DE3643517A1

DE3643517A1 - Mechanical controller

Info

Publication number: DE3643517A1
Application number: DE19863643517
Authority: DE
Inventors: Harro Prof Dr Rer Nat Kiendl; Heinz-Dieter Dipl Phy Eichholz; Roland Dipl Ing Wibbeke
Original assignee: Friedrich Grohe Armaturenfabrik GmbH and Co
Current assignee: Grohe Water Technology AG and Co KG
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-06-30

Abstract

In the case of a mechanical controller, in particular for controlling the mixed-water temperature in a cold-water and hot-water mixing device, the invention proposes, in order to improve the control behaviour, that two mechanical controllers be connected together, one controller having a small time constant with a short adjustment path, whereas the second controller has a relatively large time constant with a comparatively long adjustment path.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Regler, insbesondere für die Regelung der Mischwassertemperatur in einer Kalt- und Warmwassermischeinrichtung.The invention relates to a mechanical controller, in particular for the regulation of the mixed water temperature in a cold and hot water mixing device.

Es ist bekannt, in Mischwasserbereitungssystemen mechanische P-Regler, beispielsweise in Gestalt eines Bimetall-, Wachs- oder Federbalgelementes, einzusetzen. Bei diesen Reglern kommt es darauf an, einerseits eine schnelle Reaktion, andererseits aber auch große Stellwege, verbunden mit großen Stellkräften, zu erreichen. Dies sind zwei konträre Forderungen. Verkleinert man die Zeitkonstante, so muß dabei auch eine Verkleinerung der Stellwege in Kauf genommen werden, und umgekehrt. Bei konventionellen Reglern muß daher ein Kompromiß gefunden werden, der sich dann wie folgt auswirkt: Ist man mehr an dem Langzeitverhalten interessiert (kleine bleibende Regelabweichung), dann muß man große Stellwege erzeugen. Da dies nur auf Kosten der Zeitkonstanten erreichbar ist, verschlechtert sich das Regelverhalten im Kurzzeitbereich. Umgekehrt, wenn man an der schnellen Reaktion des Reglers interessiert ist (Verbesserung des Regelverhaltens im Kurzzeitbereich), dann geht dies zu Lasten der Regelgüte im Langzeitbereich, d. h. man vergrößert die bleibende Regelabweichung.It is known to be mechanical in mixed water preparation systems P controller, for example in the form of a bimetal, Wax or bellows element. At These controllers are important, on the one hand quick reaction, but also large travel ranges, combined with large actuating forces. These are two contrary demands. If you reduce the size Time constant, a reduction of the Travel ranges are accepted, and vice versa. At conventional controllers must therefore find a compromise which then has the following effect: is one more interested in long-term behavior (small permanent Control deviation), then you have to generate large travel ranges. Because this can only be achieved at the expense of the time constant the control behavior deteriorates in the short-term range. Conversely, if you look at the quick response of the controller is interested (improvement of the control behavior in the short-term area), then this is at the expense of Control quality in the long-term range, d. H. you enlarge it permanent deviation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mechanischen Regler zu schaffen, mit dem sowohl eine schnelle Reaktion als auch eine hohe Regelgüte erzielbar ist.The invention has for its object a mechanical To create regulators with which both a quick Response as well as a high control quality can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.This task is carried out in the characterizing part of the Features specified claim 1 solved. Other configurations of the invention are in claims 2 to 4 specified.

Mit den erfindungsgemäßen Merkmalen wird erreicht, daß die beiden anzustrebenden Ziele, nämlich schnelle Reaktion und großer Stellweg, voneinander entkoppelt werden. Konventionelle mechanische Regelelemente lassen sich in guter Näherung durch eine Übertragungsfunktion vom TypWith the features of the invention it is achieved that the two goals to be aimed at, namely quick reaction and large travel range can be decoupled from each other. Conventional mechanical control elements can be found in good approximation by a transfer function of the type

beschreiben, d. h. durch die Übertragungsfunktion eines VZl-Gliedes. Darin ist die Größe V₁ der stationäre Verstärkungsfaktor und die Größe τ _i die zugehörige Zeitkonstante. Bei konventionellen Elementen ist es so, daß man eine Verkleinerung der Zeitkonstanten τ _i nur bei einer gleichzeitigen Verkleinerung des Verstärkungsfaktors V _i erreichen kann. Schaltet man jedoch zwei derartige Elemente hintereinander, die sich durch unterschiedliche Verstärkungsfaktoren und durch unterschiedliche Zeitkonstanten auszeichnen, so ergibt sich als Gesamtübertragungsfunktiondescribe, ie by the transfer function of a VZl link. Therein, the variable V ₁ is the steady-state gain factor and the variable τ _{i is} the associated time constant. It is the case with conventional elements that the time constant τ _i can only be reduced if the amplification factor V _{i is} reduced at the same time. However, if two such elements are connected in series, which are characterized by different amplification factors and by different time constants, the overall transfer function results

Diese läßt sich umrechnen zuThis can be converted

mitWith

Bei Wahl der Größen V₁, τ₁, V₂ und τ₂ gemäßWhen choosing the sizes V ₁, τ ₁, V ₂ and τ ₂ according to

V₂ = 10 V₁ und τ₂ = 10 τ₁ V ₂ = 10 V ₁ and τ ₂ = 10 τ ₁

weist die Übertragungsfunktion H(s) die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Betragskennlinie des Bodediagramms (durchgezeichnete Linie) auf. Zum Vergleich ist in diesem Diagramm die Betragskennlinie des Bodediagramms eingetragen (gestrichelte Linie), das zu der Übertragungsfunktionthe transfer function H (s) has the magnitude characteristic of the ground diagram (solid line) shown in FIG. 1 of the drawing. For comparison, the magnitude characteristic of the soil diagram (dashed line) that corresponds to the transfer function is entered in this diagram

gehört. Es ist ersichtlich, daß im Bereich niedriger Frequenzen eine beträchtliche Anhebung der Betragskennlinie vorliegt. Sie zeigt an, daß das Langzeitverhalten deutlich verbessert wird. Die bleibende Regelabweichung wird verkleinert gegenüber der Verwendung nur eines einzigen Gliedes mit der Übertragungsfunktion H₁(s). Die Betragsanhebung wird durch die Faktorenbelongs. It can be seen that there is a considerable increase in the magnitude characteristic in the range of low frequencies. It indicates that long-term behavior is significantly improved. The remaining control deviation is reduced compared to the use of only a single link with the transfer function H ₁ (s). The amount increase is due to the factors

in der Gesamtübertragungsfunktion H(s) verursacht.caused in the overall transfer function H (s) .

ist in der Regelungstechnik als LAG-Glied bekannt,is known as a LAG element in control engineering,

ist ein Verstärkungsfaktor.is a gain factor.

Gegenstand der Erfindung ist nicht, ein Regelglied zu schaffen, das im unteren Frequenzbereich die Charakteristik eines verstärkungsfaktorbehafteten LAG-Gliedes aufweist. Gegenstand der Erfindung ist vielmehr die Art und Weise, wie durch Zusammenschalten zweier konventioneller Regler mit der Übertragungsfunktion H _i (s) = V _i/(1+τ _i s) ein Regler realisiert wird, der im unteren Frequenzbereich die Charakteristik eines LAG-Gliedes mit Verstärkungsfaktor besitzt. Insbesondere wird hierdurch auch möglich, die Einschränkungen aufzuheben, die bei dem Einsatz der konventionellen Regler gegeben sind, nämlich entweder nur Schnelligkeit oder nur Genauigkeit erzeugen zu können. Es werden mehr Freiheitsgrade geboten. Mit der einen Komponente kann für Schnelligkeit der Reaktion und mit der anderen Komponente für Genauigkeit gesorgt werden.The object of the invention is not to provide a control element which has the characteristic of a gain-affected LAG element in the lower frequency range. Rather, the subject of the invention is the way in which, by interconnecting two conventional controllers with the transfer function H _i (s) = V _i / (1+ τ _i s ), a controller is realized which has the characteristic of a LAG element in the lower frequency range with gain factor. In particular, this also makes it possible to remove the restrictions that exist when using the conventional controller, namely to be able to generate either only speed or only accuracy. There are more degrees of freedom. One component can ensure a rapid reaction and the other component can ensure accuracy.

Durch die spezielle Art und Weise der Zusammenschaltung bereits bekannter Elemente wird ein neues Regelelement erzeugt, das aufgrund der Möglichkeit, Schnelligkeit und Genauigkeit voneinander getrennt zu beeinflussen, zu wesentlich verbessertem Regelverhalten führt.Due to the special way of interconnection already known elements will become a new control element generated that due to the possibility of speed and To influence accuracy separately leads to significantly improved control behavior.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in schematischer Weise in der Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. An embodiment of the invention is shown schematically in Fig. 2 of the drawing.

Die Realisierung besteht darin, daß die beiden Regelelemente 1, 2 mechanisch hintereinandergeschaltet sind, wobei das eine Regelelement 1 eine kleine Zeitkonstante und das Regelelement 2 eine relativ große Zeitkonstante aufweist.The realization is that the two control elements 1, 2 are mechanically connected in series, the one control element 1 having a small time constant and the control element 2 having a relatively large time constant.

Eine andere technische Realisierung (in der Zeichnung nicht dargestellt) besteht darin, daß die beiden Regelelemente räumlich voneinander getrennt angeordnet werden. Das erste Regelelement kann ein üblicher Thermosensor bzw. Dehnstoffelement sein, wie es in bekannten Thermostatventilen eingesetzt wird. Das zweite Regelelement kann so ausgeführt werden, daß es Bestandteil des Ventilgehäuses ist, wobei der eine oder beide der bisher festen Ventilsitze, gegen die das Ventilverschlußstück arbeitet, beweglich werden, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des in das Ventilgehäuse verlagerten zweiten Regelelementes. Diese Konstruktionsausführung ist aus dem Gesichtspunkt heraus vorteilhaft, daß das Ventilgehäuse Platz für ein größeres Volumen bietet, beispielsweise für die Unterbringung eines thermosensorischen flüssigen Mediums.Another technical realization (in the drawing not shown) is that the two control elements spatially separated from each other. The first control element can be a conventional thermal sensor or expansion element, as it is known in Thermostatic valves is used. The second rule element can be designed so that it is part of the valve housing, wherein one or both of the previously fixed valve seats against which the valve plug works, becomes agile, depending on from the temperature of the in the valve body relocated second control element. This design version is advantageous from the point of view that the valve housing has room for a larger volume offers, for example for the accommodation of a thermosensory liquid medium.

Claims

1. Mechanical controller, in particular for the control of the mixed water temperature in a cold and hot water mixing device, characterized in that two mechanical controllers ( 1, 2 ) are connected together, the one controller ( 1 ) having a small time constant with a short travel range, during the second controller ( 2 ) has a relatively large time constant with a relatively large travel.

2. Mechanical controller according to claim 1, characterized in that the two controllers ( 1, 2 ) are mechanically connected in series.

3. Mechanical controller according to claim 1, characterized in that the one controller ( 1 ) is arranged as an expansion element in a mixing chamber and acts on a valve closure member and that the second controller ( 2 ) has a valve seat interacting valve seat or both valve seats in opposite directions in their position changes and at least with a temperature sensor, the mixed water temperature in the mixing chamber.

4. Mechanical controller according to claim 3, characterized in that that the second controller from one in the Mixing chamber arranged capsule with a thermosensory liquid medium is formed which is dependent of the ambient temperature one or changes both valve seats in their position.