-
Elektrisches Regelverfahren Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren,
das insbesondere für die elektrische Nachrichtentechnik bestimmt ist, aber auch
auf anderen Gebieten der Technik Anwendung finden kann.
-
Als Ausgangspunkt für die Betrachtung der Erfindung wird eine Funktion
y = f (x) der in Abb. z dargestellten Form gewählt, gemäß -welcher eine abhängige
Variable y mit einer unabhängigen Variablen x in solcher Weise zusammenhängt, daß
bei monotoner Zunahme von x die abhängige Variable y zunächst konstant gleich y1
bleibt oder nur geringe Änderungen erfährt und zwischen den Werten x1 und x2 verhältnismäßig
steil in einen anderem genau oder im wesentlichen konstant bleibenden Wert y2 übergeht.
Die vor dem ersten bzw. hinter dem zweiten konstanten Wert y1 bzw. y2 auftretenden,
Werte von y interessieren bei den obigen Zusammenhängen nicht, sofern die noch zu
besprechenden Verschiebungsvorgänge über die Bereiche, in denen y gleich y1 oder
y2 ist, nicht hinausreichen. Die gestellte und durch die Erfindung gelöste Aufgabe
besteht darin, die Größe von x selbsttätig in Abhängigkeit von
y so einzuregeln, daß y einen zwischen y1 und y2 liegenden Wert beibehält.
Dasselbe soll auch für einen reziproken Zusammenhang gelten, bei welchem ein Übergang
von einem konstanten kleineren Wert auf einen konstanten größeren Wert stattfindet.
Für Regelvorgänge dieser Art besteht ein Bedarf beispielsweise bei der Nachrichtenübertragung
mittels zeitmodulierter Impulse, bei der Abstimmung von Kettenleitern oder Bandfiltern
und bei einer
selbsttätigen Einstellung des Arbeitspunktes auf unsymmetrisch
verlaufenden Kennlinien, wie sie beispielsweise Elektronenröhren aufweisen usw.
Weitere Anwendungsgebiete eröffnen sich z. B. bei der elektrischen Fernsteuerung.
-
Es ist bekannt, die selbsttätige Scharfabstimmung eines Hochfrequenzgerätes,
z. B. eines Empfängers, in der Weise durchzuführen, daß die Abstimmung periodischen
Änderungen unterworfen wird und synchron hierzu ein gegenüber der Frequenz dieser
periodischen Änderung träges, mit einem Abstimmelement verbundenes Regelorgan derart
beeinflußt wird; daß es unter der gemeinsamen Wirkung- dieses Einflusses und eines
von der Empfangsintensität in A_ bhängigkeit gebrachten Stromes die Abstimmung so
lange ändert, bis die durch die periodische Abstimmungsänderung verursachten Schwankungen
dieses Stromes gleiche Wirkungen in entgegengesetztem Sinn auf das Regelorgan ausüben
und damit :die Resonanzlage erreicht ist (vgl. Patentschrift 669 377). Dieses Verfahren
ist jedoch nur dann anwendbar, wenn der Zusammenhang zwischen der geregelten Größe
und der regelnden Größe den für eine Resonanzkurve charakteristischen Verlauf aufweist,
d. h. zu beiden Seiten des Gebietes, in dessen Mittelpunkt der Arbeitspunkt liegen
soll, abfällt, während es für einen in Abb. i angedeuteten funktionellen Zusammenhang
unbrauchbar ist.
-
Dies läßt sich auf Grund folgender Überlegungen erkennen: Bei dem
erwähnten bekannten Verfahren pendelt die Resonanzfrequenz eines Schwingungskreises
periodisch um einen Mittelwert. Je nachdem sich dabei die Amplitude der an dem Schwingungskreis
auftretenden Spannung gleichphasig oder gegenphasig zu der die Pendelung verursachenden
Frequenz ändert, findet eine Vergrößerung oder Verkleinerung der mittleren Abstimmfrequenz
des Schwingungskreises statt. Ein solcher Phasensprung, welcher die einzuschlagende
Regelrichtung erkennen länt, tritt jedoch nicht auf, -wenn man das beschriebene
Verfahren bei ein-er nach Art der- Abb:. i verlaufenden Funktion anwendet.
-
In Abb. 2 ist in der waagerechten Zeile a der zeitliche Verlauf eines
Pendelvorganges dargestellt, gemäß welchem die Abszissee x (vgl. Abb. i) periodisch
um einen Betrag ± d x verschoben wird. In der Zeile b ist der dabei zustande
kommende Verlauf von y angedeutet, während aus der Zeile c .der zeitliche Verlauf
der in y enthaltenen Grundwelle der Pendelfrequenz hervorgeht. In der senkrechten
Kolonne A ist der Fall dargestellt; daß der Ruhewert x. links von dem oberen Knick
x1 liegt; die Kolonne B gilt für den Fall, daß der Ruhepunkt zwischen den Punkten
x1 und x2 liegt, während sich -die Kolonne C auf einen rechts vom unteren Knick
x2 gelegenen Ruhepunkt bezieht, Man erkennt aus der Zeile c, daß bei einer Verschiebung
des Ruhepunktes in der beschriebenen Reihenfolge sich zwar die Amplitude der in
y enthaltenen Grundwellenkomponente der Pendelfrequenz ändert, jedoch ein Phasensprung
- nicht auftritt. Die Phase der Grundfrequenzkomponente ist vielmehr in allen Fällen
gegen die Phase der Pendelfrequenz selbst um iäo° verschoben. Daher liefert das
bekannte Verfahren für eine nach Abb. i verlaufende Funktion keine eindeutige Regelung.
Die Erfindung bezweckt, das Verfahren der periodischen Verschiebung des Arbeitspunktes
zum Zweck der Einstellung und Einhaltung eines bestimmten Arbeitspunktes auch für
Funktionen nach Art der Abib. i anwendbar zu machen.
-
Die Erfindung besteht in der Lehre, daß eine Größe x, die mit einer
anderen Größe y einen durch die Abb. i charakterisierten oder einen dazu reziproken
funktionellen Zusammenhang besitzt, periodisch mit einer Frequenz f um einen kleinen
Betrag hin und her verschoben wird und daß der Größe y die zweite Oberwelle der
Pendelfrequenz, mit welcher die Größe x verschoben wird, entnommen und mit der Phase
einer aus der Pendelfrequent unmittelbar abgeleiteten zweiten Oberwelle verglichen
wird und daß die Regelung der Größe x in Abhängigkeit von dem Ergebnis .dieses Phasenvergleiches
vorgenommen wird. -Die Wirksamkeit dieser Maßnahme läßt sich aus der Zeile
d in Ahb. a erkennen. Man sieht, daß die zweite Oberwelle der. Pendelfrequenz
f in der Kolonne B überhaupt nicht vorhanden ist, weil die abfallende Flanke der
Funktion y - f -(x) im Beispielsfall (Abb. i) geradlinig verläuft. Vergleicht
man die Kolonnen A und C miteinander, so findet man, daß . die zweite Oberwelle
in beiden Fällen auftritt, jedoch üm" iSo° in der Phase verschoben ist. Dieser Phasensprung
bietet die Möglichkeit, die zweite Oberwelle als Maß für einen Regelvorgang auszunutzen.
Diese Möglichkeit besteht auch dann, wenn die Funktion y = f (x) nicht .den
in Abb. i angenommenen, aus linearen Abschnitten zusammengesetzten Verlauf aufweist.
Insbesondere wird die zweite Oberwelle immer dann verschwinden oder ein Minimum
werden, wenn der Arbeitspunkt mit dem Wendepunkt der Kurve zusammenfällt.
-
Die praktische Anwendung dieser Lehre soll nunmehr für das in den
Abb. 3 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es handelt
sich um eine Einrichtung zum Empfang von zeitmodulierten Impulsen konstanter Amplitude,
deren zeitlicher Verlauf in Abb. 3 angedeutet ist. Es ist die Aufgabe gestellt,
eine begrenzende Schwelle oder das Übertragungsmaß der der begrenzenden Schwelle
vorangehenden Empfängerstufe selbsttätig so einzustellen, daß die begrenzende Schwelle
stets in einem bestimmten Verhältnis zur Impulsamplitude steht, insbesondere knapp
unterhalb der Impulskuppe liegt. Unter einer begrenzenden Schwelle wird ein Amplitudensieb
verstanden, welches Empfangsspanirungen, deren Amplitude kleiner als ein unterer
Grenzwert Ui ist, unterdrückt und andererseits Empfangsspannungen, welche einen
oberen Grenzwert, der um einen kleinen Betrag d U größer als der untere Grenzwert
ist, überschreiten, auf den oberen Grenzwert begrenzt. Eine -Anordnung zur Herstellung
einer solchen begrenz,enden. Schwelle ist in Abb. 4
dargestellt.
Sie besteht aus einer als Anodengleichrichter arbeitenden Röhre h, deren Steuergitter
G außer einer negativen Gleichvorspannung Ug die Empfangsspannungen U zugeführt
werden. Wenn der Arbeitspunkt jenseits des Anodenstromeinsatzpunktes liegt, vermögen
nur solche Empfangsspannungen einen Anodenstrom auszulösen, die in den Aussteuerbereich
der Anodenkennlinie hineinreichen. Für Empfangsspannungen, welche den Gitterstromeinsatzpunkt
in positiver Richtung übersteigen, tritt eine weitere Zunahme des Anodenstromes
nicht mehr ein, weil der über die Gitterkreiswiderstände r, r' fließende
Gitterstrom eine Gegenspannung erzeugt, welche das Gitterpotential in der Nähe des
Gitterstromeinsatzpürnktes festhält. Der zwischen dem Anodenstromeinsatzpunkt und
dem Gitterstromeinsatzpunkt liegende Gitterspannungsbereich bestimmt die Größe J
L1, welche voraussetzungsgemäß klein gegen die Impulsamplitude sein soll. Verschiebt
man nun die begrenzende Schwelle über die Impulshöhe indem man die Gittervorspannung
U,. vomAnodenstromeinsatzpunkt in negativer Richtung vergrößert, so erhält man für
den mittleren Anodenstrom Ja der Röhre V in Abhängigkeit von Ug den in Abb.
5 dargestellten Zusammenbang, der eine grundsätzliche Ähnlichkeit mit der Abb. i
aufweist.
-
Es liegt die Aufgabe vor, den Arbeitspunkt der begrenzenden Schwelle
selbsttätig so einzustellen, daß der obere Grenzwert der begrenzenden Schwelle dicht
unterhalb &°r Impulskuppe liegt. Zur Lösung dieser Aufgabe dient die in A:bb.
6 dargestellte Schaltung, in welcher Y wieder die als Anodengleichrichter arbeitende
Amplitudensiebröbre bedeutet, deren Steuergitter außer den Empfangsspannungen und
einer von einem Spannungsteiler T abgegriffenen negativen Vorspannung eine der Quelle
Q entnommene Wechselspannung aufgedrückt wird. Die Amplitude dieser Wechselspannung
ist klein gegen die Impulsamplitude und vergleichbar mit der Breite .des Übergangsbereichs
zwischen x1 und x., in Abb. i. Im Anodenkreis der Röhre h liegt der Schwingungskreis
S, der auf die zweite Oberwelle der von der Quelle Q gelieferten Wechselspannung
abgestimmt ist. Dem Schwingungskreis S wird außer der von :der Röhre abgegebenen
Oberwelle eine Oberwellenspannung gleicher Frequenz auf folgendem Wege zugeführt:
An den die Wecbselspannungsquelle Q überbrückenden, aus dem Kondensator
C und einer andersartigen Impedanz P bestehenden Phasenschieber wird eine
Wechselspannung abgegriffen und über den Widerstand W der einen Entladungsstrecke
einer Duodiode D zugeführt, deren Phase so eingestellt wird, daß für die Kolonne
A in Abb: a die Oberwellenspannungen angenähert in Phase und in Kolonne C angenähert
in Gegenphase sind. Die durch die Gleichrichtung entstehende Oberwellenspannung
gelangt über die Kondensatoren Cl und C2 an den Schwingungskreis S. Die resultierende
Oberwellenspannung wird über den Kondensator C3 der anderen Entladungsstrecke der
Duodiode zugeführt und in dieser gleichgerichtet. An den Ausgangsklemmen a,
b der zur Glättung dienenden Siebkette K kann die Regelspannung abgenommen
werden, welche der am Schwingungskreis S auftretenden Summenspannung von der Frequenz
der Oberwelle proportional ist. Wenn man die von dem Spannungsteiler T abgegriffene
Gittervor-Spannung oder die Impulsamplitude stetig ändert, erhält man den 1I1 Abb.
7 dargestellten Zerlauf der Regelspannung UR. Der zwischen dem negativen und positiven
Maximum liegende, praktisch lineare Teil dieser Kurve ist der wirksame Arbeitsbereich.
Die Regelung erfolgt in dem Sinne, daß :die Regelspannung UR innerhalb dieses Arbeitsbereichs
dem Wert Null zustrebt. Dies entspricht der Stabilisierung eines Arbeitspunktes
auf der abfallenden Flanke der Abb. i oder 5 bzw. auf der ansteigenden Flanke einer
reziproken Funktion. Damit ist die gestellte Aufgabe gelöst.
-
Wie bereits bemerkt, beschränkt sich die Anwendungsmöglichkeit des
Erfindungsgedankens nicht auf den ausführlich beschriebenen Fall beim Empfang zeitmodulierter
Impulse. Eine Funktion von der in Abb. i dargestellten Gattung ergibt sich beispielsweise
auch, wenn man die Frequenzdurchlaßkurve eines Kettenleiters oder Frequenzfilters
aufnimmt. Beim Einseitenbandempfang modulierter Hochfrequenzschwingungen liegt beispielsweise
die Aufgabe vor, den Empfangsschwingungen im Empfänger die Trägerfrequenz zuzusetzen
und ein Frequenzfilter so einzustellen, daß alle jenseits der Trägerfrequenz liegenden
Frequenzen abgeschnitten werden und die Trägerfrequenz selbst gerade auf der Flanke
der Durchlaßkurve liegt. In diesem Fall erfordert eine Änderung der Trägerfrequenz
eine Nachregelung des Filters, und diese kann auf Grund der Erfindung in der Weise
geschehen, daß die Abstimmung des Kettenleiters periodisch um einen kleinen Betrag
geändert und die den Ausgangsklemmen des Kettenleiters entnommene zweite Oberschwingung
der Verschiebungsfrequenz zur Regelung des Arbeitspunktes herangezogen wird. Zu
diesem Zweck kann man wie in dem ausführlich erläuterten Ausführungsbeispiel diese
Oberschwingung mit einer phasenstarren Oberschwingung zusammensetzen und durch Gleichrichter
der Summenspannung eine Regelspannung gewinnen. Die Abstimmungsänderung kann entweder
mechanisch (z. B. mittels eines Elektromotors, der einen Drehkondensator oder ein
Variometer bewegt), elektrisch (durch Blindwiderstandsröhren) oder. magnetisch (Eisenkernspulen
mit Erregerwicklung) durchgeführt werden und bedarf keiner eingehenderen Erläuterung.