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Nachgeführte Ablöseregelung
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei wird unter einem Regelverstärker mit
integralem Verhalten sowohl ein reiner I-Regler als auch ein PI-Regler verstanden.
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Eine derartige Schaltungsanordnung ist Bild 5 b auf Seite 3 des Beitrags
von H. Bürskens "Begrenzungsregelung und Ablösung der geregelten Größe" im Lehrganghandbuch
"Regelung in der Antriebstechnik" der tDI/V3E-Fachgruppe Regelungstechnik in Dortmund
vom 17. - 21. Mai 1965, herausgegeben von VDI-Bildungswerk, Düsseldorf zu entnehmen.
Bei dieser bekannten Ablöseschaltung sind zwei auf ein gemeinsames Stellglied arbeitende
Regelkreise beschrieben, die einen gemeinsamen Regelverstärker besitzen. Während
der eine Regelkreis ständig im Eingriff ist, wird der zweite Regelkreis über ein
Schwellwertglied auf die gemeinsame Summierungsstelle geschaltet. Um die Anpassung
des Reglers an die unterschiedlichen Regelbedingungen der beiden Regelkreise zu
umgehen, ist es möglich, statt des einen gemeinsamen Regelverstärkers in jedem Regelkreis
einen getrennten Regelverstärker vorzusehen.
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Das hat dann jedoch den Nachteil, daß Totzeiten beim Ablösen der Regelkreise
auftreten, die dadurch entstehen, daß der nicht im Eingriff befindliche Regelverstärker
mit integralem Verhalten an seine Begrenzung gesteuert wird. Hierunter leidet die
Regel dynamik.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung
der eingangs angegebenen Art das Regelverhalten durch Eliminierung der Totzeiten
beim Ablösen der Regelkreise zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
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Durch die gegenseitige Nachführung der Regelverstärker untereinander
werden auch die nicht im Eingriff befindlichen Regelverstärker in die Nähe des Arbeitspunktes
gesteuert. Die sonst auftretende Totzeit beim Ablösen der Regelkreise wird somit
vermieden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung
sind in den Ansprüchen 2 - 4 gekennzeichnet.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert werden.
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Es zeigen Pig. 1 ein Übersichtsschaltbild mit mehreren Ablöseregelkreisen
Fig.2 eine spezielle Ausbildungsform für einen Regelverstärker zum Einsatz in einem
der Regelkreise nach Fig. 1 und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform für einen Regelverstärker
gemäß Fig.2.
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In Fig. 1 sind Schaltverstärker N1, N2 ..Nn von Ablöseregelkreisen
gezeigt, die eine Ausgangsspannung UST zur Beeinflussung eines gesamen Stellgliedes
zur Verfügung stellen. Eingangsseitig sind die einzelnen Regelverstärker N1, N2
...Nn mit den Regelabweichungen einzelner Regelkreise beaufschlagt.
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Die Regelverstärker N1, N2,0Nn sollen eine Ablöseregelung dergestalt
bilden, daß bei Erreichen bestimmter Grenzwerte die als Begrenzungsregler anzusehenden
Regelverstärker N2...Nn den Regelverstärker Nl bei der Bereitstellung der Ausgangsspannung
US für das gemeinsame Stellglied ablösen, Um bei dieser Ablösung Totzeiten zu vermeiden,
werden die einzelnen Regelverstärker gegenseitig nachgeführt, so daß auch die nicht
im Eingriff befindlichen Regler stets in die Nähe des Arbeitspunktes gesteuert sind.
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Zu diesem Zweck führt die Ausgangsspannung Usr des Regelverstärkers
NI die Ausgangs spannung des Regelverstärkers N2 über eine Diode V3 nach. Die Ausgangsspannung
des als Begrenzungsregler arbeitenden Regelverstärkers N2 greift ihrerseits in einen
Begrenzungseingang des Regelverstärkers N1 über zwei gegensinnig gepolte Blockdioden
V1 oder V2 dann ein, wenn die Regelgröße 1x21 größer als die Führungsgrößelw2lwird.
Für den Regelverstärker Nn gilt entsprechendes. Die Dioden zur gegenseitigen Nachführung
sind gestrichelt mit eingezeichnet.
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In Fig. 2 ist als Prinzipschaltbild eine Schaltungsanordnung des in
Fig. 1 gezeigten Regelverstärkers N2 dargestellt.
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Die Eingangsgröße als Regel abweichung der Regelgrößelx2lvon der über
das Potentiometer P2vorgegebenen Führungsgröße 1w21 ist an einen eingangsseitig
beim Regelverstärker N2 angeordneten Umkehrverstärker N2-3 gelegt. Der eigentliche
Regelverstärker N2 ist zweistufig aufgebaut, wobei die erste Stufe durch einen Umkehrverstärker
N2-1 mit einer offenen Schleifenverstärkung von V = oo und die zweite Stufe durch
einen Impedanzwandler N2-2 gebildet sind.
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Beide Stufen weisen eine gemeinsame, durch einen Kondensator C1 und
einen ohmschen Widerstand R3 gebildete Rückführung zum Reglersummenpunkt S1 auf.
Die beiden Stufen sind über einen ohmschen Widerstand R4 miteinander verbunden.
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Der eingangsseitige Umkehrverstärker N2-3 ist über die Parallelschaltung
eines ersten ohmschen Widerstandes R1 mit der Serienschaltung eines zweiten ohmschen
Widerstandes R2 und einer in Richtung auf die erste Stufe gepolten weiteren Diode
V4 mit dem Eingang der ersten Stufe verbunden. Der erste ohmsche Widerstand R1 ist
größer als der zweite ohmsche Widerstand R2 gewählt. Solange der Regelverstärker
N2 als Begrenzungsregler nicht in die Ablöseregelung eingreift, wird über die Diode
V4 und den ohmschen Widerstand R2 die Integrationszeitkonstante des Reglers auf
ein Minimum gesenkt und der P-Sprung auf ein Maximum angehoben. Dies ist erforderlich,
damit das Zeitverhalten des Regelverstärkers N1 nicht vom Zeitverhalten des Regelverstärkers
N2 beeinflußt wird.
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Das Ausgangssignal des Regelverstärkers N2 wird am Eingang des die
zweite Stufe bildenden Impedanzwandlers N2-2 abgenommen und über die Diode V3 wie
bereits zur Fig. 1 beschrieben zu dem den Regelkreisen gemeinsamen Stellglied geführt.
Die Ausgangsspannungen der anderen in Fig. 1 gezeigten Regelverstärker Nl...Nn sind
über die Blockdioden V1, V2 vorzeichengerecht an den Ausgang der zweiten Stufe gelegt.
Das bedeutet, daß eine Spannung-USr über die Blockdiode V2 direkt am Ausgang des
Impedanzwandlers N2-2 liegt, während die entsprechende positive Spannung+0ST über
die Blockdiode V1 mittels eines weiteren Umkehrverstärkers N2-4 mit gewechselter
Polarität den Ausgang des Impedanzwandlers N2-2 beaufschlagt. Der Reglersummenpunkt
Sl ist zusätzlich über eine Diode V5 mit dem Ausgang des als erste Stufe des RegelverstärkersN2
wirkenden Verstärkers N2-2 verbunden.
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Die als Begrenzungsregler für den Regelverstärker N1 wirkenden Regelverstärker
N2...Nn müssen generell zweistufig ausgebaut werden, damit beim Eingriff der Nachführung
über die Blockdioden V1 bzw. V2 der Reglersummenpunkt S1 über die Zenerdiode V5
virtuell an O V liegt.
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Dies ist erforderlich, damit die Spannung am Kondensator Cl in der
Rückführung nicht um eine Fehlerspannung von der nachgeführten Spannung abweicht.
In Fig. 2 ist eine symmetrische Begrenzung des Regelverstärkers N1 durch den Regelverstärker
N2 gezeigt. Die Ausgangsspannung kann auf eine minimale Spannung entsprechend den
Diodenschwellspannungen an den Blockdioden V1 oder V2 begrenzt werden
Wird eine einseitige Begrenzung der Ausgansspannung gefordert,
muß die eine der Blockdioden V1 oder V2 entfallen, wie dieses in Fig. 3 für den
Regelverstärker N2 gezeigt ist. über die Blockdiode V1 steht dann als Begrenzungsspannung
nur die positive Spannung A UST. zur Verfügung.
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Wird der ersten Z-Diode V5 eine in Gegenrichtung gepolte zweite Z-Diode
V6 in Reihe geschaltet, wie das in Fig. 3 gezeigt ist, so erfolgt nicht nur eine
Begrenzung der Ausgangsspannung, sondern sogar ein Aufsteuern in der Gegenrichtung.
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Angewendet werden kann die Schaltungsanordnung nach der Erfindung
z. B. bei einem Frequenzregler für einen Umrichter mit variabler Zwischenkreisspannung,
wobei der Frequenzregler in seinem Ausgangs signal durch einen Begrenzungsregler
für den Ausgangsstrom des Umrichters und einen Begrenzungsregler für die Zwischenkreisspannung
in-Ablöseschaltung begrenzt wird.