DE2220663B2 - Wahlweise auf I- oder Pl-Verhalten umschaltbarer Regler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wahlweise auf I- oder PI-Verhalten umschaltbaren Regler, bei dem in der Rückführung eines ersten Differenzverstärkers wahlweise entweder ein Kondensator oder eine Serienscha!- tung aus einem Widerstand und einem Kondensator über Schaltglieder anschaltbar sind und bei dem am Verbindungspunkt zwischen der Reihenschaltung von Widersland und Kondensator über ein weiteres Schaltglied der Ausgang eines zweiten Differenzver- m.· stärkers anschaltbar ist, wobei weiterhin der zweite Differenzverstärker ebenso wie der erste Differenzverstärker über Eingangswiderstände an den Istwert — bzw. Sollwert — oder Führungsgrößeneingang angeschlossen ist.

Derartige Regler werden dazu verwendet, um dem Regler von bestimmten Regelkreisen, wie sie beispielsweise bei Umkehrslromrichlern zur Steuerung von Umkehrantrieben verwendet werden, bedarfsweise ein I- oder Pl-Verhatten zu verleihen.

Aus der DT-AS 19 57 599 is< ein solcher Regler für die Stromregelung im lockenden und nichtiückenden Bereich bekannt. Dieser Regler, der sich wahlweise den Bedürfnissen der Regelstrecke anpassend, auf ein I-Verhalten in den Stromlücken des lückenden Bereiches oder ein Pl-Verhalten im nichtiückenden Bereich oder während der Stromführung im lückenden Bereich umschalten kann, weist einen ersten Differenzverstärker auf, zu dem parallel zu dessen Ein- und Ausgang entweder ein Kondensator oder eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator über Schaltglieder anschaltbar sind. Bei diesem Regler ist des weiteren am Verbindungspunkt zwischen der Reihenschaltung von Widerstand und Kondensator ein weiteres Schaltglied an den Ausgang eines zweiten Differenzverstärkers anschaltbar, dessen Eingang über einen Widerstand mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers in Verbindung steht. Bei dieser bekannten Regelung wird auf eine exakte Strukturumschakung verzichtet, und insgesamt nur eine PITi-Charakteristik erreicht.

Des weiteren ist aus der DT-OS 20 55 473 ein Regler mitselbstcinstellenden Parametern in Stromrichteranlagen te annt. Dieser Stromregler besteht aus einer Reihenschaltung eines ersten proportionalen Gliedes und einem zweiten proportionalen Glied, dem ein differenzierendes Glied parallel geschaltet ist. sowie einem integrierenden Glied. Das erste proportionale Glied enthält einen Verstärker und weist eine konstante Proportionalverstärkung auf, die durch die Wahl des Eingangswiderstandes des Verstärkers und des im Gegenkopplungskreises liegenden Widerstandes festgelegt wird. Das zweite proportionale Glied enthält einen Verstärker der einen Eingangswiderstand und einen Gegenkopplungskreis mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen aufweist. Diesem Verstärker ist ein Widerstand nachgeschaltet. Das dem zweiten proportionalen Glied parallel geschaltete differenzierende Glied weist einen Verstärker mit einem Eingangswiderstand sowie einen Gegenkopplungskreis mit einem Widerstand auf, dem ein Kondensator nachgeschaltet ist. Das integrierende Glied enthält einen Verstärker mit einem Kondensator in seinem Gegenkopplungskreis. Das Proportional-integral-(Pi)-Verhalten wird dadurch erreicht, daß auf das integrierende Glied zwei Signale — ein differenzierendes und ein proportionales geschaltet werden. Bei diesem Regler mit umschaltbarem I- oder Pl-Verhalten ist die Umschaltzeit relativ lang. Ferner treten zum Umschaltzeitpunkt Unstetigkeiten im Ausgangssignal auf, d:i die entsprechenden Rückführungen für das I- oder Pl-Verhalten unterschiedliche Spannungen aufweisen.

Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, unter Verwendung von wenigen Schaltelementen einen Regler so zu bauen, daß ein stetiger Übergang des Ausgangssignals zum Umschaltzeitpunkt sowie eine kurze Umschaltzeit und bedarfsweise eine Speicherwirkung für das analoge Eingangssignal erzielt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß in der Rückführung des ersten Differenzverstärkers ein aus drei Schaltgliedern aufgebauter elektronischer Schalter liegt, daß die Arbeitsstrecken der ersten beiden Feldeffekttransistoren zwischen dem Eingang des ersten Differenzverstärkers und den Rückführzweig mit einem relativ hochohmigen Kondensator bzw. den Rückführzweig mit der Serienschaltung aus Widerstand

(ind Kondensator angeschlossen sind, während die Arbeitsstrecke des dritten Schalt^ liedes an Nullpotentia! angeschlossen ist, daß der zweite Verstärker einen ilückführwiderstand mit ein^rn Widerstandswert befitzt, der gleich dem Wert des in Serie mit dem Kondensator liegenden Widerstandes ist, derart, daß der zweite Differenzverstärker bei l-Bes^haltung des ersten Differenzverstärkers zur Vorladung des in Serie mit dem Widerstand liegenden Kondensator dient und (jas bei Pl-Beschaltung der relativ hochohmige an Mullpotential angeschlossene Kondensator direkt mit 4er Regelausgangsspannung beaufschlagt ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Zuleitung zur Eingabe der Regelgrößenabweichung durch ein Schaltglied vom Eingang des ersten Differenzverstärkers trennbar ist. £ei Verwendung eines Feldeffekttransistors als Schallglied wird das analoge Eingangssignal infolge des hochohmigeri Widerstandes des Feldeffekttransistors nach dessen Sperrung am ebenfalls hochohmigen Verstärkereingang gespeichert.

Nach einer Ausführungsform wird dem /weiten Differenzverstärker ein Widerstand parallel geschaltet, während dem Eingang des Differenzverstärkers die Regelgrößenabweichung über je eine Klemme zur Aufnahme des Ist- bzw. des Sollwertes zuführbar isi und wobei der den entsprechenden Klemmen des ersten und ^weiten Differenzverstärkers zugeführte Istwert b/w. Sollwert identisch ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den in Reihe mit dem Kondensator geschaltelen Widerstand im Parallelzweig des ersten Differenz-Verstärkers den gleichen Wert zu geben wie dem Widerstand, der dem zweiten Differenzverstärker parallel geschaltet ist.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn die. dem ersten Differenzverstärker zugeordneten Kondentatoren. ungleiche Werte aufweisen. Die Schaltung Arbeitet besonders wirkungsvoll und mit besonders geringen Umschaltzeiten, wenn als Schaltglieder Feldeffekttransistoren vorgesehen sind.

Die Erfindung wird an Hand eines Schaltungsbeitpiels näher erläutert.

Die Klemme £i_a und Klemme £w> sind über je einen Widerstand mit einer Elektrode des Transistors Fi verbunden, von dem eine weitere Elektrode mit dem Eingang 15 eines Differenzverstärkers V: verbunden ist. Die Elektrode 2 von Transistor F> ist mit Anschluß 2 der Einheit 11 verbunden.

Transistor Fz und die anderen Transistoren £4», £4.7, f-4/», FAh der Schaltung sind als Feldeffekttransistoren Husgebildet.

Eingang 15 und Ausgang 16 des Verstärkers Vi sind turn einen über einen Transistor Fts mit einer aus einem Widerstand /?i und einem Kondensator Ci bestehenden Keihenschallung verbunden, zum anderen fiber einci Transistor £43 mit einem Kondensator O. Eine Kondensatorelektrode ist über einen Transistor TaI mit Erde verbindbar.

Der gemeinsame Verbindungspunkt 17 von R\ und Ci ist über einen Transistor £>/> mil dem Ausgang eines Diflerenzverstärkcrs Vi verbunden: der Rückführwiderstand des Verstärkers ist der Widerstand R? ■ /?i und Ri weisen den gleichen Wert auf.

Am Eingang von Vi liegen über Widerstände die Eingangsklemmen £2*und £20, wobei Eirund £26mit den Klemmen £ubzw. £1* verbunden sind.

An die Klemmen £12 ist der Istwert der Regelstrecke, an E\b der Sollwert angeschlossen.

Ferner ist der Anschluß 4 der Einheit 11 mit den Elektroden 4 der Transistoren Fa₁, Fib und der Anschluß 4 mit den Elektroden 4 der Transistoren Fa a, FäI verbunden.

Der Ausgang 16 des Verstärkers V2 führt über eine Einheit 10 zu Einheit 11. Einheit 11 umfaßt das Stromrichter-Stellglied, die Regelstrecke des Regelkreises und eine kombinierte Meßwerterfassung- und Meß wert Verarbeitungseinrichtung.

Die Regelstrecke in Einheit 11 benötigt bei bestimmten Betriebsbedingungen einen Regler mit I- oder mit Pl-Verhalten.

Je nach den benötigten Betriebsbedingungen der Regelstrecke werden die Ausgänge 2,4, 4 der Einheit 11 betätigt, um ein I- oder ein Pl-Verhalten des Reglers zu erhalten.

Transistor Fi ist in der Regel im leitenden Zustand, so daß die Klemmen £1* E\b mit dem Eingang 15 von V: vcibunden sind. Zur Erzielung des 1-Verhaltens sind die Transistoren £43, FAh durch Beeinflussung der Elektroden 4 von Einheit 11 her leitend, während die Transistoren £4.? und ΤαΊ> sperren, so daß Kondensator O parallel zu Vi mit Eingang 15 und Ausgang 16 verbunden ist.

Über Verbindungspunkt 17 wird durch Verstärker V) über den leitenden Transistor £4/, eine Spannung an C"? gelegt, so daß die Spannung an R2, Ci der Spannung Ci entspricht und damit beim eventuellen Umschalten in den !'!-Betriebszustand kein Spannungssprung am Ausgang 16 des Verstärkers V2 auftreten kann.

Pl-Verhalten wird durch Sperrung der Transistoren £4.7. Fih und Öffnung der Transistoren Fu Fth erreicht.

Wird V] durch Sperrung von F4b von R\. C) getrennt und R\ mit dem Eingang 15 durch Leitendmachen von Fi.i verbunden, so wird Ci über Fift mit Masse verbunden und weist im Verhältnis zur Spannung an Wi. Ci eine fast gleichgroße Spannung auf, da die Spannung an Eingang 15 infolge der Verstärkung von V2 in der Größenordnung von 100 000 nur wenige Millivolt beträgt. Bei nachfolgender Umschaltung in den !-Verhalten Zustand von Vi ist damit eine Stetigkeit des Ausgangssignals wiederum gewahrt.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn Fi 1111 I-Verhalten Zustand des Reglers gesperrt wird. Da der Eingang von V2 hochohmig ist und C: wie auch der gesperrte Transistor £2 einen hochohmigen Widerstand darstellen, bleiben Eingangsspannung und damit auch Ausgangsspannung an Vi über eine längere Zeitspanne erhalten, d.h., der Regler zeigt eine Speicherwirkung des analogen Eingangssignals in Höhe des zuletzt am Eingang anliegenden Wertes. Diese Speicherwirkung bringt besonders bei bestimmten Anwendungen, etwa bei der Regelung von Umkehi'stromrichtem einen zusätzlichen Nutzen, da bei dynamisch hochwertigen Übergangsvorgängen mit Stromunikchr ein Analogspeicher notwendig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wahlweise auf I- oder PI-Verhalten umschaltbarer Regler, bei dem in die Rückführung eines ersten Differenzverstärkers wahlweise entweder ein Kondensator oder eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator über Schaltglieder anschaltbar sind und bei dem am Verbindungspunkt zwischen der Reihenschaltung von Wider- stand und Kondensator über ein weiteres Schaitglied der Ausgang eines zweiten Differenzverstärkers anschaltbar ist, wobei weiterhin der zweite Differenzverstärker ebenso wie der erste Differenzverstärker über Eingangswiderstände an den Ist- bzw. Sollwert — oder Führungsgrößeneingang angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführung des ersten Differenzversiärkers (V 2) ein aus drei Schaltgliedern (FAa. FAa und FAb) aufgebauter elektronischer Schalter liegt, daß die Arbeitsstrecken der ersten beiden Feldeffekttransistoren (FAa und FAa) zwischen den Eingang des ersten Differenzverstärkers (V2) und den Rückführzweig mit einem relativ hochohmigen Kondensator (C2) bzw. den Rückführzweig mit der Serienschaltung aus Widerstand (R 2) und Kondensator (C I) angeschlossen sind, während die Arbeits strecke des dritten Schaltgliedes (FAb) an Nullpotential angeschlossen ist, daß der zweite Verstärker (Vl) einen Rückführwiderstand (R 1) mit e^;nem Widerstandswert besitzt, der gleich dem Wert des in Serie mit dem Kondensator (Cl) liegenden Widerstandes (R 2) ist, derart, daß der zweite Differenzverstärker (Vl) bei 1-Beschaltung des ersten Differenzverstärkers ( V2) zur Vorladung des in Serie mit dem ^ Widerstand (R 2) liegenden Kondensator (C 1)dient, und daß bei PI-Beschaltung der relativ hochohmige an Nullpotential angeschlossene Kondensator (C2) direkt mit der Reglerausgangsspannung beaufschlagt ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem ersten Differenzverstärker (V2) zugeordneten Kondensatoren (C 1, C2) ungleiche Werte aufweisen.

3. Regler nach Anspruch 1 und 2. dadurch ^ gekennzeichnet, daß als Schaltglieder Feldeffekttransistoren (FAa. FAa, F2, FAb. FAb) vorgesehen sind.