DE2704068C3

DE2704068C3 - Hydromechanischer proportionalintegraler Drehzahlregler

Info

Publication number: DE2704068C3
Application number: DE19772704068
Authority: DE
Inventors: Boris Petrovic Kolomna Moskovskaja Oblast' Kolosov
Original assignee: Kolomenskij Teplovozostroitel'nyj Zavod Imeni Vv Kujbyseva Kolomna Moskovskaja Oblast' Su
Current assignee: Kolomenskij Teplovozostroitel'nyj Zavod Imeni Vv Kujbyseva Kolomna Moskovskaja Oblast' Su
Priority date: 1977-02-01
Filing date: 1977-02-01
Publication date: 1981-11-12
Also published as: DE2704068A1; DE2704068B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Drehzahlregelung von Antriebsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, Dampfturbinen und Gasturbinen zum Antrieb elektrischer Generatoren, wo Regelung von hoher Qualität erforderlich ist.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein hydromechanischer proportional-integraler Drehzahlregler mit einem Drehzahlmesser mit Zentrifugalgewichten, der auf einen Schieber eines Steuerventils wirkt, und mit einem Ausgangsservomotor, von dessen Abtriebsglied die Stellgröße abgenommen wird und der zur Regelung eine proportionale Komponente in der Weise beiträgt, daß er beaufschlagt wird über öffnungen in einer beweglichen Büchse, in welcher der Schieber läuft und die durch eine kinematische Verbindung mit dem Abtriebsglied dem Schieber nachgeführt wird, und mit einem weiteren Servomotor, dessen Abtriebsglied auf die genannte Kinematik wirkt und der eine integrale Komponente zur Regelung in der Weise beiträgt, daß er beaufschlagt ist über öffnungen einer feststehenden Büchse, in der der Schieber läuft Ein solcher Drehzahlregler ist aus der US-Patentschrift 26 13 072 bekannt

Um die dynamischen Drehzahlabweichungen bei Laständerungen klein zu halten, bedient man sich bei

ίο dem bekannten Regler einer Verkleinerung der Integrationskonstanten bei größeren Drehzahlabweichungen, die dadurch verwirklicht wird, daß die vom Steuerventilschieber freigegebenen öffnungen, über die der integrierende weitere Sevomotor druckbeaufschlagt bzw. entlüftet wird, sich in Bewegungsrichtung des Schiebers erweitern, so daß bei größeren Verstellungen des Schiebers sich die Durchtrittsquerschnitte überproportional vergrößern.
Eine auf diese Weise erzielte Verminderung der dynamischen Drehzahlabweichungen ist jedoch mit einem wesentlichen Nachteil behaftet der darin besteht, daß die kleine Integrationskonstante nicht im Anfangsstadium des Regelvorgangs, in dem die Drehzahlabweichung noch zunimmt wirksam ist sondern auch noch in dem weiteren Stadium des Regel Vorgangs, in dem die Laständerung bereits durch Reduzierung der Brennstoffzufuhr bzw. Zufuhr des Arbeitsmediums kompensiert wurde. Dies hat zur Folge, daß sich die Kraftstof'zufuhr bedeutend schneller verändert als es zur Kompensation der Laständerung notwendig ist und daß es zu Überregelungen und zum Auftreten von Schwingungen kommt und daß bei übermäßig kleinen Integrationskonstanten der ganze Regelvorgang unstabil wird.

Es sind auch Regler mit andersartiger Veränderung des Integralanteils während des Regelvorgangs bekannt. So ist z. B. in der deutschen Auslegeschrift 16 73 601 ein proportional-integraler Regler beschrieben, der den Integralanteil in Abhängigkeit von der

Änderung der Regelabweichung bzw. der Regelröße während der Anregelzeit unterdrückt, so daß seine Wirkung erst dann voll entfaltet wird, wenn bei Annäherung der Regelgröße an den Sollwert die Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung praktisch verschwindet. Eine solche Regelcharakteristik wäre jedoch nicht geeignet, dynamische Drehzahlabweichungen klein zu halten.

Aus der deutschen Auslegeschrift 17 88 111 ist noch eine unstetige elektrische Regelvorrichtung mit verzögert nachgiebiger Rückführung bekannt, bei welcher der Integralanteil durch eine automatische Umschaltung mittels Kurzschaltung eines Kondensators während des Anfahrprozesses oder während langdauernder Störungen ausgeschaltet wird. Abgesehen von der gattungsmäßigen Verschiedenheit dieser Regelvorrichtung wäre auch eine Ausschaltung des Integralanteils nicht geeignet, den vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zu begegnen.
Ähnliches gilt für den Gegenstand der schweizerisehen Patentschrift 4 33 834, die einen Regler betrifft, bei dem innerhalb eines begrenzten Intervalls eine proportionale Regelung stattfindet und bei Erreichen der Grenzen dieses Intervalls elektrische Kontakte betätigt werden, die die Stellgeschwindigkeit der S'ollvorrichtung sprunghaft auf den Maximalwert bi uigen, der dann unabhängig von der Abweichung der Regelgröße konstant erhalten bleibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Weiter-

entwicklung des eingangs beschriebenen gattungsmäßigen Reglers in der Weise, daß sowohl eine gute Unterdrückung großer dynamischer Drehzahlabweichungen, als auch ein aperiodischer, d. h. schwingungsfreier und stabiler Regelvorgang gelingt Hierzu soll zu Beginn eines Regelvorgangs eine kleine Integrationskonstante, d. h. eine schnelle Wirkung des integrierenden Servomotors und gegen Ende des Regelvorgangs eine große Integrationskonstante, & h. eine langsamere Ausregelung erzielt werden.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in die Leitung zwischen den öffnungen der feststehenden Büchse und dem weiteren Servomotor ein Hilfskolben eingeschaltet ist, der diese Leitung in zwei Abschnitte unterteilt und der von beiden Seiten durch je eine Feder beaufschlagt ist, welche ihn in eine mittlere Gleichgewichtslage zu drücken suchen, wobei der Weg des Hilfskolbens in beiden Richtungen durch Anschläge begrenzt ist und parallel zum Hilfskolben eine Drossel vorgesehen ist

An sich ist aus der US-Patentschrift 30 04 527 ein Regler bekannt, bei dem in eine Leitung ein beidseitig federbeaufschlagter Hilfskolben mit parallel geschalteter Drossel eingebaut ist Die Funktion und Wirkung ist hierbei jedoch eine ganz andere. Von vornherein ist bei dieser bekannten Ausbildung kein Servomotor mit Integralwirkung vorhanden. Der Hilfskolben soll hier eine Dämpfungswirkung entfalten, was bei zuströmender oder abfließender Druckflüssigkeit durch seine Auslenkung aus der Mittellage geschieht, die allmählich durch Druckausgleich über die Drossel nachläßt. Es ergibt sich auch hier eine propotional-integrale Wirkungsweise, wobei beide Anteile sich aber nicht trennen lassen, und insbesondere nicht, wie vorliegend angestrebt, die Integralwirkung am Anfang eines Übergangsprozesses groß und an dessen Ende klein gehalten wird.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegender Erfindung hat der Hilfskolben einen eigenen Zylinder, dessen eines Ende mit dem Zylinderraum des weiteren Servomotors und dessen anderes Ende mit den öffnungen in der feststehenden Büchse verbunden sind. Ebenso kann es aber auch zweckmäßig sein, wenn der Hilfskolben im mit den öffnungen in der feststehenden Büchse verbundenen Zylinderraum des weiteren Servomotors sitzt.

Auf besonders einfache Weise kann die Drossel auch im Hilfskolben in Form einer Drosselbohrung ausgeführt sein.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 den hydromechanischen proportional-integralen Drehzahlregler in einer ersten Ausbildungsform;

F i g. 2 eine zweite Ausbildungsform des Drehzahlreglers;

Fig.3 eine dritte Ausbildungsform des Drehzahlreglers;

F i g. 4 die Stellungen der einzelnen Teile des Reglers gemäß F i g. 3 zu Beginn eines Regel Vorgangs;

Fi g. 5 die Stellungen der einzelnen TeMe des Reglers gemäß F i g. 3 beim Ende des Regelvorgangs.

Der hydromechanische propotional-integrale Drehzahlregler hat einen Zentrifugal-Drehzahlmesser 1, der auf ein Steuerventil airkl, dessen Schieber 2 in einer feststehenden Büchse 3 und einer sich an diese anschließenden axial beweglichen Büchse 4 verschieblich sitzt, wobei die be den Büchsen in einer Hülse 5 untergebracht und mit Wandöffnungen 6 bzw. 7 versehen sind.

Der in der axial beweglichen Büchse 4 sitzende Abschnitt des Schiebers 2 steuert einen Ausgangsservomotor 3, und der in der feststehenden Büchse 3 sitzende Abschnitt des Schiebers 2 steuert einen weiteren Servomotor 8. Der Zylinder 11 des Ausgangsservomotors ist über eine Leitung 13 und eine Wandöffnung 15 in

ίο der Hülse 5 mit der Wandöffnung 7 der beweglichen Büchse 4 verbunden. Der Zylinder 10 des weiteren Servomotors 8 ist über eine Leitung 12 und eine Wandöffnung 14 in der Hülse 5 mit der Wandöffnung 6 der feststehenden Büchse 3 verbunden.

Die bewegliche Büchse 4 steht über eine Kinematik in Form eines Gestänges 18 sowohl mit dem Kolben 16 des weiteren Servomotors 8, als auch mit dem Kolben 17 des Ausgangsservomotors 9 in Verbindung. Das Gestänge 18 besteht aus einem um einen Festpunkt 20 schwenkbaren Hebel 19, dessen eines Ende mittels eines Gelenks 21 mit der beweglichen Büchse 4 und dessen anderes Ende mittels eines Gelenks 24 mit dem einen Ende eines ähnlichen Schwenkhebels 22 verbunden ist, der um einen festen Lagerpunkt 23 schwenkt und mit seinem anderen Ende mittels eines Gelenks 27 auf eine Schubstange 25 wirkt, die in einer Führung 26 gleitet und mittels eines Gelenks 29 an einer mittleren Stelle eines Hebels 28 angreift, dessen beide Enden mittels Gelenken 30 bzw. 31 mit den Kolben 17 bzw. 16 des Ausgangsservomotors 9 bzw. des weiteren Servomotors 8 verbunden sind.

Der Regler hat noch einen Hilfskolben 32, der bei der Ausbildung gemäß F i g. 1 in einem eigenen Zylinder 33 sitzt und die Leitung 12 zwischen den Wandöffnungen 6 in der feststehenden Büchse 3 und dem Zylinder 10 des weiteren Servomotors 8 in zwei Abschnitte 12a und \2b aufteilt. Dabei hat der Zylinderraum des Zylinders 33 oberhalb des Hilfskolbens 32 über den Leitungsabschnitt \2b Verbindung mit dem Zylinder 10 und der Zylinderraum unter dem Hilfskolben 32 über den Leitungsabschnitt 12a Verbindung mit den öffnungen 6 in der feststehenden Büchse 3.

Die beiden Räume des Zylinders 33 beidseits des Hilfskolbens 32 sind über einen Umgehungskanal 34 miteinander verbunden, in dem eine Drossel 35 sitzt. Auf den Hilfskolben wirken beidseits und gegeneinander zwei Druckfedern 51 und 52, die den Hilfskolben in einer mittleren Gleichgewichtslage zu halten suchen.

Der Zentrifugaldrehzahlmesser 1 wirkt auf einen Teller 36 am oberen Ende des Schiebers 2, wobei die Fliehgewichte 37 an einem Zahnrad 38 angelenkt sind, das seine Drehbewegung von der zu regelnden Maschine, z. B. einem Dieselmotor erhält, und zwar über eine Welle 39 und ein Zahnrad 40. Gemäß den Abbildungen wirken die Fliehgewichte 37 über Querarme auf die untere Seite des Tellers 36, und die von den umlaufenden Gewichten 37 erzeugte Zentrifugalkraft sucht den Schieber 2 nach oben zu treiben, wobei eine Feder 41 des Drehzahlmessers 1 dem entgegenwirkt.

bo Von einer Druckquelle wird eine Druckflüssigkeit in Richtung der Pfeile A zugeführt und gelangt durch die öffnung 42 in der Hülse 5 und die Öffnung 43 in der feststehenden Büchse in den Raum über dem Bund 44 des Schiebers 2 sowie durch die öffnung 45 in der Hülse 5 und die öffnung 46 in der beweglichen Büchse 4 in den Raum unter dem Bund 47. Der Ringraum zwischen den Bunden 44 und 47 ist entlüftet, wobei der Rücklauf in Richtung des Pfeils Cdurch die öffnung 50 erfolgt.

Die Kolben 16 und 17 der Servomotore sind Differentialkolben und werden von (in den Abbildungen) oben her auf einer Ringfläche durch den Druck der Druckflüssigkeitsquelle beaufschlagt, welcher gemäß Pfeilen B durch Anschlüsse 48 bzw. 49 zugeführt wird, und zwar beider Zylindern in gleicher Größe.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausführung des hydromechanischen proportional-integralen Drehzahlreglers entspricht im wesentlichen der vorstehend betrachteten Ausbildung; lediglich sitzt der Hilfskolben 32 unmittel- to bar im Zylinder 53 des weiteren Servomotors 8.

Die in F i g. 3 gezeigte Ausbildung unterscheidet sich nur dadurch, daß die Drossel 54 im Hilfskolben 55 eingebaut ist

Der Betrieb des hydromechanischen proportiona!-integralen Reglers wird nachfolgend anhand der Ausführung nach F i g. 3 erläutert:

Der Kolben 17 des Ausgangsservomotors 9 ist mit der Maschine verbunden, deren Drehzahl zu regeln ist, z. B. mit der Steuerstange der Einspritzpumpe eines Dieselmotors, und zwar in dem Sinne, daß eine Abwärtsbewegung des Kolbens 17 (in der Zeichnung) eine Vergrößerung der Kraftstoffzufuhr bewirkt.

Wenn der Motor mit konstanter Drehzahl und unter konstanter Last (zum Beispiel Vollast) arbeitet, so befindet sich der Regler im Ruhezustand, bei dem die Kraftstoffzufuhr zum Motor konstant ist und genau der entspricht die zur Aufrechterhaltung der Istdrehzahl notwendig ist Die Kraft der Feder 41 des Drehzahlmessers 1 hält der aufwärts gerichteten Kraft aus den Zentrifugalkräften der umlaufenden Gewichte 37 das Gleichgewicht Die Gewichte 37 stehen vertikal, und der Schieber 2 nimmt die Mittelstellung ein, in der der Bund 44 die Öffnung 6 in der feststehenden Büchse 3 und der Bund 47 die Öffnung 7 in der beweglichen Büchse 4, die sich auch in der Nullstellung befindet, überdeckt.

Der Ausgangskolben 17 steht dicht am unteren Ende des Zylinders 11 in einer etwa Vollgas entsprechenden Stellung, und der Kolben 16 steht unbeweglich am oberen Ende des Zylinders 53. Der Hilfskolben 55 steht unbeweglich in seiner mittleren Stellung, und die Kräfte der Federn 51 und 52 sind gleich.

Der Druck der in der Leitung 13 zwischen der unteren Fläche des Ausgangskolbens 17 und dem Bund 47 des Schiebers 2 eingesperrten Druckflüssigkeit entspricht einem bestimmten Teil des Drucks der Druckölquelle, der in voller Größe von oben her auf die Ringfläche des Ausgangskolbens 17 wirkt Ersichtlicherweise hängt der Druck in der Leitung 17 zusammen mit dem Flächenverhältnis des als Differentialkolben gestalteten Kolbens !7.

Der Bund 44 des Schiebers 2 sperrt auch die Leitung Ϊ2 und die dort zwischen der unteren Fläche des Kolbens 16 und dem Bund 44 eingeschlossene Druckflüssigkeit steht ebenfalls unter einem in gleicher Weise bestimmbaren Teil des Drucks aus der Druckölquelle.

Bei einer Wegnahme der Belastung steigt die Motordrehzahl an. Die Gewichte 37 drücken den Schieber 2 entgegen der Wirkung der Feder 41 des m> Drehzahlmessers 1, wie in Fig.4 gezeigt nach oben. Der Bund 47 gibt die Öffnung 7 in der beweglichen Büchse 4 frei, und die Druckflüssigkeit kann nun durch die Leitung 13 die Unterseite des Ausgangskolbens 17 ieaufschlagen. hs

Der Ausgangskolben 17 bewegt sich nach oben im Sinne einer Verringerung der Kraftstoffzufuhr. Bei dieser Bewegung bewegt sich das (in der Zeichnung) linke Ende des Hebels 28 auch nach oben und nimmt um einen von den Einzellängen abhängigen Betrag die Schubstange 25 mit nach oben, welche Bewegung sich über die Hebel 22 und 19 fortsetzt, auf die bewegliche Büchse 4, die sich, dem Schieber 2 folgend, aufwärtsbewegt.

Betrachtet man einmal den weiteren Sevomotor 8 nicht und nimmt den Gelenkpunkt 31 als unbeweglich an, so geschieht die Nachführbewegung der beweglichen Büchse 4 so lange, bis ihre Öffnung 7 wieder in einer neuen Gleichgewichtsstellung vor dem Bund 47 zu liegen kommt und abgesperrt wird, so daß auch der Ausgangskolben in einer neuen Gleichgewichtslage zur Ruhe kommt Ersichtlicherweise ist dabei die Bewegung des Kolbens 17 in erster Näherung proportional der auslösenden Bewegung des Schiebers 2 bzw. des Drehzahlmessers 1, d. h. der Ausgangsservomotor bewirkt die proportionale Komponente der Regelcharakteristik..

Jedoch öffnet bei dem betrachteten Regelvorgang der Bund 44 des Schiebers 2 gleichzeitig die Öffnung 6 in der feststehenden Büchse 3 und stellt damit eine Verbindung zwischen dem Raum unter dem Hilfskolben 55 und der Rückflußöffnung 50 her. Dadurch fällt der Druck unter dem Hilfskolben 55 ab, dieser bewegt sich gemäß einer bestimmten Charakteristik nach unten, so daß auch der Druck unter dem Kolben 16 abfällt und dieser sich ebenfalls abwärtsbewegt

Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 16 wird das rechte Ende des Hebels 28 mitgenommen, was eine entsprechende Abwärtsbewegung der Schubstange 25 und über die Hebel 22 und 19 auch der beweglichen Büchse 4 bewirkt. Diese gibt die Öffnung 7 wieder mehr frei, so daß wieder mehr Drucköl in die Leitung 13 strömt, den Ausgangskolben 17 von unten her beaufschlagt und ihn etwas weiter im Sinn der Veringening der Kraftstoffzufuhr zum Motor, d. h. nach oben verstellt Diese zusätzliche Verstellung des Ausgangskolbens 17 ist proportional der Verstellung des Kolbens 16.

Da die Büchse 3 feststeht, hält eine Druckbeaufschlagung bzw., wie vorstehend betrachtet eine Entlüftung der Leitung 12 und deren Wirkung auf den Kolben 16 so lange an, wie der Schieber 2 aus seiner mittigen Ruhelage ausgelenkt ist d. h. wie die Motordrehzahl von der Solldrehzahl abweicht Damit entspricht die Stellung des Kolbens 16 jeweils dem zeitlichen Integral der Regelabweichung, und der weitere Servomotor 8 trägt eine Integralkomponente zur Regelcharakteristik bei. Die Gesamtverstellung des Ausgangskolbens 17 ist proportions! der Summe aas den Verstellungen des Schiebers 2 (Proportionalwirkung) und der Verstellung des Kolbens 16 (Integralwirkung).

Ist die Öffnung 6 in der festen Büchse 3 ausreichend groß, so bewegt sich der Kolben 16 und damit auch der Ausgangskolben 17 mit hoher Geschwindigkeit und die Kraftstoffzufuhr zum Motor wird schnell gedrosselt

Der Kolben 16 bewegt sich jedoch mit der durch den freigegebenen Teil der Öffnung 6 bestimmten Geschwindigkeit und zwar so lange, bis der Hilfskolben 55 am Boden des Zylinders 53 anschlägt wie dies in F i g. 5 ersichtlich ist. Von da an bewegt sich der Kolben 16 nur noch mit der durch den Querschnitt der Drossel 54 bestimmten Geschwindigkeit

Die Regelcharakteristik zur Wiederherstellung des Sollwerts der Drehzahl kann durch eine solche Wahl des Hubs des Hilfskolbens 55 von der Mittelstellung bis zum Anschlag (am Boden des Zylinders 53) erreicht werden.

bei der die Gesamtverstellung des Ausgangskolbens 17 aufgrund der Verstellung des Schiebers 2 und der Verstellung des Kolbens 16 groß genug ist, um die Laständerung durch Reduzierung der Kraftstoffzufuhr zu kompensieren.

Wenn die Kraftstoffzufuhr den Wert angenommen hat, der der neuen Last (zum Beispiel der Last Null) entspriciit, erreicht die Drehzahlabweichung ihr Maximum und steht der Schieber 2 am obersten Punkt seines Verstellweges. Eine weitere Bewegung des Kolbens 16 ist dann nötig, um die normale Drehzahl des Motors wiederherzustellen.

Da der wiederherstellende Kolben 16 sich jetzt mit einer Geschwindigkeit bewegt, die durch den Querschnitt der Drossel 54 bestimmt wird, kann diese Bewegung langsam genug sein, um nur noch eine geringe zusätzliche Verringerung der Kraftstoffzufuhr zu bewirken, wodurch die Motordrehzahl abzufallen beginnt und sich dem Sollwert wieder nähert. Der Schieber 2 bewegt sich dabei wieder nach unten.

Bei entsprechender Auswahl des Drosselquerschnitts bewegt sich der Kolben 16 genauso schnell, wie die Motordrehzahl zu ihrem Sollwert zurückkehrt, d. h. die bewegliche Büchse 4 wird etwa so schnell nach unten bewegt wie auch der Schieber 2, was zur Folge hat, daß keine weitere Verstellung des Ausgangskolbens 17 im Sinn der Verringerung der Kraftstoffzufuhr stattfindet und dieser praktisch stillsteht.

Wenn der Schieber 2 sich wieder seiner Mittelstellung nähert, wird die durch den Bund 44 freigegebene Fläche der öffnung 6 kleiner als der Querschnitt der Drossel 54, und der Kolben 16 verlangsamt sich. Infolgedessen vermindert sich auch die obenerwähnte zusätzliche Verstellung des Ausgangskolbens 17.

Wenn die Solldrehzahl des Motors wieder erreicht ist. kehrt der Schieber 2 in seine Mittelstellung zurück. Die Lage des Ausgangskofbens 17 entspricht dann der Kraftstoffzufuhr zum Motor bei dessen Betrieb unter Nullast; die Lage des Kolbens 16 entspricht der Lage des Ausgangskolbens 17, und beide stehen still, da die öffnung 6 in der feststehenden Büchse 3 und die öffnung 7 in der beweglichen Büchse 4 wieder durch den Bund 44 bzw. 47 des Schiebers 2 verschlossen sind.

Nach dem Anhalten des Kolbens 16 bewegt sich der Hilfskolben 55 unter dem Einfluß der Feder 52 in die Mittelstellung zurück, wobei Druckflüssigkeit durch die Drossel 54 überströmt.

Der Regelvorgang bei einer plötzlichen Lasterhöhung, die zunächst einen Drehzahlabfall zur Folge hat, verläuft analog dem vorstehend Beschriebenen mit jeweils geänderter Bewegungsrichtung, und es wird ein neuer Gleichgewichtszustand bei erhöhter Kraitstoffzufuhr zum Motor hergestellt In jedem Fall bewirkt der Drehzahlregler eine schnelle und schwingungsfreie Rückkehr zur Solldrehzahl.

Der Regler gestattet es auch, die dynamische Drehzahlabweichung zu minimieren. Bekanntlich ist bei der Wahl des Verstärkungsfaktors für einen Regler die Forderung nach der Stabilität der Regelung zu berücksichtigen, und zwar in besonderem Maße dann, wenn elastische Antriebseinrichtungen (mit oder ohne Dämpfung) zum Ausfiltern der sich vom Motor über den Antrieb auf den Regler gegebenenfalls übertragenden Drehschwingungen verwendet werden. Es kann deshalb nur ein Teil der Gesamtverstellung des Ausgangskolbens, wie sie von der eingetretenen Laständerung her

^r, erforderlich ist, sich aus der Proportionalwirkung ergeben, d. h. nur ein Teil der Gesamtverstellung des Ausgangskolbens soll proportional der unter Einfluß der Drehzahländerung eingetretenen Verstellung des Schiebers sein, und der Rest der Ausgangskolbenverstellung

ίο soll von der Integralwirkung herrühren, d. h. dieser Teil der Gesamtverstellung soll proportional dem zeitlichen Integral der Auslenkung des Schiebers sein.

Damit also die dynamische Abweichung klein bleibt, muß die Integralwirkung schnell bzw. die Integrations-

i^r) zeitkonstante klein sein.

Wenn jedoch die Schnelligkeit der inlegraiwirkung eine bestimmte Grenze überschreitet, setzen Drehzahlschwingungen ein, noch bevor die Beharrungsdrehzahl erreicht wird. Diese Gefahr begrenzt bei üblichen Reglern die Integrationzeitkonstante nach unten.

Bei dem vorliegenden Regler kann man nun, ohne sich der Gefahr von Drehzahlschwingungen auszusetzen, die Integrationszeitkonstante zu Beginn eines Regelvorgangs auf ganz kleine Werte bringen, indem

?^ri der Hilfskolben 32 bzw. 55 zunächst praktisch frei mitschwimmt und eine rasche Bewegung des integrierenden Kolbens 16 nicht behindert, dann aber, wenn die Drehzahlabweichung des Motors ihren Höchstwert erreicht hat, in seiner Bewegung innehält und die

in Geschwindigkeit des Kolbens 16 und damit die Schnelligkeit der Integralwirkung scharf reduziert und auf einen solchen (vom Querschnitt der Drossel 35 bzw. 54 abhängigen) Wert bringt, der Motordrehzahlschwingungen am Ende des Übergangsprozesses nicht

λ aufkommen läßt.

Der vorliegende Regler zeichnet sich also aus durch eine Änderung der Integrationszeitkonstante während eines Regel Vorgangs: Zu Beginn jedes Regelvorgangs wird eine schnelle Integralwirkung erzielt, was die

4Π dynamischen Drehzahlabweichungen klein hält, und gegen Ende jedes Regelvorgangs ist die Integralwirkung eine langsame, so daß eine aperiodische, d. h. schwingungsfreie Rückkehr zur Solldrehzahl stattfindet Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Anteil der

4i Integralwirkung, d. h. der Verstellung des Kolbens 16 an der für die Kompensation der Laständerung erforderlichen Gesamtverstellung des Ausgangskolbens 17 am Anfang der Regelvorgänge sich mit Verringerung der sprunghaften Laständerungen ebenfalls verringern soll,

so damit keine Schwingungen am Ende der Regelvorgänge auftreten. Deshalb sollen die Verstellungen des Kolbens 16 am Anfang der Regeivorgängc mit Verminderung der Laständerungen geringer werden, und zwar nicht etwa der letzteren proportional, sondern schneller.

ϊ5 Zu diesem Zweck ist die öffnung 6 in der feststehenden Büchse 3 konstruktiv so ausgeführt (nicht gezeigt), daß ihre vom Bund 44 freigegebene Fläche nicht proportional der Auslenkung des Schiebers 2 ist, sondern bei großen Auslenkungen des Schiebers eine

bo überproportional große Durchtrittsöffnung freigegeben wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydromechanischer proportional-integraler Drehzahlregler mit einem Drehzahlmesser mit Zentrifugalgewichten, der auf einen Schieber eines Steuerventils wirkt, und mit einem Ausgangsservomoior, von dessen Abtriebsglied die Stellgröße abgenommen wird und der zur Regelung eine proportionale Komponente in der Weise beiträgt, daß er beaufschlagt wird über öffnungen in einer beweglichen Büchse, in welcher der Schieber läuft und die durch eine kinematische Verbindung mit dem Abtriebsglied dem Schieber nachgeführt wird, und mit einem weiteren Servomotor, dessen Abtriebsglied auf die genannte Kinematik wirkt und der eine integrale Komponente zur Regelang i«i der Weife beiträgt, daß er beaufschlagt ist über öffnungen einer feststehenden Büchse, in der der Schieber läuft, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung zwischen den öffnungen der feststehenden Büchse (3) und dem weiteren Servomotor (8) ein Hilfskolben (32, 55) eingeschaltet ist, der diese Leitung in zwei Abschnitte (12a, \2b) unterteilt und der von beiden Seiten durch je eine Feder (51, 52) beaufschlagt ist, weiche ihn in eine mittlere Gleichgewichtslage zu drücken suchen, wobei der Weg des Hilfskolbens in beiden Richtungen durch Anschläge begrenzt ist und parallel zum Hilfskolben eine Drossel (35, 54) vorgesehen ist.

2. Hydromechanischer proportional-integraler Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (32) in einem eigenen Zylinder (33) sitzt, dessen eines Ende mit dem Zylinderraum (10) des weiteren Servomotors (8) und dessen anderes Ende mit den öffnungen (6) in der feststehenden Büchse (3) verbunden sind.

3. Hydromechanischer proportional-integraler Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (32) im mit den öffnungen (6) in der feststehenden Büchse (3) verbundenen Zylinderraum des Zylinders (53) des weiteren Servomotors (8) sitzt.

4. Hydromechanischer proportional-integraler Drehzahlregler nach Ansprüchen 1 und 2 oder Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (54) im Hilfskolben (55) ausgeführt ist.