DE2226880C3 - Unstetiger Regler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen unstetigen legier mit einem Regelverstärker und einem in Ver- >indung mit dem Regelverstärkcr das Regelverhalten «stimmenden Netzwerk, das zur Erzielung eines lacheilenden Regelverhaltens einen Kondensator entiält, dessen Einfluß in Abhängigkeit von der Änderung les Reglereingangssignals geändert wird.

Ein derartiger Regler is:t aus der FR-PS 15 69 486 )ekannt. Bei diesem wird das nacheilende Regel-'erhalten durch ein /?C-Nctzwerk erreicht. Solche "Jejzwerke haben jedoch den Nachteil, daß bei hohen Änderungsgeschwindigkeiten des Reglereingangssignals Überschwingungen auftreten, die die Stabilität des Reglers verschlechtern und zu einer hohen Schalthäufigkeit des üblicherweise dem Stellmotor des Reglers vorgeschalteten Relais führen. Daher wird bei dem bekannten Regler das das Regelverhalten bestimmende Netzwerk bei einem bestimmten Reglereingangssigna] abgeschaltet, und der Regler arbeitet daraufhin mit proportionaler Charakteristik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Regler der eingangs genannten Gattung derart auszubilden, daß bei einer hohen Änderungsgeschwindigkeit des Reglereingangssignals die Schalthäufigkeit des dem Stellmotor vorgeschalteten Relais verringert und dadurch dessen Lebensdauer erhöht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß für den Kondensator ein Ladestromweg und ein Entladestromweg vorgesehen sind und daß im Ladestromweg vor und hinter dem Kondensator je ein elektrisches Ventil und im Entladestromweg ein weiteres elektrisches Ventil liegen, die derart gepolt sind, daß bei ansteigendem Reglereingangssignal der Ladestromweg und bei abfallendem Reglereingangssignal der Entladestromweg geschlossen ist.

Das das Regelverhalten bestimmende Netzwerk dieses Reglers ist derart ausgebildet, daß bei hohen Änoerungsgeschwindigkeiten des Reglereingangssignals der Regler ein nacheilendes Regelverhalten und bei geringen Änderungsgeschwindigkeiten des Reglereingangssignals ein proportionales Verhalten zeigt. Im Gegensatz zu den bekannten RC-Netzwerken, bei denen zwar gegenüber dem proportionalen Regelverhalten eine gewisse Nacheilung des Stellmotorbetriebs und damit eine Verringerung der Schalthäufigkeit des dem Stellmotor vorgeschalteten Relais erreicht wird bewirkt, daß das Regelverhalten bestimmende Netzwerk des erfindungsgemäßen Reglers bei hohen Änderungsgeschwindigkeiten des Reglereingangssignals auf Grund der nicht linearen elektrischen Ventile eine größere Nacru-ilung und damit eine stärkere Verringerung der K, ,.lisschalthäufigkeit.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der F i g. 1 bis 15 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Reglers,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Reglers der Fig. 1,

F i g. 3A und 3 B Diagramme, aus denen die Beziehung zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße beim Regler der Fi g. 1 hervorgeht,

F i g. 4 ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße bei dem Regler gemäß der Erfindung hervorgeht,

F i g. 5 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen Regler gemäß der Erfindung,

F i g. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des in F i g. 1 gezeigetn Reglers und

F i g. 7 bis 15 Schaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele des Reglers gemäß der Erfindung.

An Hand der F i g. 1 wird zunächst ein bekannter Regler beschrieben, der ein Relais aufweist. In der Figur ist die Führungsgröße mit O₀ und die Regelgröße mit υ bezeichnet. Die Regelgröße Λ wird von einem Meßumformer 6 in den Ist-Wert i)_f der Regelgröße mit der gleichen Dimension wie die Führungsgröße D₀ umgewandelt. Mit 1 ist ein Vergleichsglicd und mit 2 ein Regelverstärkcr bezeichnet. Dem Verglcichsglied 1 wird die Führungsgröße r\, und der negative Ist-Werl D₁ zugeführt. Das Ausgangssignal

j_es Vergleichsglieds 1 ist die Regelabweichung >,-, die dem Regelverstärker 2 zugeführt wird. Das Ausgangs- -Vnal des Regel Verstärkers 2, die verstärkte Regelabweichung >₀< ^w'^r<* ^em R^e'^ai^s 4 zugeführt. Das Relais 4 gibt die Stellgröße ab, die einem Stellmotor 5 eführt _wlT^ pie Ansprech- und Abfallwerte des Relais 4 sind u und /f bzw. - u und -/*.

Es wird nun die Arbeitsweise dieses Reglers für den Fall erläutert, daß die Führungsgröße mit konstanter Geschwindigkeit zunimmt, d. h. ^ = Bt (B ist eine Konstante und t die Zeit). F i g. 2 zeigt die Regelabweichung <·,· und die verstärkte Regelabweichung r_Q in Abhängigkeit von der Zeit. Es wird angenommen,

¹¹¹ ... £..,_ XH. \ „„A A^ lot U/o-t A Aar-

t_s, währ

ist die Zeit t_s, während der \t,\ [1 erreicht derart, daß der Punkt P₁ sich aufeinanderfolgend in der Größenordnung von P₁" und P₁'" bei einer Zunahme der Konstante B ändert, wie F i g. 2 zeigt. Die Zeitpenode

r_s wird nämlich bei einer Erhöhung der Konstante B schnell klein.

In Fig. 3B ist die Beziehung zwischen der Fuhrungsgröße J)₀ und der Regelgröße ö gezeigt, wenn die Konstante B zunimmt. Wie sich aus der vorherigen

ίο Beschreibung ergibt, nimmt nur die Penode der Unterbrechung des Stellmotors 5 ab, die Änderung ό der Regelgröße ändert sich jedoch kaum, so daß die Frequenz bzw. die Anzahl der Betätigungen des Relais in einer bestimmten Zeitperiode T proportional

1Π /YUIi⁰¹¹C¹¹O* ^β

daß die Führungsgröße A₀ und der Ist-Wert f>_f der ^,,„„.,...,ν, „~, r- . -

Reeeleröße Spannungssignale sind und daß 3 ein 15 mit der Konstante B im Vergleich zu dem fan oer

. Ä· -,..,otarVor ;«t Hp«f»n Vprstärkiinp Hpr Finfarh- Fip TA zunimmt. Dies führt zu der Schwierigen,

Ulli UCl I\AJMalaiin» Lf int ',*-£,-*.....

F ι g. 3A zunimmt. Dies führt zu der Schwierigkeit, daß eine hohe Betätigungsfrequenz des Relais dessen Lebensdauer verkürzt.

Beim Regler gemäß der Erfindung tritt dieser Nachteil nicht auf, und die Regelgröße folgt der Führungsgröße exakt mit der gleichen Genauigkeit wie bei dem bekannten Regler, wie F i g. 3 A zeigt, jedoch nimmt die Änderung f>' der Regelgröße Λ, wenn die Konstante B zunimmt, automatisch zu. um die Regelgröße zu veranlassen, der Führungsgröße zu folgen, wie F i g. 4 zeigt, in der die Konstante B dem Fall der F i g. 3 B entspricht.

An Hand der F i g. 5 wird nun ein Ausführungsbeispiel des Reglers gemäß der Erfindung beschrieben. Gleiche Elemente wie in F i g. 1 sind mit ^Aan "'»^Vien Bezugszeichen versehen. Da sich dieses beispiel von dem Regler der F i g. 1 nur des Regelverstärkers 2 unterscheidet, wird im folgenden nur dieser beschrieben.

Mit 11 ist ein Funktionsverstärker bezeichnet, dessen negativer Eingangsanschluß 9 über einen Eingangswiderstand 8 mit einem Eingangsanschluß 7 des Regelverstärkers 2 verbunden ist. Der Eingangsanschluß 7 erhält die Regelabweichung «·■ von dem

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Addierverstärker ist, dessen Verstärkung der Einfachheit halber als 1 angenommen wird. Es gilt daher: ^ _ d_f = _fj = ^₀. Wenn der Regler in seinem stationären Zustand ist und der Zeitpunkt, zu dem der Stellmotor 5 anhält, r = O ist, dann nimmt die Regelabweichung >, jede Sekunde um B zu und erreicht nach t Sekunden einen Punkt P₁. An dem Punkt P₁ gilt Jf₁I = /Α so daß das Relais 4 zu arbeiten beginnt. Mit τ, ist die Ansprech- bzw. Totzeit des Relais 4 und des Stellmotors 5 bezeichnet, so daß der Stellmotor 5 T₁ Sekunden nach P₁ zu arbeiten beginnt Auf Grund der Regelwirkung nimmt danach die Regelabweichung ι, bzw. >₀ ab. Die Geschwindigkeit, mit der die Regelabweichung _f„ abnimmt, ist die Differenz zwischen dem zunehmenden Signal Bi und I)₀ = At, wobei A die konstante Geschwindigkeit ist, mit der die Regelgröße zunimmt. Somit nimmt die Regelabweichung f₀ jede Sekunde um A — B ab. Hierbei gilt A » B, und die Verstärkung des Meßumformers 6 wird zu 1 gewählt. f,_M Sekunden nach dem Anlaufen des Stellmotors 5 erreicht die Regelabweichung fjbzw. f<)den Punkt P₂, andem|f,| = «gilt. An diesem Punkt beginnt das Relais 4 wieder zu arbeiten, um

den Stellmotor 5 anzuhalten, der nach einer Totzeit P₂ _

anhält. Solange die Beziehung ö₀ = Br gilt, steht der 40 Vergleichsglied 1. Der positive Stellmotor 5 (_s + τ, Sekunden still und arbeitet t,„ + T₂ des Funktionsverstärkers 11 ist Sekunden lang. Der Stellmotor 5 wiederholt die stand 10' geerdet. Der obigen Vorgänge, und die Regelabweichung*, und tionsverstärkers 11 ist die verstärkte Regelabweichung t₀ ändern sich wieder- anschluß 12 des Regelverstärkers 2 holt in der in F i g. 2 gezeigten Weise. Stellt man diese 45 sehen den Ausgangsanschluß 12 "· Vorgänge durch einen Vergleich der Führungsgröße Eingangsanschluß 9 des Funktio O₀ mit der Regelgröße Λ dar, so folgt die Regelgröße ' " ■ ··- j..-....*

der Führungsgröße schrittweise, wie F i g. 3A zeigt. Punkte, die den Punkten P₁ und P₂ entsprechen, sind in Fig. 3A ebenfalls mit P₁ und P, bezeichnet, und während der Zeitperiode i„, + T₂ zwischen diesen Punkten nimmt die Regelgröße mit der Geschwindigkeit A zu.

Der maximale Wert der Konstante B ist normalerweise bekannt,und die Geschwindigkeit A wird ausreichend größer als ein erwarteter Maximalwert der Konstante ß gewählt, um zu verhindern, daß die Regelgröße der Führungsgröße nicht mehr folgen kann. Es wird daher nur der Fall erläutert, daß die Beziehung B 4 A gilt. Wenn B allmählich zunimmt, nimmt die Regelabweichung i, mit der Geschwindigkeit (A— B) zwischen den Punkten P₁ und P₂ in F i g. 2 zu, jedoch ist diese Geschwindigkeit im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit A. Selbst wenn daher die Konstante B zunimmt, ändert sich die Zeitperiode t„, gering. Daher schwankt die Änderung Λ' der Regelgröße entsprechend einer einzigen Betätigung des Relais, wie F i g. 3A

• . ... r»l 1„.W.I,

einen

t~lllg<lllg:miiav,iiiuij * u^ . - 11

ein Netzwerk geschaltet, das aus Dioden 13 bis 18, Widerständen 26 und 27 und Kondensatoren 19 und

besteht.

Zwischen den Eingangsanschluß 12 und Erde !st ein Serienkreis, bestehend aus einem Potentiometer und einem Widerstand 25 geschaltet, und ein Widerstand 24 ist an einem Ende an den Gleitkontakt des Potentiometers 23 und am anderen Ende an den 55 negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsverstärkers 11 angeschlossen. Außerdemsindzwei gegensinnig parallel geschaltete Dioden 21 und 22 zwischen der negativen Eingangsanschluß 9 und den Widerstand 2i

geschaltet.
Es wird nun die Arbeitsweise des R.egelverstärkers ί beschrieben:

Nimmt man an, daß für das Eingangssignal e, um das Ausgangssignal e„ des Regelverstärkers 2 e, < < gilt, dann werden die Dioden 15, 16 gesperrt. Wem der Absolutwert des Ausgangssignals e₀ mit der Zei abnimmt, wird die in dem Kondensator 19gespeichert Ladung entladen, und das Ausgangssignal e₀ nimm • — .- .i j _< ; n;_ao. ^,,rr>h Hip DinHe 17 s

6o

7PIPt.

leiner einzigen Betätigung des Relais, wie im g.j/\ uuung im.uuv, .,„..„ —.___,_,_..,_, _w

hei der Zunahme der Konstante ßkaum. Jedoch ab. Der Entladestrom i₄ fließt durch die Diode 17, s

daß er nicht zum negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsverstärkers 11 Hießt. Zum Zeitpunkt der Entladung ist nämlich die Diode 14 gesperrt, und der Kreis 77 überträgt daher keinen Rückkopplungsstrom zu dem negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsverslärkers 11. Der Zustand, in dem der Kreis 77 keinen Rückkopplungsstrom zu dem Funktionsverstärker 11 leitet, wird im folgenden als Zustand Il bezeichnet. In diesem Zustand verläuft der Rückkopplungskreis von dem Ausgangsanschluß 12 zum nega- io* tiven Eingangsanschluß 9 des Funktionsverslärkers H nur über den Widerstand 24. Wenn daher der Widerstandswert 24 R, und die an dem Gleitkontakt des Potentiometers 23 auftretende Spannung γe₀ ist, gilt:

tial an dem Anschluß 9 stets auf Null gehallen, und es gilt daher die folgende Gleichung (4):

Setzt man die Gleichung (3) in die Gleichung (4) ein, dann folgt

15

C₁

R,

!
R₁

= 0.

in der e₀ eine Spannung entsprechend )₀ und c, eine Spannung entsprechend ι, ist.

Aus der Gleichung (1) erhält man die folgende Gleichung (2):

^RJ

= - Ke,

(2)

In dem Zustand Il arbeitet der Kreis 77 wie ein proportionaler Verstärker, dessen Ve» Stärkung K ist. Es ist ersichtlich, daß auch für den Fall von e, > 0 und t'o < 0 die Gleichung (2) gilt.

Es wird nun der Fall erläutert, daß der Kreis 77 einen Rückkopplungsstrom ι, zu dem negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsverstärkers 11 liefert. Dieser Zustand wird im folgenden als Zutand I bezeichnet. Wenn e, < 0 und e₀ > 0 ist, fließt ein Ladestrom zu dem Kondensator 19. Dies bedeutet, daß im Zustand 1 ein Ladestrom in den Kondensator 19 fließt. Im Zustand I sind die Dioden 15 und 16 gesperrt, so daß der Zustand I von dem Zustand II nur dadurch verschieden ist. daß die Dioden 13 und 14 leiten. Vernachlässigt man den Innenwiderstand der Dioden 13 und 14, so ergibt sich der über die Dio.de 13, den Kondensator 19 und die Diode 14 verlaufende Rückkopplungskreis. Hierbei ist C₀ > 0, und das Ausgangssignal C₀ nimmt zu, so daß der Ladestrom i, von dem Ausgangsanschluß 19 zu dem negativen Eingangsanschluß 9 über die Diode 13. den Kondensator 19 und die Diode 14 fließt, da die Diode 17 sperrt. Wenn die Kapazität des Kondensators 19 zu 0 gewählt wird, ist der Ladestrom i, durch die folgende Gleichung (3) gegeben:

' M.

de,
di

Setzt man R₁IyR, -■ K in die obige Gleichung ein und schreibt diese in Form der Laplace-Transformation, dann erhält man die folgende Gleichung (5):

T₁S + 1

(5)

J i, di = e₀ ,

i - c ^de° ^h - ^c ~dT·

(3)

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Der Ladestrom i, ist ein Rückkopplungsstrom zu dem negativen Eingangsanschluß 9 des Funktions-Verstärkers ΪΪ.

Wenn die Verstärkung des Funktionsverstärkers als unendlich (oc) angesehen wird, dann wrd das Poten-

65 in der T₁ = KR₁C.

Die obige Gleichung (5) gibt die Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 5 im Zustand I wieder. Das Ausgangssignal e₀ hat die Eigenschaft einer Nacheilung erster Ordnung relativ zu dem Eingangssignal ?,·, so daß sich ein !-Verhalten ergibt.

Wenn das Hingangssignal e, positiv und das Ausgangssignal c₀ negativ ist, sperren die Dioden 13undl4, jedoch leiten stattdessen die Dioden 15 und 16, so daß, wenn die Kapazität des Kondensators 20 ebenfalls C ist, die Gleichung (5) auch gilt.

Im Zustand I, in dem der Absolutwert des Eingangssignals e, des negativen Eingangsanschlusses 9 des Funktionsverstärkers 11 zunimmt und der Kreis 77 den Rückkopplungsstrom zu dem Funktionsverstärker 11 liefert, hat der Regler der F i g, 5 eine nacheilende Charakteristik erster Ordnung, und in dem Zustand II, in dem der Absolutwert des Eingangssignals e, des negativen Eingangsanschlusses 9 des Funktionsverstärkers 11 abnimmt und der Kreis 77 keinen Rückkopplungsstromzu dem FunktionsverstäTker 11 liefert, hat der Regler eine proportionale Charakteristik.

Es wird nun der Fall beschrieben, in dem der Regelverstärker 2 der F i g. 5 wie in F i g. I betrieben wird. Zum besseren Verständnis der Erläuterung gilt >, = -e, und f₀ = e₀, d.h., K=I, wobei angenommen wird, daß fy, = Bt, und daß eine Einheit des Eingangssignals e, der der Regelabweichung t, entspricht. Außerdem wird angenommen, daß die Verstärkung des Meßumformers 6 ebenfalls 1 ist.

An Hand der F i g. 6 werden die Änderungen der Regelabweich ung f_; bzw. der verstärkten Regelabwei chung % beschrieben, in der Figur sind die verstärkte Regelabweich ung ^₀ und die Regelabweichung ^₁ in dem Beispiel der F i g. 5 relativ zu der Konstante S, die gleich der in F i g. 2 ist, durch eine starke Linie bzw. eine dünne, unterbrochene Linie dargestellt. Wenn der Zeitpunkt, in dem der Stellmotor 5 anhält, wie in F i g. 2 mit f = 0 bezeichnet wird, dann steigt die Regelabweichung *, bis zu dem Punkt P₁ mit einer konstanten Geschwindigkeit B von f = 0 an. Dabei ändert sich die Spannung e, am Eingangsanschluß 7 im Beispiel der F i g. 5 weiter in negativer Richtung, so daß das Ausgangssigna] B₀ positiv ist. Daher beginnt die Arbeitsweise des Zustands I, so daß das Ausgangssignal eg eine nacheilende Charakteristik erster Ord nung hat und erheblich hinter der Regelabweichung »-,

nacheilt und ,/'zum ersten Mal an dem Punkt /', nach i[ Sekunden erreicht. Danach beginnt der Stellmotor 5 nach der lolzeil τ, zu arbeilen. Daher erreicht die Regelabweichung .·, einen Punkt A'₄ und beginnt dann abzunehmen. Das Ausgangssignal <■„ hat danach noch eine nacheilende Charakteristik erster Ordnung und nimmt allmählich ab. Wenn jedoch das Ausgangssignal Cn den Punkt l\ erreicht, wird |c,,j. das infolge tier Nacheilung kleiner als je,| war, schließlich letzterem gleich. An diesem Punkt wird die Ladespannuiig des Kondensators 19 gleich ;<·,|. so daß. da Jc₁ULiHaCh abnimmt, die I adcspannung des Kondensators 19 zusammen mit Ic,,'abnimmt Daher fließt der Ladestrom nicht mehr und die Diode 14 sperrt. Der Kreis 77 gehl daher in den Zustand Il über.und die verstärkte Regelabweichung i„ nimmt zusammen mit der Regelabweichung :, ab. Am Punkt l\ wird die verstärkte Regelabweichung >„ -· α und r, Sekunden danach halt der Stellmotor 5 an dem Punkt P- an. Wenn die Konstante ßdcr P'ülirungsgröße <\, konstant ist.ändert sich die Regelabweichung ι, und die verstärkte Regelabweichung ;,, wiederholt entsprechend Fig. h. Bei dem in F i g. 5 gezeigten Beispiel ist die Unlcrbrcchungsperiodc f[ + τ, des Stellmotors 5 größer als i[ ι r, in F i g. 2. und die Periode f,'„ 4 7, ist ebenfalls größer als i_m 4 r, in F i g. 2 Dies ist auf die nacheilende Charakteristik erster Ordnung zurückzuführen. Eine geringe Nachcilung wird erreicht, wenn die Konstante Ii sehr klein ist. Obwohl die Genauigkeit um der des Standes der Technik nicht immer verschieden ist, werden die Perioden f, und t,„ automatisch den Perioden /; und t'„, in F i g. 6 gleich und nehmen mit einer Erhöhung der Konstante B zu. und die Regelgröße und die Führungsgröße <\, ändern sich w ic in F i g. 4.

Durch die Erfindung kann die Etclätigungsfrequcnz des Relais verbessert werden, so daß die Lebensdauer des Relais oder einer entsprechenden Einrichtung wie eines Solcnoidvcntils, Schutzgasrclais. Kippschalters oder dergleichen verlängert wird, ohne daß dadurch die Genauigkeit des Reglers verringert wird.

Bisher wurden die Innenwiderstände der Dioden 13 bis 16 in F i g. 5 als vernachlässigbar angesehen. Berücksichtigt man sie jedoch, muß die Gleichung (5) durch die folgende Gleichung (ft) ersetzt werden:

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I₂S +
7,

(6)

in der 7, eine Funktion zwischen den Dioden 113, 14 bzw. 15, 16 und der Kapazität 19 oder 20 ist. Da 7₂ < T₁. ist die Arbeitsweise im Falle der Anwendung der Gleichung (6) im wesentlichen die gleiche wie im Falle der Anwendung der Gleichung (5). Selbst wenn ein Widerstand mit kleinem Widerstandswert in Reihe zu den Dioden 14 und 15 in F i g. 2 vorhanden ist. liegt man im Bereich der Gültigkeit der Gleichung (6).

Nach dem übergang des Reglers vom Zustand I in den Zustand 11 wird die in dem Kondensator 19 gespeicherte Ladung über die Reihenschaltung des Widerstandes 26 (mit dem Widerstandswert Rd\ und der D'ode 17 bei einer Abnahme des Ausgangssignals e_n entladen.

Die Zeitkonstante Td dieses Kreises ist wie folgt:

Td = Rd C.

(7)

daß der Wert Rd ■ C klein und von der Zeitkonstante f, -- K ■ Ri ■ C im Zustand I verschieden ist.

F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nur der dem Regelverstärkcr 2 der F' i g. 5 entsprechende Teil dargestellt ist. Der Stellmotors, das Relais 4. der Meßumformer 6 und das Verglcichsglied I sind die gleichen wie in I i g. 5 und sind daher nicht gezeigt. Das Beispiel der F 1 g. 7 unterscheidet sich von dem der Fi g. 5 dadurch, daß der Anschlußptinkl der Dioden 13 und 15 nicht mit dem Ausgangsar.schluß 12 des Funktionsvcrslärkers 11. sondern mit dem Gleitkontakt des Potentiometers 23 verbunden ist. Daher wird die Charakteristik des Beispiels der F' i g. 7 im Zustand I durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

t;s -ι ι

in der 7 ,' R₁

C und

R.

Rd wird vorzugsweise kleiner als Ri gewähät. so

Ein Vergleich der Gleichungen (8) und (5) zeigt, daß die Nacheilung erster Ordnung in der Charakteristik des Beispiels 7 keine Beziehung zum Einstellwerl γ der Verstärkung hat. Im Zustand Il ergibt sich das gleiche Verhalten wie bei dem Beispiel der Fig. 5.

Die der Ausgangssignalbegrenz.ung dienenden Dioden 21 und 22 sind bei dem Beispiel der F i g. 7 und bei den Beispielen der F i g. X bis 15 nicht beschrieben.

F i g. 8 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform des Regclverstärkcrs 2, bei dem die Dioden 33 bis 36 zwischen dem negativen Eingangsanschluß 9 und dem Ausgangsanschluß 12 des Funklionsverstärkers 11 in Form einer Brücke geschaltet sind, wobei ein Kondensator 28 zwischen die Anschlüsse der Brücke geschaltet ist. die nicht mit dem Funktionsverstärker 11 verbunden sind, und eine Reihenschaltung eines Widerstandes 29 und einer Diode 31 und eine weitere Reihenschaltung eines Widerstands 30 und einer Diode 32 zwischen die Anschlußpunkte des Kondensators 28 an die Brücke und Erde geschaltet ist. Der so gebildete Kreis 78 ersetzt den Kreis 77 der F i g. 5.

Es wird nun die Arbeitsweise des Kreises 78 beschrieben. Im Zustand I, wenn e_; < 0 und e„ > 0 ist, fließt der Ladestrom /, des Kondensators 28 von dem Ausgangsanschluß 12 zu dem negativen Eingangsanschluß 9 über die Diode 33, den Kondensator 28 und die Diode 34. Die Dioden 35 und 36 sind dabei gesperrt. Wenn die Innenwiderstände der Dioden 33 und 34 vernachlässigt werden und die Kapazität des Kondensators 28 C ist, ist der Ladestrom i, der gleiche wie der, der durch die Gleichung(3) bei dem Beispiel der F i g. 5 gegeben ist. Daher ist die Charakteristik des Beispiels der F i g. 8 im Zustand 1 die gleiche wie die des Beispiels der F i g. 5, die durch die Gleichung (5) ausgedrückt wird. Wenn e, > 0 und e„ < 0 ist, fließt der gleiche Strom vom negativen Eingangsanschluß 9 zum Ausgangsanschluß 12 über die Diode 36, den Kondensator 28 und die Diode 35. so daß die Gleichung (S) ebenfalls gilt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Kreises 78 im Zustand 11 erläutert. Wenn e, < 0 und e„ > 0 ist. wird die in dem Kondensator 28 gespeicherte Ladung bei einer Abnahme des Ausgangssignals e₀ entladen.

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und clic Dioden 34 bis 36 Weihen gesperrt. Der Entliidcstroin des Kondensators 28 Hießt in einem geschlossenen Kreis von dem Kondensator 28 über den Widerstand 29, die Dioden 31, 32 und den Widerstand 30 zurück zu dem Kondensator 28, so daß S über diesen Kreis kein Rückkopplungsslrom /um negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsveislärkers 11. sondern nur über ikn Widerstand 24 Hießt, und daher die Charakteristik de« Beispiels der !·' i ». S im Zustand Il die gleiche ist wie diejenige, die durch die Gleichung (2) für das Beispiel der I" i g. 5 gegeben ist. Gleiches gilt, wenn c', > 0 und i¹,, < 0 ist.

Fig.¹) zeigt eine weitere Aiisfiihrungsform des Regel\erstarker·; 2, bei dem ein Kreis 79, der aus Dioden 13, 15 41 und 42, Widerständen 26 und 27, is Transistoren 39 und 40 und Kondensatoren 37 und 38 besteht, /wischen den Ausgangsanschlu!.! 12 und den negativen Fingangsanschliiß 9 des Funktionsveistärkers 11 geschaltet ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Kreises 79 erläutert. Wenn im Zustand 1 c, < 0 und <;, > 0 ist, ist die Diode 13 leitend, die Diode 15 jedoch gesperrt. Der Transistor 39 ist daher offen, der Transistor 40 jedoch gesperrt. Die Arbeitsweise des Transistors 39 ist wie folgt: Der Ladestrom/, des Kondensators 37 Hießt vom Ausgangsanschluß 12 über die Diode 13, den Kondensator 37. die Basis des Transistors 39 und dessen Emitter zum negativen Eingangsanschluß, Wenn die Kapazität des Kondensators 37 C₁ ist und die Durchlaßspannung der Diode 13 und die Basis- ^₀ Emitter-Spannung des Transistors 39 vernachlässigt werden, ist der Basisstrom 1, durch die Gleichung (4) gegeben:

c.

dt-,) di

35

Da der I adestrom ;, der Hasisstrom des Transistors ist. fließt ein Strom /, in seinem Kollektor. Wenn die Glcichstroimerstärkung des Transistors 39 ,; ist. ist die (iiuße des Stroms /, wie folgt:

(10)

Der Rückkopplungsstrom /, des FunklionsversFir kers II. der durch den Kreis 79 erzeugt wird ist daher der Emitterstrom des Transistors 39 und ist durch die folgende Gleichung (I I) gcueben:

Uli Kapazität C im lalle der Fig. 5. Daher ändert sich die Gleichstromverstärkung,; des Transistors bei Stromfluß, was jedoch nicht störend ist, wenn man den Mittelwert im Arbeitsbereich des Transistors betrachtet. Wenn c, > 0 und c„ ·.; 0 ist, und der Absolutwert des Ausgangssignals <·„ zunimmt, ist die Diode 15 leitend, so daß es ausreicht, nur die Arbeitsweise des Iransistors40 zu berücksichtigen, die die gleiche wie für den Fall c, < 0 und <-„ - (Hst. Es folgt somit, daß die Charakteristik de. Kreises 79 der F ι g. '> im Zustand I die gleiche ist. wie die des Kreises 77 in F i g. 5.

Is wird nun die Arbeitsweise des Kreises 79 im /"Maud Il beschrieben. Wenn c, - 0 und <■„ - 0 ist. wird die elektrische Ladung, die in dem Kondensator -w gespeichert ist. über den negativen Finiuingsanw- !" ^Diode41- Jen Kondensator 37"und den Widerstand 26 nach Irde entladen, und das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers Il wird verringert. Dabei ist /, = () und der Transistor 39 isl gesperrt. Da der Fnlladestrom I₄ durch den negativen l-iin-angsansehluß 9des Funktionsverstärkers 11 Hießt, wiiKi er als Ruckkopplungsstrom des Funktionsver-Murkers II. Die Kapazität des Kreises ist zu diesem Zeitpunkt jedoch nur die Kapazität C₁ des Kondensors J7, die sehr klein ist, wie zuvor Tür den Zustand I beschrieben w.urde. Daher .st der Strom /₄ sehr klein und beemluß. die Charakteristik des Kreises 79 kaum. Daher ,st die Charakteristik des Kreises 79

1 4·¹ H" ,',^{m /ustand} " ⁱⁿⁱ wesentlichen die gleiche wie die des K reises der F i g 5

«,"'otr ^gi" ^{auch ΓϋΓ dcn Fal1}' ^{daß c}' "^{() und}

fig. IO zeigt eine weitere Ausführungsform des -»elverstarkers 2, der sich von dem der F, g. 5 .•η ι <κ τ ^{S 8}° ^unlcrscileidel, der aus Dioden 44 sLL h^rans.^{lstoron 47 und} 48 und einem Kondensator 46 besteht und die folgende Arbeitsweise hat:

Dion" ¹JH ^^nd ' ^e· '' ° ^und *Ό > 0 ist, leitet die if·⁴⁴" ^dJ^ ?°d^5 sperrt jedoch, so daß der s D h°^r,v VT"· ^der Transistor 48 iedoch gesperrt -st. Dabe, meßt der Ladestrom /, für den Kondensator gangsanschluß 12 zum negativen Eingangsüber den Kondensator 46 und die Basis und den F.muter des Transistors 47. Dieser Ladest.rom _h, der der Basisstrom des Transistors 47 ist, Fo,V^nenA,°r ^klOrstrom'' ^des Transistors 47 zur W f' r' f ^{rUr dcn [;}-^mi"^strom Z₁ g,lt: /, = ,₂ t /,. K- η ν" ^K.^aP^{a71täl d}« Kondensators 46 gleich der Ki β u . ·' Ί Kondensators 37 des Beispiels der

Hi,no ι/ι ^ISt u^{Cr h:millcrslrmi}i ^d"rch die Glei- ^nune Uli gegeben.

'. =■ (I + ,0C₁

di

Wenn ,; und C₁ so gewählt werden, daß der Strom / gleich dem Strom /, des Beispiels der F 1 g. 5 _lst wird die folgende Gleichung (12) aus den Gleichungen II) und (11) erhalten: '"

ss

60

C = (1

(12)

Die Bedeutung der Gleichung (12) ist wie folgt Im allgemeinen beträgt die Gleichstromverstärkune 1 * des Transistors 50 bis 300 und in Darlington-Schaltuns mehr als 10000. Selbst wenn daher die Kapazität C des Kondensators 37 sehr klein ist entspricht sie der · ^Wenn ·"■■ * 0 und % < 0 «st. n üu^{e Arbc}"sweise des Kreises80 im II beschr.eben. Wenn ,, < 0 und e„ > 0 ist. w rd die in dem Kondensator 46 gespeicherte Ladung Αΐ 'ngangsanschluß 9 zum Ausgangs- L ^^{r den Fmittcr und die} Bas.s des Tran^den Kondensator 46 entladen, und das H ^{gSSIgnal e}° ^{nmmX ab}· ^{Da Jlcscr} Hntladestrom i, , ">f^{gatlVen Fln}gangsanschJuß9 des Funk-

2l¹i^CnIIllie81· ^{Wirkt er als} Rückkopp- Lt fei h F™^k»On_Sverstärkers II. Dieser Strom 'L^Jl^d"^{ch Wic bcim} Beispiel der Fig 9 sehr klein Si ί ⁿ'ρ ^em,^{en geringen Einfluß aufdic} Charakte- « ^ l^{eIVerStärkers 2 Die} Charakteristik des

?Q π' u * ^{10 ist 4}^ ^dic g'^{eiche wie die dcs} s 79 der F. g. 9 D,e Charakteristik des Kreises

80 der I·' ig. IO ist daher die gleiche wie die des Kreises 79 der F i g. 9.

Die gleichen Funktionen wie für den !"all <·, < 0 und C₁₁ > 0 gelten auch für den FaII C₁ > 0 und C₁₁ < 0.

I" i g. Il zeigt eine weitere Ausführimgsform lies Regelvcrslärkers 2, der sich von dem der l·' i g. 5 durch den Kreis 81 unterscheidet, der aus Dioden 31 bis 36 und 51. Widerstünden 29 und 30. einem Transistor 50 und einem Kondensator49 unterscheidet.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Kreises 81 beschrieben. Wenn im Zustand I c, < 0 und i'„ > 0 ist. sind die Dioden 33 und 34 offen und die Dioden 35 und 36 gesperrt Dabei fließt der Ladestrom /, für den Kondensator 49 vom Ausgangsanschluß 12 /um negativen Eingangsanschluü 9 über die Diode 33, i.s den Kondensator 49, die Basis und den Emitter des Transistors 50 und die Diode 34. Auf Grund des Basisstroms i₂ Hießt im Transistor 50 ein Kollektorstroin /, und ein F.mittersirom /, (= i₂ + /_,).

Der Emitterstrom ι, wird wie beim Beispiel der F i g. 9 durch die Gleichung (11) ausgedrückt, wenn die Kapazität des Kondensators 49 C ist. Die gleichen Ergebnisse werden für den Fall e, > 0 und e„ < 0 erhalten. Im Zustand I ergibt sich somit die gleiche Arbeitsweise wie beim Beispiel der F i g. 9.

Wenn die Kapazität C₁ des Kondensators 49 derart gewählt wird, daß die Gleichung (12) erfüllt wird, erhält man die gleiche Charakteristik wie beim Beispiel der F i g. 5.

Fs wird nun die Arbeitsweise des Kreises 81 im Zustand Il beschrieben. Wenn C₁ < 0 und e„ > 0 ist. wird der Kondensator 49 über dem Widerstand 29, die Dioden 31 und 32. den Widerstand 30 und die Diode 51 bei gleichzeitiger Abnahme des Ausgangssignals C₁₁ entladen. Da der Entladestrom /₄ nicht

35

spannung e, positiv ist. Dabei hat der untere Teil des Eingangskreises 82 mit den Dioden 87,95 und 97, den Widerständen 89,91 und 99 und dem Kondensator 93 keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der Schaltung, da die Diode 87gesperrt is¹. Die Diode 86 ist in Durchlaßrichtung vorgespannt und der obere Teil des Eingangskreises 82 erfüllt die folgenden Funktionen. Wenn die Eingangsspannung C₁ positiv ist und zunimmt, ist die Diode 94 offen, so daß der Ladestrom/, zu dem Kondensator 92 Hießt. Wenn der Spannungsabfall an den Dioden 86 und 94 vernachlässigt wird, die Widerstandswerte der Widerstände 90 und 98 /v_)u und ft,_B sind und die Kapazität des Kondensators 92 C_y2 ist. ist der Eingangsslrom/,, des Funktionsverstärkers 11 durch die folgende Gleichung gegeben:

US) -

i)O +

C₉, Λ¹ + I

(13)

Da der Rückkopplungsslrom des Funktionsverstärkers 11 -■£"- ist, wird die Charakteristik diese?

Beispiels im Zustand I durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt:

T₅S + I

(14)

in der

über den negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsverstärkers 11 Hießt, wirkt er nicht als Rückkopplungsstrom und hat auf die Arbeitsweise des Funktionsverslärkers 11 keinen Einfluß. Die Charakteristik des Beispiels der Fi g 11 im Zustand Il ist daher die gleiche wie die des Beispiels der F i g. 5. die durch die Gleichung \2) ausgedrückt wird. Außerdem ist ersichtlich, daß man die gleiche Charakteristik liir den Fall c, > 0 und <'„ < 0 erhält.

Bei den Beispielen der F ι g 5 und 7 bis 1 1 wurde angenommen, daß die Eingangsspannung r, der Regelabweichung;, entspricht. Es ist jedoch möglich, daß em elektrisches Signal entsprechend der Führungsgröße Λ,, und ein elektrsches Signal entsprechend dem Ist-Wert ri, der Regelgröße dem negativen Eingangs- ^₀ anschluß 9 des Funktionsverstärkers Il über Widerstände zugeführt werden. Es ist möglich, die Schaltung derart auszubilden, daß die Funktion des Vergleichsglieds 1 in Fig. I von dem negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsverstärkers 11 erfüllt wird.

Außerdem ist in Fi g. 2 der Verbindungspunkt der Dioden 13 und 15 mit dem Ausgangsanschluß 12 verbunden, in Fig. 7 jedoch mit dem Gleitkontakt des Potentiometers 23. Dies kan auch bei den Beispielen der F 1 g. 8 bis 11 der Fall sein.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Beispiel des Regelverstärkers, bei dem der Kreis 82 zur Erzeugung einer nichtlinearen Nacheilungscharakteristik an der Eingangsseite des Funktionsverstärkers 11 liegt. Der Kreis 82 besteht aus den Dioden 86.87.94 bis 97. den Widerständen 88 bis 91. 98 und 99 und den Kondensatoren 92 und 93. Es wird nun die Arbeitsweise dieses Beispiels für den Fall erläutert, daß die Eingangs- R₁ =

i.

*²

Die Gleichung (14) stimmt mit der Gleichung (5 überein, die die Arbeitsweise des Beispiels der F i g. i im Zustand I ausdrückt, wenn 7₅ = 7',. Daher hat da; Beispiel der F ig. 12 im Zustand 1 die gleiche Charakteristik wie das Beispiel der F i g. 5.

Es wird nun die Arbeitsweise dieses Beispiels in' Zustand II beschrieben. Wenn die Eingangsspannm;. c, positiv ist, abnimmt und kleiner als das Potential de; Kondensators 92 wird, öffnet die Diode 96, so daO der Entladestrom I₄ vom Kondensator 92 bei gleichzeitiger Abnahme der Eingangsspannung e, fließt Dabei sperrt die Diode 94, so daß der Eingangsstrorr

des Funktionsvers!ärkers 11

ist. Daher wire

die Charakteristik dieses Beispiels im Zustand Il durch die folgende Gleichung (15) wiedergegeben:

^R> (Λ,_ο + R_n)

- Ke,

(15)

Die obige (ileichung (15) stimmt mit der Gleichung (2 überein, die die Charakteristik des Beispiels der F i g. i im Zustand II ausdrückt. Die Charakteristik de<

Beispiels der Fig. 12 ist daher im Zustand 11 gleich derjenigen des Beispiel.· der F i g. 5.

Bei dem Beispiel der Fig. 12 ist wie in Fig. 5 ein gesondertes Vergleichsglied 1 vorgesehen, wenn jedoch das Vergleichsglied 1 ein Addierverslärker ist, wird dessen Ausgangssignal als Eingangsspannung des Regelverstärkers verwendet. Die Verstärkungseinstellung γ wird durch den Rückkopplungskreis des Funktionsverstärkers 11 erreicht, man erhält jedoch die gleiche Charakteristik wie bei dem Beispiel der Fi g. 12 mit einem Schaltungsaufbau, bei dem in der vorherigen Stufe ein Verstärker zur Verstärkungseinstellung vorgesehen ist.

F i g. 13 zeigt ein weiteres Beispiel des Regel Verstärkers mit einem ebenfalls auf der Eingangsseite angeordneten Kreis 83 an Stelle des Eingangskreises 82 des Beispiels der Fig. 12. Der Eingangskreis83 besteht aus Dioden 86,87,105 und 106, Widerständen 88 bis 91, 98 und 99, Kondensatoren 103 und 104 und Transistoren 101 und 102. Die Arbeitsweise dieses Beispiels wird für den Fall einer positiven Eingangsspannung erläutert und ist für den aus dem Transistor 101, dem Kondensator 103 und der Diode 105 bestehenden Kreis wie folgt: Wie zuvor an Hand des Beispiels der F i g. 9 beschrieben wurde, dient dieser Transistorkreis als Kondensator mit einer"Kapazität (1 + fl) C₂. wenn die Gleichstromverstärkung des Transistors 101 //und die Kapazität des Kondensators 103 C₂ ist und der Ladestrom i₂ in dem Kondensator 103 fließt. Die Gleichstromverstärkung /< ist sehr groß, so daß, selbst wenn die Kapazität C₂ des Kondensators 103 klein ist, sie entsprechend vergrößert wird, und wenn der Entladestrom /₄ in dem Kondensator 103 (ließt, dieser Transistorkreis nur als kleiner Kondensator wirkt. Im Zustand 1 hat daher das Beispiel der Fig. 13 eine Nacheilungscharakteristik und im Zustand II ein proportionales Verhalten.

Fig. 14 zeigt ein weiteres Beispiel des Regel Verstärkers, bei dem der Kreis 82 der Fig. 12 auf der Eingangsseite des Funktionsverstärkers 11 der F i g. 5 angeordnet ist. Im Zustand II tritt ein proportionales Verhalten und im Zustand I eine Nacheilungscharakteristik auf. Die Nacheiljngscharakterislik dieses Beispiels ist eine Nacheilung zweiter Ordnung.

Bei dem Beispiel der Fi g. 14 ist auch der Rückkopplungskreis der F i g. 5 verwendet, es können jedoch auch die Rückkopplungskreise der F i g. 7 bis 11 verwendet werden. Auch kann an Stelle des Eingangskreises 82 der Fi 12 der Eingangskreis 83 der Fi g. 13 verwendet werden.

Fig. 15 zeigt ein weiteres Beispiel des Regclverstärkers, bei dem ein Kreis 84 parallel zum Eingangswiderstand 8 des Beispiels der F i g. 5 geschaltet ist. Der Kreis 84 besteht aus Dioden 107,108, 113 bis 116, Widerständen 109 und 110 und den Kondensatoren 111 und 112. Wenn die Eingangsspannung e, positiv ist und zunimmt, fließt der Ladestrom i, in dem Kondensator 111, der jedoch nicht als Eingangsstrom des Funklionsverstärkers 11 dient, so daß die Charakteristik dieses Beispiels die gleiche wie die des Beispiels der F i g. .'> ist. Es ergibt sich somit im Zustand I eine Nacheilungscharaklerislik. Wenn di: Eingangsspannung c, positiv ist und abnimmt, fließt der Enlladest'om I₁ in dem Kondensator 111 über den negativen Eingangsanschluß 9 des Funktionsverstärkers U. Da der Strom i₄ proportional der Änderung der Eingangsspannung e, ist, hat der Kreis 84 eine Vorcilungscharaktcrislik. Der Rückkopplungskrcis des Funktionsverstärkers 11. der derjenige der Fi g. 5 ist, hat im Zustand II kHne Nacheilungscharakteristik. Die Vorcilungscharakteristik dient zur Stabilisierung, ohne daß die Nacheilungscharakteristik im Zustand 1 beseitigt wird.

Das Beispiel der F i g. 15 ist mit Ausnahme des Eingangskreises 84 gleich dem der F i g. 5, es können jedoch mit Ausnahme des Eingangskreises 84 auch Teile der Beispiele der f i g. 7 bis 11 verwendet werden.

An Stelle der Vorcilungscharakteristik im Eingangskreis und der Nacheilungscharakteristik im Rückkopplungskreis ist es auch möglich, die Schaltung derart auszubilden, daß die Nacheilungscharakteristik im Eingangskreis und die Voreilungscharakteristik irr Rückkopplungskreis auftritt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Unstetiger Regler mit einem Regelverstärker und einem in Verbindung mit dem Regelverstärker das Regelverhalten bestimmenden Netzwerk, das zur Erzielung eines nacheilenden Regelverhaltens einen Kondensator enthält, dessen Einfluß in Abhängigkeit von der Änderung des Reglereingangssignals geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kondensator (19,20; 28; 37, 38; 46, 49; 92, 93; 103,104) ein Ladestromweg und ein Entladestromweg vorgesehen sind und daß im Ladestromweg vor und hinter dem Kondensator je ein elektrisches Ventil (Dioden 13 bis 16; 33 bis 36; 44,45; 86,87; 94,93; Transistoren 39,40; 47, 48; 50; 101, 102) und im Entladestromweg ein weiteres elektrisches Ventil (Dioden 17,18; 31,32; 41,42; 51 ; 96,97; 105,106) liegen, die derart gepoll sind, daß bei ansteigendem Reglereingangssignal der Ladestromweg und bei abfallendem Reglereingangssignal der Entladestromweg geschlossen ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Regelverhaiten bestimmende Netzwerk (77 bis 81) in der Rückkopplungsschleife des Regelverstärkers (2) liegt.

3. Regler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das das Regelverhalten bestimmende Netzwerk (82,83) im Eingangskreis des Regel-Verstärkers liegt.

4. Regelverstärker nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein weiteres, das Regelverhalten bestimmendes Netzwerk (77. 82), das in der Rückkopplungsschleife bzw. dem Eingangskreis des Regelverstärkers (2) liegt.

5. Regler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein ein voreilendes Regelverhalten bewirkendes zweites Netzwerk (84) im Eingangskreis des Regelverstärkers (2), das einen Kondensator (111, 112) enthält, dessen Einfluß in Abhängigkeit von der Änderung des Reglereingangssignals geändert wird und für den ein Ladestromweg und ein Entladestromweg vorgesehen sind, wobei im Entladestromweg vor und hinter dem Kondensator je ein elektrisches Ventil (Dioden 107, 108, 113, 114) und im Ladestromweg ein weiteres elektrisches Ventil (Dioden 115, 116) liegen, die derart gepolt sind, daß bei ansteigendem Reglereingangssignal der Ladestromweg und bei abfallendem Reglereingangssignal der Entladestromweg geschlossen ist.