DE2510992C3 - Regeleinrichtung für einzeln zu- und abschaltbare Stellglieder - Google Patents

Description

Die F.rfindung betrifft eine Regeleinrichtung für einzeln zu- und abschaltbare, jeweils einer Teilstellgröße einer Gesamtstellgröße zugeorc iete Stellglieder mit Zweipunktverhalten mit einem Dreipunktregler und einem von diesem angesteuerten, die Stellglieder betätigenden elektronischen Stufenschaltwerk, wobei ein dem Dreipunktregler nachgeschalteter Impulsgeber vorgesehen ist, der eine die Impulse auslösende Integrationsstufe aufweist.

Bei einer aus der DE-AS 19 21424 bekannten Regeleinrichtung werden die von Thyristoren gebildeten Stellglieder von dem Dreipunktregler über ein Impulszählwerk angesteuert. Mit diesem nach dem Prinzip der Impulsintegration arbeitenden Schaltwerk ist eine Regelung in lediglich weiten Grenzen, d. h. unter relativ großem Über- bzw. Unterschwingen des Sollwertes möglich, da das Abschalten der überschießenden bzw. Zuschalten des letzten den Sollwertau.sgleich herbeiführenden Stellgliedes das Zurücksetzen bzw. Belegen des Zählwerkes mit der der Stufe zugehörigen Impuls erforderlich macht, wozu bei der im Sollwertbereich niedrigen Impulsfolge des Dreipunktregelgliedes eine große Zeitspanne benötigt wird, in der der bestehende Regelzustand erhalten bleibt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Regeleinrichtung der beschriebenen Art, mit deren Hilfe eine schnelle Anpassung der Stellgröße in Fällen plötzlicher großer Regelabweichungen bei gleichzeitig Gewährleistuni; einer großen Regelmäßigkeit nach Erreichen der .Sollwertbedingungen.

Die Erfindung besteht darin. d;\l.i das Stufenschal'· werk von einer der Zahl der Stellglieder entsprechenden Zahl von parallel geschalteten .Schwellwertschaltern mit stufenweise festgelegter Referen/spanmmj. gebildet ist. die mittels einer Wnd-Oder-Verkriüpfungslogik mit einem Zweipunktrcgelglied verknüpft sind, das ein Signal für die Regelabweichung der Gesamtstellgröße abgibt und in der Ruhezone zwischen den Hysteresislinien (Ho~, Ho⁺) des Dreipunktreglers liegende Hysteresis (Hi) aufweist, wobei die den Schwellwertschaltern der niedrigsten und der höchsten Referer.zstufe zugeordneten ODER-Gatter über einen npn-Schalter mit einem der Integrationsstufe vorgeschalteten Unterbrecher verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung g<,währlei-

IU stet eine der Charakteristik des Dreipunktreglers mit großer Genauigkeit folgende Regelung und damit bei Erzielung genauer Pl-Verhältnisse einer plötzlichen hohen Regelabweichung schnell folgende proportionale Steuerung. Hierbei wird durch die Verknüpfung mit einem ebenfalls aus der Regelstrecke angesteuerten Zweipunktregelglied in der angegebenen Weise eine korrektive Übersteuerung der Dreipunktregelung erreicht dahingehend, daß nach Erreichen der Sollwertbedingungen bereits innerhalb der engen Grenzen der Hysteresiskennlinie des Zweipunktregelgliedes liegende Sollwertabweichungen sofort nachgeregelt werden. Es wird daher neben der schnellen Nachregelung großer Sollwertänderungen auch eine große Regelgenauigkeit erzielt, wobei mittels des über die Verknüpfungslogik

J5 auf die Integrationsstufe wirkenden Schalters ein sofortiges Anspringen des ersten Stellgliedes beim Einschalten und darüber hinaus ein definiertes Anfahrverhalten erzielt wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise

jo veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 das Gesamtschaltbild der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Hysteresiskcnnlinien der sich einander überlagernden Dreipunkt-

Jj und Zweipunktregler,

F i g. 3 eine schematische graphische Darstellung des Regelvorganges bei einer angenommenen Regelabweichung.

In Fig. 1 der Zeichnung ist tiit 1 ein üblicher

•»ο Schrittregler mit Ausgängen 2 und 3 tür Dreipunktregelung und einem weiteren Ausgang 4 für Zweipunktregelung bezeichnet. Er arbeitet in der Weise, daß bei einer dem Einschaltwert der Hysteresiskennung entsprechenden positiven Regelabweichung das Relais geschlossen

ti wird und damit am Ausgang 2 ein Potential von - 12 Volt ansteht, während im Falle einer entsprechend hohen negativen Regelabweichung das Reglerrelais 3a schließt und damit am Ausgang 3 ein Potential von + 12 Volt ansteht. Am Zweipunktreglerausgang 4 steht

")> umgekehrt bei positiver Regelabweichung positives Potential von jeweils 10 Volt an.

Dem Regler 1 ist eine Integrationsstufe nachgeschaltet, die von je einer Konstantstromschaltung aus je einem Feldeffekttransistors,6,je einem Stellwiderstand

>> 5.7, 6a für jeden Ausgang des Dreipunktregelgliedes, weiterhin einer dieser nachgeschalteten Kondensator/ Verstärkeranordnung 7, 8 gebildet ist und auf das das die Stellglieder betätigende Stufenschaltwerk wirkt.

Das Stufenschaltwerk ist von einer der Zahl der

Wi Stellglieder entsprechenden Zahl von parallel geschalteten Schwciiwertschaitern 10, 11, 12, 13 mit stufenweise festgelegter Referenzspannung gebildet, die mittels einer I Ind-Odcr-Verknüpftingslogik 15, 16, 17 mit einem Zweipunktrcgelglied 4 verknüpft sind, das ein Signal für

■■"> die Regelabweichung der Gesamtstellgröße abgibt und eine in der Kiihe/one /wischen den Hysteresislinien Hn ■ Hd' des Dreipunktreglers liegende Hysteresis /// aufweist, wobei die den .Schwellwertschaltern 10, 13 der

niedrigsten und der höchsten Referenzstufe zugeordneten ODER-Gatter 14b, 17/) über einen npn-Schalter mit einem der Integrationsstufe 7, 8 vorgeschalteten Unterbrecher 19 verbunden sind.

Im Beispielsfalle sind vier Schwellwertschalter 10—13 für entsprechend vier Stellglieder, etwa Brenner-Magnetventile vorgesehen, die an den Anschlüssen Ki, Vj, Y) und Yt angeklemmt sind. Damit sind der Leistungsbereich bzw. die Gesamtstellgröße in vier Teilstellgrößen geteilt mit jeweils einem Aussteuerbereich von

«(Stellgl.)

20 4

= 5 V/Stellglied.

Hieraus ergibt sich auch die für die einzelnen Schwellwertschalter vorzugebende Referenzspannung

Vh,

Vn ein - Un aus

(2/7-1)

worin Un die Ein- bzw. Ausschaltspannumj des f-ten Schwellwertschalters bezeichnen. Für das dargestellte Beispiel ergeben sich Referenzspannungen von bezogen auf -12 V = 0-4,5 V für Schalter 10,9,5 V für Schalter 11, 14,5 V für Schalter 12 und 19,5 V für Schalter 13, die mit Hilfe der Spannungsteiler /?i bis R₅ eingestellt werden. Der Hysteresis von jeweils ±2,5 V, bezogen auf die jeweilige Referenzspannung, wird mir Hilfe der Widerstände R_p und R_n eingestellt.

Das Stufenschaltwerk und damit das Dreipunktregelglied ist mit dem Zweipunktregelglied mittels eine·- Verknüpfungslogik verbunden, die aus je einer Und-/ Oder-Gatterkombination 14a, 146... 17a, 176 für jeden Schwellwertschalter 10... 13 besteht und die mit den Schwellwertschaltern und dem Zweipunktregelausgang 4 derart verschaltet ist, daß die Eingänge der Und-Gatter 14b- 17b über jeweils einen Analog-TTL-Umsetzer 18 mit den Ausgängen des zugehörigen Schwellwenschalters 10—13 einerseits und des zugehörigen Oder-Gatters 14a—17a andererseits verknüpft sind, während die Eingänge der Oder-Gatter 14a- 17a einerseits gemeinsam über ebenfalls einen Analog-TTL-Umsetzer 18 mit dem Zweipunktreglerausgang 4 und andererseits mit dem Schwellwertschalter der jeweils nachgeordneten Schaltstufe verscf^altet sind. Der freie Eingang des in der Reihe letzten Oder-Gatters 17a ist dauerhaft an Pluspotential gelegt. Es ergibt sich hierdurch die in F i g. 2 wiedergegebene Regelcharakteristik, bei der größere Regelabweichungen durch Aussteuerung über das Dreipunktglied entlang den Hysteresi-breiten Ho bzw. Wd⁺ nachgeregelt werden und die Feinregelung nach Erreichen von Sollwertverhältnissen durch Übersteuerung des letzten Stellgliedes von dem Zweipuüktregelglied entsprechend der Hysteresiskennung Hz erfolgt. Durch die in Fig. 2 durch strichlinierte Darstellung eines Hysteresispaares kenntlich gemachte Verstellung der Kennung des Dreipunktregelgliedes und die hierdurch bewirkte Veränderung des Ruhezonenbereiches können abgegrenzte Regelzonen unter Winschaftlichkeitsgcsichispunkten eingestellt werden etwa dergestalt, daß bei Justierung der Einschaltwerte des Zweipunktreglers und Dreipunktregler auf einen Abstand von beispielsweise JC die Ansteuerung de? nächsten Stellgliedes eine länger andauernde Wirksamkeit einer Störgröße dieser Größenordnung vorausseir'

Es ist /ur Verbesserung des Einschaltverhaltens den Konstantstromgliediirn ein gemeinsamer systemgesteuerter Unterbrecher 19 vorgeschaltet, der mittels eines npn-Sch?lters mit im Basiskreis vorgeschaltetem NAND-Gatter 20 betätigt wird, dessen einer Eingang direkt mit dem Ausgang des Und-Gatters 14b der ersten Schaltstufe und dessen anderer Eingang über einen Inverter 21 mit dem Ausgang des UND-Gatters 17b der letzten Schaltstufe K₄ verknüpft sind. Es ist darüber hinaus der Anfahrweg zum ersten Schwellwertschalter

in 10 unierbrochen und dieser Eingang dauerhaft an Plus-Potential gelegt. Hierdurch wird einerseits ein sofortiges Anspringen des ersten Stellgliedes beim Einschalten des Reglers und darüber hinaus ein definiertes Anfahrverhalten erzielt. Durch die strichlinierte Verbindung zum Operationsverstärker soll verdeutlicht werden, daß diese Unterbrechung nur für das erste Stellglied gilt, d. h. sich auch bei beispielsweise Hintereinanderschaltung mehrerer (gedruckter) Schaltkarten nicht wiederholt.

Die di ι gestellte Regeleinrichtung wirkt wie folgt:

Beim Einlegen des Hauptschalters liegen der Schwellwertschalter 10, der Spnannun_fasteiler R, ... R_n und das Gatter 17a mit seinem einen Eingang an Potential. Gleichzeitig stehen infolge der beim e^stmaligen Einschalten bestehenden negativen RegelaDweichung der Regelstrecke am Ausgang 3 bzw. nach Schließen des Schalters 3a an der Konstantstromque\e 5, 5a positives Po.ential und am Ausgang 4 negatives Potential an. Dies führt nach Analog-TTL-Umset^ung in

j« den Umsetzern 18 des Schwellwertschalter 10 und des Zweipunktreglers 4 über die Gatter 14a, 14b zu einem Einschaltbefehl an das Stellglied K₁. Gleichzeitig erfolgt über die Gatterkombination 20, 21 Sperrung des Transistors 19a und Entregung des Unterbrechers 19.

Ji der damit in Schließstellung fällt. Das Einlegen des Hauptschütz führt damit unmittelbar und ohne Zeitverzögerung zum Einschalten des ersten Ställgliedes einerseits und zur zeitproportionaien Beladung des Kondensators 7 entsprechend der Regelcharakteristik des Dreipunktregelgliedes. Dieser Vorgang ist in F i g. 3 in schematischer Darstellung unter Zugrundelegung einer linearen Regelabweichung von 50% (3A) wiedergegeben, die Regeiimpulse der in Fig. 3B wiedergegebenen Zeit- und Schrittfolge auslöst. Diese P.egelimpul-

4", se führen (Fig. 3B) zu einer der P-/nteils-Kennlinie folgenden Beladung des Kondensators 7 während der Zeit Zp, innerhalb der nach der. wiedergegebenen Bedingungen die Einschaltspannung des Schwellwenschalters Il erreicht wird, was zu einem zusätzlichen

χι Einschalten des Stellgliedes Y₂ führt. Unter der gestellten Bedingung einer bleibenden Regelabweichung von 50% würde sich die weitere Regelung mit verkürzter Impulsfolge entlang der dargestellten gestuf- >en Kennlinie vollziehen, die der gemittelten I-Anteils-

">■> Kennlinie entspricht. Der Regler folgt damit ,ienau P-1-Regel Verhältnissen.

Für das Folgende soll davon ausgegangen werden, daß nach Einschalten des zweiten Stellgliedes Sollwertbedingungen er-eicht sind, in welchem Fall der

ho Unterbrecher 3a geöffnet wird. Infolge dieser Unterbrechung einerseits und des hohen Eingangswiderstandes am Operationsverstärker 8 andererseits bleibt die Ladung des Kondensators 7 erhalten. Es stehen damit am Ausgang des Schwellwenschalters 11 und damit an

hi den verbundenen 'Z'.ngänpen der Gatter 14;) und ίϊ,Ί log 1 an. wodurch das Stellglied V, dauerhaft und das Stellglied Yi solange in Funktion gehalten werden, solange die Ausschaltschwelle des Zweipunktreglers

noch nicht erreicht ist.d. h. das Gatter 15« vom Ai.sgnng 4 her noch mit log 1 belegt ist. Bei Erreichen der Ausschaltsehwellc am Zweipunktregclglied tritt Wechsel des log-Befehls am Gatter 15;i und damit auch am Gatter 156 ein mit der Folge, daß das Stellglied Y2 trol/ F.rhaltung des Einschaltbefehls am Schwellwertschalter 11 ausgeschaltet wird. Eis tritt somit eine Übersteuerung des Dreipunktschrittreglers für das Ic(Xtc eingeschaltete Stellglied ein. First bei Auftreten einer größeren, in den Bereich ///> bzw. //;;' gern. F i g. 2 reichende Regelabweichung tritt durch Schließung des Schalters 2<i oder 3<) und der hierdurch erfolgenden weiteren Beladung oder Fintladung des Kondensators 7 eine weitergehende Änderung der Regelungsverhältnisse ein. bis bei Erreichen der Sollwertverhältnisse die Übersteuerung des let.'ten Stellgliedes in der beschriebenen Weise durch das Zweipunktregelglied übernommen wird.
Bei Erreichen der Zuschaltschwelle für den letzten Schwellwertschalter H erfolgt Änderung der Belegung des NAND-Gatters 21 und damit Umschaltung des Transistorschalters 19,). der ein Öffnen des I lauptschal tcrs 19 bewirkt und damit die Beladung des Koridensa-, tors 7 unterbricht. Bei Einschalten des letzten Stellgliedes verbleibt somit der Kondensator in einer definierten Ladung, was die Grundlage dafür darstellt, daß sich die eventuell anschließende Rückschaltfolge bereits für das erste Glied in genauer Zeitproportionalitat vollzieht.

Der im Prinzip analoge Vorgang vollzieht sich am Ende der Rückschaltfolge bei Abschalten des ersten Stellgliedes Vi, mit dem gleichzeitig ebenfalls der Schalter 19 geöffnet und ein weiteres Entladen unter -, den gewünschten bzw. definierten Einschaltwcrt verhindert und durch den eine genaue Zeitproportionalität der Einschaltfolge bei dem sich anschließenden Zuschaltvorgang erreicht wird.

Hierzu 3 liliilt Zeichtnmeen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regeleinrichtung für einzeln zu- und abschaltbare, jeweils einer Teilstellgröße einer Gesamtstellgröße zugeordnete Stellglieder mit Zweipunktverhalten mit einem Dreipunktregler und einem von diesem angesteuerten, die Stellglieder betätigenden elektronischen Stufenschaltwerk, wobei ein dem Dreipunktregler nachgeschalteter Impulsgeber vorgesehen ist, der eine die Impulse auslösende Integrationsstufe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stufenschaltwerk von einer der Zahl der Stellglieder entsprechenden Zahl von parallel geschalteten Schwellwertschaltern (10, 11, 12, 13) mit stufenweise festgelegter Referenzspannung gebildet ist, die mittels einer Und-Oder-Verknüpfungslogik(14,15,16,17) mit einem Zweipunktregelglied (4) verknüpft sind, das ein Signal für die Regelabweichung der Gesamtstellgröße abgibt und eine in der Ruhezone zwischen den Hysteresislinien (H_D-, Hd⁺) des Dreipunktreglers liegende Hysteresis (Hz) aufweist, wobei die den Schwellwertschaltern (10, 13) der niedrigsten und der höchsten Referenzstufe zugeordneten ODER-Gatter (146, i7b) über einen npn-Schalter mit einem der Integrationsstufe (7, 8) vorgeschalteten Unterbrecher (19) verbunden sind.