DE1963228C - Regeleinrichtung mit einstellbarem P-Bereich - Google Patents
Regeleinrichtung mit einstellbarem P-BereichInfo
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Description
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dl« Regeleinrichtung so auszubilden, daß die Breite
des P-Bereiches und die Verstärkung unabhängig voneinander einstellbar sind.
Nach der Erfindung wird diese Auigabe, ausgehend
von einer Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art, dadurch gelöst, daß dem RC-Glied eine Begrenzerschaltung
vorgeschaltet ist, die die Spannung am RC-Glied auf einen unterhalb der Ladespannung liegenden
einsteilbaren Wert begrenzt.
Durch die Einstellung des Grenzwertes der Spannung am jRC-Glied mit Hilfe der Begrenzerschaltung
wird die Größe des P-Bereichs festgelegt. Diese Maßnahme hat, da die Ladespannung für das RC-Glied
hierbei unverändert bleiben kann, keinen Einfluß auf die Ladezeitkonstante. Diese Zeitkonstante und damit
die Verstärkung des Reglers kann vielmehr unabhängig von dem genannten Grenzwert eingestellt
werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Lösung besteht darin, daß das RC-Glied über eine Schaltstrecke
der Schaltvorrichtung und eine Diode mit einem Abgriff eines Spannungsteilers und der Verbindungspunkt von Diode und Schaltstrecke über einen Widerstand
mit dem einen Pol der den Spannungsteiler speisenden Ladespannungsquelle verbunden ist.
Bei Verwendung eines reversierbaren Stellmotors als Stellglied ist die Erfindung zur Regelung in beiden
Drehrichtungen dadurch weitergebildet, daß in der Schaltvorrichtung ein auf positive Ausgangssignale
des Reglers ansprechendes Schaltglied und ein auf negative Reglerausgangssignale ansprechendes Schaltglied
enthalten ist, daß zu dem einen Spannungsteiler ein zweiter Spannungsteiler in Reihe geschaltet ist,
dessen Abgriff ebenfalls über eine Diode und eine Schaltstrecke mit dem RC-Glied verbunden ist, wobei
der Verbindungspunkt der zweiten Schaltstrecke und der zweiten Diode über einen Widerstand mit dem
anderen Pol der Ladespannungsquelle verbunden ist und ein mittlerer Punkt der Ladespannungsquelle auf
Bezugspotential liegt, und daß die zuerst erwähnte Schalistrecke gleichzeitig mit einer in einem Speisestromkreis
für die eine Drehrichtung des Stellmotors liegenden Schaltstrecke durch das eine Schaltglied
und die zweite Schaltstrecke gleichzeitig mit einer in einem Speisestromkreis für die andere Drehrichtung
liegenden Schaltstrecke durch das andere Schaltglied betätigbar ist.
Zur Einstellung des Grenzwertes können die Abgriffe der beiden Spannungsteiler über einen einstellbaren
Widerstand verbunden sein.
Zur Einstellung der Zeitkonstanten ist vorzugsweise der Widerstand des RC-Gliedes einstellbar ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich nicht nur für bekannte Regeleinrichtungen, bei denen
der Regler ein PD- oder PJD-Verhalten hat, sondern
mit besonderem Vorteil auch für solche Einrichtungen, die einen P-Regler haben, der z. B. in an sich
bekannter Weise einen Verstärker mit starrer Rückführung aufweist.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten
bevorzugten Ausführungsbcispiels näher erläutert.
Fig. 1 stellt das Schaltbild einer Regeleinrichtung
nach der Erfindung dar.
In F i g. 2 sind statische Kennlinien der Abhängigkeit der Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes der
Regeleinrichtung nach Fig. 1 von der Regelabweichung dargestellt.
Bei der Regeleinrichtung nach Fig. 1 ist einem
P-Regler, der einen über einen Widerstand A2 von
etwa 20 Megaohm rückgekoppelten Verstärker 1 hoher Verstärkung enthält, eine Schaltvorrichtung 2
nachgeschaltet. Die Schaltvorrichtung 2 enthält zwei Schaltglieder K1 und K„ bei denen es sich um Relais
ίο handeln kann. Das Schältglied K1 spricht bei positiver
und das Schaltglied Ks bei negativer Ausgangsspannung
des Verstärkers! an. Jedes Schaltglied öffnet und schließt jeweils zwei Schaltstrecken K\ und Kn
bzw. K'» und /C82, bei denen es sich um Relaiskon-
x5 takte handeln kann. Die Schaltvorrichtung mit den
Schallgliedern und Schaltstrecken kann jedoch auch rein elektronisch ausgebildet sein. Die Schaltstrecke
K\ liegt in einem Speisestromkreis für die eine Drehrichtung
eines reversierbaren Stellmotors M, der als
ao Stellglied dient, und die Schaltstrecke K'., liegt in dem
Speisestromkreis für die andere Drehrichtung. Je
nachdem, ob K\ oder K's geschlossen ist, dreht sich
der Motor in der einen oder in der anderen Richtung.
Der Stellmotor verstellt beispielsweise ein Ventil, das den Durchfluß eines heißen Strömungsmediums
steuert. Das Strömungsmedium kann zum Heizen eines Raumes verwendet werden, dessen Temperatur
geregelt werden soll. Der Istwert der Temperatur wird durch einen Temperaturfühler gemessen und mit
einem einstellbaren Sollwert verglichen. Der Unterschied, die Regelabweichung Xn,, wird dem Eingang
des Verstärkers 1 in Form einer Spannung über einen Anschluß E und einen Widerstand R1 von etwa
ίο Kile-Ohm zugeführt.
Am Eingang des Verstärkers 1 liegt ferner eine Rückführschaltung 3. Diese Rückführschaltung dient
zur Einstellung der Breite des P-Bereiches und der Verstärkung der Regeleinrichtung oder, anders ausgedrückt,
der Steigung der Kennlinie V (A",,,), wobei
V die Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes, in diesem Beispiel also die Drehzahl des Stellmotors M ist.
Die Rückführschaltung 3 enthält zwei in Reihe geschaltete Spannungsteiler aus Widerständen R7, RH
und R1n, Rn. Jeder Spannungsteilerabgriff e bzw. /
ist über eine Diode D1 bzw. D2 und einen Widerstand
Rn bzw. Rn mit einem Pol α bzw. b einer Spannungsqudle
verbunden, die eine Gleichspannung von etwa 76VoIt abgibt und deren Mittelpunkt auf Bezugspotential (F.rde oder Masse) liegt. Die Verbindungs-
punkte g und h von Diode D1 und Widerstand R6
bzw. Diode D., und Widerstand R9 sind über die beiden
in Reihe geschalteten Schaltstrecken Kn und K.,.,
miteinander verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Spannungsteiler und der beiden
Schaltstreckcn Kn und K.2, liegt ein RC-Glied C1, R1,
das aus einem Kondensator C1 und einem einstellbaren
Widerstand R4 besteht, die parallel geschaltet sind. Das RC-Glied C1, R4 liegt ferner über einen verhältnismäßig
hochohmigen Widerstand R3 von etwa
6u 10 Megaohm am Eingang des Verstärkers 1.
Die Abgriffe e und / der Spannungsteiler sind über einen einstellbaren Widerstand R13 verbunden. Dadurch
läßt sich das Potential der Abgriffe e und / und damit der die Breite des P-Bereiches bestimmende
Grenzwert der Spannung festlegen, auf die sich der Kondensator C1 auflädt, wenn der Betrag der die
Regelabweichung darstellenden Spannung unler Berücksichtigung des Verhältnisses der Werte der Wi-
derstände R1 und R3 größer als der Betrag der Grenzwertspannung
ist.
Im folgenden sei die Wirkungsweise der Regeleinrichtung im einzelnen und unter Bezugnahme auf
Fi g. 2 näher erläutert. Dabei wird nur die eine Drehrichtung
des Motors M betrachtet, bei der nur das eine Schaltglied .K1 und die zugehörigen Schaltstrekken
K\ und Kn betätigt werden. Bei entgegengesetzter
Drehrichtung ist die Wirkungsweise die gleiche, nur daß dann das Schaltglied K2 und die zugehörigen
Schaltstrecken K'2 und K22 betätigt werden.
Die Trägheit des Motors sei als so gering angenommen, daß er praktisch sofort mit voller Drehzahl
läuft, wenn seine Betriebsspannung eingeschaltet ist.
Wenn keine Regelabweichung vorhanden ist, sind die Schaltsirecken K\ und Kn geöffnet (unterbrochen),
so daß der Motor stillsteht. Wenn jedoch eine Regelabweichung auftritt, die so groß ist, daß das
Schaltglied K1 anspricht, werden die Schaltstrecken
K\ und Kn geschlossen. Der Motor beginnt zu laufen,
und gleichzeitig lädt sich der Kondensator C1 auf. Die Ladezeitkonstante des /?C-GIiedes wird im
wesentlichen durch die Kapazität des Kondensators C1 und den Wert des Widerstands R1 bestimmt, der
als klein gegenüber dem Wert von R3 angenommen
ist. Die Spannung am Kondensator C1 treibt einen
Strom über R3 und die der Regelabweichung Xw entsprechende
Spannung einen Strom über R1. Beide Ströme überlagern sich im Verbindungspunkt F, und
zwar mit entgegengesetztem Vorzeichen. Dies entspricht einer Gegeneinanderschaltung beider Spannungen
im Verhältnis der Werte der Widerstände von R1 und R3. Wenn die Spannung am Kondensator
C1 so weit angestiegen ist, daß die Summe der Ströme im Punkt F Null ist oder einen Wert unterschreitet,
bei dem die Ausgangsspannung des Verstärkers 1 nicht ausreicht, das Schaltglied K1 im betätigten Zustand
zu halten, werden die Schaltstrecken K\ und Kn geöffnet, so daß der Motor stehenbleibt. Gleichzeitig
entlädt sich der Kondensator C1 über den Widerstand A4 solange, bis die Summe der Ströme im
Punkt F einen Wert überschreitet, bei dem das Schaltglied K1 wieder einschaltet. Jedesmal, wenn der
Motor eingeschaltet ist, verringert er die Regelabweichung Xw. Dieser Vorgang wiederholt sich solange,
bis die Regelabweichung wieder Null ist oder so weit abgenommen hat, bis die Verstärkerausgangsspannung
nicht mehr ausreicht, das Schaltglied K1 zum
Ansprechen zu bringen. Das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des Motors und mithin
seine mittlere Stellgeschwindigkeit V oder Drehzahl hängt daher innerhalb des P-Bereiches X1, sowohl
von der Größe der Regelabweichung Xw als auch von der 'Ladegeschwindigkeit des Kondensators
C1 ab. Die Abhängigkeit ist in Fig. 2 dargestellt. Je
größer A4, um so kleiner V, und je größer Xn,, um so
größer V. Die Grenze des P-Bereiches Xn in Richtung
der Abszisse ist bestimmt durch das Potential des Punktes e. Denn wenn die Regelabweichung größer
als dieser Grenzwert ist, müßte sich der Kondensator C1 auf eine Spannung aufladen, die größer als die
ίο Spannung am Widerstand R8 ist, um die der Regelabweichung
entsprechende Spannung zu kompensieren, was dadurch ermöglicht wird, daß das Verhältnis
von R6 zu Rt kleiner gewählt ist als das von A7
zu R8. Sobald die Spannung an C1 jedoch die Spannung
am Widerstand R8 überschreitet, wird die Diode D1 leitend. Da der Spannungsteiler R7, R8 verhältnismäßig
niederohmig gewählt ist, so daß das Potential des Punktes e unabhängig von der Belastung des
Spannungsteilers nahezu konstant ist, lädt sich der Kondensator C1 nicht weiter auf, so daß auch die
Spannung am Kondensator C1 fest auf diesem Wert gehalten wird. Solange die Regelabweichung über
diesem Grenzwert liegt, läuft der Motor mit maximaler Drehzahl oder Stellgeschwindigkeit V. (In
F i g. 2 ist die Drehzahl bzw. Stellgeschwindigkeit in Prozenten des Maximalwertes aufgetragen.) Dadurch
wird bei Regelabweichungen, die diesen Grenzwert überschreiten, gewährleistet, daß die Regelabweichung
mit höchster Geschwindigkeit ausgeregelt wird.
Durch entsprechende Wahl des Widerstandes R12 hat
man es in der Hand, allein diesen Grenzwert festzulegen.
Die Steigung Tangens alpha der Kennlinien nach F i g. 2 innerhalb des Proportionalbereiches, und mithin
die Kreisverstärkung des geschlossenen Regelkreises, läßt sich allein durch entsprechende Wahl des
Wertes des Widerstands A4 bestimmen. Der Wert des
Widerstandes Rt bei nmin ist bestimmt durch die Stabilitätsgrenze
des Regelkreises.
Die Kennlinie mit dem Steigungswinkel α, erhält man dadurch, daß R1 so eingestellt wird, daß das
Spannungsteilerverhältnis R1: R8 gleich R6 : /?4 ist.
Dann sind die Potentiale der Punkte e und g bei geschlossener Schaitstrecke Kn und bei voiigeiadenem
Kondensator C1 gleich, so daß die Diode D1 keinen
Einfluß auf die Abhängigkeit der Stellgeschwindigkeit V von der Regelabweichung Aln, hat.
Wenn A4 so klein gewählt wird, daß R6 : /?„ größer
als /?7: R8 ist, dann ergibt sich eine Kennlinie mit
dem Steigungswinkel <xv
Bei Rt gleich Null ist der Steigungswinkel α gleich
90°. Die Regeleinrichtung arbeitet dann wie eine Dreipunktregeleinrichtung mit einer Neutralzone.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1 2
Patentansprüche: "«*?>
über eine in Abhängigkeit von der Ausgangs- r große des Reglers ansprechende und die Leistungs-1.
Regeleinrichtung mit einstellbarem P-Be- zufuhr des Stellgliedes ein- und ausschaltende Schaltreich,
bei der einem unstetigen Regler ein elek- vorrichtung nachgeschaltet und die durch eine elektrisches
Stellglied mit /-Verhalten über eine in 5 irische Spannung dargestellte Regelabweichung im
Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Reglers Eingangskreis des Reglers der am Ausgang eines RC-ansprechende
und die Leistungszufuhr des Stell- Gliedes auftretenden Rückführspannung entgegengegiiedes
ein- und ausschaltende Schaltvorrichtung richtet und die Ladespannung des ÄC-Gliedes synnachgeschaltet
und die durch eine elektrische chron mit der Ein- und Ausschaltung des Stellgliedes
Spannung dargestellte Regelabweichung im Ein- io ein- und ausschaltbar ist
gangskreis des Reglers der am Ausgang eines RC- Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Art
Gliedes auftretenden Rückführspannung entgegen- ist die mittlere Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes,
gerichtet und die Ladespannung des ÄC-<31iedes das ist die Änderung der Stellgröße pro Zeiteinheit,
synchron mit der Ein- und Ausschaltung des proportional dem Verhältnis von Einschaltdauer zu
Stellgliedes ein- und ausschaltbrx ist, dadurch 15 Ausschaltdauer des Stellgliedes. Die Einschaltdauer
gekennzeichnet, daß dem ÄC-Glied (C1, wird hierbei durch die Zeit bestimmt, die der Kon-
RA) eine Begrenzerschaltung vorgeschaltet ist, die densator des ÄC-Gliedes bis zur Aufladung auf einen
die Spannung am /?C-GHed (C1, Rt) auf einen Wert benötigt, bei dem die Differenz der Spannung
unterhalb der Ladespannung liegenden einstell- am /?C-Glied und der der Regelabweichung Xw (oder
baren Wert begrenzt. 20 der Regeldifferenz X11 = Xu) entsprechenden Span-
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch iiung Null ist oder einen vorbestimmten Wert untergekennzeichnet,
daß das ÄC-Glied über eine schreitet, bei dem das Stellglied abgeschaltet wird.
Schaltstrccke (K11) der Schaltvorrichtung (2) und Die Ausschaltdauer wird durch die Zeit bestimmt, die
eine Diode (D1) mit einem Abgriff (e) eines Span- der Kondensator des ÄC-Gliedes bis zur Entladung
nungsteilers (R7, Ra) und der Verbindungspunkt 25 auf einen Wert benötigt, bei dem diese Differenz wie-(g)
von Diode (D1) und Schaltstreckc (K11) über der so groß ist, daß die Schaltvorrichtung anspricht
einen Widerstand (/?„) mit dem einen Pol (a) der und das Stellglied wieder einschaltet. Das Verhältnis
den Spannungsteiler speisenden Ladespannungs- von Ein- zu Ausschaltdauer wird mithin auch von
quelle verbunden ist. der Ladespannung, die die Spannung am ftC-Glied
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch 30 bzw. an diesem Kondensator bei der Aufladung als
gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines rever- Endwert anstrebt, und von der Zeitkonstanten des
sicrbaren Stellmotors als Stellglied zur Regelung /?C-Gliedes bestimmt.
in beiden Drehrichtungen in der Schaltvorrich- Der Betrag der Änderung der Größe dieses Vertung
(2) ein auf positive Ausgangssignale des hältnisses in Abhängigkeit von der Größe der Regel-Reglers
ansprechendes Schaltglied (K1) und ein 35 abweichung ist aber auch mitbestimmend für die Verauf
negative Reglerausgangssignale ansprechen- Stärkung des Reglers und damit für die Stabilität des
des Schaltglied (K2) enthalten ist, daß zu dem Regelkreises. Um nun zu erreichen, daß die Verstäreinen
Spannungstcifer ein zweiter Spannungsteiler kung des Reglers bei übermäßig großen Regelabwei-
(RiV R1J in Reihe geschaltet ist, dessen Abgriff chungen, wie sie beim Einschalten (Anfahren) oder
(/) ebenfalls über eine Diode (D2) und eine Schalt- 40 bei starken Störgrößen auftreten, nicht zu klein und
strecke (K22) mit dem /?C-Glied verbunden ist, damit das Ausregeln der Regelabweichung nicht zu
wobei der Verbindungspunkt (/1) der zweiten langsam erfolgt und bei kleinen Regelabweichungen
Schaltstreckc (K22) und der zweiten Diode (D2) nicht so groß ist, daß der Regelkreis instabil wird,
über einen Widerstand (Rv) mit dem anderen d. h. sich selbst zu Schwingungen anregt, wird bei der
Pol (b) der Ladespannungsquclle verbunden ist 45 bekannten Regeleinrichtung die für beide Faktoren
und ein mittlerer Punkt der Ladespannungsqucllc maßgebende Breite des P-Bereichs X1, in Abhängig-(«,
b) auf Bezugspotential liegt, und daß die zu- kcit von der Größe der zu erwartenden Regelabweierst
erwähnte Schaltstrecke (K11) gleichzeitig mit chung eingestellt. (Unter P-Bercich soll hier derjenige
einer in einem Speisestromkreis für die eine Dreh- Bereich der Regelabweichung oder der Regelgröße,
richtung des Stellmotors (M) liegenden Schall- 50 der zu regelnden Größe, verstanden werden, in dem
strecke (K',) durch das eine Schaliglicd (K1) und zwischen diesen und der Stellgeschwindigkeit des
die zweite Schaltstrecke (K22) gleichzeitig mit Stellgliedes Proportionalität herrscht.) Diese Einsteleiner
in einem Speisestromkreis für die andere lung erfolgt bei der bekannten Regeleinrichtung durch
Drehrichtung liegenden Schaltstrecke (K'2) durch Ändern der Ladespannung des /?C-GIiedes über ein
das andere Schaltglied (K2) betäligbar ist. 55 Potentiometer. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß sich
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gleichzeitig damit die Ladezeitkonstante des RC-dadurch
gekennzeichnet, daß die Abgriffe (e, /) Gliedes ändert, weil auch der Widerstand des Potcnder
beiden Spannungsteiler über einen einstell- tiometers in diese eingeht. Ein weiterer Nachteil bebaren
Widerstand (R1.,) verbunden sind. steht darin, daß sich bei einer Änderung der Ver-
5. Regeleinrichtung nach einem der An- 60 Stärkung des Reglers auch die Breite des P-Bereichs
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ändert, d. h. bei einer Erhöhung der Verstärkung
Widerstand (R 4) des /?C-Gliedes einstellbar ist. wird der P-Bcreich kleiner, und umgekehrt. Wählt
man daher eine kleine Verstärkung, um bei verhält-
nismaßig großen Regelabweichungen eine stabile
65 Regelung, insbesondere kein Überschwingen zu cr-
Die flrfindung bezieht sich auf eine Regelcinrich- zielen, dann erfolgt das Ausregeln der Regelabweitung
mit einstellbarem P-Bereich, bei der einem un- chung verhältnismäßig langsam. Dies ist in vielen
stetigen Regler ein elektrisches Stellglied mit /-Ver- Fällen untragbar.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1963228C true DE1963228C (de) | 1972-12-28 |
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