DE896427C

DE896427C - Automatic control device

Info

Publication number: DE896427C
Application number: DEL2497D
Authority: DE
Inventors: Winfrid Dipl-Ing Dr Oppelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1945-03-01
Filing date: 1945-03-01
Publication date: 1953-11-12

Description

Selbsttätige Regeleinrichtung Bei selbsttätigen Regeleinrichtungen wird häufig in die Regelspanne außer der Regelgröße selbst auch noch deren Zeitintegral eingeführt. Dadurch wird der Regler astatisch gemacht, d. h. er regelt bleibende Störungen bis zur Regelabweichung Null aus. Ebenso werden auch justierungenauigkeiten des Reglers, soweit sie nicht die Integralaufschaltung selbst betreffen, dadurch weitgehend ausgeregelt, und es ist aus diesen Gründen erwünscht, die Integralaufschaltung möglichst groß wählen zu können. Dem steht jedoch die phasenschleppende Wirkung der Integralaufschaltung auf das Stellglied entgegen. Diese äußert sich darin, daß das Stellglied gegenüber der Reglergröße große Phasenschleppungen zeigt, die den Regelvorgang entdämpfen.Automatic control device With automatic control devices In addition to the controlled variable itself, its time integral is often included in the control span introduced. This makes the controller astatic, i.e. H. he regulates permanent Disturbances up to zero deviation. Adjustment inaccuracies of the controller, insofar as they do not affect the integral connection itself largely regulated, and for these reasons it is desirable to use the integral connection to be able to choose as large as possible. However, this is offset by the phase-dragging effect counteracts the integral connection to the actuator. This is expressed in the fact that the actuator shows large phase drag compared to the controller size, which the De-dampen the control process.

Die Erfindung will große Integralaufschaltungen ermöglichen, ohne jedoch gleichzeitig den Regelvorgang allzustark zu entdämpfen. Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Regelgröße der Einrichtung zur Bildung des Zeitintegrals über Dämpfungsmittel zugeleitet wird, welche die Regelgröße mit verringerter Amplitude und zeitlich vergrößert, also phasenschleppend, weiterleiten. Die Verzögerung wird so gewählt, daß sie sich besonders während des eigentlichen Regelvorganges auswirkt. Nach Ablauf eines Regelvorganges kommt die Integralaufschaltung hingegen voll zur Wirkung, weil dann Zeit genug vorhanden ist, die Regelgröße durch das Verzögerungsglied hindurchwandern.zu lassen. Die vorgeschalteten vorzögernden Mittel wirken ähnlich wie ein Siebkreis, der die Integralaufschaltung während des Regelvorganges praktisch nicht zur Wirkung kommen läßt. Die Integralaufschaltung kann demnach sehr groß gewählt werden, d. h. es kann der Anteil des Zeitintegrals an der gesamten Regelspanne groß gemacht werden, weil die Integralaufschaltung während des Regelvorganges eben nur wenig oder gar nicht zur Auswirkung kommt.The invention wants to enable large integral connections without however, at the same time, to undamp the control process too much. This is according to the invention achieved in that the controlled variable of the device for forming the time integral is fed via damping means, which the controlled variable with reduced amplitude and forward it enlarged over time, i.e. with a slow phase. The delay will chosen so that it has an effect particularly during the actual control process. On the other hand, after a control process has elapsed, the integral connection is fully activated Effect, because there is enough time, the controlled variable through the delay element to wander through. The upstream retarding agents work in a similar way like a filter circuit, which makes the integral connection practically during the control process can not come into effect. The integral connection can therefore be selected to be very large be, d. H. it can be the part of the time integral on the whole The control margin can be made large because the integral connection is made during the control process has little or no effect.

Dies geht aus einer kurzen mathematischen Betrachtung der Regelvorgänge hervor. Der Regler folge im einfachsten Falle beispielsweise der Gleichung: y=ap+bf9'vdt, wenn p die Regelgröße, ,u den Stellgliedaufschlag und gz, die verschleppte Regelgröße bedeuten, die zur Bildung der Integralaufschaltung benutzt, also den vorgeschalteten verzögernden Mitteln entnommen wird. Wenn diese zeitlich vergrößert arbeitenden Mittel ein lineares Schleppglied erster Ordnung sind, so- folgt dieses der Gleichung: Tpv+pv=p. Setzt man letztere Gleichung in die erstere ein, so erhält man ,u = up -f- bf(p-Tpy) dt= ap + bfpdt-bTgp,. Durch Differentieren der erstgenannten Gleichung erhält man y = a 9i -E- b 99,, oder b cp,U = u'- a p'. Infolgedessen ist: #c = a p -@- b fcp d t - T (,u'- a p*) oder T,u'+y=a9'+Tap +bf9'dt. Diese Gleichung besagt, daß bei wachsenden Frequenzen des Regelvorganges eine Verringerung der Stellgliedamplitude in Verbindung mit einer gewissen zeitlichen Schleppung durch das Glied Tg@ eintritt. Diese Verschleppung wird jedoch durch das eine Voreilung bringende Glied Ta gi im wesentlichen wieder aufgewogen, so daß die obenerwähnte Siebwirkung auf die Stellgliedamplitude zustande kommt.This emerges from a brief mathematical consideration of the control processes. In the simplest case, the controller follows, for example, the equation: y = ap + bf9'vdt, if p is the controlled variable,, u is the actuator surcharge and gz is the delayed controlled variable that is used to form the integral connection, i.e. is taken from the upstream delaying means. If these means, which operate at an increased time, are a linear trailing element of the first order, then this follows the equation: Tpv + pv = p. Inserting the latter equation into the former one obtains, u = up -f- bf (p-Tpy) dt = ap + bfpdt-bTgp ,. By differentiating the first mentioned equation one obtains y = a 9i -E- b 99 ,, or b cp, U = u'- a p '. Hence: #c = a p - @ - b fcp dt - T (, u'- a p *) or T, u '+ y = a9' + Tap + bf9'dt. This equation says that with increasing frequencies of the control process, there is a reduction in the actuator amplitude in connection with a certain drag through the element Tg @. However, this drag-out is essentially compensated for by the element Ta gi which leads to the front, so that the above-mentioned sieve effect on the actuator amplitude comes about.

Außer einem Verzögerungskreis erster Ordnung kann auch ein Verzögerungskreis zweiter Ordnung gewählt werden, der ähnliche Wirkung zeigt. Die gerätetechnische Ausbildung von Verzögerungskreisen erster und zweiter Ordnung ist bekannt. Bei mechanischen Gebilden werden beispielsweise Verzögerungsglieder erster Ordnung gebildet durch die Verbindung einer Feder mit einer Bremseinrichtung. Als Bremseinrichtung dienen im allgemeinen Öl- bzw. Luftkatarakte oder auch Wirbelstrombremsen. Bei pneumatischen und hydraulischen Systemen werden Verzögerungsglieder meist durch Einbau geeigneter Drosselstellen erzeugt. Bei elektrischen Systemen lassen sich Verzögerungsglieder durch geeignete Kompensationen von Ohmschen Widerständen, Kondensatoren und Selbstinduktionen schaffen. Die bei vielen Regelungsvorgängen hier notwendigen großen Zeitkonstanten der Verzögerungsglieder lassen allerdings auch bei elektrischen Systemen eine Verzögerung unter Zuhilfenahme eines andersartigen Energiespeichers zweckmäßig erscheinen. So lassen sich elektrothermische Systeme mit großer Zeitkonstante bauen, vor allem aber auch elektromechanische Systeme. Bei diesen nimmt besonders das sogenannte Nachlaufsystem eine bevorzugte Stelle ein, weil es in sehr weiten Grenzen veränderbar ist.In addition to a first-order delay circuit, a delay circuit can also be used second order, which shows a similar effect. The device-related The formation of first and second order delay circles is known. With mechanical For example, first-order delay elements are formed by the connection of a spring with a braking device. Serve as a braking device generally oil or air cataracts or eddy current brakes. With pneumatic and hydraulic systems, delay elements are usually more suitable when they are installed Throttle points generated. In electrical systems, delay elements can be used through suitable compensations of ohmic resistances, capacitors and self-inductions create. The large time constants required here for many control processes the delay elements leave a delay even in electrical systems appear expedient with the aid of a different type of energy storage device. So electrothermal systems can be built with a large time constant, above all but also electromechanical systems. With these, the so-called Follow-up system a preferred position because it can be changed within very wide limits is.

In der Zeichnung zeigt Fig. i als Regelbeispiel eine selbsttätige Kurssteuerung für Wasser- oder Luftfahrzeuge, wobei als Verzögerungskreis erster Ordnung ein solches motorisches Nachlaufwerk verwendet ist; Fig. z zeigt als Ausführungsbeispiel für ein Schleppungsglied zweiter Ordnung ein Drehmagnetsystem großer Maße.In the drawing, FIG. 1 shows an automatic control example Course control for watercraft or aircraft, the first being the delay circle Order such a motorized trailing unit is used; Fig. Z shows as an embodiment for a drag link of the second order a large-scale rotary magnet system.

Gemäß Fig. i wird die Regelspanne in einem- als Mischgerät für die Soll- und Istgrößen des Regelvorganges dienenden Tauchspulrelais aus der mit einem Kompaß K gemessenen Regelgröße (Kursabweichungqg) sowie der mit einem Wendezeigerkreisel gemessenen zeitlichen Änderung der Regelgröße (Kursänderungsgeschwindigkeit q@) und dem mittels des Integratorgliedes J gebildeten Zeitintegral fip dt gebildet. Zu diesem Zweck sind die auf dem mittels Feder y. an seine dargestellte Nullage gefesselten Anker v vorgesehenen Steuerwicklungen yl, v2 und y3 jeweils an ein Potentiometer P1 bzw. P2 und P3 angeschlossen. Das Potentiometer p1 wird durch die Nadel des Kompasses betätigt; seine Basis ist von der Handhabe h gemäß Skala s auf den Sollkurswinkel voreinstellbar. Das Potentiometer P2 ist von der Präzessionsachse des Wendezeigerkreisels w einstellbar, der durch Federn w an seine dargestellte Nullage, in welcher seine Präzessionsachse und seine Umlaufachse in einer zur Flugzeughochachse senkrechten Ebene liegen, gefesselt ist, so daß der Kreisel Präzessionsausschläge entsprechend der Kurvengeschwindigkeit macht. Das Potentiometer P3 ist über einen Schneckentrieb s1 von dem als Integrator vorgesehenen Motor na, z. B. einem kleinen Zählermotor, einstellbar.According to FIG time integral formed by means of the integrator element J fip dt formed. For this purpose, the on the by means of spring y. control windings yl, v2 and y3 provided to its illustrated zero position tied armature v are each connected to a potentiometer P1 or P2 and P3. The potentiometer p1 is operated by the needle of the compass; its base can be preset by the handle h according to the scale s to the target course angle. The potentiometer P2 is w of the precession axis of the turn indicator gyro adjustable by springs w to its illustrated neutral position, in which its precession axis and its axis of rotation lying in a plane perpendicular to the aircraft vertical axis, is tied, so that the centrifugal makes Präzessionsausschläge corresponding to the curve speed. The potentiometer P3 is via a worm drive s1 from the motor provided as an integrator na, z. B. a small counter motor, adjustable.

Dieser Motor m wird durch die vom Kompaß K abgegriffene Regelgröße erfindungsgemäß mittelbar über den Verzögerungskreis V eingestellt. Dieser besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem durch ein Drehspulenrelais D steuerbaren Motor o mit davon eingestelltem Steuerpotentiometer u. Das Relais D besitzt eine entsprechend der Regelgröße erregte Gegenwicklung w1 und eine vom Potentiometer u erregte Gegenwicklung w2 und betätigt entsprechend der Differenz zwischen Steuererregung und Gegenerregung das Kontaktwerk k, durch welches der Nachlaufmotor o im einen oder anderen Umlaufsinn einschaltbar ist. Der Motor o ist ein langsam laufender Motor, der überdies das Regelorgan u über eine große Übersetzung ins Langsame einstellt, so daß auch bei Regelvorgängen niederer Frequenz die vom Potentiometer u abgegriffene und der Integrationseinrichtung j zugeleitete Spannung einmal in der Phase der vom Kompaß abgegriffenen, der eigentliehen Regelgröße verhältigen Spannung mehr oder minder stark nacheilt und außerdem auch in der Amplitude herabgesetzt ist. Am Ende des Regelvorganges ist jedoch die von dem Potentiometer u abgegriffene Spannung der Abgriffsspannung des Potentiometers @l gleich.This motor m is tapped from the compass K by the controlled variable set indirectly via the delay circuit V according to the invention. This exists in the exemplary embodiment from a motor controllable by a moving coil relay D. o with the control potentiometer set by it and the relay D has a corresponding one the counter-winding w1 excited by the controlled variable and a counter-winding excited by the potentiometer u w2 and actuated according to the difference between control excitation and counter excitation the contact mechanism k, through which the trailing motor o in one or the other direction of rotation can be switched on. The engine o is a slow-running engine, which also has the Regulating organ u adjusts to slow speed via a large translation, so that also with Control processes of low frequency that tapped from the potentiometer u and the integration device j applied voltage once in the phase of the one tapped from the compass, the actual one Controlled variable-related voltage lags more or less strongly and also is decreased in amplitude. At the end of the control process, however, is that of the potentiometer u tapped voltage of the tap voltage of the potentiometer @l same.

Die durch die Erregungen der drei Steuerwicklungen r1 bis y3 des Tauchspulenrelais gebildete Regelspanne hat eine Auslenkung des Steuerschiebers st zur Folge, so daß der das Ruder Z (Stellglied) bewegende Motor Q zu laufen beginnt, bis die vom Rückführpotentiometer x abgegriffene und der vierten Steuerwicklung y,, des Steuerrelais R zugeführten Spannung der Erregung der drei Wicklungen y, bis r3 das Gleichgewicht hält und damit den Steuerschieber st wieder in die dargestellte Nullage zurückbringt. Alsdann ist die Auslenkung des Ruders Z der Regelspanne verhältig.The caused by the excitations of the three control windings r1 to y3 of the plunger coil relay The control span formed has a deflection of the control slide st for Episode, so that the motor Q moving the rudder Z (actuator) begins to run until the from the feedback potentiometer x tapped and the fourth control winding y ,, des Control relay R supplied voltage of the excitation of the three windings y, to r3 the Keeps equilibrium and thus the control slide st again in the zero position shown brings back. Then the deflection of the rudder Z is proportional to the control range.

An Stelle der beschriebenen Integrationsvorrichtung J kann natürlich auch eine beliebige andere für Regeleinrichtungen bekannte - Integrationsvorrichtung benutzt werden. Außerdem sind, wie bereits oben erwähnt, auch andere bekannte Verzögerungskreise (V) verwendbar.Instead of the integration device J described, it is of course possible also any other integration device known for control devices to be used. In addition, as mentioned above, there are also other known delay loops (V) usable.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Verzögerungskreis ist an das die Regelgröße bildende Potentiometer P, das Feld F eines durch die Feder f, an seine dargestellte Nullage gefesselten Drehmagnetsystems erregbar, dessen Anker ein Dauermagnet ist und durch die Scheibe a großer Maße auf eine geeignete Eigenfrequenz abgestimmt ist. Der Anker stellt das Steuerpotentiometer u ein, an welches aus in Fig. i ersichtlicher Weise die Integrationsvorrichtung angeschlossen werden kann.In the delay circuit shown in FIG. 2, this is the controlled variable forming potentiometer P, the field F one by the spring f, to its illustrated Zero position tied rotary magnet system can be excited, the armature of which is a permanent magnet and tuned to a suitable natural frequency by the disk a to a large extent is. The armature sets the control potentiometer u, which can be seen from in FIG Way the integration device can be connected.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Automatic control device in which except of the controlled variable whose time integral is introduced into the control span delay means connected upstream of the device (J) for forming the time integral (V), over which the controlled variable of said facility while reducing its Amplitude is supplied with a time delay.

2. Control device according to claim i, characterized in that the delay circuit is in a known per se Motorized trailing unit exists.

3. Control device according to claim i, characterized in that that the delay circuit in an electrical relay, e.g. B. rotary magnet system, large inertia with tap, z. B. control potentiometer (u).