DE3219221C2

DE3219221C2 -

Info

Publication number: DE3219221C2
Application number: DE19823219221
Authority: DE
Inventors: Kurt 7500 Karlsruhe De Ewe; Edmund Dipl.-Ing. 7514 Eggenstein De Linzenkirchner; Hubert Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe De Theilmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1990-03-15
Also published as: DE3219221A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Anpas sung der Totzonenbreite eines nichtlinearen Übertra gungsgliedes mit einstellbarer Totzone an die Amplitude eines seinem Eingangssignal über lagerten Störsignals, wobei in Abhängigkeit von mehreren, in nerhalb eines vorgebbaren Zeitabschnitts aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen wechselnder Polarität die Totzone in zykli scher Folge mit kleiner Zeitkonstante um einen bestimmten Be trag vergrößert und dann mit großer Zeitkonstante wieder ver kleinert wird.The invention relates to a method for automatic adjustment solution of the dead zone width of a nonlinear transfer supply element with adjustable dead zone to the amplitude of its input signal stored interference signal, depending on several, in consecutive within a predeterminable time period Output signals of changing polarity the dead zone in cyclic sequence with a small time constant around a certain Be contract enlarged and then ver again with a large time constant is shrunk.

Ein derartiges Verfahren wurde in der älteren, als DE-OS 32 07 815 veröffentlichten Anmeldung vorgeschlagen.Such a method was in the older, than DE-OS 32 07 815 published application proposed.

Ferner ist aus der DE-OS 28 39 654 ein Verfahren zur Einstel lung der Totzonenbreite eines nichtlinearen Übertragungsglieds mit Totzone, vorzugsweise eines Mehrpunkt-Schaltglieds, be kannt, das dazu dient, bei einem nichtlinearen Filter die einem Eingangs- bzw. Nutzsignal überlagerten Störsignale höherer Fre quenzen zu eliminieren, wobei das Filter als Verzögerungsglied erster Ordnung wirkt und die Anpassung der Totzone an die wech selnden Amplituden des Störsignals automatisch erfolgt.Furthermore, DE-OS 28 39 654 describes a setting method the dead zone width of a non-linear transmission element with dead zone, preferably a multi-point switching element, be knows, which serves the purpose of a nonlinear filter Input or useful signal superimposed interference signals higher Fre eliminating sequences, using the filter as a delay element acts first order and the adaptation of the dead zone to the change alternating amplitudes of the interference signal takes place automatically.

Das Störsignal kann eine insbesondere bei Regelstrecken mit veränderlicher Streckenverstärkung auftretende Dauerschwingung des Regelgrößensignals, ein diesem überlagertes Rauschen oder beides sein. The interference signal can be associated with a control system in particular Continuous vibration occurring with variable link reinforcement of the controlled variable signal, a noise superimposed on it or be both.

Sind im Anschluß an die nichtlinearen Übertragungsglieder elektromechanische Integratoren, z. B. Zählwerke oder inte gral wirkende Stellantriebe (Stellmotoren), in Regelkrei sen eingesetzt, so werden bei jeder Vergrößerung der Tot zone die mechanischen und elektrischen Teile, wie Schalter, Getriebe o. ä., durch die diesen Schaltschritt einleiten den, innerhalb eines vorgebbaren Zeitabschnitts aufeinan derfolgenden Ausgangssignale wechselnder Polarität des Mehrpunkt-Schaltgliedes angesteuert und beansprucht. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn in Meß- oder Regelstrecken größere Amplitudenänderungen des Störsignals auftreten. Es bedarf mehrerer Schaltzyklen mit jedesmaliger mehrfacher Betätigung der elektromechanischen Integratoren, bevor die Vergrößerung der Totzone wirksam wird.Are following the non-linear transmission elements electromechanical integrators, e.g. B. counters or inte Grail-acting actuators (servomotors), in control loops sen are used, so at every enlargement the dead zone the mechanical and electrical parts, such as switches, Gearbox or similar through which initiate this switching step the one another within a predeterminable time period the following output signals of changing polarity of the Multi-point switching element controlled and claimed. This is particularly disadvantageous if in measuring or Controlled systems larger changes in amplitude of the interference signal occur. It takes several switching cycles with each one multiple actuation of the electromechanical integrators, 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 Inte gratoren bei plötzlichen, großen Änderungen der Störsignal amplitude herabgesetzt wird.It is therefore the task of the known method for To improve the setting of the dead zone so that with simple Average the switching frequency of the electromechanical inte grators in the event of sudden, large changes in the interference signal amplitude is reduced.

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 entgegen gesetzter Polarität auftritt.A solution to the problem in a process of the beginning mentioned type is seen in the fact that following a Switching step to enlarge the dead zone another Switching step in this direction already initiated will, if during a period that is larger or is equal to the period of the interference signal, another Output signal from opposite to the previous one set polarity occurs.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in dem Anspruch 2 angegeben.A facility for performing the method is in indicated the claim 2.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Fig. 1 ein Aus führungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Ver fahrens und in der Fig. 2 der Funktionsablauf anhand von Diagrammen dargestellt.To explain the invention is in Fig. 1 From an exemplary embodiment of a device for performing the United method and in Fig. 2, the functional flow is shown using diagrams.

Fig. 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 z 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 the negative output signal - a . The control signal z 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 z wird in Abhängigkeit von einer Folge von drei Ausgangssignalen wechselnder Polarität +a; -a; +a mit Hilfe von Zeitgliedern und logischen Verknüpfungen er zeugt.The control signal z is dependent on a sequence of three output signals of alternating polarity + a ; - a ; + a with the help of timers and logical connections, he creates.

Die Zeitglieder sind elektronische Schaltungen, die, von einem Eingangsimpuls angestoßen, während einer einstell baren Laufzeit ein Ausgangssignal führen.The timers are electronic circuits that, from triggered an input pulse while a lead time 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 T 1, der die negativen Aus gangssignale -a führende Ausgang mit dem ersten Eingang eines ersten UND-Gliedes 3 verbunden.The leading the positive output signals + a output of the three-point switching element 1 is connected to the input of a first timing element 2 with the running time T 1 , the output signals from the negative output signals - a leading 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 T 2, dessen Ausgang auf den dritten Eingang des zweiten UND-Gliedes 4 geschaltet ist, während der erste Ein gang des zweiten UND-Gliedes 4 mit den positiven Ausgangs signalen +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 Ein gang an den Ausgang eines dritten UND-Gliedes 7 geschal tet ist. The output of the timer 2 is connected to the second input of the first AND gate 3 and to the second input of a second AND gate 4 having three inputs. The first AND gate 3 is followed by a second timer 5 with the running time T 2 , the output of which is connected to the third input of the second AND gate 4 , 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 connected to the one input of an OR gate 6 , the other input of which is switched to the output of a third AND gate 7 .

Auf das ODER-Glied 6 folgt ein drittes Zeitglied 8 mit der Laufzeit T 3, dessen Ausgang mit dem positiven Eingang ei nes Differenzgliedes 9 und mit dem Eingang eines vierten Zeitgliedes 10 mit der Laufzeit T 5 in Verbindung steht. Der Ausgang dieses Zeitgliedes 10 ist mit dem einen Ein gang 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 gate 6 is followed by a third timing element 8 with the running time T 3 , the output of which is connected to the positive input of a differential element 9 and to the input of a fourth timing element 10 with the running time T 5 . The output of this timing element 10 is connected to an input of the third AND gate 7 , the other input of which is connected to the negative output signals - a leading output of the three-point switching element 1 .

Auf den Negativeingang des Differenzgliedes 9 ist eine ein stellbare Spannungsquelle 11 geschaltet, deren Spannung U₁ klein gegen die Spannung des Ausgangssignals g des Zeit glieds 8 ist.On the negative input of the differential element 9 is an adjustable voltage source 11 is connected, the voltage U ₁ small against the voltage of the output signal g of the time element 8 .

Der Ausgang des Differenzgliedes 9 ist mit dem Eingang ei nes Integrationsgliedes 12 verbunden, dessen Ausgangssi gnal das Steuersignal z für die Einstellung der Totzone ist.The output of the differential element 9 is connected to the input of an integration element 12 , the output signal of which is the control signal z for setting the dead zone.

Fig. 2 zeigt den verfahrensmäßigen Ablauf der Totzonen anpassung anhand von Diagrammen, in welchen Signalfolge und -verlauf an verschiedenen Punkten der Schaltungsanord nung nach Fig. 1 über der Zeit dargestellt sind. Fig. 2 shows the procedural procedure of the dead zone adjustment using diagrams, in which signal sequence and course at various points of the circuit arrangement according to FIG. 1 are shown over time.

Diagramm e zeigt den Verlauf des Eingangssignals e des Dreipunkt-Schaltgliedes 1. Der Nutzanteil des Eingangs signals e sei konstant, hier gleich Null, der Störanteil weist anfänglich eine Amplitude auf, die innerhalb der von den Schwellenwerten +A₀ und -A₀ begrenzten Totzone TZ des Dreipunkt-Schaltgliedes 1 liegt und deshalb kein Ausgangs signal 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 which is within the dead zone TZ of the three-point switching element 1 and is therefore limited by the threshold values + A ₀ and - A ₀ and therefore does not generate an output signal.

Zum Zeitpunkt t₀ tritt eine plötzliche Vergrößerung des Störsignals auf, dessen Amplitude die Schwellenwerte ±A₀ der Totzone TZ überschreitet und ein Ansprechen des Drei punkt-Schaltgliedes bewirkt.At time t ₀ there is a sudden increase in the interference signal, the amplitude of which exceeds the threshold values ± A ₀ of the dead zone TZ and causes the three-point switching element to respond.

Diagramm a zeigt die von dem Störanteil verursachten Aus gangssignale +a, -a des Mehrpunkt-Schaltgliedes 1. Von dem ersten positiven Signalimpuls +a wird das Zeit glied 2 mit der Laufdauer T 1 angestoßen. Die Laufdauer T 1 ist so eingestellt, daß sie größer oder gleich der Periode der niedrigsten Störsignalfrequenz ist.Diagram a shows the output signals from the noise component caused from + a, - a of the multi-point switching element. 1 From the first positive signal pulse + a , the time element 2 is initiated with the duration T 1 . The running time T 1 is set so that it is greater than or equal to the period of the lowest interference 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 T 2, die T 1 entspricht, an.From the following negative output pulse - a , the first AND gate 3 is switched through, its output signal triggers the second timing element 5 with the transit time T 2 , which corresponds to T 1 .

Tritt während der Laufzeiten T 1 und T 2, wie sie in den Dia grammen b und c dargestellt sind, ein weiterer, wieder posi tiver 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 durch lässig, mit seiner Rückflanke können die Zeitglieder 2 und 5 zurückgesetzt werden.Occurs during the running times T 1 and T 2 , as shown in the diagrams b and c , another, again positive output pulse + a , so all three inputs of the second AND gate 4 are switched up , be in the diagram d The output pulse shown switches the OR gate 6 through, the timing edges 2 and 5 can be reset with its trailing edge.

Das vom Ausgangssignal des ODER-Gliedes angesteuerte Zeit glied 8 mit der Laufzeit T 3 in der Größenordnung von ms gibt einen ersten, im Diagramm g dargestellten Ausgangsimpuls ab, dessen mit der kleineren Spannung der Spannungsquelle 11 gebildete Differenz während der Laufzeit T 3 im Integrator 12 aufintegriert wird und eine Erhöhung von dessen Ausgangssi gnal z und damit eine Erweiterung der Totzone auf die Schwel lenwerte ±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 an derem Eingang bereits das Ausgangssignal f des vom Ausgangs signal g des Zeitgliedes 8 angestoßenen Zeitglieds 10 mit der Laufzeit T 5 anliegt, durchlässig macht, so daß über das ODER- Glied 6 das Zeitglied 8 erneut angestoßen wird und einen wei teren Ausgangsimpuls der Laufzeit T 3 abgibt, siehe Diagramm g. Wie aus dem Diagramm z zu ersehen ist, hat dies einen weite ren Anstieg des Steuersignals z zur Folge, die Totzone wird um einen weiteren Schritt auf die Schwellenwerte +A₂ vergrö ßert, die Störsignalamplitude liegt nun innerhalb der durch die gestrichelten Linien begrenzten Totzone, die wegen des sich mit großer, durch die Spannung U₁ der einstellbaren Spannungsquelle 11 gegebener Zeitkonstante entladenden Integrationsglieds 12 langsam verkleinert wird. Die Lauf zeit T 5 des Zeitgliedes 10 entspricht etwa den Laufzeiten T 1 und T 2 der Zeitglieder 2 und 5.The time controlled by the output signal of the OR gate 8 with the transit time T 3 in the order of ms gives a first output pulse shown in diagram g , the difference formed with the smaller voltage of the voltage source 11 during the transit time T 3 in the integrator 12 is integrated and an increase in its output signal z and thus an expansion of the dead zone to the threshold values ± A ₁ results, see diagram e . As can be seen from this, the expansion of the dead zone is not enough; there occurs a further negative output pulse - a , see diagram a , the third AND gate 7 , at whose input the output signal f of the output signal g of the timing element 8 triggered timing element 10 with the transit time T 5 is permeable makes so that the timer 8 is triggered again via the OR gate 6 and emits a further output pulse of the running time T 3 , see diagram g . As can be seen from the diagram z , this results in a further increase in the control signal z , 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 slowly being reduced due to the fact that the integrating element 12 discharging itself with a large time constant discharged by the voltage U ₁ of the adjustable voltage source 11 . The running time T 5 of the timing element 10 corresponds approximately to the running times T 1 and T 2 of the timing elements 2 and 5 .

Wie zu erkennen ist, wird mit diesem Adaptionsverfahren die auf eine Erhöhung der Störsignalamplitude zurückzu führende Schalthäufigkeit um etwa zwei Drittel verkürzt.As can be seen, this adaptation process which is due to an increase in the interference signal amplitude leading switching frequency reduced by about two thirds.

Claims

1. A method for automatically adapting the dead zone width of a non-linear transmission element with an adjustable dead zone to the amplitude of an interference signal superimposed on its input signal, with the dead zone in a cyclical sequence with a small time constant around one, depending on several output signals of alternating polarity that follow one another within a predeterminable period of time agreed amount is increased and then reduced again with a large time constant, characterized in that following a switching step to enlarge the dead zone, another switching step in this direction is initiated if during a period that is greater than the period of the interference signal , another output signal of opposite polarity compared to the previous occurs.

2. Device for performing the method according to claim 1 with

a) a non-linear transmission element with dead zone, in particular special multi-point switching element ( 1 ) with a control input for controlling the dead zone width,
b) a first timing element ( 2 ), driven by positive output signals of the nonlinear transmission element, with the running time ( T 1 ),
c) a first AND gate ( 3 ), the first input of which is supplied with the output signal of the first timing element ( 2 ) and the second input of which is supplied with the negative output signals (- a ) of the non-linear transmission element,
d) a second timing element ( 5 ) with the running time ( T 2 ), the input of which is connected to the output of the first AND element ( 3 ),
e) a second AND gate ( 4 ) with three inputs, on the first input of which the positive output signals (+ a ) of the non-linear transmission element, on the second input of which the output of the first timing element ( 2 ) and on the third input of which the output of second timer ( 5 ) is switched,
f) a differential element ( 9 ), at the positive input of which the output of a third timing element ( 8 ) and at the negative input of which an adjustable voltage source ( 11 ) is connected,
g) an integration element ( 12 ), the input of which is connected to the output of the differential element ( 9 ) and the output of which is connected to the control input of the non-linear transmission element ( 1 ),

marked by

h) a fourth timer ( 10 ) with the term ( T 5 ), the input of which is connected to the output of the third timer ( 8 ) with the term ( T 3 ),
i) an AND gate ( 7 ), the first input of which is connected to the output of the fourth timing element ( 10 ) and the second input of which is supplied with the negative output signal (- a ) of the non-linear transmission element,
j) an OR gate ( 6 ), whose first input with the output of the second AND gate ( 4 ) and whose second input with the output of the AND gate ( 7 ) and whose output with the input of the third timing element ( 8 ) connected is.

3. Device according to claim 2, characterized in that the transit times ( T 1 , T 2 and T 5 ) of the first, second and fourth timing elements ( 2, 5 and 10 ) are approximately equal to or greater than the period of the interference signal .

4. Device according to claim 2, characterized in that the term ( T 3 ) of the third time link ( 8 ) is very small compared to the term of the rest of the time.