DE1906836C3

DE1906836C3 - Adaptivregeleinrichtung für einen Regelkreis

Info

Publication number: DE1906836C3
Application number: DE1906836A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Ing. Speth; Rudolf Dipl.-Ing. Westermayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-02-12
Filing date: 1969-02-12
Publication date: 1975-01-02
Also published as: CA939789A; DE1906836B2; DE1906836A1; GB1302924A; JPS4934229B1; US3633086A

Description

beschleunigungsbegrenzten Stellantrieb und einem

überlagerten Regler, dessen Verstärkung von der

Amplitude einer Regelgröße gegenläufig beein- io

flußt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

eine vom Eingangssignal des dem Stellantrieb (2) Sehr viele technische Regelanordnungen weisen

zugeordneten unterlagerten Reglers (1) abhängige Stellantriebe auf, deren Beschleunigung oder deren

Größe als verstarkungsbeeinflusser.de Regel- Geschwindigkeit begrenzt ist. Ursache derartiger Be-

größe verwendet ist. 15 grenzungen können z. B. die Leistungsbegrenzung

2. Adaptivregeleinrichtung nach Anspruch 1, des Stellmotors, die Sättigung bzw. Aussteuerung dadurch gekennzeichnet, daß der überlagerte eines Regelverstärkers oder Relaiselementes sein. Die Regler (7) aus einem Verstärker (8) mit einem infolge von Begrenzungen bedingte und hinzunachgeschalteten Quotientenbildner (9) aufgebaut nehmende Nichtlinearität steht so lange einem stabilst, dessen Divisoreingang vom Eingangssignal des 20 len und optimierbaren Regel verhalten nicht entgegen, dem Stellantrieb (2) zugeordneten unterlagerten als der Stellantrieb für sich betrieben wird. Sind ihm Reglers (1) beeinflußt ist. jedoch innerhalb eines Regelungssystems weitere Re-

3. Adaptivregeleinrichtung nach Anspruch 1, gelschleifen überlagert und weist dieses System ein dadurch gekennzeichnet, daß der überlagerte oder mehrere Speicherglieder auf, dann ist durch die Regler (7) aus einem Verstärker (8) mit einem 25 Begrenzung eines unterlagerten Stellantriebs bei Vornachgeschalteten Multiplizierer (36) aufgebaut ist, handensein eines Speichergliedes bereits schon eine dessen zweiter Eingang über einen Funktions- optimale Regelung, bei mehreren Speichergliedern generator (37) von der Amplitude des Eingangs- schließlich auch die dynamische Stabilität der Gesignals (<?) des dem Stellantrieb zugeordneten samtregelanordnung in Frage gestellt. Diese Gefahr unterlagerten Reglers (1) beeinflußt ist. 30 besteht besonders bei schnellen Regelungen — bei-

4. Adaptivregeleinrichtung nach Anspruch 3, spielsweise bei der Regelung flüssiger oder gasfördadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgene- miger Durchflüsse oder bei der Druckregelung von rator (37) einen elektronischen Verstärker (40) Speichern, wo motorisch angetriebene Ventile verenthält, in dessen Gegenkopplungskreis mehrere, wendet werden. Dasselbe Problem tritt auch bei der mit unterschiedlichen Gleichspannungen vorge- 35 Stabilisierung von Schiffen auf, bei denen verstellbare spannte und in Reihe mit Widerständen (Al, R2, Stabilisierungsflossen, Tankwassermassen oder auf R 3) geschaltete Schwellwertdioden (41, 42) par- Schienen bewegte Wagen verwendet werden. Aus allel zueinander angeordnet sind. wirtschaftlichen Gründen können die Stellglieder be-

5. Adaptivregeleinrichtung nach den An- züglich ihrer Verstellgeschwindigkeit und ihres Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen 40 triebsmoments nie so ausreichend dimensioniert wer-Spitzengleichrichter (10) zur Erfassung der Am- den, daß damit die größten am Schiff angreifenden plitude des Eingangssignals des dem Stellantrieb krängenden Momente des Seegangs genügend schnell (2) zugeordneten unterlagerten Reglers (1). kompensiert werden können. Die daher gegebenen

6. Adaptivregeleinrichtung nach den An- Begrenzungen der Stellantriebe verschlechtern das Sprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß 45 Dämpfungsverhalten der ihnen überlagerten Regelder dem Stellantrieb (2) zugeordnete unterlagerte kreise und können die Stabilität des Regelungs-Regler (1) einen Verstärker (5) aufweist, dessen systems insgesamt gefährden.

Verstärkungsgrad jeweils umgekehrt proportional Es ist bereits eine Adaptivregeleinrichtung für

seiner Ausgangsspannung ist und dessen Aus- Flugzeugselbststeueranlagen bekannt, bei dem zur

gangssignal als verstärkungsbeeinflussende Regel- 50 Gewährleistung eines optimalen Regelverhaltens die

größe für den überlagerten Regler (7) verwendet Verstärkung an stark veränderliche Betriebsbedin-

ist. gungen angepaßt wird (deutsche Auslegeschrift

7. Adaptivregeleinrichtung nach den An- 1 263 146). Hierzu wird die Regelabweichung des Sprüchen 1 bis 5 zur Schlingerdämpfung von überlagerten Reglers einem Selbstanpassungsrechner Schiffen mittels bewegter Massen oder durch 55 zugeführt, dessen Ausgangssignal die Verstärkung des Flossenverstellung, wobei der dem Stellantrieb überlagerten Reglers gegenläufig beeinflußt. Bei zugeordnete unterlagerte Regler einen Verstärker einem Regelkreis mit einem in einer unterlagerten aufweist, dessen Verstärkungsgrad jeweils um- Regelschleife geregelten Stellantrieb und einem übergekehrt proportional seiner Ausgangsspannung lagerten Regler kann jedoch einer Übersteuerung des ist, gekennzeichnet durch einen weiteren Ver- 60 geschwindigkeits- und/oder beschleunigungsbegrenzstärker (23) mit ausgangsspannungsproportionaler ten Stellantriebs nicht rasch genug entgegengewirkt Verstärkung, der vom Istwert (φ) des dem Stell- werden, wenn als Kriterium zur Beeinflussung der antrieb (2) zugeordneten unterlagerten Reglers Verstärkung des überlagerten Reglers die Regelabil) über einen Spitzengleichrichter (10) beauf- weichung herangezogen wird, die sich erst über die schlagt ist und seinerseits die Verstärkung des 65 Regelstrecke als Integral- oder Verzögerungsglied überlagerten Reglers (7) beeinflußt. einstellen kann.

8. Adaptivregeleinrichtung nach Anspruch 7, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dadurch gekennzeichnet, daß dem überlagerten einem Regelkreis aus einer unterlagerten Regel-

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schleife und einem überlagerten Regler eine Über- Anstatt die Verstärkung des überlagerten Regle; s steuerung des geschwindigkeit=- und/oder beschleuni- auf diese Weise in Abhängigkeit von der Regelabgungsbegrenzten Stellenantriebs mit Sicherheit zu ver- weichung des ihm unterlagerten, dem Stellantrieb zumeiden, geordneten Reglers beeinflussen zu lassen, erweist es

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- 5 sich bei der Schlingerdämpfung von Schiffen, bei

löst, daß eine vom Eingangssignal des dem Stell- denen mit periodischen Laststörungen zu rechnen ist,

antrieb zugeordneten unterlagerten Reglers abhän- als regeldynamisch günstiger, vom Istwert des unter-

gige Größe als verstärkungsbeeinflussende Regel- lagerten Reglers die zur Beeinflussung der Verstär-

größe verwendet ist. kung des überlagerten Reglers dienende Größe ab-

Dadurch wird einer beginnenden Übersteuerung io zuleiten. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Er-

des Stellantriebs sofort durch entsprechende Vermin- findung wird daher ein weiterer Verstärker mit aus-

derung der Verstärkung des überlagerten Reglers gangsspannungsproportionaler Verstärkung verwen-

entgegengewirkt. Die genannte, vom Eingangssignal det, der vom Istwert des dem Stellantrieb zugeord·

des unterlagerten Reglers abhängige Größe kann da- neten unterlagerten Reglers über einen Spitzengleichbei eine vorn Sollwert des dem Stellantrieb zugeord- 15 richter beaufschlagt ist und seinerseits die Verstär-

neten unterlagerten Reglers, eine von seinem Istwert kung des überlagerten Reglers beeinflußt,

oder eine von der Differenz dieser beiden Werte ab- Von Vorteil erweist sich ferner, wenn nach einer

geleitete Größe sein. Eine beginnende Übersteuerung weiteren Ausgestaltung der Erf ndung dem überlager-

des Stellantriebs wird sofort erfaßt und in Abhängig- ten Regler als Istwert eine der Schlingergeschwindigkeit vom Grad der Übersteuerung wird die Verstär- ao keit proportionale Größe zugeführt ist. Dem Schlin-

kung des überlagerten Reglers selbsttätig zurück- gergeschwindigkeitsregler kann dabei ein weiterer

genommen. Dadurch werden vorteilhafte Dämpfungs- Regler für den Sohlingerwinkel überlagert sein,

eigenschaften des Regelkreises auch bei übersteuern- Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines

den Stellbefehlen erhalten. Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Eine einfache Möglichkeit der Einflußnahme auf as Fig. I zeigt einen geregelten Stellantrieb, bedie Verstärkung des überlagerten Reglers besteht stehend aus einem Lagerregler 1 und einem Stellnach einer Ausgestaltung der Erfindung darin, daß motor 2, dessen Drehzahl η und dessen Strom / bzw. der überlagerte Regler aus einem Verstärker mit dessen stromproportionale Beschleunigung b in je einem nachgeschalteten Quotientenbildner aufgebaut einer inneren Regelschleife mittels eines Drehzahlist. Der Divisoreingang des Quotientenbildners wird 30 reglers 11 und eines Stromreglers 3 geregelt werden vom Eingangssignal des dem Stellantrieb zugeord- nach Maßgabe der diesen Reglern vorgeschriebenen neten unterlagerten Reglers beeinflußt. Hilfsollwerte n* und 1*. Der Drehzahlistwert η

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird dabei von einer mit dem Motor 2 mechanisch kann der überlagerte Regler aus einem Verstärker gekuppelten Tachodynamo T geliefert, während der mit einem nachgeschalteten Multiplizierer aufgebaut 35 Stromistwert i einem im Ankerkreis des Motors ansein. Der zweite Eingang des Multiplizierers ist dann geordneten Stromwandler entnommen wird. Der über einen Funktionsgenerator von der Amplitude Stellmotor 2 ist mit einem Untersetzungsgetriebe G des Eingangssignals des dem Stellantrieb zugeord- gekuppelt. Der Ausgang des Drehzahlreglers 11 ist neten unterlagerten Reglers beeinflußt. Durch den durch zwei Begrenzungsanschläge 4 beidseitig auf Funktionsgenerator kann dann auf relativ einfache 40 maximal« Werte begrenzt, so daß es sich hier um Weise die Art der Einflußnahme auf die Verstärkung einen beschleunigungsbegrenzten Stellantrieb handelt, des überlagerten Reglers den jeweiligen Verhältnissen Damit dieser schnelligkeitsoptimal ist, d. h. die Ausangepaßt werden. Der Funktionsgenerator wird vor- regelung einer auftretenden Lageregelabweichung Λ zugsweise einen elektronischen Verstärker enthalten, stets mit maximal möglichem Strom bzw. der Maxiin dessen Ge^enkopplungskreis mehrere, mit unter- 45 malbeschleunigung erfolgt, ist in an sich bekannter schiedlichen Gleichspannungen vorgespannte und in Weise der Verstärker 5 des Lagereglers 1 so ausgebil-Reihe mit Widerständen geschaltete Schwellwert- det, daß sein Verstärkungsgrad jeweils umgekehrt dioden parallel zueinander angeordnet sind. proportional seiner Ausgangsspannung ist, d. h. seine

Das maximale Ansteuersignal, d. h. die Eingangs- Ausgangsspannung α weist in Abhängigkeit von

signalamplitude des dem Stellantrieb zugeordneten 50 seiner Eingangsspannung e den in seinem Blocksym-

unterlagerten Reglers kann an sich auf verschiedene bol dargestellten Funktionsverlauf auf. Ein derartiger

Art gewonnen werden. Eine einfache Ausführung Verlauf kann in an sich bekannter Weise realisiert

sieht einen Spitzengleichrichter zur Erfassung der werden durch einen gegengekoppelten elektronischen

Amplitude des Eingangssignals des dem Stellantrieb Verstärker, in dessen Gegenkopplungskreis mehrere

zugeordneten unterlagerten Reglers vor. 55 vorgespannte Schwellwertdioden parallel zueinander

Vorteilhaft ist es, wenn die unterlagerte Antriebs- angeordnet sind. Der Ausgang dieses Lageregelkreises regelung in an sich bekannter Weise geschwindig- wirkt mit seiner Stellgröße j auf eine mit 6 bezeichkeitsoptimal ausgelegt ist in dem Sinne, daß zur Aus- nete Regelstrecke, in welcher unter anderem beiregelung einer Regelabweichung stets die nach der spielsweise ein Integral oder Speicherglied mit der einen oder nach der anderen Seite begrenzte Stell- 60 Integrierzeit bzw. der Zeitkonstantcn T enthalten größe wirksam ist. Hierzu wird in einer weiteren Aus- sei. Dem Eingangskreis des Lagereglers 1 wird der gestaltung der Erfindung der dem Stellantrieb züge- Sollwerts* zugeführt, der vom Ausgang eines dem ordnete unterlagerte Regler mit einem Verstärker Lageregler überlagerten Reglers 7 geliefert wird. Der versehen, dessen Verstärkungsgrad jeweils umge- Regler 7 ist für die Regelung der eigentlichen Regelkehrt proportional seiner Ausgangsspannung ist. Das 65 größe χ bestimmt, welche je nach dem Anwendungs-Ausgangssignal dieses Verstärkers wird dann als fall, beispielsweise die Durchflußmenge eines flüssiverstärkungsbeeinflussende Regelgröße für den über- gen oder gasförmigen Mediums — die Größe s würde lagerten Regler verwendet. dann den Ventilhnh Hes rfp.n nnrHiflnR fr.»;_ni>h»r,rf»n

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Organs bestimmen — oder aber der Druck in einem kreis — ein Integralglied mit der Integrierzeit T be-

gasgefüllten Behälter ist. aufschlagt. Für einen gut gedämpften, optimierten

Der Regler 7 besteht aus einem Regelverstärker 8, Regelungsvorgang wird bei einem derartigen Regelin dessen Eingangskreis die Differenz aus dem Soll- kreis gefordert, daß die Proportionalverstärkung im wert x* der Regelgröße und ihrem Istwert λ: wirkt, 5 Regelkreis umgekehrt proportional der Ersatzzeitsowie einem diesem nachgeschalteten Quotienten- konstanten α ist. Mit der in F i g. 1 dargestellten Art bildner 9, dessen Divisoreingang mit einer von der dc:r gegenläufigen Veränderung der Verstärkung des Regelabweichung Λ des Lageregelverstärkers abgelei- Reglers 7 in Abhängigkeit von einer der Ersatzzeitteten Größe beaufschlagt ist. Eine mit 10 angedeu- konstanten η entsprechenden Größe können also die tete Amplitudenmeßeinrichtung soll dabei sicher- io durch das Auftreten verschieden großer Amplistellen, daß jeweils der maximale Wert der Regel- tuden IT bedingten Änderungen der Ersatzzeitkonabweichung Ά*— meist der zu Beginn eines Last- stanten sofort berücksichtigt werden zum Zwecke oder Sollwertstoßes auftretende Wert — auf den eines dauernd optimal geführten Regelvorganges.
Quotientenbildner 9 wirkt, wodurch in Abhängigkeit F i g. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfinvoim Grad der Übersteuerung die Verstärkung des 15 dung bei der Schlingcrdämpfung von Schiffen. Es soll überlagerten Reglers 7 zurückgenommen wird. dabei «len von Wind oder Wellen verursachten krän-

Die Bedeutung dieser erfindungsgemäßen Maß- gcnden Momente, welche eine Neigung des Schiffes nähme soll im Zusammenhang mit den F i g. 2 a entsprechend dem Schlingerwinkel </ gegen die Wasbis 2c veranschaulicht werden. Fig.2a zeigt den seroberfläche verursachen, durch motorische VerVerlauf der Ausgangsgröße s (Istwert) des Lageregel- ao stellung eines Wagens 13 senkrecht zur Längsachse kreises nach einer zum Zeitpunkt i₀ angenommenen des Schiffes entgegengewirkt werden. Es ist ein in sprungartigen Veränderung des Sollwertes j*. Es einer unterlagerten Regelschleife geregelter, beschleutritt zu diesem Zeitpunkt die maximale Regel- nigungsbegrcnzter Stellantrieb zur Verstellung des abweichung Λ als Differenz zwischen Soll- und Ist- Wagens 13 vorgesehen, der die wesentlichen EIewert des Lageregelkreises auf. Da die Besohleuni- as mente der Anordnung nach F i g. 1 enthält, welche gung b des Stellmotors 2 begrenzt ist, verläuft die mit gleichen Bezeichnungen versehen sind. Der dem Drehzahl η des Stellmotors zunächst zeitlinear an- Sieliantrieb zugeordnete Regler enthält wiederum steigend und auf Grund der schnelligkeitsoptimalen einen Verstärker 5, dessen Verstärkungsgrad jeweils Auslegung ab dem Zeitpunkt /, zeitlinear abfallend, umgekehrt proportional seiner Ausgangsspannung bis zum Zeitpunkt 1, der Stellmotor 2 zur Ruhe 30 ist. Sein Ausgangssignal wirkt als Sollwert n* im Einkommt und der Istwert s den Sollwert s* erreicht hat. gangskreis eines ihm unterlagerten Drehzahlregler Für den zeitlichen Verlauf des Verstellweges s er- 14, dem weiterhin die Ankerspannung einer mit dem geben sich dann die aus Fig. 2a ersichtlichen Pa- Stellantrieb2 gekuppelten Tachomaschine 15 als Istrabeläste. Charakteristisch für die Dynamik einer Re- wertsignal η zugeführt ist. Dessen Ausgangssignal gelung ist allgemein die sogenannte Regelfläche, d. h. 35 bildet den Sollwert 1* eines ihm unterlagerten Stromdie sich zwischen der Kurve s und der Sollwert- rcglers und ist, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, geraden s* ergebende Fläche. Regeldynamisch kann durch Anschläge 4 begrenzt. Durch die quadratische daher die parabelförmige Charakteristik 5 durch eine Kennlinie des Verstärkers S sowie durch die Begrenexponentiell mit der Ersatzkonstanten ο dem End- zungsanschläge 4 ist der Stellantrieb schnelligkeitswert s* zustrebende Funktion 12 approximiert wer- 40 optimal dimensioniert, so daß er sich stets mit maxiden, wenn diese die gleiche Regelfläche aufweist. Für mal möglicher Beschleunigung zur Ausregelung einei die Ersatzzeitkonstante findet man dann Regelabweichung bewegt. Als Istwert für den Lage- _a _ _t _ £ .~\/ψ ι egelkreis könnte an sich analog zu der Anordnung ¹ nach Fig. 1 eine dem Verstellwegs des Wagens 13

wo k eine Konstante ist. Die Ersatzzeitkonstante ist 45 proportionale Größe genommen werden. Bei den also bei schnelligkeitsoptimalen Stellantrieben der in periodisch auftretenden Wellenkräften hat es sich je-F i g. 1 dargestellten Form proportional der Wurzel doch als günstiger erwiesen, eine der Schlingeraus der jeweils auftretenden maximalen Regel- beschleunigung if proportionale Größe als Istwert abweichung^ dem Regelverstärker 5 zuzuführen. Diese wird ge

Fig. 2b zeigt die Verhältnisse bei einem kleineren 50 wannen mittels eines federgefesselten Trägheits·

Soflwertstoß s*. Es sind dieselben Werte für die kreiseis 16, dessen Achse den Abgriff eines mil

maximale Beschleunigung zugnmdegelegt. Gegen- Gleichspannung gespeisten Potentiometers 17 ver-

über dem in Fig.2a dargestellten Fall ergibt sich sueUt,_so daß an ihm eine der Winkelgeschwindig-

eine merkliche Verkleinerung der Ersatzzeitkonstan- keit φ proportionale Größe abgenommen werden

ten σ. Der unterlagerte Lageregelkreis, bestehend aus 55 kann. Durch Differentiation in einem Differenzier·

den Elementen 1 bis 4 und 11 erhält sich regeldyna- glied 18 wird eine der Schlingerbeschieunigung ν

misch mithin vie das in Fig.2c dargestellte Zeh- proportionale Größe gewonnen und über einen Ein-

konstantenglied mit dem Frequenzgang 1/(1 + ρ ο), gangswiderstand dem Regelverstärker 5 zugeführt

wobei die Zeitkonstante ο von der Amplitude, <L h. Am Ausgang des Differenziergliedes 18 ist werierhw

dem Größtwert der auftretenden Regelabweichung Λ, «o ein Spitzengleichrichter 10 angeschlossen zur Er

abhängig ist. Diese Abhängigkeit ist dabei beschleu- fassung der Amplitude, d.h. des größten auftretender

nigungsöegrenzten Stellantrieben quadratisch ent- Augenbückswertes der Schlingerbeschleunigung <f

sprechend der zuvor erwähnten Beziehung und bei Der Spitzengleichrichter 10 besteht im wesentlicher

geschwindigkertsbegrenzten Stellantrieben linear. aus einer Diode ZO, die einen niederohmigen Lade

Der in Fig. 1 dargestellte Gesamtregelkreis wirkt 65 Stromkreis für einen Kondensator bildet sowie a»

also wie ein Proportionalregler, der über ein Zeit- einem hochohmigen Widerstand 22, über den siel

konstantenglied mit der vorstehend definierten Er- der Kondensator 21 nur langsam entladen kann. Ii

satzzehkonstantcn a — den nnterlagertcn Wegregel- an sich bekannter Weise lädt sich der Kondensate»

bei stoßartiger oder pulsierender Beaufschlagung auf den jeweiligen Spitzenwert des wirksamen Eingangssignals auf. Dem Spitzengleichrichter 10 ist ein Funktionsgenerator 23 nachgeordnet, der in einem Quadranten die Funktion a — "\/e~nachbildet, so daß auf den Divisoreingang des Quotientenbildners 9 eine Größe gelangt, welche proportional der Wurzel der Amplitude der Schlingerbeschleunigung ψ ist. Auf diese Weise wird jeder Vergrößerung der wirksamen Zeitkonstanten des Lageregelkreises durch eine gegenläufige Veränderung der Verstärkung des Reglers 7 entgegengewirkt.

Wie in F i g. 3 dargestellt, kann dem dem Lageregelkreis überlagerten Schlingergeschwindigkeitsregler 7 durch Schließen des Schalters 19 noch ein Regler für den Schlingerwinkel </ überlagert werden; dessen Ausgangssignal </ * stellt dann den Sollwert für den Schlingergeschwindigkeitsregler 7 dar. Der Istwert des Winkelreglers 24 wird ebenfalls am Abgriff eines gleichspannungsgespeisten Potentiometers abgenommen, welches von einem weiteren Trägheitskreisel 25 verstellt wird.

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung nach F i g. 3, aus dem im einzelnen insbesondere auch die Struktur der Regelstrecke ersichtlich ist. Sie enthält insgesamt fünf durch Schraffur kenntlich gemachte Speicherglieder. Im einzelnen sind dies ein Zeitkonstantenglied 26, welches die Ankerkreiszeitkonstantc des Stellmotors repräsentiert, zwei Integralglieder 27 und 28 zur Darstellung des integralen Zusammenhanges zwischen der Wagenbeschleunigung b und der Wagengeschwindigkeit bzw. der Drehzahl η des Steilmotors, sowie zwischen der Drehzahl η und dem Wagenvcrstellweg s. Zwei weitere Intcpralglieder 29 und 30 mit den Frequenzgängen 1 pB und 1/pC, wobei B und C die entsprechenden Integrierzeiten sind, dienen in gleicher Weise zur Darstellung der zwischen dem Schlingerwinkel <y, der Schlingergeschwindigkeit 7" und der Schlingerbeschleunigung 7" auftretenden Verhältnisse. Die Integralglieder 29 und 30 repräsentieren das Schiff selbst, d. h. die eigentliche Regelstrecke, und wurden bei der grundsätzlichen Darstellung der F i g. 1 dem dort mit 6 bezeichneten Regelkreisteil entsprechen.

Am Schiff greift die von der Wellenschräge herrührende Störkraft ζ an, der eine rdilingerwinkelproportionale Auftriebskraft A in stabilisierendem Sinne entgegenwirkt. Die Wirkung dieser stabilisierenden Auftriebskraft soll durch eine dem Wagenverstellweg s proportionale Kraft K unterstützt werden. Für jedes der Speicherglieder 26 bis 30 ist eine Regelschleife vorgesehen mit den Hilfsregelgröße« (Strom), η (Drehzahl), <f (Schlingerbeschleunigung) sowie der Regelgröße 4 (Schlingergeschwingigkeit) bzw. bei geschlossenem Schalter ψ (Schlingerwinkel). Es könnte dem dem Stellantrieb zugeordneten Regelverstärker 5 an Stelle der Größe φ auch eine dem VersteHwegs des Wagens proportionale Größe als Istwert zugeführt werden, ohne daß sich etwas an der grundsätzlichen Wirkungsweise der dargestellten Regelanordnung ändern würde. Wie aus dem Signalflußbild der Fig.4 hervorgeht, ist es jedoch wesentlich vorteilhafter, hierfür eine der Schlingerbeschleunigung proportionale Größe zu nehmen, die ja unmittelbar hinter dem Angriffsort der Störkraft ζ abgenommen wird und so ein wesentlich direkteres und schnelleres Ausregeln des von dieser hervorgerufenen Schlingen» ennögücät

Soll die Schlingerdämpfung mittels Verstellung von Stabilisierungsflossen erreicht werden, so wird der Stellmotor in F i g. 3 dazu benutzt, den Anstellwinkel der Flossen zu verstellen. An dem grundsätzlichen

Aufbau ändert sich dadurch nichts, es wäre lediglich am Ausgang des Speichergliedes 28 eine der Flossenverstellu:ig proportionale Größe wirksam, die wiederum der von den Flossen ausgeübten Stabilisierungskraft etwa proportional sein wird. Analoge Über-

legungen gelten auch für den Fall, daß die Stabilisierung mittels von einer Pumpe bewegter Wassermassen in einem schiffsfesten Tanksystem erfolgt.

In Fig.5 ist mit der Kurve 31 die Abhängigkeit der Ersatzzeitkonstanten σ von der Amplitude des Istwertes 7 des Schlingerbeschleunigungsreglers bei einer Anordnung nach F i g. 3 bzw. 4 dargestellt. Für kleine Werte von Ip ist α ebenfalls klein und konstant, weil die Beschleunigung bei kleinen Amplituden nicht an die Begrenzung kommt. Wenn dagegen eine Be-

grenzung der Beschleunigung erfolgt, gehorcht σ der Beziehung a = k ■ γφ~. Es läßt sich zeigen, daß der jeweils optimale Wert für die Verstärkung V des dem Schlingenbeschleunigungsregler überlagerten Reglers 8 sein sollte

V -

B
la

σ C

wobei B und C die Integrierzeiten der Integrierglieder 29 und 30 sind. Die Kurve 32 gibt den prinzipiellen Verlauf dieser optimalen Verstärkungsfunktion wieder. In der Regel wird jedoch die Integrierzeit C recht groß gegenüber der Ersatzzeitkonstanten α sein, so daß der zweite Term in der zuvor erwähnten Bedingung kaum ins Gewicht fällt und dcshalb bei der Bildung der Verstärkungsfunktion vernachlässigt werden kann. Soll jedoch zur Erfüllung großer Anforderungen bezüglich der Dynamik und der Bedämpfung des Regelkreises nach F i g. 4 die vorstehend erwähnte Bedingung exakt realisiert werden, dann kann die Variante verwendet werden, die sich ergibt, wenn man dort zwischen den Klemmen 33, 34 und 35 die Anordnung nach F i g. 6 vorsieht. Der Regelverstärker 8 sowie der Spitzengleichrichter 10 entsprechen der Anordnung nach F i g. 4. An Stelle des Quotientenbildners 9 ist jedoch ein Multiplizierer 36 getreten mit einem vom Ausgang eines zwischen den Klemmen 38 und 39 angeordneten Funktionsgenerators 37 beaufschlagten Eingang. Die Eingangsspannung des Funktionsgenerators ist eine der Amplitude der auftretenden Schlingerbeschleunigung <j entsprechende Größe. Die Kennlinie des Funktionsgenerators 37 ist so ausgebildet, daß sein Ausgangssignal V die vorerwähnte Bedingung erfüllt. Der in F i g. 4 dargestellte radizierende Funktionsgenerator 23 ist nicht mehr erforderlich, seine Aufgabe kann von dem Funktionsgenerator 37 übernommen werden.

Fig.7 zeigt ein gerätetechnisches Ausführungsbeispiel für den in F i g. 6 mit 37 bezeichneten Funktionsgenerator. Er besteht aus einem ausgangsbegrenzten elektronischen Verstärker 40, in dessen Gegenkopplungskreis ein Widerstand R₁ angeordnet ist. Ihm parallel sind zwei weitere Widerstände R₈ und R₃ angeordnet, die in Reihe mit vorgespannten Schwellwertdioden 41 und 42 Gegen. Die Vorspannung wird durch eine Gleichspannungsquelk — U₁ erzeugt, welche mit dem Ausgang des Verstärkers über Widerslände R₄, R₅ und R₆ verbunden ist.

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Eine weitere Gleichspannungsquelle — U₃ der gleichen Polarität speist den Verstärker über einen Eingangswiderstand R₇, mit einem konstanten Strom. Die vom Istwertsignal φ abgeleitete Spannung wird an die Eingangsklemme 38 gelegt und speist über den Widerstand A₈ ein.

F i g. 8 zeigt die sich bei dem in F i g. 7 dargestell- :en Funktionsgenerator ergebende Charakteristik.

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Mit steigender Eingangsspannung e werden die Schwellwertdioden 42 und 41 nacheinander durchlässig und tragen so zu einer Verminderung der Verstärkung, d. h. zu einer kleiner werdenden Kennlinienneigung bei. Durch eine Vergrößerung der Anzahl der Schwellwertdioden läßt sich eine praktisch beliebig genaue Annäherung an die gewünschte Funktion realisieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Regler (7) als Istwert eine der Schlingergeschwin- ... diekeit (φ) proportionale Größe zugeführt ist. Patentansprüche: * Adaptivregeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlinger-

1. Adaptivregeleinrichtung für einen Regel- 5 geschwindigkeitsregler (7) ein weiterer Reglei (24) kreis mit einem in einer unterlagerten Regel- für den Schlingerwinkel (φ) überlagert ist.
schleife geregelten, geschwindigkeits- und/oder