DE826599C - Rueckgekoppelte Verstaerkersysteme und Servoeinrichtungen fuer mit sehr niedrigen Frequenzen veraenderliche Steuervorgaenge - Google Patents

Rueckgekoppelte Verstaerkersysteme und Servoeinrichtungen fuer mit sehr niedrigen Frequenzen veraenderliche Steuervorgaenge

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DE826599C
DE826599C DES857A DES0000857A DE826599C DE 826599 C DE826599 C DE 826599C DE S857 A DES857 A DE S857A DE S0000857 A DES0000857 A DE S0000857A DE 826599 C DE826599 C DE 826599C
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DE
Germany
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amplifier
output
error signal
voltage
compensation
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DES857A
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English (en)
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Hugh Brougham Sedgfield
Frederick Arthur Summerlin
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Sperry Gyroscope Co Ltd
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Sperry Gyroscope Co Ltd
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
    • G05D3/1445Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device with a plurality of loops
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
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Description

  • Rückgekoppelte Verstärkersysteme und Servoeinrichtungen für mit sehr niedrigen Frequenzen veränderliche Steuervorgänge Die Erfindung bezieht sich auf negativ rückgekoppelte Verstärkersysteme oder Servoeinrichtungen und besonders auf solche für primäre Eingangssignale, die Änderungen mit sehr niedrigen Frequenzen unterliegen. Ein Elektronenröhrenverstärker, der allgemein als Gleichstromverstärker bekannten Art, ist, wenn er eine negative Rückkopplung enthält, ein Sonderfall eines Verstärkersystems der beschriebenen Art.
  • Eine Schwierigkeit, die in Verbindung mit allen Verstärkern und Servoeinrichtungen auftaucht, welche auf Eingangswechsel von sehr niedriger Frequenz oder von sehr langer Zeitkonstante ansprechen, wie Gleichstromröhrenverstärker, besteht darin, daß sie auf unerwünschte, langsame Strom-oder Spannungsänderungen ansprechen, die zufällig in den Kreisen des Verstärkers oder der Servoeinrichtung auftreten. Beispielsweise können sie auf Spannungsänderungen in einem Teil eines Kreises ansprechen, die von Schwankungen einer Speisespannung herrühren, oder von langsamen Schwankungen der Größe einer Konstanten, die eine quantitative elektrische Eigenschaft einer elektrischen Kreiskomponente mißt, z. B. die Leitfähigkeit einer Elektronenröhre in dem Verstärker; solche Schwankungen können z. B. ihrerseits auf Temperaturänderungen beruhen. Änderungen dieser Art werden als Abtriebeffekte bezeichnet.
  • Ein negativ rückgekoppelter Verstärker der bekannten Art ist in Fig. i dargestellt.
  • Das Schema der Fig. i ist in gleicher Weise bei einem negativ rückgekoppelten Vakuumröhrenverstärker und bei einer Servoeinrichtung anwendbar, wobei der wesentliche Unterschied darin liegt, daß im ersten Falle der Verstärker A nur aus elektrischen Kreisen besteht, während bei einer Servoeinrichtung der Energieverstärker A eine elektromechanische Anordnung enthält, dsie eine mechanische Ausgangsleistung liefert. Diese kann die der Belastung L zugeführte letzte Ausgangsgröße i sein oder die Erzeugung der Größe i durch eine Kraftverstärkerstufe steuern. Ein System dieser Art bewirkt, wenn es stabil ist, die Steuerung der Ausgangsgröße i in der Weise, daß die Rückkopplungsgröße 3 dem primären Signal 2 in der V erbin.dttngsanordnung oder dem Komparator C in <lern Maße entgegenwirkt, daß das Ausgangssignal 4 der Verbindungsanordnung viel kleiner wird, als es bei demselben Primärsignale sein würde, wenn keine Rückkopplung der Größe 3 vorhanden wäre. Die Au'sgangsgröße 4 aus der Differentialanordnung C wird in der Theorie der Servosteuerungen als Fehlersignal bezeichnet, weil es den Fehler derAnpassung des primären Signals 2 durch die Rückkopplungsgröße 3 mißt. Dieser Ausdruck wird deshalb für die Größe 4 in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Systeme dler beschriebenen Art, bei welcher der Verstärker A auf äußerst langsame Änderungen des Fehlersignals 4 anspricht, insbesondere auf sogenannte Gleichstromsysteme dieser Art, d. h. Systeme, bei welchen entsprechend einem stetigen Fehlersignal .4 eine stetige Ausgangsgröße i von dem Verstärker erzeugt wird, deren Wert von dem Wert des Eingangsfehlers,ignals abhängt. Solche Gleichstromsysteme sind Abtriebfehlern ausgesetzt, als deren Folge der Verstärker A eine Ausgangsleistung i erzeugen kann, selbst wenn das Fehlersignal 4 Null ist. Wenn Abtriebeffekte in einem System der beschriebenen Art auftreten, gelangt das System in einen Dauerzustand, in welchem, wenn das primäre Signal 2 Null ist, ein Abtriebfehlereingangssignal4 und eine Abtriebfehlerausgangsgröße i vorhanden sind, die beide von Null abweichen und von denen die erste von der zweiten durch den Rückkopplungskreis ß und die Differentialanordnung C aufrechterhalten wird. Die so entstehende Eingangsabtriebspannung 4 bewirkt, daß die Ausgangsabtriebspannung i viel kleiner ist als sie sein würde, wenn keine degenerative Rückkopplung vorhanden wäre, jedoch ist die Ausgangsabtriebspannung noch nicht vernac'hläss@igbar im Vergleich zu einem etwa vorhandenen Au:sgangssignal und ruft ernste Fehler in dem Betriebe solcher Systeme hervor.
  • Fig.2 veranschaulicht ein Steuersystem gemäß der Erfindung, welches von dem System der Fig. i durch Anwendung einer Kompensationseinrichtung D abweicht, die zwischen die Differentialanordnung C und den Energieverstärker A eingefügt ist. Das von der Verbindungsanordnung C in Abhängigkeit von dien primären Signal e und der Rückkopplungsgröße 3 erzeugte, resultierende Signal 4 wird der Kompeirsationseinrichtung D am Eingang zugeführt und die Ausgangsgröße 6 der letzteren wird als Eingangssteuerung dem Energieverstärker A zugeführt.
  • Die Kompensationseinrichtung D umfaßt einen Kompensationsverstärker E und eine, Verbindungsanordnung F. Der Kompensationsverstärker E nimmt das resultierende Signal 4 als Eingangssteuerung auf undi führt seine Ausgangsgröße 7 der Verbindungsanordnung F zu. Das Fehlersignal .4 wird auch über den Verstärker E hinweg in einen Kreis 8 oder Verbindungsanordnung F zugeleitet und in dieser dem Signal 7 zugefügt zur Erzeugung des Signals 6, welches die Eingangs-, Steuerung für den Verstärker-4 bildet.
  • Fig.3 veranschaulicht eine praktische Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein und derselbe Kompensationsverstärker, entsprechend dem Verstärker E der Fig.2, verwendet wird, um Abtriebeffekte zu kompensieren, die in dem Hauptkanalenergieverstärker von zwei getrennten Servoeinrichtungen auftreten. Die beiden Servoeinrichtungen, die in Fig. 3 wiedergegeben wurden, sind identisch und es wird genügen, die Wirkungsweise der Erfindung in Verbindung mit einer von beiden zu beschreiben. Die Servoeinrichtung umfaßt einen bei 7 schematisch angegebenen Motor A 2, der die Welle 8 dreht, um einen nicht dargestellten Gegenstand über einen Abstand zu verschieben, der proportional ist zu der Verschiiebung eines als Handknopf 9 dargestellten Steuerorgans. Der Bedienungsknopf g dreht den Schleifarm g' eines Potentiometers über dessen Wicklung io. Diese Wicklung ist an Gleichst,romspeisleleitungen 12 und 12' geschaltet, die bei dem beschriebenen'Ausführungsbeispiel zur Verwendung auf einem Flugzeug von der Flugzeugbatterie mit 27 V gespeist werden. Der Schleifarm g' ist über einen Widerstand i i' mit hohem Widerstandswert von z. B. i Megohm mit der Klemme P eines Eingangsklemmenpaares P, Q für den Mischverstärker F und dadurch mit dem Gitter einer Röhre 14 dieses Verstärkers verbunden. Ein Spannungsteiler 13 liegt zwischen den Speiseleitungen 12 und 12', und sein Mittelpunkt ist geerdet. Bei Drehung des Knopfes g entsteht daher an dem Arm g' eine Spannung gegenüber Erde, welche ein Maß ist für die Verschiebung dieses Armes von dem Mittelpunkt des Potentiometers.. Sie wird benutzt, um das Potential des Gitters der Röhre 14 gegen Erde zu ändern.
  • Die Anoden der Röhren 14 und 15 des Mischverstärkers, sind über @\'idenstän& 16, 17 mit hohem Widerstandswert, etwa o,5 Megohm, mit der positiven Klemme einer Gleichstromquelle 18 verbunden, deren negative Klemme geerdet ist, während :die beiden Kathoden miteinander verbunden und gemeinsam über einen hohen Widerstand ig, etwa 0,25 Megohm, an die negative Klemme einer Gleichspannungsquelle 2o angeschlossen sind, deren positive Klemme geerdet ist. Zwei Widerstände 21, 22 sind in Reihe zwischen die Anode der Röhre 15 und die negative Klemme der Quelle 2o geschaltet und ihr Verbindungspunkt 23 bildet die Ausgangsklemme R des Mischverstärkers F, die ein Ausgangspotential gegenüber Erde liefert. Die zweite Eingangsklemme Q ist mit dem Gitter der Röhre 15 verbunden.
  • Bekanntlich ist ein in dieser Weise mit einem gemeinsamen Kathodenwiderstand verbundenes Röhrenpaar eine geeignete. Form eines Signalmischers, im Sinne eines wirklich additiven oder auch subtraktiven Signalmischers, nicht im Sinne eines Vervielfachers oder Zwischenmodulators, für Signale, die von zwei Quellen den Gittern der leiden Röhren des Paares zugeführt werden. Daraus folgt, daß der Verstärker F als Mischverstärker oder Verbindungskreis betrachtet werden kann, der den Klemmen P und Q zugeführte Eingangsspannungen addiert bzw. subtrahiert.
  • Die Ausgangsgröße 6 des Mischverstärkers F (Fig. 2) wird dem Hauptkanalenergieverstärker A als Eingangssteuerung zugeführt, der zwei in Kaskade arbeitende Teile A i und A2 umfaßt (Fig. 3). Der Teil A i ist ein Röhrenverstärker und der Teil :42 ist der Motor 7, der als elektromechanischer Energieverstärker betrachtet werden kann. Der Verstärker A i ist in seinen Vorstufen als normaler Gleichstromverstärker und in seiner Endstufe als ausgeglichener Modulator (bala,nced modulator) ausgebildet, der von einer Wec'hselstromquelle 24 gespeist wird. Diese, erzeugt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel 6o V bei 4oo Hz. Der Verstärker A i liefert daher an den Ausgangsklemmen T i, T 2 einen Wechselstromaus:gang, der sich nach Amplitude und Polarität mit der Amplitude und Polarität der zugeführten Fingangsspannung ändert. Solche Gleichstromverstärker und ausgeglichene i\lodulatoren sind an :ich bekannt.
  • Der Motor 7 (oder A 2) ist ein zweiphasiger Ferrarisinduktionsmotor einer Bäuart mit geringer IZcytorträfheit. Eine seiner Phasenwicklungen 25, die Wicklung mit fester Phase, wird während des 13etriehes des Systems dauernd aus der Quelle 24 erregt. Die andere Phasenwicklung 26, die gesteuerte Phase, wird von den Ausgangsklemmen S i, S 2 des Röhrenverstärkers A i gespeist.
  • Der Verstärker A i liefert einen veränderlichen Betrag der Energie, ,die er aus der Quelle 24 aufnimmt, an seine Ausgangsklemmen T i, T 2 mit Steuerung durch das dem Verstärker von der Ausgangsklemme R zugeführte Eingangssignal, und der Motor A 2 liefert einen erhöhten Betrag von mechanischer Energie an die Welle 8, um diese in der einen oder anderen Richtung zu drehen, je nach der Polarität gegen Erde der Eingangsspannung des Verstärkers A i. Die von dem Motor 7 bewirkte Drehung der Welle 8 kann als Ausgangsgröße des Energieverstärkers A betrachtet werden.
  • 1?ine negative Rückkopplung ist mittels einer Mutter 27 vorgesehen,' die in das Schraubengewinde. 28 auf der Welle 8 eingreift. Diese Mutter bewegt einen Schleifarm 29 über eine zwischen die Gleichstromspeiseleitungen 12, 12' geschaltete Potelitiometerwicklung 30, wobei sie ihn elektrisch in entgegengesetztem Sinne verschiebt, wie der Schleifarm 9' vorher auf der Potentiometerwicklung io bewegt wurde. Der Schleifarm 29 ist mit der Eingangsquelle P des Mischverstärkers F über einen hohen Widerstand 31 von z. B. 1 Megohm verbunden.
  • Die Widerstände 31 und i i', welche die Schleifarme 29 und 9' miteinander verbinden, bilden einen Spannungsteiler, so daß die Klemme P, die an den Verbindungspunkt der beiden Widerstände angeschlossen ist, ein Potential aufnimmt, welches eine Funktion der von dem Schleifarm 9' gelieferten primären Signalspannung und der von dem Schleifarm 29 geliefertere Rückkopplungssignalspannung ist. Der Spannungsteiler biildet tatsächlich einen Misch- oder Verbindungskreis für die Addition der primären Signalspannung aus dein Potentiometer io und der negativen Rückkopplungsspannung aus dem Potentiometer 30, um die Klemme P von beiden abhängig zu machen. Unter der Annahme, d@aß der von dem Verstärker F aus der Klemme P entnommene Strom Null ist, ist ersichtlich, @daß ,das Potential von P zwischen demjenigen des Schleifarmes 29 und dem des Schleifarmes 9' liegt gemäß .dem Widerstandsverhältnis der als Spannungsteiler betrachtetenWiderstände31 und i i', so d'aß dier Spannungsteiler so angesehen werden kann, als ob er das primäre Signal und die Rückkopplungsspannung in einem Verhältnis mischt oder kombiniert, das durch das Verhältnis der Widerstände des Spannungsteilers bestimmt ist.
  • Unter der Annahme, daß der Verstärker A i einen so hohen Verstärkungsfaktor besitzt, daß der Motor 7 auch bei einem sehr niedrigen Potentialwert der Klemme P gegen Erde umlaufen wird, ist ersichtlich, daß jede Drehung des Motors 7, die durch eine Potentialänderung der Eingangsklemme P, hervorgerufen durch eine Betätigung des Knopfes 9, veranlaßt wurde, zum Stillstand kommt, wenn der Schleifarm 29 sich über - die Potentiometerwicklung 30 um eine solche Strecke bewegt, daß das Potential der Klemme P annähernd auf auf Null vermindert wird. Dies tritt ein, wenn das Potential des Schleifarmes 29 zu dem des Schleifarmes 9' im wesentlichen das Widerstandsverhältnis der Widerstände 3r und i i' aufweist. Die Gesamtverstärkung oder das Übertragungsverhältnis des Systems ist so im wesentlichen durch dieses Rückkopplungsverhältnis bestimmt und im wesentlichen unabhängig von dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers A i, immer vorausgesetzt, daß dieser Verstärkungsfaktor groß ist.
  • Tatsächlich arbeitet das System so, daß die von dem Potentiometer 30 gelieferte Rückkopplungsspannung dem primären Signal in dem Verhältnis der Widerstände des Spannungsteilers 31, 11' angepaßt «-ird. Die Eingangsspannung an der Klemme P ist Null, wenn die richtige Anpassung erreicht ist. Wenn die richtige Anpassung nicht erreicht ist, ist das Potential an der Klemme P nicht Null. Es ist daher angebracht, das Potential von P gegenüber Erde als Fehlersignal zu bezeichnen. Es kann auch als ein Maß betrachtet werden für den Fehler des Systems, der bei der Anpassung der Drehung der Welle 8 an die Drehung des Knopfes q auftritt, d. h. in der Anpassung der Ausgangsgröße des Systems an die Eingangssteuerung.
  • Gemäß der Erfindung wird das Fehlersignal auch einem abtriebfreien Hilfskompensationsverstärker E zugeführt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Verstärker ein Gleichstromverstärker, .der nur in einer Folge von Zeitperioden wirksam gemacht und in den Perioden in an sich bekannter Weise selbstkompensierend ist. Der wiederkehrende Wechsel von dem Betriebs- zu dem selbstkompensierenden Zustand und umgekehrt wird dabei durch eine dauernd betriebene Schalteinrichtung bewirkt.
  • Wie dargestellt umfaßt die Schalteinrichtung zwei Umschalter S i, S2, die aus gegenüberliegenden Paaren von Umschaltsegmenten 32a, 32b, 33 a, 33 b, 34 d, 34b (Schalter S i) und 35a, 35b, 36a, 36b und 37a, 37b (Schalter S 2) bestehen. Umlaufende Schaltarme 38 und 39 verbinden die gegenüberliegendien Paare der Umschaltsegmente bei dem Schalter S i bzw. S2. Diese Arme sind auf einer gemeinsamen Welle 4o angebracht, die dauernd umläuft, wenn das System in Betrieb ist.
  • Der Verstärker E enthält zwei in gleicher Weise wie im Verstärker F angeordnete Verstärkerröhren. Seine Eingangsklemme P", die innerhalb mit dem Gitter einer der Röhren verbunden ist, ist außerhalb mit dem Umschaltsegment 35a des Schalters S 2 und außerdem über einen Kondensator 40' mit den Segmenten 32b, 33b und 34b des Schalters S i verbunden. Die andere Eingangsklemme Q" des Verstärkers E, die innerhalb an das Gitter der zweiten Röhre angeschlossen ist, ist außerhalb mit Erde terbunden. Die Ausgangsgröße des Verstärkers entsteht zwischen der Ausgangsklemme R" einerseits und Erde oder Q" andererseits. Die Klemme R" ist mit Segmenten 35 b, 36 b und' 37 b des Schalters S2 verbunden.
  • Wie ersichtlich wird bei Umlauf der Schaltarme 38 und 39 die Eingangsklemme P" über den Kondensator 4o' aufeinanderfolgend mit den Segmenten 32a, 33a und 34a verbunden, während gleichzeitig die Ausgangsklemme R" aufeinanderfolgend mit den Umschaltsegmenten 35a, 36a und 37 a verbunden wird. Das Segment 32 a ist an Erde angeschlossen; während das Segment 33a über einen hohen Widerstand 41, z. B. i Megohm, mit der Eingangsklemme P des Verstärkers F verbunden ist. Das Segment 34a ist über einen ähnlichen Widerstand 41 mit der Eingangsklemme P' eines Mischverstärkers F' einer zweiten Servocinrichtung verbunden, die derjenigen ähnlich ist, welche die Verstärker F und A umfaßt.
  • Wie erwähnt, ist das Segment 35ä d; s Schalters S 2 mit der Eingangsklemme P" des Verstärkers E verbunden. Das Segment 36a ist über einen Filterkreis 42 mit der zweiten Eingangsklemme Q des Verstärkers F und das Segment 37 a über einen a -h l* litli F'Iterkreis 42' init der z#% Ein,,ingsn ic 1 1 ' klemme Q' des Verstärkers F' der zweiten Servoeinrichtung verbunden.
  • In der in Fig. 3 gezeigten Stellung der Schalter S i und S2 ist die Ausgangsklemme R" mit der Eingangsklemme P" verbunden und der Kondensator 4o' zwischen die Eingangsklemmen P" und Q" des Verstärkers E geschaltet. Die Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen 1'" und R" sind auch von den Mischverstärkern F und F' völlig abgetrennt. In dieser Stellung empfängt der Verstärker E keine Eingangssignale, und er ist so geschaltet, daß er alle in sich selbst e;ntstehend.-n Abtriebspannungen selbst dämpft, indem er an der Eingangsklemme P" eine Korrekturspannung entwickelt, die erforderlich ist, um Abtriebeffekte zu kompensieren und die Ausgangsgröße an der Klemme R" annähernd auf den Nullwert zu vermindern, d. h. auf einen Wert, der vernachlässigbar ist, verglichen mit den Ausgangssignalspannungen dieses Verstärkers, wenn dieser Signalspannungen verstärkt. Der Kondensator 4o' wird mit dieser an der Klemme P" entwickelten Korrektur- oder Kompensationsspannung geladen.
  • In der nächsten Stellung der Schalter S i und S2, die bei Umlauf der Arme 38, 39 erreicht wird, ist die Ausgangsklemme R" des Verstärkers E von der Eingangsklemme P" abgetrennt und über das Segment 36 b, den Kontaktarm 39 und Segment 36a mit dem Filter 42 und dadurch mit der zweiten Eingangsklemme Q des 1Lischverstiirkers F verbunden. Eine Klemme des Kondensators 4o' bleibt somit an die Eingangsklemme P" des Verstärkers E angeschlossen, seine andere Klemme wird jedoch von Erde abgeschaltet und über das Kontaktsegment 33 b, Kontaktarm 38 und Segment 33 a des Schalters S i mit dem \\'idei-stand 4i und durch diesen finit der Eingangsklemitie P des Verstärkers F verbunden. Auf diese Weise ist der Kondensator nicht mehr als Cberbriickung der Eingangsklemmen P" und Q" des Verstärkers E geschaltet, sondern in Reihe mit der Eingangssteuerung von der Klemme P de; \"erstäi-kers F zu der Klemme P".
  • Daraus folgt, dali bei dieser Schalterstellung das der Klemme P des Verstärkers F zugeführte Fehlersignal auch der Klemme I'" des Verstärkers E zugeführt wird, jedoch über den Kondensator 40', v-elc'her diesem Fehlersignal die gespeicherte Spannung zufügt, um die Summe der beiden der Klemme, P" als Eingangssteuerung zuzuführen. Die so durch den Kondensator 40' zugefügte Spannung hat den richtigen \\-ert, um Abtriebeffekte in dem Verstärker E zu kompensieren, so daß die Ausgangsgröße an der Klemme R" eine verstärkte: Umbildung des an der Klemme 1' des Verstärkers F entwickelten Fehlersignals und frei von irgendwelchen Fehlern ist, die von in dem Verstärker E entstandenen #Xl>triebeffekten herrühren. Dieses verstärkte Fehlersignal wird der zweiten Eingangsklemme Q des Verstärkers F zugeführt, wo es sich additiv zu dem bei P direkt zugeführten Fehlersignal auswirkt. Die Ausgangsgröße an der Klemme R ist demnach viel größer, bei demselben Eingangsfehlersignal, als wenn der Verstärker E nicht in Betrieb wäre.
  • Daraus folgt, daß in der Ruhestellung das Fehlersignal kleiner sein wird, als wenn der Verstärker E in dem System nicht vorhanden wäre. Insbesondere werden Fehler, die von in dem Verstärker A auftretenden Abtriebeffekten herrühren, kleiner sein, weil sie wegen der größeren Verstärkung in der Verstärkungs- und Rückkopplungsschleife bei Betrieb des Verstärkers E in einem größeren Ausmaß der Selbstdämpfung unterliegen. In sehr enger Annäherung wird nämlich der von dem Abtrieb in dem Verstärker A herrührende Fehler durch Verwendung des Verstärkers E um einen Faktor vermindert, der gleich ist dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers E. In enger Annäherung führt auch der Verstärker E dem Verstärker A im wesentlichen seine ganze Eingangsgröße zu, die die Ausgangsabtriebspannwng auf ihrem niedrigen Wert erhält.
  • Der Filterkreis 42 in Fig. 3 besteht aus einem zweistufigen Tiefpaß-RC-Filter, welcher die von dem Kompensationsverstärker E und den mit ihm verbundenen Schaltern ausgehenden S.ignalschwankungen glättet, so daß zu der Eingangsklemme Q des Verstärkers F- nur ein geglättetes Signal gelangt. Die Zeitkonstante dieses Filters bei Anschluß an den Verstärker E soll lang sein gegen die Zeitkonstanten oder natürlichen Perioden des Hauptkanalverstärkers A, in welchem Falle keine Neigung besteht, daß das System bei seinen natürlichen Frequenzen auf Grund der erhöhten Verstärkung in der Verstärkungs- und Rückkopplungsschleife, die durch Anwendung des Verstärkers E eintritt, unstabil wird.
  • Der Filterkreis 42 hat eine besondere Aufgabe im Falle eines intermittierend arbeitenden Kompensationsverstärkers, wie er in Fi:g. 3 gezeigt ist, in welcher der Verstärker E in :dem System nur arbeitet, wenn die Schalter S i und S2 sich in einer ihrer drei Schaltstellungen befinden, während er in den Zwischenzeiten von dem System abgetrennt ist. In den Zeiträumen, in welchen der Verstärker arbeitet, wird die Abtriebkompensationsapannung, welche der Verstärker E an die Klemme Q des Mischverstärkers F liefert, über .das Filter 42 zugeführt, und die quer geschalteten Kondensatoren dieses Filters werden auf eine Spannung geladen, die gleich ist der Abtriebkompensationss,pannung. In den Zwischenzeiten wird das Filter, obwohl es mit dem Eingang Q des Verstärkers F verbunden bleibt, von allen äußeren Kreisen abgetrennt, und seine Kondensatoren haben keinen Entladungsweg mit Ausnahme der Ableitung. Die Zeitkonstante des Filterkreises ist daher während dieser Perioden äußerst groß. Die Kondensatoren halten deshalb ihre Ladung im wesentlichen unverändert, bis der Kompensationsverstärker E wieder in den Kreis zurückgeschaltet wird. Die. Potentialdifferenz, auf welche sie geladen wurden, wird zwischen Erde und Eingangsklemme Q des Mischverstärkers F zugeführt, die somit dieselbe volle Abtriebkompensations:spannung aufnimmt, welche erforderlich ist, um .das Servosystem gegen Fehler durch Abtriebeffekte zu kompensieren, wie sie zugeführt wird, wenn der Verstärker E in dem System arbeitet. Auf diese Weise wird: das System dauernd gegen Abtrieb kompensiert, obwohl der Kompensationsverstärker E in dem System nur intermittierend in Betrieb ist.
  • Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, daß der Schaltzyklus der Schalter S i und S 2 den Gesamtbetrieb des Systems nicht berührt. Dies beruht auf dem Umstand, daß, selbst wenn der Kompensationsverstärker E nicht in den Verstärkungskanal geschaltet ist, d. h. selbst wenn die Schalter sich nicht in der Stellung befinden, die die Segmente 33a., 33 b einerseits und 36a, 36 b andererseits verbindet, denpoch ein Verstärkungskanal für das Fehlersignal in Betrieb ist, nämlich der direkte Kanal über die Eingangsklemme P des Mischverstärkers F, entsprechend dem Kanal 8 in Fig.2, durch welchen das Fehlersignal an dem Kompensationsverstärker E vorbeigeführt wird, und auf der Tatsache, .daß die Gesamtleistung des Systems in Abhängigkeit von einem primären Eingangssignal im wesentlichen dasselbe ist, ob der durch den Kompensationsverstärker gebildete Zusatzkanal in Betrieb ist oder nicht. Dieses letzte Ergebnis beruht auf der Tatsache, daß, vorausgesetzt, daß Abtriebfehler durch Zufuhr der richtigen Kompensationsspannung beseitigt wurden; die durch das Verhältnis der Ausgangsgröße des Systems zu dem primären Eingangssignal gemessene Gesamtleistung im wesentlichen alleine bestimmt ist durch das Rückkopplungsverhältnis und deshalb im wesentlichen dasselbe ist, ob das Fehlersignal nur durch den Verstärker A oder durch die Verstärker E und A in Kaskade verstärkt wird, nur vorausgesetzt, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers A hoch ist.
  • Die Umschalter S i und S2 sind so ausgelegt, daß jeder Kontaktarm 38 und 39 beim übergang von einem Segment zu einem anderen einen Moment mit beiden Segmenten Kontakt macht. Dies ist der Grund, warum der Widerstand 41 vorgesehen wird, da ohne diesen das Fehlersignal am Eingang des Verstärkers F zweimal bei jeder Umdrehung des Kontaktarmes 38 für einen Moment nach Erde kurzgeschlossen würde. Die Kontaktarme können etwa vier oder fünf Umdrehungen in der Sekunde ausführen.
  • Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß in der dritten Stellung der Schalter Si und S2 die Kontaktarme 38, 39 das Paar der Umschaltsegmente 34a, 34 b und auch Idas Paar der Segmente 37a, 37 b miteinander verbinden. In dieser Stellung ist daher der Kompensationsverstärker so geschaltet, daß er am Einbang das Fehlersignal der zweiten Servoeinrichtung aufnimmt, das an der Klemme P' des Verstärkers F' entsteht, und die verstärkte Umbildung dieser Fehlerspannung als Eingangssteuerung der Klemme Q' des Mischverstärkers F' zuführt, wodurch die Abtriebeffekte in dem Hauptkanalverstärker A' vermindert werden. :Auf diese Weise kompensiert der Kompensationsverstärker E beide Servoeinrichtungen gegen Al>-triel>fehler, die in den Hauptkanalverstärkern der Systeme, auftreten, indem er wechselweise in jedem der beiden Systeme arbeitet und in jedem System eine passende Ahtriebkompensationsspannung einem Kondensator zur Spannungsspeicherung in diesem System zuführt, welcher die Kompensationsspannung in den Intervallen aufrechterhält, in denen der Kompensationsverstärker nicht in dieses System eingeschaltet ist.
  • Die Arbeitsweise des Verstärkers F in Fig. 3 kann unter einem weiteren Gesichtspunkt betrachtet werden, wonach er nicht als Mischverstärker, sondern als Geradeausverstärker angesehen wird oder tatsächlich als Vorstufe des Verstärkers A i. Unter diesem Gesichtspunkt, der häufig zur Erklärung der Wirkungsweise eines Zweiröhrenverstärkers der beschriebenen Art mit einer gemeinsamen Kathodenimpedanz herangezogen wird, wird die Eingangssteuerung des Verstärkers so betrachtet, als wenn sie zwischen den Gittern der beiden Röhren 14 und 15 zugeführt wird anstatt zwischen dem Gitter der Röhre 14 und ihrer Kathode Tiber den Widerstand i9. Unter diesem Gesichtspunkt ist nur eine Eingangsgröße an dem Verstärker F vorhanden, und diese wird zwischen den Klemmen P und Q zugeführt. Als Eingangskreis des Verstärkers muß dann betrachtet werden der Kreis von P über die Potentiometerwicklung io und Speiseleitungen 12, 12' nach Erde, von dieser zurück zur Klemme Q über einen oder beide der zwei Wege, von denen der eine von der Klemme Q" (les Verstärkers F_ über den Ausgangskreis des Verstärkers E zu der Klemme R" und von da Tiber die Reihenwiderstände des Filters 42 führt und der andere über die Querkondensatoren des Filters 42. In jedem Falle schließt der Weg. die Kompensationsspannung ein, die von dem Verstärker E geliefert wird, oder die in den Kondensatoren des Filters 42 gespeicherte Kompensationsspannung. Unter diesem Gesichtspunkt trifft in gleicher Weise zu, daß die Ausgangsgröße des Verstärkers E, die eine verstärkte Umbildung des Fehlersignals ist, dem Fehlersignal zugefügt wird, so daß die Summe der beiden in dem Verstärker A verstärkt wird. Unter diesem Gesichtspunkt ist jedoch der Mischkreis nicht der Verstärker F, sondernder Eingangskreis dieses Verstärkers zwischen den Eingangsklemmen P und Q, in welchem das Fehlersignal und die Ausgangsgröße des Verstärkers F_ in Reihe geschaltet sind.
  • Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung bei einem negativ rückgekoppelten Vakuumröhrenverstärker. Ein primäres Gleichstromsignal, das nach Größe und gegebenenfalls in seiner Polarität gegen Erde veränderlich ist, wird von einer Quelle io über einen 'hohen Widerstand i i (i Megohm) der Eingangsklemme P eines Gleichstrommischverstärkers F zugeführt, dessen Ausgang zu einem Verstärker A geführt ist. ()er Mischverstärker ist ähnlich wie der in Fig.3 gezeigte. Der Verstärker A ist ein Gleichstromvierstärker der Standardtyj>e. Eine seiner Aüsgangsklemmen T2 ist mit Erde verbunden und die andere T i über einen lohen VNli,derstand 31 (ioo Mego'hm) mit der Eingangsklemme P des Mischverstärkers F. Der A'erstärker besitzt einen negativen Verstärkungsfaktor, d. h. daß ein positiver .Potentialwechsel bei I' einen negativen Wechsel an T t erzeugt. Die Verbindung von T i Tiber den Widerstand 31 nach P ergibt so eine negative Rückkopplung, die bewirkt, daß die Ausgangsgröße des Verstärkers proportional zu dein primären Eingangssignal in (lern durch das Verhältnis der Widerstände 31 : i i bestimmten Rückkopplungsverhältnis .gemacht wird, d. h. in dern dargestellten Falle in dem Verhältnis ioo : i. Die Ausgangsspannung kann irgendeinem Zweck zugeführt werden, z. 13. einem Schreiber zur Aufzeic'hnung der Änderungen der primären Eingangsspannung.
  • In allen anderen Beziehungen ist das System ähnlich demjenigen der Fig.3, ausgenommen, daß der Verstärker Energie aus einer Gleichstromduelle anstatt aus einer Wechselstromquelle aufnimmt und der Filterkreis 42" nur ein einstufiges RC-Filter enthält. Die Abtriebkompensation wird daher in gleicher Weise wie in Fig. 3 durchgeführt. Das System ergibt deshalb einen dauernd arbeitenden Gleichstromverstärker, der frei ist von Fehlern durch Abtriebspannungen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, die in verschiedener Hinsicht abgeändert werden könnten. Insbesondere braucht der Kompensationsverstärker nicht ein solcher zu sein, bei welchem jede Verstärkerstufe ein Gleichstromverstärker ist. Beispielsweise kann der Kompensationsverstärker einen Zerhacker zur Unterbrechung des Eingangssignals, einen Verstärker zur Verstärkung der so erzeugten pulsierenden Signale und einen Gleichrichter bekannter Art zur Phasendetektion umfassen, der aus den verstärkten Signalpulsationen eine Gleichstromausgangsgröße erzeugt, die nach Größe und Polarität mit der Größe und Polarität der Eingangsspannung des Kompensationsverstärkers veränderlich ist.
  • Außerdem kann der Verstärker I: so geschaltet werden, daß er das Fehlersignal indirekt anstatt direkt empfängt. Beispielsweise kann die Eingangsgröße von der Ausgangsklemme R des Verstärkers F anstatt von der Eingangsklemme P abgenommen werden, in welchem Falle jedoch der Verstärker E einen Verstärkungsfaktor haben muß, der unter der Einheit liegt, da er so geschaltet ist, daß er seine eigene Eingangssteuerung regeneriert.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Negativ rückgekoppeltes Verstärkersystem mit einem Leistungsverstärker und Mitteln, welche die Ausgangsgröße des Leistungsverstärkers mit der Eingangsgröße des Systems vergleichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Nullpunktabtriebes (Gang) des Leistungsverstärkers das Fehlersignal den Eingangsklemmen eines Kompensationsverstärkers zugeführt wird, der im wesentlichen gangfrei ist, und .dessen Ausgangsgröße mit dem Fehlersignal gemischt wird, um ein zur Steuerung des Leistungsverstärkers verwendetes resultierendes Signal zu bilden. a. System nach Anspruch i, bei welchem die Ausgangsgröße des Kompensationsverstärkers über Glättungsmittel geführt ist, um Sc'hwa'nkungen der Ausgangsgröße zu glätten, bevor sie mit dem Fehlersignal zur Steuerung des Energieverstärkers kombiniert wird. 3. System nach Anspruch i oder a, bei welchem der Kompensationsverstärker nur intermittierend in Betrieb ist um das Fehlersignal aufzunehmen und eine Ausgangsgröße für die Addition mit dem Fehlersignal zu bilden, und bei welchem diese Ausgangsgröße Speichermitteln zugeführt wird, die sie speichern und unter Addition mit dem Fehlersignal zur Steuerung des Energieverstärkers in den Intervallen abgeben, in welchen der Kompensationsverstärker nicht arbeitet, wobei das System gegen in dem Hauptkanalverstärker auftretende Abtriebeffekte auch während dieser Intervalle kompensiert ist und das System dauernd arbeiten kann, um seine Ausgangsgröße zu der gewünschten Funktion oder Zeitfunktion des primären Eingangssignals zu machen. .4. System nach Anspruch 3, bei welchem der Kompensationsverstärker in den Intervallen, in denen er in dem System nicht betrieben wird', in gleicher Weise in einem oder mehreren anderen negativ rückgekoppelten Verstärkersystemen wirksam gemacht wird. 5. System nach einem der Ansprüche i bis 4, bei welchem das Fehlersignal und die Ausgangsgröße des Kompensationsverstärkers zur Steuerung des Energieverstärkers mittels eines '.Mischverstärkers kombiniert werden, der zwei Röhren mit einem gemeinsamen Kathodenwiderstand und getrennten Anodenwiderständen enthält, wobei das Fehlersignal dem Gitter der einen und die Ausgangsgröße des Kompensationsverstärkers dem Gitter der anderen Röhre zugeführt wird, und die resultierende Ausgangsgröße für den Betrieb des Energieverstärkers von einem Spannungsteiler abgenommen wird, der zwischen der Anode der einen Röhre und dem negativen Ende des gemeinsamen Kathodenwiderstandes liegt. 6. System nach Anspruch 3 oder folgenden, bei welchem der intermittierend arbeitende Verstärker ein Gleichstromverstärker ist, dessen Eingangskreis einen Reihenkondensator enthält, und der Gleichstromverstärker während der Perioden in den Intervallen zwischen jenen, in welchen er als Kompensationsverstärker in dem System arbeitet, in einen Kreis geschaltet ist, in dem er seine eigenen .in sich auftretenden Abtriebeffekte degeneriert und an dem Reihenkondensator eine Kompensationsspannung für diese Abtriebeffekte entwickelt, wobei diese Spannung an den Kondensator gespeichert und wirksam wird, wenn der Verstärker in dem System benutzt wird. 7. System nach einem der Ansprüche i bis 6, bei welchem das primäre Signal ein Gleichspannungspotential gegen Erde ist und die Ausgangsgröße des Energieverstärkers ebenfalls eine Ausgangsspannung gegen Erde ist oder die Bildung einer solchen steuert, und bei welchem die abgebende Klemme der Quelle des primären Signals und .die abgebende Klemme der Ausgangsspannung durch eine Reihenschaltung von einen Spannungsteiler bildenden Impedanzen verbunden sind, an deren Verbindungspunkt das Fehlersignal als eine Spannung gegen Erde erzeugt wind. B. System nach Anspruch 7, bei welchem der Energieverstärker ein Gleichstromverstärker ist, der die Ausgangsspannung direkt liefert. 9. System nach Anspruch i oder folgenden, bei welchem der Energieverstärker einen elektromechanischen Verstärker oder Servomotor darstellt oder umfaßt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1150120B (de) * 1960-05-28 1963-06-12 Siemens Ag Elektrische Verstaerkeranordnung
DE1264511B (de) * 1960-02-10 1968-03-28 Bunker Ramo Anwendung einer Impulsspeicherschaltung bei einem Verfahren zur Driftkompensation bei einem Gleichspannungsverstaerker

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