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Dreipunktregler
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Es wird die Priorität aus der japanischen Paterltanmeldurlg Sho 120
205/76 vom 6.10.1976 beansprucht.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dreipunktregler mit
einem von der Regelabweichung wid einer zusätzlichen Einspeisung beaufschlagten
Dreistufenschalter, von dessen Auigangsgröße die Stellgröße für die Regelstrecke
abgeleitet Lst. Ein derartiger Dreipunktregler ist nach dei Zeitschrift "Ftegelungstechnik",
Heft 8, Jahrgang 1957, Seite 262, Bild 2 belaannt.
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Dort wird durch die zusätzliche Einspeisung des Dreipunktreglers unmittelbar
von dessem Ausgangssignal abgeleitet und täuscht die sem einen bereits weiter fortgeschrittenen
Regelablauf vor, wodurch insbesondere bei großen Anforderungen hinsichtlich Verst@llgeschwindigkeit
und/oder Regelgenauigkeit ein rechtzeitiges AD schalten des Dreipunktregirs und
damit ein Uberschwingen bzw.
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Instabilität vermieden werden kann. Die richtige Bemessung dieser
Zusatzeinspeisung erfordert aber relativ aufwendige Rechengeräte oder speziell an
die Regelstrecke anzupassende Netzwerke.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, mit einer einfacheren
und universell anwendbaren Anordnung bei einem Dreipunktregler der eingangs genannten
Art für ein stabiles Regelverhalten bei großer Regelgeschwindigkeit zu sorgen. Gelöst
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Ausgangsgröße eines mit konstanter
Spannung beaufschlagten Integrators als zusätzliche Einspeisung auf den Eingang
des Dreistufenschalters gegengekoppelt ist und jeweils im Anschluß an das Verschwinden
des
resultierenden Eingangssignals des Dreistufenschalters fUr eine
konstante Zeitdauer als Stellgröße der Wert Null vorgesehen und der Integrator mit
einem Rucksetzsignal beaufschlagt ist. Auf diese Weise kann die Regelgeschwindigkeit
der Jeweils auftretenden Regelabweichung angepaßt und ein gutes dynamisches Regelverhalten
gesichert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Dreipunktregler werden pulsbreitenmodulierte
Stellgrößensignale erzeugt, wobei die Pulsbreite der Stellgrößensignale abhängig
von der Regelabweichung ist.
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Die Erfindung samt ihren weiteren Ausgestaltungen, welche in den Unteransprilchen
gekennzeichnet sind, soll nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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In Figur 1 ist mit A1 ein Operationsverstärker dargestellt, der die
Regelabweichung V als Eingangssignal erhält. Der Verstärkungsfaktor dieses Verstärkers
beträgt 1. Er ist mit einer mit L1 bezeichneten Ausgangsbegrenzung versehen. Sein
Ausgangssignal ist dem Eingang eines zweiten Operationsverstärkers A2 zugeführt,
welcher ebenfalls den Verstärkungsfaktor 1 aufweist. Sein Ausgang ist mit dem Eingang
eines nicht gegengekoppelten Verstärkers A3 verbunden, welcher einen sehr großen
Verstärkungsgrad aufweist. Der Verstärker A3 ist mit einer mit L2 bezeichneten Ausgangsbegrenzung
versehen, so daß sich sein Ausgangssignal bei einem von Null verschiedenen Wert
seiner Eingangsspannung je nach Polarität derselben entweder auf einem konstanten
positiven Wert oder auf einem konstanten negativen Spannungswert befindet. Diese
beiden Spannungswerte werden von den an die Potentiometer der Begrenzerschaltung
angeschlossenen, mit n~ n und N bezeichneten Gleichspannungsquellen bestimmt. Der
Verstärker A3 mit der ihm zugeordneten Ausgangsbegrenzerschaltung L2 stellt also
einen Zweistufenschalter dar. Es ist weiterhin ein vom Ausgangssignal des Verstärkers
3 beaufschlagter Integrator I vorgesehen, dessen Ausgang in gegenkoppelndem Sinne
auf den Eingang des Operationsverstärkers A2 zurückgeführt ist. Ein Dreistufenschalter
in Form des elektronischen, analog arbeitenden Kompararators CP erhält als Eingangssignal
die Ausgangsgrße des Operationsverstärkers A2 und vergleicht dieses mit Nullpotential.
PUr den Fall, daß der Ausgang des Operationsverstärkers A2 positiv ist, erscheint
an
einem Ausgang des Komparators CP das Signal H'; fUr den Fall,
daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A2 negativ ist, erscheint an einem
zweiten Ausgang des Komparators CP das Signal L'. Die Ausgangssignale L' und H'
werden mittels der Relais L und H in auf Beseitngder Regelgröße gerichtete Stellgrößensignale
umgewandelt. Ist das mit Nullpotential zu vergleichende Eingangssignal des Komparators
CP gleich Null, so erscheint an keinem seiner beiden Ausgänge ein Signal.
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Mit OR ist ein ODER-Glied bezeichnet, dessen Eingänge mit den beiden
Ausgängen des Komparators verbunden sind und dessen Ausgang über eine mit NOT bezeichnete
Umkehrstufe einen Einzelimpulsgenerator, beispielsweise in Form einer monostabilen
Kippstufe MS, anstößt. FUr die Dauer der Kippzeit t dieser monostabilen Kippstufe
wird ein mit R bezeichnetes Relais erregt. Es sind zwei der Kontakte des Relais
R dargestellt, von denen der eine bei Erregung desselben den Eingang des Integrators
I vom Ausgang des Verstärkers A3 abtrennt und der andere den Rücksetzeingang des
Integrators an Nullpotential schaltet und so für die Dauer der Kontaktbetätigung
ein Rücksetzen des Integrators sicherstellt.
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Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtung
soll nun im Zusammenhang mit den Diagrammen der Figur 2 beschrieben werden: Zunächst
sei der Fall angenommen, daß der Istwert der Regelgrdße größer ist als ihr Sollwert,
so daß das Regelabweichungssignal V negativ ist. Es sei weiterhin angenommen, daß
zum Zeitpunkt t1 das negative Regelabweichungssignal, wie in Figur 2a dargestellt,
auftritt und kleiner ist ald die durch den Begrenzer L1 bestimmte Ausgangsspannungsbegrenzung.
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Der Ausgang des Operationsverstärkers Al wird dann den Wert +V1 und
die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A2 den Wert -V1 aufweisen, da zu
diesem Zeitpunkt der Ausgang des Integrators I den Wert Null hat. Daher wird der
Ausgang des Operationsverstärkers A3 seinen positiven, durch den Begrenzer L2 bestimmten
Maximalwert annehmen und das Ausgangs signal des Integrators I beginnt dementsprechend
in positiver Richtung zeitlinear anzusteigen (Figur 2b). Das Ausgangssignal des
Operationsverstärkers A2 wird im Eingangskreis des Komparators CP mit Nullpotential
verglichen und nach dem Ergebnis dieses Vergleichs erzeugt dieser ein auf die Beseitigung
der Regelabweichung gerichtetes
Signal L', mit welchem das Relais
L erregt wird. Als Folge davon wird die Regelabreichung V, wie in Figur 2a gezeigt,
vermindert.
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Zum Zeitpunkt t2 sei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers
Al und das ihm entgegengesetzt gerichtete Ausgangssignal des Integrators I gleich
groß, so daß sich für das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A2 der Wert Null
ergibt. Das Signal L' verschwindet und an beiden Ausgängen des Komparators CP liegt
jetzt ein Null-Signal. Mit dem Verschwinden des Ausgangssignals des Verstärkers
A2 bzw. der Summe seiner Eingangssignale wird die monostabile Kippstufe MS Uber
das ODER-Glied und die Umkehrstufe NOT angestoßen, so daß am Ausgang der monostabilen
Kippschaltung MS für eine konstante Zeitdauer 1 , welche der Kippzeit der monostabilen
Kippstufe entspricht, ein Ausgatlgssignal erscheint (Figur 2c). Das Ausgangssignal
der monostabiLen Kippstufe MS erregt ein Relais R, dessen Kontakte einerseits den
Eingang des Integrators I vom Ausgang des Verstärkers A3 abtrennt und gleichzeitig
den Rücksetzeingang des Integrators I mit Nullpotential verbindet, wodurch dieser
während der Kippzeit Z zurückgesetzt bleibt, sein Ausgangssignal also für dieser
Zeitraum den Wert Null aufweist (Figur 2b). Wie aus F£giii' 2(t hervorgeht, erscheint
ein Stellgrößensignal am Ausgang de Komparators CP zwischen aen Zeitpunkten t1 irnd
t2 während iwisetien den Zeitpunkten t2 und t3 ein derartiges Stellgröl3ensirlal
unterdrückt ist. Eine solche Unterdrückung des ',tellgr(5ljexlsigrl.lls könnte am
einfachsten dadurch geschehen, daß mittels eines weiteren, in Figur 1 nicht dargestellten
Kontaktes der zweite Eingang des Komparators CP anstelle mit dem Ausgang des Verstärkers
A2 ebenfalls mit Nullpotential verbunden wird.
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Sobald der Ausgangsimpuls der monostabilen Kippstufe zum Zeitpunkt
t3 verschwindet, wird das Relais R entregt und dessen Kontakte kehren in die in
Figur 1 dargestellte Stellung zurück.
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Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausgangssignal des Integrators I gleich
Null, so daß bei weiterhin bestehender Regelabweichung der Integrator 1 wiederum
in Tätigkeit gesetzt wird und sich -ausgehend vom Wert Null - zeitlinear dem durch
die Begrenzerschaltung L2 festgelegten positiven Grenzwert nähert (Figur 2b).
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Ähnlich wie im zuvor beschriebenen Fall wird zum Zeitpunkt t4 das
Ausgangssignal des Integrators und das Ausgangs signal des Operationsverstärkers
A1 übereinstimmen und wiederum von der monostabilen Kippstufe MS ein Impuls der
Dauer z erzeugt, so daß das Relais R erregt, der Integrator I zurückgesetzt und
ein Stellgröl3ensignal unterdrückt wird. Dieses Spiel wiederholt sich solange eine
Regelabweichung V vorhanden ist.
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Die Eingangsspannung des Integrators ist unabhängig von der Größe
der Regelabweichung konstant. Auf diese Weise wird die Breite der erzeugten Stellgrößenimpulse
proportional dem Absolutwert der Regelabweichung V, wie es aus Figur 2d hervorgeht.
Für den Fall, daß die Regelabweichung positiv ist, d.h. daß der Sollwert größer
als der Istwert ist, erscheint in analoger Weise das Stellgrönensignal H' am Ausgang
des Komparators CP und ist wiederum so gerichtet, daß der Istwert dem Sollwert angenähert,
d.h. die Regelabweichung beseitigt wird.
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Die Erfindung kann beisielseise zur Frequenz- oder Leistungsregelung
in Kraftwerken verwendet werden und verbessert dann ganz entscheidend die Stabilität
des Regelsystems, und dies mit- eitlCr relativ weni aufwendigen Sc tung.
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2 Figuren 3 Patentansprüche