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Verfahren und Einrichtung zum Regeln und Steuern mit einem unstetig
wirkenden Meßfühler Der wohl bekannteste Fahl einer unstetigem Regelung ist der
Fallbügel:regler, mit, welchem eizl elektrischer Meßwert in gleichen zeitlichen
Abstanden poisiitive oder negative Regelimpulse auslöst, je nachdem ob der Meßwert
über oder unter dem Nülliwert bieg git. Es, wu;rdte bereits. vorgeschlagen, eine
derartige unstetige Regelung dadurch zu einer stetigen zu. machen, daß dem Meßwert
Schwingungen überlagert w!erderL, welche mit, gleicher relativer Häufigkeit in jeder
beliiebäigren Phase@n-Iage mit der Fallbüg.eilkoirntaktb°iebtmig zusammenwirken.
Das Wesen. einer stetigen Regelung besteht ja darin, daß die mittlere Verstellgeschwindigkeit
des, Stellgliiedes miit der Regelspanne, also dem Unterschied zwischen Ist- und
Sollwert des Meßwertes stetig ansteigt. D!ie mittlere Verstellg eschwindigkeiit
ist bei. dem erwähnten Beispiel durch die Häufigkeit gegeben, mit welcher Regelimp.täse
des, einen Varzenchenis, gegenüber salcheni mit umgekehrtem Vorzeichen im Übergewicht
silnd.
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Die Erfindung betrifft nun die Uristellung einer unstetigen Regelung
oder Steuerung auf eine stetige für Meßfüh.ler, welche die Verstell,geschrwi:ndiigkeit
dies. Stelil-gliedes nur dem Vorzeichen, nicht aber der Größe mach beeüniflu:ssen.
Diesi geschiieht erfindungsgiemäß dadurch, d:aß dem Meßwert eine Schw@inguinig großer
Ampl,ittuden überlagert wird, so, diaß im Takt dieser Schwingung positive und
negative
Regelungen ausgelöst werden; und zwar so, daß diese in: ihrer Dauer voneinander
um so@ mehr abweichen, je größer die Regelspanne ist und, sich: gegeneinander aufheben,
wenn diie Re e ispan;ne gleich Null ist,. Die Verstellgeschwindigkeit erreicht ihr
Maximum, ,nenn die Regelspanne oberhalb der Größe der überlagerten. Schwingung liegt,
da dann die Verstellung ihr Vorzeichen nicht mehr umkehren kann. Die gewünschte
Abhängigkeit der Regelgeschwindigkeit von, der Regelspanne erhält man am einfachsten
mit einer Überlagerungsschwingung, die mindestens annähernd Sinus- oder Dreieckform
hat.
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Das Wesen der Erfindung ist in: folgendem an Hand der Figuren an dem
Beispiel der Steuerung einer Ma.sch,ine mit einem an sich unstetigen Meßfühler erläutert.
Ein! unstetiger Meßfühler in diesem Sinn isst z. B. eine elektrische I-Contaktleh@re,
durch, deiren Taster je nach Unter- oder Überschreiten eines mnittlesen Werte der
eine oder andere Kontakt geschlossen! wird.
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Die Nullinie in Fig. i entspreche: diesem mittleren Wert oder dem
Sollmaß, und die dreieckförmige Schwingungslinie S gebe die beispielsweise den normalerweise
ruhenden Kontakten einer Kontaktdehine aufgeprägte Schwingung wieder. Dann wird:
drarch den Linienzug A der beispielsweise bei. Untermaß stich ergebende Verlauf
der Regelgröße wiedergegeben. Wie aus der Figur unmittel:-bar ersichtlich, sind
die negativen, vom Sollmaß fort gerichteten Änderungen der Regelgröße. innerhalb
der negativen Schwingungsispitzen kurzzeitiger als, die positiven, in: den positiven.
Phasen auf den Sollwert hin gerichteten Änderungen. Abgesehen von der durch den
Rhythmus der überlagerten Schwingung S hervorgerufenen Welligkeit ergibt sich der
gestrichelt dargestellte Linienzug als mittlere Änderung. Es ist daher gelungen,
trotz der an sich gleichen Einzeländerungsgeschwindiigl:eitwn ; de:r Regelgröße
in beiden Rich@tunb n diese mittlere Änderung von A in Richtung a.uf Null um so
größer zu, machen, je größer der Abstand zwischen A und Null, also, die Regelspanne
ist. Die: im allgemeinen angestrebten einfachsten Beziehungen, nämlich direkte Proportionalität
zwischen dler Regelspanne und dieir Änderung der Regelgröße erhält man mit einer
streng dreieckförmigen Schwingungskurve S. Die, Zeitdifferenz von positiver und
negativer Änderung der Regelgröße wächst darmproportional mit der Regelspanne, solange
diese nur kleiner ist als die- Amplitude der überlagerten Sch wing ung.
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In Fig. i ist nun die Wirkung der- zwischen einer St. ellgliedverstellung
und'einer Meßw-ertänderun:g an einem Regelkreis auftretenden Zeitverzögerung z nicht
dargestellt. Unter Berücksichtigung dieser Verzögerung= ergibt sich als Ausgleichsfunktion,
des Regelkreises die in Fi.g. 2 dargestellte Kurve der Sollwerta.bw-eichung
A von der Zeit t. Die durch die überlagerte Schwingung S nach I# ig.
i zusä tzl:ich auftretende Welligkeit ist hier nicht mit dargestellt. Die an sich
bekannten Bezi@ehungen zwischen der Steilheit der Rege@lgeschwindigkeit und der
Regelspanne gelten sinngemäß auch beim Gegenstand der Erfindung.
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Mex ergibt sich die mittlere Änderungsgeschw°indigkeit v der Regelgröße
aus der Regelspanne x und der nur dem Vorzeichen nach gesteuerten Ei,n7eländerungsgeschwindigkeit
v. sowie der Schwingungsweite S im Betrage von x. zu
Ist also z die Verzögerungszeit zwischen St llgliedverstellung und Meßwertänderung,
so ist dcer Regelkreis stabil, wenn
ist. Für die Anordnung ist also zu fordern:
Der Ausgleichsvorgang ist dann eine Sinusfunktion mit nach einer e-Funktion, abklingender
Amplitude.. Dieselbe klingt um so rascher ab, je kleiner ist.
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Da die gemäß der überüab-ertenl
Schwingung hervorgerufene Welligkeit den Charakter des Pegelvorganges, möglichst
wenig beeinflussen soll, muß die Schwingung eine höhere Sc ,wingu.ngszahl haben
als die Eigenfrequenz des Regelkreises nach Fig. z. Außerdein wählt: man zweckmäßig
die Amplitude x, größer als, die größte vorkommende Regelspanne. ist, damit. die
gewünschte AbhÄngigkeit zwischen Änderungsgeschwindigkeit und Regelspannie während
dies gesamten Regelvorganges erfüllt ist.
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Bei. der praktischen Anwendung der Erfindung mit einer elektrischen:.
Kontaktmeßlehre alsi Meißfühler kann dieselbe als Ganzes die mechanisch iiberlaigertenr
Schwingungen S ausführen. Man kann auch innerhalb einer solchen Kontaktlehre die
üblicherweise ruhten, den. Gegenkontakte mechanisch in entsp@rechenide Schw ingu
gen versetzen. Bei der Anwendung induktiv oder kapazitiv wirkender Lehren als Meßfühler
kann man jedoch auch die Schwingungen elektrisch dem elektrischen
Meßwert
sel;b:st überlagern. Sie können sich dann in einem Feinrelais, oder einem kontaktgeb:enderi
Meßins@tru.ment oder auch. in einer Wechsel.richterschaltung in der gewünschten
Weise au,szvi;rkjn.
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Fig. 3 zeigt eine Anordnung, wie sie mit besonderem Vorteil angewandt
wird, urn den Gegenkontakt in oiner Kontaktlehre in, rasche Schwingunigen zu versietzem
Als, Schwingungsfrequenz wird vorzugsweise die Frequenz des vorhandenen Starkstromnetzes
gewählt, um die Erregung vom Netz aus unmittelbar erfolgen, zu lassen. Der Taster
T einer Fühlfingereinrichtung, z. B. einer Kopierfräs, m.aschine, wird hem Berühren
mit dem abzutastenden Modell Mo- Auslenkungen erfahren, durch welche die Pfanne
Pf nach oben aus.-gelenkt wird, einerlei welcherart die bei T sind. Auf dem mit
dem Anschlußkontakt 3 verbundenen Hebel H, an dem die Pfanne befestigt ist; ruht:
federnd eine an den Ansichilußko@nitakt i antigeschlossene Zunge Z. Diese Zunge
wied perio,disich@ durch eine schwiingende Feder B abgehoben, die ihrerseits mit
dem Ansthlußkontakt 2 verbrunden ist und durch ein Magnetsystem. in schwingende
Bewegung versetzt wird.
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Das. Magnetsystem ist in; dein Schnitt A-B gesondert dargestellt.
Es bestiehlt aus. einem Magneten IN , der mit zwei,, Blahlfedern
B parallel geführt wird. Der Magnet ist mit den Blattfedern durch, einen;
Bügel verspannt; mit dem zwei: kreisförmige Federn: F verbunden sind. Diesle prallen
bei drei schwingenden Bewegung abwechselnd vorn den beiden festen Anschlägen P ab"
und hierbei wird jeweidis der Bewegungssinn ides Magneten M umgesteuert. Damit erreicht
man; auch,, daß die Schwingungen des: Magneten M im wesentlichen dreieckförmig weird'en.
Die Zunge Z liegt auf der oberen Feder B auf und wird daher bei jeder Schwingung
um so, kurzzeitiger von dem Hebel H abgehoben, je größer die jeweilige Fü ilfingerauslienikumg
ist. Solange der Fühlfinbrner ohne Berührung mit: dem Modell ist, spielt der Hebel
H so, tief ein, daß wähnend jeder Schwingung die Zunge Z nur ganz kurzzeitig auf
dem Hebel H zum Aufliegen kommt.
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Die Ansicht C zeäigri den elektiromagnetische:n Antrieb, des Schwingers.
Der Permanent= magnet 167 sich.wingt zwischen den Polen zweier We@chselst.rommaigneben,
welche durch die Spulen Sp beispielsweise mit 5opieirio,diiaem Wechselstrom erregt
werden.
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Fi;g. q. zeugt irreinem Ausführungsbeispiel. die Schaltung einer Einrichtung,
im, welcher eine Werkzengmasich:ine M, die mit eiirrem Generator G' einen Leonardsatz
bildet, durch die abwechselnde Erregung der beiden Feld--,vicklungen f des Generators
G über, den im Sinne der Fig. 3 schwingenden Kontaktfühler gesteuert wird. Die Generatorspannung
ist der mittleren der E.rregerwi.cklungen proportional, da, die Feldiwi,cl@lungen
über Aus;gleicb@s:wideirstänide: W geglättete Ströme führen. Die Steuerung ist durch
die e:2m Kontaktfühler 1, 2, 3 im Sinne, der Erfindung überlagerten Schwingungen
eine stetige.
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Eine andere, Ausführungsmöglichkeit einer solchen Einrichtung zeigt
Fi:g.5. Hier betätigt der im Sinne der Fig. 3 schwingende Kontaktfühler 1, 2, 3
im Sinne der, Fig. 3 eine, Wechselrichtersch;altung von Gasenttl.adiungsgefäßen
q. und 5, zwischen deren Anoden die Erregerspannung für die eiirres Generators 6
entnommen werden kann. Diese Erregerwicklung führt wegen, ihres Wechsels:trorawiiderstandes@
einen, nur wenig Gleichstrom. Dieser ist! der Zeitdii.ffe;renz der Brenndauer von
4. und 5 proportional. Mit der Ankerspannung dieses Generatiorsi 6 kann beispielsweise
die Feldwicklung einfies: weiteren Generators 7 gespeist werden,, welche in Leonardsch.altung
den Antriebsmotor 8, z. B. dies Planvorschubes einer Kopierdrehbank speist.
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Der Planvorschub wird gemäß Fi;g. 6 von einer höchsten Geschwindigkeit
bis auf Null abnehmen und, bei weiterer Fühilerauslenkung stetige auf maximale Rücl"stelligeschwinidigke-it
umgesteuert werden.
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Man kann in ähnlicher Weise mit- eiirrem weiteren Generator 9 nach.
Fig. 5 auch, den Längsantrieb eineu solchen Kopierdrehbank regeln. Die Feldwicklung
des Geneirato,rs 9 wird über eiirre Gle.ichirichter-Graetzschialxung io, ebenso,
wie die Feldwicklung von 6, von der mittleren Gleichspannung gespeist" welche der
Füh:lerausdenkung proportional ist. Es ergibt sich dann für den durch den Motor
ii aus dem Leonardsatz 12 betätigten Längsvorschub@ die in Fig. 7 dargestellte Kennil>i.niie.
Danach nimmt der Längsvorsichub zunächst mit wachsender Fühlerausle:nkung von Null
ausgehend auf einen Maximalwert zu, dann aber mit weiterer Fühlera;uslenkunig wifider
auf Null. ab. Die maximale Vorschubgeschwiindigkeit fällt so zusammen mit dem Nullpunkt
der Planvorschubgeschwindtigkeit. Zu berücksichtigen ist dabei., daß, baispielsweiise
zwischen dem Generator 9 und der Feldwicklung des Generators 12 eine gegenelektromotoris:che
Kraft 13 vorgesehen ist. Auf' Grund der Kennlinie nach Fig. 6 und 7 zusammen mit
der obenerwäbnten Stabilitätsbedingung ergibt sich eine- stetig arbeitende Kopiersteuerung,
die auch Schablonen nach Art der, Fiig. 8 abzutasten vermag. Die gesamte Steuerurig
erfolgt dann stetig, also absatzfrei. Dadurch wird bei, geringsten Solilunaßabweichunigen
eine glatte Oberfläche, also ein günstiges
Drehbild, erreicht, so
daß die so. hergestellten Oberflächen polierfähig sind. Mit. den bisher angewandten
Steuerungen derartiger Kopierdrehbänke ließen: sich kleine Absätze nicht vermeiden,
welche das Drehbild störten und die Po:I,i@erfäh@iglzeit in Frage stellten.