüche 2 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren