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Digitale Regeleinrichtung, insbesondere Regeleinrichtung für die Geschwindigkeit eines strömenden Mediums
Die Erfindung betrifft eine digitale Regeleinrichtung, insbesondere eine Regeleinrichtung'für die Geschwindigkeit eines strömenden Mediums, bei welcher in aufeinanderfolgenden Messperioden nach einem Vergleich des Istwertes mit dem Sollwert mittels übertragungseinrichtungen eine zusammengesetzte analoge Stellgrösse gewonnen wird.
Viele industrielle Verfahren umfassen zahlreiche verschiedene Regelgrössen, die gleichzeitig mit einem hohen Grad an Genauigkeit geregelt werden müssen. Solche Verfahren werden häufig automatisch unter Verwendung von Regeleinrichtungen durchgeführt, welche alle diese Grössen überwachen und sie auf vorbestimmten Pegeln halten. In einigen Arten von Regeleinrichtungen wird von jeder Regelgrösse ein getrenntes Signal erhalten. Dieses Istwertsignal, welches proportional dem Wert der Grösse ist, wird mit einem Bezugs- oder Sollwertsignal verglichen, das proportional demjenigen Wert der Grösse ist, auf dem die Grösse gehalten werden soll.
Die Differenz zwischen dem Istwert- und dem Sollwertsignal, d. h. die sogenannte Regelabweichung, ergibt nach weiterer Verarbeitung eine Stellgrösse, welche den Umfang der Korrektur, wenn eine solche notwendig ist, angibt, die zur Wiederherstellung des richtigen Pegels der Regelgrösse erforderlich ist.
Bei Regeleinrichtungen dieses Typs werden häufig das Istwertsignal und das Sollwertsignal in Digitalsignale umgeformt, welche eine Anzahl oder eine Anordnung diskreter Impulse enthalten, die die Grösse des jeweiligen Signals darstellen. Die beiden Digitalsignale werden dann verglichen, wobei bei dem einen der Signale so lange Impulse addiert oder subtrahiert werden, bis dieses Signal dem andern Signal gleich ist. Die Anzahl der addierten oder subtrahierten Impulse ist gleich der Differenz zwischen den beiden Signalen und bildet die Regelabweichung. Die Regelabweichung wird nach entsprechender weiterer Verarbeitung dazu verwendet, ein Stellglied, wie ein proportionales Ventil usw., zu betätigen, um die Regelgrösse so lange abzuändern, bis die Regelabweichung auf Null verringert ist, wodurch die Regelgrösse auf dem richtigen Pegel gehalten wird.
Normalerweise sind nun solche Stellglieder nicht in der Lage, auf Digitalsignale anzusprechen und müssen daher durch Analogsignale betätigt werden. Die im betrachteten Fall als Digitalsignal vorliegende Regelabweichung ist ausserdem von vergänglicher Art und verschwindet, bevor das Stellglied auf die aus der Regelabweichung gewonnene Stellgrösse ansprechen und die gewünschte Einstellung vornehmen kann. Infolgedessen ist es normalerweise notwendig, die digitale Regelabweichung in eine analoge Stellgrösse umzuformen, welche zur Betätigung eines Stellgliedes geeignet ist, und die analoge Stellgrösse für eine ausreichende Zeit beizubehalten, um das Stellglied zu betätigen.
Bei einem bereits vorgeschlagenen Signalumformer wird die digitale Regelabweichung in einen einzigen Impuls umgeformt, welcher eine der Grösse der Abweichung proportionale Zeitdauer hat. Dieser ausgewählte Impuls wird dann durch einen langsamen Integrator, wie eine Solionzelle, integriert, um eine analoge Stellgrösse zu erzeugen. Die sich ergebende Regelung ist teilweise eine Funktion der Grösse der Abweichung und teilweise eine Funktion der Grösse der Zeit, in der diese Abweichung vorhanden war, d. h. die Stellgrösse ist ein Integral der Regelabweichung. Im Falle einer abrupten
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Änderung in der Grösse der Abweichung ändert sich die Stellgrösse nicht abrupt proportional dazu.
Statt dessen baut sich die Stellgrösse allmählich bis zu einem Wert auf, der der Grösse der Abweichung entspricht.
Diese Form einer Regelwirkung ist gut geeignet für einige Arten industrieller Verfahren und insbesondere für Verfahren, bei denen eine Zeitverzögerung und eine allmähliche Änderung der
Regelgrössen erwünscht sind. Bei einigen Verfahrensarten ist es jedoch zweckmässig, die Werte der
Stellgrössen immer auf den Bezugs- oder Sollwert einzustellen, u. zw. unabhängig von der Geschwindigkeit irgendwelcher Änderungen der Regelgrössen. Dadurch wird die Stellgrösse direkt proportional der Grösse der Abweichung und unabhängig von der Zeit verändert.
Ziel der Erfindung ist es nun, diese beiden Regelarten in optimaler Weise zu kombinieren. Dies wird bei der eingangs näher bezeichneten digitalen Regeleinrichtung erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass als parallelschaltbare, einen proportionalen oder integralen Stellgrössenanteil liefernde Übertragungseinrichtung bipolare Signalumformer vorgesehen sind, denen Speicherstufen mit gegebenenfalls voneinander unterschiedlicher Aufkling- und Abklingzeitkonstante nachgeschaltet sind, und dass der Ausgang dieser Speicherstufen mit energieumsetzenden Speicherstufen verbunden ist, die mit einer zur Über- oder Minimalstrombegrenzung dienenden Rückkopplung versehen sind.
Gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung sind die energieumsetzenden Speicherstufen durch stromintegrierende Solionzellen gebildet, denen Strom- und Spannungswandler nachgeschaltet sind.
Die Erfindung wird nun an Hand einer in der Zeichnung in Form eines Blockdiagramms dargestellten Ausführungsform näher beschrieben.
Die erfindungsgemässe digitale Regeleinrichtung kann besonders in einer Regelanordnung angewendet werden, in der eine grosse Anzahl von Regelgrössen einzeln in irgendeiner vorbestimmten Beziehung geregelt werden muss. Die Regelanordnung --12-- enthält getrennte Messglieder zur Ermittlung der Istwerte und getrennte Stellglieder zur Regelung der Regelgrössen.
Zum Beispiel kann eine der Regelgrössen in dem Verfahren die Fliessgeschwindigkeit eines flüssigen oder gasförmigen Mediums durch eine Rohrleitung --14-- sein. Ein Messglied-16- ermittelt die Fliessgeschwindigkeit durch das Rohr--14--und erzeugt ein der Geschwindigkeit proportionales Istwertsignal. Ein Stellglied nach Art eines Ventils --18-- ist in der Leitung-14vorgesehen, um die Fliessgeschwindigkeit proportional zur Grösse einer an das Stellglied gelieferten Stellgrösse zu regeln.
Das Messglied--16--ist zusammen mit allen andern Messgliedern, welche die andern Regelgrössen in dem Verfahren überwachen, mit verschiedenen Eingängen --20-- eines Digitalkomparators--22--verbunden.
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Aufeinanderfolge mehrere Messglieder abgetastet bzw. mehrere Istwertsignale mit den entsprechenden Sollwertsignalen verglichen werden, zur Erzeugung getrennter Regelabweichungen an den Ausgängen - für jede Regelgrösse. Jeder der Ausgänge --23-- ist mit einer getrennten Ausgangsvorrichtung--10--verbunden, in welcher die Regelabweichung weiter verarbeitet wird und aus welchem eine Stellgrösse an das Stellglied--18--geliefert wird.
Dadurch entsteht eine getrennte geschlossene Schleife für jede Regelgrösse, wodurch jede Regelgrösse auf ihrem entsprechenden Pegel gehalten wird. Der Digitalkomparator--22-kann von jeder gewünschten Art sein. Im vorliegenden Fall ist er jedoch praktisch identisch mit einer bereits vorgeschlagenen Regelvorrichtung.
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Messglied erzeugt ein dem Istwert der überwachten Regelgrösse proportionales Analogsignal. Der Komparator --22-- formt in der Folge jedes dieser Analogsignale in ein Digitalsignal um und vergleicht es mit einem entsprechenden Digitalsollwertsignal.
Wenn eine Differenz zwischen den beiden Signalen besteht, werden bei dem einen der Signale Impulse digital addiert oder subtrahiert, bis die beiden Signale gleich sind. Die Anzahl der Impulse, die addiert oder subtrahiert wird, ist gleich der ursprünglichen Differenz zwischen den beiden Signalen und deshalb gleich der Regelabweichung. Demnach besteht jedes der Abweichungssignale des Komparators aus einer Reihe oder Folge periodischer Spannungsimpulse. Jeder Impuls ist von gleicher Bedeutung, wodurch die Gesamtanzahl der Impulse oder die Dauer der Impulsfolge proportional der Grösse der Abweichung ist. Die Polarität der Impulse in der Folge zeigt an, ob die Abweichung positiv oder negativ ist.
Eine getrennte Ausgangsvorrichtung --10-- ist für jede der zu überwachenden Regelgrössen vorgesehen ; jede Ausgangsvorrichtung--10--enthält einen Eingang--24--, der mit dem einen der Ausgänge--23--des Komparators--22--verbunden ist und von dort die Abweichungssignale
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Stromimpulse.
Die Umformung von Spannungsimpulsen in Stromimpulse kann durch irgendeine geeignete Vorrichtung geschehen. So kann z. B. ein Paar Transistoren od. ähnl. Bauelemente mit einander entgegengesetztem Aufbau mit gemeinsamer Basiselektrode geschaltet werden, um einen bipolaren Stromfluss auf Grund des Auftretens eines Spannungsimpulses am Eingang zu erzeugen. Der Umformer - kann einen getrennten Stromimpuls für jeden ankommenden Spannungsimpuls liefern. Es ist jedoch hinsichtlich der Dauer jedes Stromimpulses zweckmässig, wenn diese gleich dem Intervall zwischen den Spannungsimpulsen ist. Infolgedessen wird jedes Abweichungssignal in einen einzigen Stromimpuls umgewandelt, dessen Zeitdauer gleich der Dauer der Spannungsimpulsfolge ist.
Wenn die Abweichung in der einen Richtung vorliegt, werden die Spannungsimpulse von einer ersten Polarität sein, und der Strom wird in einer ersten Richtung fliessen. Wenn die Abweichung von entgegengesetzter Richtung ist, dann werden die Spannungsimpulse eine zweite Polarität aufweisen, und der Strom wird in der zweiten Richtung fliessen.
Der Signalumformer --30-- enthält eine Konstantstromquelle, die die Stromstärke an seinem Ausgang konstant hält. Demnach wird unabhängig von der Impedanz, die der Strom durchfliesst, oder von der Spannung über der Impedanz der Strom konstant sein, und das Integral des Stromes wird proportional seiner Zeitdauer sein.
Der Ausgang des Umformers --30-- ist mit einem schnellen Integrator --32-- verbunden, welchem er die Konstantstromimpulse liefert. Obwohl der Signalumformer --30-- kontinuierlich direkt mit dem Integrator --32-- verbunden sein kann, verwendet die Regelanordnung --12-- im vorliegenden Fall und insbesondere der Komparator--22--das Zeitteilungs-Multiplexverfahren, um die Überwachung einer grossen Anzahl von Regelgrössen zu ermöglichen. Infolgedessen sind der Signalumformer--30--und der schnelle Integrator --32-- miteinander durch einen Abtastschalter --34--- verbunden.
Der Schalter --34-- ist über einen Ausgang --33-- mit dem Komparator-22verbunden, um ein synchronisiertes Torschaltungssignal zu empfangen. Das Torschaltungssignal hält den Schalter --34-- normalerweise offen. Wenn der Komparator --22-- jedoch ein Abweichungssignal für die durch die Ausgangsvorrichtung --10-- überwachte Regelgrösse erzeugt, dann schliesst das Torschaltungssignal den Schalter --34-- für ein vorbestimmtes Zeitintervall. Das Konstantstrom- impulssignal vom Umformer --30-- wird durch den Schalter --34-- zum Integrator --32-hindurchgehen.
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--10-- fürAusgangsvorrichtung-10-zu verwenden.
Die Verstärkung der verschiedenen Umformer-30kann verändert werden, damit jedes der Abweichungssignale normiert werden kann, wodurch die Konstantstromsignale für jede Ausgangsvorrichtung--10-oder jeden Regelkanal einen vorbestimmten Höchstwert haben.
Der Integrator --32-- dient zur Integration des Stromflusses in den einzelnen Abweichungssignalen. Zum Beispiel enthält der Integrator --32-- einen Kondensator, welcher eine Ladung für einen ausgedehnten Zeitraum speichern kann. Der Kondensator ist mit dem Schalter - durch einen niederohmigen Pfad verbunden, welcher einen Ladeweg mit sehr kurzer
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wird der Stromfluss in den Kondensator während des ganzen Signals konstant gehalten. Infolgedessen ist die in dem Kondensator gespeicherte Ladung und die an diesem liegende Spannung eine lineare Funktion der Dauer des Stromimpulses vom Umformer-30-, welcher wieder proportional der Grösse des Abweichungssignals ist.
Der Ausgang des schnellen Integrators--32--ist mit dem Eingang eines Integrators--36-verbunden, welcher eine Ladung ansammeln oder Strom integrieren und einen dazu proportionalen
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kontinuierlichen Ausgangsstrom erzeugen kann.
Obwohl der Integrator --36-- von jeder gewünschten Art sein kann, hat sich herausgestellt, dass eine sogenannte Solionzelle besonders gut für diesen Zweck geeignet ist. Eine Solionzelle ist ein elektronisches Bauelement, welches durch Regelung und Überwachung einer reversiblen elektrochemischen Reaktion in einer in der Solionzelle enthaltenen elektrolytischen Lösung funktioniert. Die verwendete Reaktion ist eine sogenannte Redoxreaktion, in der einer oder mehrere der Bestandteile in der elektrolytischen Lösung oxydiert und auf Grund der sich ansammelnden Ladung von durch die Solionzelle fliessenden Strom reduziert wird. Die Richtung der Reaktion ist auf Grund der Stromrichtung reversibel.
Die elektrolytische Lösung ist in einen geeigneten Behälter hermetisch eingeschlossen. Ein Paar
Endelektroden wird in den Elektrolyten nahe den einander gegenüberliegenden Enden des Behälters eingetaucht. Diese Endelektroden bestehen aus einem inerten Material, wie Platin, und sie werden in dem Elektrolyten nicht angegriffen. Eine Schirmelektrode und eine Ableseelektrode, die ebenfalls aus einem inerten Material bestehen, sind zwischen den Endelektroden angeordnet. Diese Elektroden teilen den Innenraum der Kapsel in drei getrennte Abteile. Die Schirm- und Ableseelektroden sind perforiert, so dass der Elektrolyt und die Ionen darin zwischen den Abteilen zirkulieren können.
Das Abteil zwischen der Schirmelektrode und der ersten Endelektrode wird allgemein als Behälter bezeichnet und bildet das grösste Abteil. Das Abteil zwischen der Ableseelektrode und der zweiten
Endelektrode wird allgemein Integralabteil genannt. Normalerweise ist das Integralabteil sehr klein, und eine Gleichgewichtsverteilung von Ionen in dem Integralabteil kann innerhalb verhältnismässig kurzer
Zeit erreicht werden. Das Abteil zwischen der Schirm- und der Ableseelektrode dient zur Trennung dieser Elektroden voneinander. Der Elektrolyt in allen Abteilen enthält sowohl oxydierte als auch reduzierte Exemplare eines Ions des Elektrolyten.
Die Ionen fliessen zwischen dem Behälter und dem Integralabteil immer dann, wenn ein Strom zwischen den beiden Endelektroden fliesst. Die Menge der übertragenen Ionen ist ein Integral des
Ladestromes, welcher zwischen den Endelektroden geflossen ist. Wenn eine Spannung zwischen der Ableseelektrode und einer Endelektrode angelegt wird, werden die Ionen an der einen Elektrode oxydiert und im gleichen Masse an der andern Elektrode reduziert, wodurch ein Strom zwischen den beiden Elektroden fliessen wird. Wenn die Spannung zwischen diesen Elektroden irgendwo in einem ausgedehnten Wertebereich gehalten wird, dann wird die Grösse des Stromflusses in der Ableseelektrode allein durch die Konzentration der Ionen im Integralabteil bestimmt. Solange die Ionenkonzentration sich nicht verändert und eine Spannung an die Ableseelektrode angelegt wird, wird der Strom konstant bleiben.
Infolgedessen ist der zwischen der End- und der Ableseelektrode fliessende Strom ein Integral des Stromes, der vorher zwischen den beiden Endelektroden geflossen ist. Dies ist ein vollständig reversibler Prozess, wodurch der Ladestrom zwischen den Endelektroden in irgendeiner Richtung fliessen und der Ausgangsstrom in der Elektrode infolge der Tatsache gesteigert und verringert werden kann, dass sich das Integral des Ladestromes vergrössert oder abnimmt.
Die Endelektroden der Solionzelle sind mit dem schnellen Integrator--32--oder dem Kondensator darin verbunden. Wenn infolgedessen ein Abweichungsstromimpuls am Ausgang des Signalumformers--30--auftritt, während der Schalter --34-- geschlossen ist, wird der Integrator - 32--sofort den Strom in dem Impuls integrieren. Das integrierte Signal oder die gespeicherte Ladung wird dann vom schnellen Integrator--32--in den langsamen Integrator --36-- oder die Solionzelle darin übertragen.
Jedesmal, wenn ein Digitalsignal vom Integrator--32--zum Integrator--36--Hiesst, wird die Ionenkonzentration im Integralabteil der Solionzelle proportional einem Integral des Stromes und auch der Anzahl der Impulse verändert, die in dem ursprünglichen Spannungsdigitalsignal auf den Eingang --24-- gegeben wurden. Die Polarität des ursprünglichen Signals bestimmt die Fliessrichtung von Strom, die durch die Solionzelle entwickelt wird. Da der Redoxprozess in der Solionzelle vollständig reversibel ist, wird die sich ergebende Änderung in der Ionenkonzentration nicht nur die Anzahl der Impulse im Abweichungssignal, sondern auch die Polarität wiedergeben. Es ist demnach zu sehen, dass durch Aufbringung einer Spannung über die Ableseelektrode und einer der Endelektroden ein analoger Strom in der Ableseelektrode erzeugt wird.
Demnach wird der Strom vom Integrator - solange anhalten, wie die Spannung angelegt bleibt, und er wird eine Amplitude haben, die dem Integral des ursprünglichen Digitalsignals entspricht.
Normalerweise gibt es einen hohen Grad an Linearität zwischen der Gesamtladung, d. h. dem Integral des zwischen den Endelektroden zugeführten Stromes, und dem Strom von der
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Ableseelektrode. Wenn jedoch die Frequenz der an eine Solionzelle gelieferten Stromimpulse eine vorbestimmte Höhe überschreitet, dann neigt die Linearität zu einer Abnahme bei weiterer Steigerung der Frequenz des Stromes. Der schnelle Integrator--32--integriert den Strom in dem kurzen
Zeitintervall, während dessen das Abweichungssignal auftritt. Der Pfad zur Entladung des Stromes von der Kapazität im Integrator-32-enthält einen geeigneten Widerstand, um die Integrationsperiode auf ein Intervall zu strecken, welches in der Zeitgrössenordnung zwischen aufeinanderfolgenden
Abweichungssignalen liegt.
Dadurch wird die Frequenz des Signals sicher in den linearen Bereich einer
Solionzelle verringert.
Das Signal vom Solionzellenintegrator--36--ist ein Strom, dessen Amplitude proportional dem ursprünglichen Digitalsignal ist, das an den Eingang --24-- geliefert wurde, und es wird auf dieser Amplitude bleiben, bis eine neue Ladung vom schnellen Integrator --32-- übertragen wird. Die
Amplitude des Stromes ist jedoch normalerweise sehr klein und liegt z. B. im Bereich von 1 mA. Um die
Amplitude des Stromsignals auf einen brauchbareren Pegel zu erhöhen, werden ein
Strom-Spannungs-Signalumformer und ein Verstärker --38-- verwendet.
Es ist zweckmässig, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches ein Stromsignal an Stelle eines
Spannungssignals ist ; der Verstärker --38-- kann mit einem Spannungs-Strom-Signalumformer --40-- verbunden werden. Diese Stufe --40-- kann auch Verstärkungsmittel enthalten, um die Signalamplitude weiter zu steigern.
Der Ausgang vom Verstärker ---40-- ist mit dem Stellglied --18-- mit Hilfe eines Wählschalters-42-verbunden. Wenn der bewegliche Kontakt des Schalters --42-- am festen Kontakt --44-- liegt, wird das Stellsignal vom Verstärker --40-- auf das Stellglied-18gegeben. Das Stellsignal verändert die Einstellung des Stellgliedes-18-, um die Regelstrecke zu beeinflussen.
Wenn die Stromsignale des Verstärkers --40-- zur Regelung eines Stellgliedes-18verwendet werden, ist es häufig zweckmässig, den maximal möglichen Stellstrom auf einen Wert zu begrenzen, welcher das Stellglied nicht überlastet. Ausserdem ist es auch üblich, bei Regeleinrichtungen den Mindeststrom auf irgendeinen bestimmten Schwellenpegel zu begrenzen. Infolgedessen wird ein Nullzustand durch einen Strom gleich dem Schwellenpegel dargestellt, und ein Nullstromsignal wird eine unzweideutige Anzeige eines Versagens oder eines Fehlers sein.
Um obere und untere Grenzen für den Ausgangsstrom zu schaffen, ist ein Begrenzungsabschnitt - vorgesehen. Der Begrenzungsabschnitt-46-ist mit dem Ausgang des Strom-Spannungs-Umformers-38-verbunden. Der Begrenzer --46-- empfängt demnach ein Signal, welches proportional dem integrierten Signal von der Solionzelle im langsamen Integrator - ist. Der Ausgang des Begrenzers-46-ist mit dem Eingang des Integrators-36verbunden, um an diesen Strom zu liefern. Der Begrenzer --46-- spricht auf festgesetzte Grenzen an, und wenn das Signal vom Umformer --38-- dazu neigt, irgendeine der Höchst- oder Mindestgrenzen zu überschreiten, dann wird der Begrenzer --46-- einen Strom in die Solionzelle-36-- zurückkoppeln.
Dadurch wird die Ladung in der Zelle innerhalb bestimmter Grenzen gehalten, und es werden die Extreme des an den Schalter ---42-- gelieferten Signals begrenzt.
Gemss dem bis jetzt beschriebenen Abschnitt des Steuersystems wird das Messglied--16-den Istwert ermitteln und ein analoges Istwertsignal erzeugen. Dieses analoge Signal wird in den direkten Digitalkomparator-22-gegeben, wo es mit einem digitalen Sollwertsignal verglichen wird. Dieser Vergleich erzeugt ein digitales Abweichungssignal proportional der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert.
Das digitale Abweichungssignal wird an den Signalumformer--30--geliefert, wo es in einen Konstantstromimpuls mit einer Zeitdauer proportional der Grösse der Abweichung umgeformt wird. Das Abweichungssignal läuft dann mit hoher Geschwindigkeit durch den Abtasterschalter--34--und in
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die übertragene Ladung an und erzeugt einen Strom, welcher proportional dem Integral der Abweichung ist. Die zur Übertragung der Ladung benötigte Zeitperiode liegt in der Grössenordnung des Intervalles zwischen aufeinanderfolgenden Abweichungssignalen. Der Strom des Integrators-36-wird jedoch solange anhalten, wie die Zelle erregt ist und die zugeführte Ladung nicht verändert wird.
Der Strom des Integrators-36-fliesst dann durch die Verstärker --38 und 40--, deren Ausgangssignal gelangt über den Schalter --42-- zum Stellglied --18--, um die Regelgrösse zu verändern. Unter der Voraussetzung, dass das Stellsignal innerhalb der durch den Begrenzer --46-erlaubten Grenzen liegt, wird die Grösse des Stellsignals sich allmählich über einen Zeitraum aufbauen,
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bis sie der Abweichung proportional ist. Demnach wird das Stellsignal eine Funktion sowohl der Grösse als auch der Zeitdauer des Abweichungssignals sein : hiebei ergibt sich eine allmähliche Änderung der Regelgrösse und eine Zeitverzögerung in der Änderung.
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--28-- vorgesehen,--50-- kann im wesentlichen mit dem Umformer --30-- des ersten Zweiges--26-identisch sein.
Der Umformer --50-- empfängt die das Abweichungssignal bildenden Spannungsimpulse und formt sie in einen Stromimpuls mit konstanter Amplitude um, dessen Zeitdauer proportional der Anzahl der Impulse im Abweichungssignal oder der Zeitdauer der Impulsfolge ist.
Der Ausgang des Signalumformers --50-- ist mit einem zweiten Abtastschalter-52-verbunden, welcher im wesentlichen mit dem ersten Abtastschalter --34-- identisch ist. Der Schalter ---52-- ist mit dem einen der Ausgänge --3-- des Digitalkomparators --2-- verbunden, Der Ausgang --33-- öffnet und schliesst den Schalter--52--synchron mit dem ersten Schalter --34-- und während des Intervalles, in dem das zugehörige Signal am Ausgang --23-- vorliegt.
Demnach wird das Konstantstromsignal vom Signalumformer --50-- durch den Abtastschalter --52-- nur während derjenigen Intervalle durchgelassen, in denen der Digitalumformer--22--ein Abweichungssignal für die von der Asugangsvorrichtung --10-- erfasste Regelgrösse erzeugt.
Der Ausgang des Abtastschalters-52-ist mit einem schnellen Integrator verbunden, welcher den vom Signalumformer--50--erzeugten Konstantstromimpuls empfangen kann. Dieser Integrator ---54-- kann praktisch mit dem Integrator --32-- identisch sein, und er enthält einen Kondensator oder ein ähnliches Bauelement, welches die gesamte Ladung im Stromfluss vom Umformer--50--ansammeln kann. Der Ladeweg zur Ansammlung der Ladung besitzt vorzugsweise eine sehr kurze Zeitkonstante, um das Aufladen in weniger als der Zeitdauer des Abweichungssignals zu erlauben. Die Spannung der im Kondensator angesammelten Ladung ist proportional der Grösse der Ladung.
Wie ersichtlich wird, unterscheidet sich dieser Integrator--54--von dem Integrator-32in den folgenden Punkten : Der Integrator-32-überträgt seine gespeicherte Ladung zum Integrator - -36-- verhältnismässig langsam. Infolgedessen fällt die Spannung der Ladung im Integrator-32allmählich, so wie die Ladung vom Kondensator übertragen wird. Im Gegensatz dazu ist es für den
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welche beträchtlich grösser als die Kapazität des Integrators --32-- ist, wodurch der Verlust einer vorbestimmten Ladungsmenge die Spannung der Ladung nicht wesentlich verringert.
Dadurch wird ein "Speicher" geschaffen, welcher die Spannung der gespeicherten Ladung auf einem nahezu konstanten
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der beiden Signale an den Eingängen --58 und 60-und erzeugt ein Differenzsignal am Ausgang - -62--. Dieses Signal besitzt eine Amplitude und eine Polarität, welche durch die Differenz zwischen den Grössen der Signale an den beiden Eingängen--58 und 60--und durch die Polarität der Differenz bestimmt sind.
Der Ausgang-62-des Komparatorverstärkers-56-steht mit dem Signaleingang - einer Kombination aus Schalter und Konstantstromquelle --64-- in Verbindung. Der Schalter--64--besitzt einen Torschaltungs-oder Steuereingang--68--, welcher den Schalter ---64-- öffnet und schliesst und das Signal am Signaleingang --56-- abblockt bzw. durchlässt. Der Steuereingang --68-- ist mit einem geeigneten Signaldetektor oder Nullsensor-70-verbunden.
Der Nullsensor-70-ist mit dem Ausgang-62-des Komparators-56-verbunden und spricht auf die Grösse des Differenzsignals an. Wenn ein Differenzsignal existiert, wird der Nullsensor-70--ein Signal an den Eingang --68-- liefern und den Schalter --64-- geschlossen halten. Dadurch kann das Differenzsignal unabhängig von seiner Grösse durchgehen. Der Schalter --64-- enthält auch eine Konstantstromquelle, welche den Ausgangsstrom gleich einer konstanten Menge hält, wann immer der Schalter geschlossen ist. Unabhängig von der Amplitude des an den Signaleingang gelieferten Differenzsignals wird demnach, wenn ein Differenzsignal existiert, der Strom
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verhindern.
Es ist so zu sehen, dass der Komparator --56-- die beiden Signale an den beiden Eingängen --58 und 60--vergleicht und dass, wenn ein Differenzsignal vorliegt, der Schalter--64-- geschlossen bleibt und den Durchgang des Differenzsignals in Form eines Konstantstromsignals erlaubt.
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oder Stromfluss davon verhindern.
Der Ausgang des Schalters --64-- ist mit einem langsamen Integrator --72-- verbunden.
Dieser Integrator --72-- integriert den daran gelieferten Strom und hält ein Ausgangssignal aufrecht, dessen Amplitude proportional dem Integral des Stromes ist. Dementsprechend kann dieser Integrator - 72-ähnlich dem langsamen Integrator --36-- sein, indem er auch eine Solionzelle enthält. Die beiden Endelektroden der Zelle sind mit dem Schalter --64-- verbunden, wodurch der Elektrolyt in der Zelle proportional der Strommenge durch die Zelle reduziert oder oxydiert wird. Die Ableseelektrode erzeugt dann einen kontinuierlichen Ausgangsstrom, welcher proportional der vom Schalter --64-- gelieferten Gesamtladung ist.
Der Ausgang des Integrators --72-- liegt an einer Verstärkungsvorrichtung, die das Signal auf
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--18-- gestattet.Insbesondere enthält sie einen Strom-Spannungs-Umformer und Verstärker--74--sowie einen Spannungs-Strom-Umformer und Verstärker-76-. Der erste Verstärker --74-- formt das Stromsignal in ein Spannungssignal um und verstärkt es auf einen brauchbareren Pegel. Der zweite
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--76-- steht- 78-- des Schalters --42-- in Verbindung. Wenn der bewegliche Kontakt auf den festen Kontakt - bewegt wird, wird das Signal vom zweiten Zweig --28-- auf das Stellglied-18geliefert, und es wird diesen betätigen sowie die von der Regeleinrichtung überwachte Regelgrösse verändern.
Der Ausgang des Strom-Spannungs-Umformers und Verstärkers-74-ist mit dem zweiten Eingang --60-- des Komparatoverstärkers --56-- verbunden. Es ist demnach zu sehen, dass ein Teil des Ausgangssignals auf den Verstärker-56-gelangt und mit der Amplitude der im schnellen
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--54--- angesammeltenDifferenzsignal am Ausgang --62-- erscheinen. Dieses Signal wird vom Nullsensor --70-- ermittelt, wodurch ein Torschaltungssignal den Schalter geschlossen halten wird. Das Differenzsignal wird dann durch den Schalter --64-- in Form eines Konstantstromsignals durchgehen. Der Strom wird dann in den Integrator --72-- fliessen.
Wenn die Ladung in der Solionzelle angesammelt ist, wird die Menge des vom Ausgang der Zelle fliessenden Stromes in Abhängigkeit von der Polarität der Differenz
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Strom-Spannungs-Umformer und Verstärker --74-- das sich verändernde Stromsignal in ein verstärktes Spannungssignal umformen, welches auch eine sich verändernde Amplitude hat. Obwohl
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sich verändernden Signals gleich der Amplitude des Signals am Eingang --58-- werden, und jegliche Differenz dazwischen wird verschwinden.
Der Nullsensor --70-- spricht auf dieses Differenzsignal an und liefert ein Ausgangs- oder Torschaltungssignal. Wenn die Differenz verschwindet, wird der Nullsensor --70-- diesen Nullzustand ermitteln und ein Torschaltungssignal liefern, welches den Schalter --64-- öffnet. Wenn der Schalter - öffnet, wird kein neuer Strom in die Solionzelle fliessen, um dadurch deren gespeicherte Ladung zu verändern. Solange der Schalter ---64-- offen bleibt, wird die Ladung konstant bleiben, und der Strom des Integrators --72-- wird konstant bleiben. Die in den Integrator-72- übermittelte Ladung wird von dem Schalter --64-- zugeführt. Infolgedessen wird nur eine geringe,
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wenn überhaupt eine Ladung vom schnellen Integrator während des Vergleiches übertragen werden.
Wenn die Ladung im Integrator --72-- ein Signal am Eingang--60--liefert, welches gleich dem Signal am Eingang --58-- ist, sind die im Integrator --72-- angesammelte Ladung und das Signal
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--52-- den- einschaltet, wird das Messglied --16-- ein analoges Istwertsignal erzeugen. Dieses Analogsignal wird in den Digitalkomparator--22--gegeben, wo es mit dem digitalen Sollwertsignal verglichen wird. Dieser Vergleich erzeugt ein digitales Abweichungssignal proportional der Differenz zwischen dem Istwertsignal und dem Sollwertsignal.
Das digitale Abweichungssignal wird über den Eingang --24-- auf den Signalumformer --50-- gegeben, wo es in einen Konstantstromimpuls oder in eine Impulsfolge umgewandelt wird, deren Zeitdauer proportional der Grösse der Abweichung ist. Das Abweichungssignal, welches jetzt die Form eines Stromsignals hat, läuft dann durch den Abtastschalter --52-- und in den schnellen Integrator und Speicher --54-- mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit. Vor der Lieferung der Ladung an den Integrator --54-- wird jedoch erst jede darin gespeicherte Ladung durch ein entsprechendes Signal vom Digitalkomparator--22--entfernt. Infolgedessen speichert der Integrator eine Ladung, deren Potential proportional der Grösse des Abweichungssignals ist.
Der Komparatoverstörker --56-- vergleicht das Abweichungssignal am Eingang --58-- mit dem Rückkopplungssignal am Eingang--60-. Wenn eine Differenz zwischen diesen beiden Signalen vorliegt, wird der Nullsensor --70--- den Schalter --64- geschlossen halten, und das Differenzsignal wird in den Solionzellenintegrator-72-gekoppelt. Wenn sich die Ladung in der Solionzelle verändert, wird sich die Amplitude des Rückkopplungssignals zum Eingang --60-- der
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Wenn überhaupt, dann wird nur eine kleine Ladung infolgedessen vom Integrator --54-- entfernt werden, wodurch die Spannung der Ladung praktisch konstant bleibt, bis ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist. Das Ausgangssignal vom Strom-Spannungs-Umformer--74--wird dann durch den Spannungs-Strom-Umformer-76--, durch den Schalter --42-- und auf das Stellglied-18gelangen. Das nächste Mal, wenn der Digitalkomparator-22-das analoge Signal vom Messglied --16-- abnimmt, wird der schnelle Kondensatorintegrator--54--erneut gelöscht und aufgeladen, wodurch der vorangegangene Vorgang wiederholt werden kann.
Es ist zu bemerken, dass das Signal des Zweiges--26--einem Integral des Abweichungssignals entspricht. Infolgedessen wird das auf das Stellglied--18--gelieferte Stellsignal eine verhältnismässig allmähliche Änderung in der Grösse der an der Regelgrösse vorgenommenen Veränderung bewirken. Das im Zweig--28--erzeugte Steuersignal wird jedoch der Abweichung direkt proportional sein und infolgedessen eine wesentlich abruptere und schnellere Änderung im Stellsignal erzeugen. Obwohl beide Regelarten für gewisse Arten von Vorgängen geeignet sind, hat es sich unter einigen Bedingungen als zweckmässig erwiesen, ein Stellsignal zu schaffen, welches teilweise der Abweichung direkt proportional und teilweise dem Integral der Abweichung proportional ist.
Unter diesen Umständen wird der Ausgang des Strom-Spannungs-Umformers--74--mit einem Eingang des Spannungs-Strom-Umformers - über einen Schalter--80--verbunden. Wenn dieser Schalter --80-- schliesst, werden sowohl das integrale Stellsignal als auch das proportionale Stellsignal auf den Spannungs-StromUmformer--40--gegeben, wie sie sich in bestimmten vorbestimmten Anteilen kombinieren. Indem der bewegliche Kontakt des Schalters --42-- auf den festen Kontakt --44-- bewegt wird, wird dieses Kombinationssignal auf das Stellglied --18-- gegeben.
Nach einer andern Möglichkeit kann ein Schalter --82-- vorgesehen sein, um den Ausgang des Schalters-64--im Zweig-28-mit dem Eingang des langsamen Integrators --36-- im Zweig - -26-- zu verbinden. Dadurch kann der Zweig --28-- ein Rückkopplungssignal des Ausgangssignals zum Eingang --60-- erzeugen, um die Solionzellen in beiden Integratoren-36 und 72-mit Strommengen zu laden, welche der Grösse der Abweichung entsprechen. Demnach wird die Solionzelle --36-- proportional zum Abweichungssignal und zum Integral des Abweichungssignals geladen.
Es ist demnach zu sehen, dass eine Regeleinrichtung geschaffen wurde, welche die Grösse der Regelabweichung ermitteln und Stellsignale liefern kann, die das Stellglied betätigen, um die Abweichung auf eine Mindestgrösse zu verringern.