DE3219221A1 - Method and device for automatically adapting the adjustable dead zone of a nonlinear transmission element to the amplitude of a noise signal superimposed on its input signal - Google Patents
Method and device for automatically adapting the adjustable dead zone of a nonlinear transmission element to the amplitude of a noise signal superimposed on its input signalInfo
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Abstract
Description
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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ^ " Unser ZeichenSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ^ "Our reference
Berlin und München " VPA 82 P 4423 DEBerlin and Munich "VPA 82 P 4423 DE
Verfahren und Einrichtung zur automatischen Anpassung der einstellbaren Totzone eines nichtlinearen Übertragungsgliedes an die Amplitude eines seinem Eingangssignal überlagerten Störsignals Method and device for automatically adapting the adjustable dead zone of a nonlinear transmission element to the amplitude of an interference signal superimposed on its input signal
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Anpassung der einstellbaren Totzone eines nichtlinearen Ubertragungsgliedes an die Amplitude eines seinem Eingangssignal überlagerten Störsignals, wobei in Abhängigkeit von mehreren, innerhalb eines vorgebbaren Zeitabschnitts aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen wechselnder Polarität die Totzone in zyklischer Folge mit kleiner Zeitkonstante um einen bestimmten Betrag vergrößert und dann mit großer Zeitkonstante wieder verkleinert wird.The invention relates to a method for automatically adapting the adjustable dead zone of a non-linear transmission element to the amplitude of an interference signal superimposed on its input signal, depending on several consecutive within a predeterminable time period Output signals of changing polarity the dead zone in a cyclical sequence with a small time constant is increased by a certain amount and then decreased again with a large time constant.
Eine derartige Methode zur Einstellung der Totzoneηbreite eines nichtlinearen Übertragungsglieds mit Totzone, vorzugsweise eines Mehrpunkt-Schaltglieds, ist aus der DE-OS 28 39 654 bekannt. Sie wird dort bei einem nichtlinearen Filter eingesetzt, um die einem Eingangs- bzw. Nutzsignal überlagerten Störsignale höherer Frequenzen zu eliminieren, wobei das Filter als Verzögerungsglied erster Ordnung wirkt und die Anpassung der Totzone an die wechselnden Amplituden des Störsignals automatisch erfolgt.Such a method for setting the width of the dead zone a non-linear transmission element with dead zone, preferably a multi-point switching element, is from the DE-OS 28 39 654 known. It is used there with a non-linear filter to filter an input or output filter. Useful signal to eliminate interfering signals of higher frequencies superimposed, the filter as a delay element first Order acts and the adaptation of the dead zone to the changing amplitudes of the interfering signal takes place automatically.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Totzone eines als Regelverstärker wirkenden Mehrpunkt-Schaltglieds in einem Regler entsprechend zu verstellen, wobei das Störsignal eine insbesondere bei Regelstrecken mit veränderlicher Streckenverstärkung auftretende Dauerschwingung des Regelgrößensignäls, ein diesem überlagertes Rauschen oder beides sein kann.It has also already been proposed to combine the dead zone of a multi-point switching element acting as a control amplifier To adjust the controller accordingly, the interference signal being a variable in particular in the case of controlled systems Continuous oscillation of the controlled variable signal that occurs in the system, can be a noise superimposed on this or both.
Sp 4 Sei / 18.05.1982Sp 4 Sci / May 18, 1982
- £ - VPA 82 P 4423 DE - £ - VPA 82 P 4423 DE
Sind im Anschluß an die nichtlinearen übertragungsglieder elektromechanische Integratoren, z. B. Zählwerke oder integral wirkende Stellantriebe (Stellmotoren), in Regelkreisen eingesetzt, so werden bei jeder Vergrößerung der Totzone die mechanischen und elektrischen Teile, wie Schalter, Getriebe o. ä. , durch die diesen Schaltschritt einleitenden, innerhalb eines vorgebbaren Zeitabschnitts aufeinanderfolgenden Ausgangssignale wechselnder Polarität des Mehrpunkt-Schaltgliedes angesteuert und beansprucht.Are in connection with the non-linear transmission elements electromechanical integrators, e.g. B. counters or integrally acting actuators (servomotors), in control loops are used, the mechanical and electrical parts, such as switches, Gear or the like, through which this switching step initiating, successive within a predeterminable time segment Output signals of alternating polarity of the multi-point switching element controlled and claimed.
Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn in Meß- oder Regelstrecken größere Amplitudenänderungen des Störsignals auftreten. Es bedarf mehreren Schaltzyklen mit jedesmaliger mehrfacher Betätigung der elektromechanischen Integratoren, bevor die Vergrößerung der Totzone wirksam wird.This is particularly disadvantageous when larger amplitude changes of the interference signal in measurement or control systems appear. It requires several switching cycles with multiple actuation of the electromechanical integrators each time, before the enlargement of the dead zone takes effect.
Es besteht deshalb die Aufgabe, das bekannte Verfahren zur Einstellung der Totzone so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln die Schalthäufigkeit der elektromechanischen Integratoren bei plötzlichen, großen Änderungen der Störsignalamplitude herabgesetzt wird.There is therefore the task of using the known method To improve the setting of the dead zone so that the switching frequency of the electromechanical integrators can be reduced with simple means is reduced in the event of sudden, large changes in the interference signal amplitude.
Eine Lösung der Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird darin gesehen, daß im Anschluß an einen Schaltschritt zur Vergrößerung der Totzone ein weiterer Schaltschritt in dieser Richtung schon dann eingeleitet wird, wenn während einer Zeitspanne, die größer oder gleich der Periodendauer des Störsignals ist, ein weiteres Ausgangssignal von im Vergleich zum vorhergehenden entgegengesetzter Polarität auftritt.A solution to the problem in a method of the initially mentioned type is seen in the fact that following a switching step to enlarge the dead zone another Switching step in this direction is already initiated if during a period of time that is greater or is equal to the period of the interference signal, a further output signal of the opposite in comparison to the previous one Polarity occurs.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in dem Anspruch 2 angegeben.A device for carrying out the method is specified in claim 2.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur I ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens undAn exemplary embodiment is shown in FIG. 1 to explain the invention a facility to carry out the procedure and
ft ft * · 4 · ft ft * 4
- β - VPA 82 P 4423 DE - β - VPA 82 P 4423 DE
in der Figur 2 der Funktionsablauf anhand von Diagrammen dargestellt.FIG. 2 shows the functional sequence with the aid of diagrams.
Figur 1: Ein nichtlineares Übertragungsglied in Form eines Dreipunkt-Schaltgliedes 1 weist einen das Eingangssignal e führenden Eingang und zwei Ausgänge auf, von denen einer das positive Ausgangssignal +a und der andere das negative Ausgangssignal -a führt. Einem Steuereingang ist das Steuersignal ζ aufgeschaltet, mit welchem die Totzone T des Dreipunkt-Schaltgliedes symmetrisch zum Nullpunkt durch Verschieben der Schwellenwerte +A und -A vergrößert oder verkleinert werden kann. FIG. 1: A non-linear transmission element in the form of a three-point switching element 1 has an input carrying the input signal e and two outputs, one of which carries the positive output signal + a and the other carries the negative output signal -a. The control signal ζ is applied to a control input, with which the dead zone T of the three-point switching element can be increased or decreased symmetrically to the zero point by shifting the threshold values + A and -A.
Das Steuersignal ζ wird in Abhängigkeit von einer Folge von drei Ausgangssignalen wechselnder Polarität +a; -a; +a mit Hilfe von Zeitgliedern und logischen Verknüpfungen erzeugt. The control signal ζ is dependent on a sequence of three output signals of alternating polarity + a; -a; + a generated with the help of timers and logical links.
Die Zeitglieder sind elektronische Schaltungen, die, von einem Eingangsimpuls angestoi3en, während einer einstellbaren Laufzeit ein Ausgangssignal führen.The timers are electronic circuits that, triggered by an input pulse, are adjustable during an Run time lead an output signal.
Der die positiven Ausgangssignale +a führende Ausgang des Dreipunkt-Schaltgliedes 1 ist mit dem Eingang eines ersten Zeitgliedes 2 mit der Laufzeit Tl, der die negativen Ausgangssignale -a führende Ausgang mit dem ersten Eingang eines ersten UND-Gliedes 3 verbunden.The output of the three-point switching element 1 carrying the positive output signals + a is connected to the input of a first Timing element 2 with the running time Tl, the negative output signals -a leading output connected to the first input of a first AND element 3.
Der Ausgang des Zeitgliedes 2 ist mit dem zweiten Eingang des ersten UND-Gliedes 3 und mit dem zweiten Eingang eines zweiten UND-Gliedes 4 mit drei Eingängen verbunden. Auf das erste UND-Glied 3 folgt ein zweites Zeitglied 5 mit der Laufzeit T2, dessen Ausgang auf den dritten Eingang d-is zweiten UND-Gliedes 4 geschaltet ist, während der erste Eingang des zweiten UND-Gliedes 4 mit den positiven Ausgangssignalen +a des Mehrpunkt-Schaltgliedes 1 beaufschlagt wird. Der Ausgang des zweiten UND-Gliedes 4 ist mit dem einen Eingang eines ODER-Gliedes 6 verbunden, dessen anderer Eingang an den Ausgang eines dritten UND-Gliedes 7 geschaltet ist.The output of the timing element 2 is connected to the second input of the first AND element 3 and to the second input of one second AND gate 4 connected to three inputs. The first AND element 3 is followed by a second timing element 5 the transit time T2, the output of which goes to the third input d-is second AND gate 4 is connected, while the first input of the second AND gate 4 with the positive output signals + a of the multi-point switching element 1 is applied. The output of the second AND gate 4 is with the one The input of an OR element 6 is connected, the other input of which is connected to the output of a third AND element 7 is.
-/Γ- VPA 82 P 4423 DE - / Γ- VPA 82 P 4423 DE
Auf das ODER-Glied 6 folgt ein drittes Zeitglied 8 mit der Laufzeit T3, dessen Ausgang mit dem positiven Eingang eines Differenzgliedes 9 und mit dem Eingang eines vierten Zeitgliedes 10 mit der Laufzeit T5 in Verbindung steht, Der Ausgang dieses Zeitgliedes 10 ist mit dem einen Eingang des dritten UND-Gliedes 7 verbunden, dessen anderer Eingang an den die negativen Ausgangssignale -a führenden Ausgang des Dreipunkt-Schaltgliedes 1 angeschlossen ist.The OR element 6 is followed by a third timing element 8 with the running time T3, the output of which is connected to the positive input Difference element 9 and is connected to the input of a fourth timing element 10 with the running time T5, The output of this timing element 10 is connected to one input of the third AND element 7, the other of which Input to which the negative output signals -a leading output of the three-point switching element 1 is connected.
Auf den Negativeingang des Differenzgliedes 9 ist eine einstellbare Spannungsquelle 11 geschaltet, deren Spannung U1 klein gegen die Spannung des Ausgangssignals g des Zeitglieds 8 ist.An adjustable voltage source 11, whose voltage U 1 is small compared to the voltage of the output signal g of the timing element 8, is connected to the negative input of the differential element 9.
Der Ausgang des Differenzgliedes 9 ist mit dem Eingang eines Integrationsgliedes 12 verbunden, dessen Ausgangssignal das Steuersignal ζ für die Einstellung der Totzone istThe output of the differential element 9 is connected to the input of a Integrating member 12 connected, the output signal of which is the control signal ζ for setting the dead zone
Figur 2 zeigt den verfahrensmäßigen Ablauf der Totzonenanpassung anhand von Diagrammen, in welchen Signalfolge und -verlauf an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung nach Figur 1 über der Zeit dargestellt sind. FIG. 2 shows the procedural sequence of the dead zone adaptation on the basis of diagrams in which the signal sequence and course are shown at various points in the circuit arrangement according to FIG. 1 over time.
Diagramm e zeigt den Verlauf des Eingangssignals e des Dreipunkt-Schaltgliedes 1. Der Nutzanteil des Eingangssignals e sei konstant, hier gleich Null, der Störanteil weist anfänglich eine Amplitude auf, die innerhalb der von den Schwellenwerten +A0 und -An begrenzten Totzone TZ des Dreipunkt-Schaltgliedes 1 liegt und deshalb kein Ausgangssignal erzeugt.Diagram e shows the course of the input signal e of the three-point switching element 1. The useful component of the input signal e is constant, here equal to zero, the interference component initially has an amplitude that is within the dead zone TZ limited by the threshold values + A 0 and -A n of the three-point switching element 1 and therefore no output signal is generated.
Zum Zeitpunkt tQ tritt eine plötzliche Vergrößerung des Störsignals auf, dessen Amplitude die Schwellenwerte +A„ der Totzone TZ überschreitet und ein Ansprechen des Dreipunkt-Schaltgliedes bewirkt.At the point in time t Q there is a sudden increase in the interference signal, the amplitude of which exceeds the threshold values + A "of the dead zone TZ and causes the three-point switching element to respond.
Diagramm a zeigt die von dem Störanteil verursachten Ausgangssignale +a, -a des Mehrpunkt-Schaltgliedes 1. Von dem ersten positiven Signalimpuls +a wird das Zeit-Diagram a shows the output signals caused by the interference component + a, -a of the multipoint switching element 1. From the first positive signal pulse + a the time is
--S- VPA 82 P 4423 DE--S- VPA 82 P 4423 DE
glied 2 mit der Lauf dauer Tl ange'stoßen. Die Lauf dauer Tl ist so eingestellt, daß sie größer oder gleich der Periode der niedrigsten Störsignalfrequenz ist.member 2 with the running time Tl. The run time Tl is set to be greater than or equal to the period of the lowest noise signal frequency.
Von dem folgenden negativen Ausgangsimpuls -a wird das erste UND-Glied 3 durchgängig geschaltet, sein Ausgangssignal stößt das zweite Zeitglied 5 mit der Laufzeit T2, die Tl entspricht, an.The first of the following negative output pulse -a becomes AND element 3 switched continuously, its output signal hits the second timing element 5 with the transit time T2, the Tl corresponds to.
Tritt während der Laufzeiten Tl und T2, wie sie in den Diagrammen b und c dargestellt sind, ein weiterer, wieder positiver Ausgangsimpuls +a auf, so sind alle drei Eingänge des zweiten UND-Gliedes 4 hochgeschaltet, sein im Diagramm d gezeigter Ausgangsimpuls schaltet das ODER-Glied 6 durchlässig, mit seiner Rückflanke können die Zeitglieder 2 und zurückgesetzt werden.If during the transit times T1 and T2, as shown in diagrams b and c, another, again positive, occurs Output pulse + a, all three inputs of the second AND element 4 are switched up, in diagram d The output pulse shown switches the OR gate 6 permeable, with its trailing edge the timing elements 2 and reset.
Das vom Ausgangssignal des ODER-Gliedes angesteuerte Zeitglied 8 mit der Laufzeit T3 in der Größenordnung von ms gibt einen ersten, im Diagramm g dargestellten Ausgangsimpuls ab, dessen mit der kleineren Spannung der Spannungsquelle gebildete Differenz während der Laufzeit T3 im Integrator auf integriert wird und eine Erhöhung von dessen Ausgangssignal ζ und damit eine Erweiterung der Totzone auf die Schwellenwerte +A1 zur Folge hat, siehe Diagramm e. Wie daraus zu erkennen ist, reicht die Erweiterung der Totzone noch nicht aus; es tritt ein weiterer negativer Ausgangsimpuls -a auf, siehe Diagramm a, der das dritte UND-Glied 7, an dessen anderem Eingang bereits das Ausgangssignal f des vom Ausgangssignal g des Zeitgliedes 8 angestoßenen Zeitglieds 10 mitThe controlled by the output signal of the OR gate timing element 8 with the transit time T3 in the order of ms emits a first output pulse shown in diagram g, whose difference formed with the lower voltage of the voltage source is integrated in the integrator during the transit time T3 and a Increase in its output signal ζ and thus an extension of the dead zone to the threshold values + A 1 , see diagram e. As can be seen from this, the expansion of the dead zone is not yet sufficient; there is another negative output pulse -a, see diagram a, which the third AND element 7, at the other input already the output signal f of the timer 10 triggered by the output signal g of the timing element 8 with
macht der Laufzeit T5 anliegt, durchlässig, so daß über das ODER-Glied 6 das Zeitglied 8 erneut angestoßen wird und einen weiteren Ausgangsimpuls der Laufzeit T3 abgibt, siehe Diagramm g Wie aus dem Diagramm ζ zu ersehen ist, hat dies einen weiteren Anstieg des Steuersignals ζ zur Folge, die Totzone wird um einen weiteren Schritt auf die Schwellenwerte +A2 vergrößert, die Störsignalamplitude liegt nun innerhalb der durch die gestrichelten Linien begrenzten Totzone, die wegen des sich mit großer, durch die Spannung U der einstellbarenmakes the transit time T5 applied, permeable, so that the timing element 8 is triggered again via the OR gate 6 and emits another output pulse of the transit time T3, see diagram g As can be seen from diagram ζ, this has a further increase in the control signal As a result, the dead zone is increased by a further step to the threshold values + A 2 , the interference signal amplitude is now within the dead zone delimited by the dashed lines, which is adjustable due to the large, adjustable voltage U of
~ß - VPA 82 P 4423 DE ~ ß - VPA 82 P 4423 DE
Spannungsquelle 11 gegebener Zeitkonstante entladenden Integrationsglieds 12 langsam verkleinert wird. Die Laufzeit T5 des Zeitgliedes 10 entspricht etwa den Laufzeiten Tl und T2 der Zeitglieder 2 und 5.Voltage source 11 given time constant discharging integration element 12 is slowly reduced. the period T5 of the timing element 10 corresponds approximately to the transit times T1 and T2 of the timing elements 2 and 5.
Wie zu erkennen ist, wird mit diesem Adaptionsverfahren die auf eine Erhöhung der Störsignalamplitude zurückzuführende Schalthäufigkeit um etwa zwei Drittel verkürzt.As can be seen, this adaptation process is used the switching frequency due to an increase in the interfering signal amplitude is reduced by around two thirds.
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