DE2609640C2 - Digitales Regelsystem - Google Patents

Description

systems gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine erste Ausführungsform eines digitalen Veränderungsschaltkreises gemäß der Erfindung und

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform eines digitalen Veränderungsschaltkreises gemäß der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 ist eine zentrale Recheneinheit 6 an eine Serien/Parallel-Umsetz- und Zähleinrichtung 4 angeschlossen. Die Einrichtung 4 speist einen Digital/Analog-Wandler 8, der seinerseits auf ein Stellglied 10 einwirkt. Die zentrale Recheneinheit 6 erzeugt eine Regelgröße in digitaler Form und gibt diese in die Zähleinrichtung 4 ein. Der Wandler 8 wandelt die gespeicherte digitale Größe der Regelabweichung in ein analoges Signal um, das das Stellglied 10 beeinflußt

Das digitale System umfaßt ferner einen Taktgenerator 12, einen Impulsgenerator 2 zur Erzeugung einer veränderlichen Frequenz, einen Schalter 18 und ein Gatter 19. Der Bedienungsmann kann den Schalter 18 betätigen, indem er ihn aus seiner zentrahn Stellung in eine der beiden Extremstellungen bewegt In jeder der beiden Extremstellungen wird ein Signal zu der Einrichtung 4 übertragen, das anzeigt, in welcher Richtung der Schalter betätigt worden ist. Ferner wird in jeder der beiden Extremstellungen des Schalters 18 durch das ODER-Gatter 19 ein Signal dem Generator 2 zugeführt. In Abhängigkeit des von dem Gatter 19 kommenden Signals erzeugt der Generator 2 eine Folge von Impulsen mit stetig wachsender Frequenz, wobei diese Impulse aus den Taktimpulsen des Taktgenerator 12 abgeleitet werden.

Die Impulse des Generators 2 werden der Zähleinrichtung 4 zugeführt und. sie erhöhen bzw. erniedrigen den im Zähler 4 gespeicherten Zählstand, je nachdem welche der beiden Leitungen des Schalters 18 an Spannung liegt. Da — wie noch zu zeigen sein wird — die Frequenz dieser Impulsfolge anfänglich niedrig ist, verursacht die Betätigung des Schalters 18 anfänglich eine geringfügige Veränderung des in der Einrichtung 4 gespeicherten Wertes. Wenn nur eine geringfügige Veränderung erforderlich ist, kann der Bedienungsmann gleich wieder die Betätigung des Schalters 18 beendigen, wodurch der Generator 2 zurückgestellt wird, so daß er bei einer erneuten Betätigung des Schalters 18 wieder mit der anfänglichen Impulsfolge niedriger Frequenz beginnt. Wird jedoch eine große Veränderung des gespeicherten Wertes gefordert, so muß der Bedienungsmann den Schalter 18 in der betätigten Stellung halten. Die Frequenz der von dem Generator 2 ausgegebenen Impulse steigt hierbei an, so daß der gespeicherte Wert eine Veränderung mit stetig ansteigender Veränderungsgeschwindigkeit erfährt und somit eine große Veränderung innerhalb einer kurzen Zeitperiode erfolgen kann. Zu jedem Zeitpunkt führt die plötzliche Freigabe des Schalters 18 zu einer Rückstellung des Generators 2, so daß ausgehend von dem eingestellten Wert wiederum Feineinsteilungen vorgenommen werden können.

Im Generator 2 werden die von dem Taktsignalgenerator 12 herkommenden Impulse zwei hintereinandergeschalteten Zählern 14 und 16 zugeführt. Der Zähler 14 erzeugt verschiedene Impulsfolgen unterschiedlicher Frequenzen, die sich durch Frequenzteilung der Taktfrequenz ergeben und der Zähler 16 erzeugt Zeittaktsignale, die sich durch eine Frequenzteilung der niedrigsten Frequenz des Zählers 14 darstellen. Der Zähler 16 befindet sich normalerweise im zurückgestellten Zustand, und er wird nur für eine Zählung freigegeben, wenn das Ausgangssignal des ODER-Gatters 19 den Wert »1« einnimmt Solange das Ausgangssignal des ODER-Gatters 19 den Wert »0« einnimmt, befindet sich der Zähler 16 im zurückgestellten Zustand. Die Zähler 14 und 16 sind an einen Logikschaltkreis 3 angeschlossen, der verschiedene Impulsfolgen des Zählers 14 auswählt, wobei die Auswahl unter Steuerung durch den Zähler 16 so getroffen ist, daß die Frequenz der ausgewählten Impulsfolgen wächst. Zu diesen Zweck wählen aufeinanderfolgende Zeittaktsignale des Zählers 16 Impulsfolgen mit wachsender Frequenz des Zählers 14 aus.

Die ausgewählten Impulsfolgen werden der Einrichtung 4 zugeführt wobei diese sich als zusammengesetzter Impulszug mit stetig wachsender Frequenz darstellen.

Gemäß F i g. 2 ist eine erste Ausführungsform des Generators 2 dargestellt Der Zähler 14 besitzt vier Stufen und der Zähler 16 weist drei Stufen auf. Der Zähler 14 erzeugt somit Impulsfolgen mit den Frequenzen

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die den Gattern 20, 21, 22 und 23 jeweils zugeführt werden, wobei / die Frequenz des Taktgenerators 12 darstellt. Der Zähler 16 zählt bis auf den Wert 8 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Zählers 14 mit der niedrigsten Frequenz l-r-) und die beiden letzten Stufen des Zählers 16 sina an eine Decodiereinrichtung 24 angeschlossen, welche die logischen Zustände A^-OO, ΛΌ1, X10 und ΛΊ1 entsprechend decodiert und wobei X anzeigt, daß der Zustand der ersten Stufe des Zählers 16 ohne Bedeutung ist Durch diese vier decodierten Zustände werden die UND-Gatter 23, 22, 21 und 20 entsprechend vorbereitet. Die Impulsfolgen mit den Frequenzen

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^und

werden somit der Reihe nach durch diese UND-Gatter ausgewählt und die ausgewählten Impulsfolgen werden durch das ODER-Gatter 25 zusammengefaßt, welches die Einrichtung 4 ansteuert.

Ferner wird der letzte zu decodierende Zählstand des Zählers 16, der das UND-Gatter 20 vorbereitet, zusätzlich invertiert und einem UND-Gatter 26 aufgeschaltet, das den Zähler 14 mit dem Zähler 16 verbindet. Hierdurch wird bewirkt, daß bei Erreichen des letzten Zählstandes des Zählers 16 der Zähler 16 diesen Zählstand beibehält, indem keine weiteren Impulse des Zählers 14 auf den Zähler 16 geschaltet werden, so daß der Zähler 16 nicht in seinen anfänglichen Zustand zurückgestellt werden kann. Ist somit einmal die Impulsfolge mit der höchsten Frequenz durch das Gatter 20 ausgewählt worden, so bleibt diese Impulsfolge für die Zeitdauer der Betätigung des Schalters 18 auch ferner wirksam. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 19 wird dem Zähler 16 zugeführt, so daß der Zähler 16 den anfänglichen zurückgestellten Zustand solange einnimmt, wie der Schalter 19 nicht betätigt wird und nur bei einer Betätigung des Schalters 19 für eine Zählung freigegeben wird. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 25 stellt sich datier als eine Impulsfolge dar, deren Frequtnz sich aufeinanderfolgend in gleichen Zeitabschnitten dreimal verdoppelt.

Gemäß F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform des Generators 2 dargestellt. Der Zähler 14 besitzt vier Stufen und der Zähler 16 weist fünf Stufen auf. Der Zähler

14 erzeugt somit Impulsfolgen mit den Frequenzen

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auf den Leitungen 30, 31, 32 und 33. Die letzten drei Stufen des fünfstufigen Zählers 16 erzeugen somit Impulse mit den Frequenzen

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T28"' "256" ^und 512

auf den Leitungen 34, 35 und 36. Diese Impulse und Impulsfolgen werden mittels dreier NOR-Gatter 37—39. nachgeschalteter NAND-Gatter 40-43 und ein weiteres nachgeschaltetes ODER-Gatter 44 miteinander logisch kombiniert.

Anfänglich weist der Ausgang des ODER-Gatters 19 den Wert »0« auf, wodurch der Zähler 16 auf dem Zählstand Null gehalten wird. Wird der Schalter 18 betätigt, so nimmt der Ausgang des Gatters 19 den Wert »1« ein und der Zähler 16 beginnt zu zählen. Alle drei Ausgangsleitungen 34—36 des Zählers 16 weisen anfänglich den Wert »0« auf. Die Leitung 34 ist diejenige Leitung, die zuerst den Wert »1« einnimmt, wenn der Zähler 16 zu zählen beginnt. Nach dem Ablauf des gleichen Zeitintervalles weist die Leitung 35 den Wert»1« auf und nach Ablauf des doppelten Zeitintervalles weist die Leitung 36 den Wert »1« auf. Die Impulse auf diesen Leitungen wirken als Zeittaktsignale, wobei nur die anfänglichen Änderungen auf diesen Leitungen von Bedeutung sind.

Wenn der Ausgang des Gatters 19 den Wert »1« einnimmt, so wird das NOR-Gatter 37 durch die Leitungen 34—36 vorbereitet, um die Impulsfolge auf der Leitung

33 hindurchzulassen. Das Gatter 37 kehrt hierbei die Impulsfolge um, was jedoch ohne Bedeutung ist. Ebenso wird das Gatter 40 vorbereitet, um die Ausgangsimpulsfolge des Gatters 37 hindurchzulassen. Auch hierbei erfolgt wiederum eine Umkehrung. Sobald somit der Ausgang des Gatters 19 den Wert »1« einnimmt, wird die Impulsfolge mit der niedrigsten Frequenz des Zählers 14 zum Durchgang zum ODER-Gatter 44 ausgewählt und somit auf die Einrichtung gegeben.

Nach einer bestimmten Zeitspanne weist die Leitung

34 den Wert »1« auf. Hierdurch wird das Gatter 37 gesperrt, wodurch der Durchgang der Impulsfolge mit der niedrigsten Frequenz auf der Leitung 33 gesperrt wird. Das Gatter 38 war jedoch von Beginn an freigegeben worden und bleibt weiterhin freigegeben, so daß die Impulsfolge auf der Leitung 32 dieses Gatter passieren kann. Nachdem nunmehr auch das Signal auf der Leitung 34 den Wert »1« eingenommen hat, ist auch das Gatter 42 vorbereitet, so daß die durch das Gatter 38 hindurchtretende Impulsfolge über das Gatter 41 an das ODER-Gatter 44 gelangen kann.

Nach Ablauf der gleichen Zeitspanne nimmt die Leitung 35 den Wert »1« ein. Das Gatter 39 war von Beginn an vorbereitet und bleibt vorbereitet, so daß die Impulsfolge auf der Leitung 31 dieses Gatter passieren kann. Durch den Wert »1« auf der Leitung 35 wird nunmehr auch das Gatter 42 vorbereitet, so daß die das Gatter 39 passierende Impulsfolge nunmehr durch das Gatter 42 zu dem ODER-Gatter 44 gelangen kann. Zum gleichen Zeitpunkt wird das Gatter 38 gesperrt, wodurch die Impulsfolge auf der Leitung 32 abgeschnitten wird.

Nach der doppelten Zeitspanne nimmt das Signal auf der Leitung 36 den Wert »1« ein. Hierdurch wird das Gatter 43 vorbereitet, so daß die Impulsfolge auf der Leitung 30 zu dem ODER-Gatter 44 gelangt. Gleichzeitig wird das Gatter 39 gesperrt, wodurch der Durchgang der Impulsfolge auf der Leitung 31 gesperrt wird.

Durch die vorstehend beschriebene Schaltung wird somit die Impulsfolge mit der niedrigsten Frequenz zuerst ausgewählt. Anschließend wird für die gleiche Zeitspanne die Impulsfolge mit der nächsthöheren Frequenz ausgewählt. Danach wird für die zweifache Zeitspanne die Impulsfolge mit der wiederum nächsthöheren Frequenz ausgewählt und schließlich bleibt für den Rest der Schalterbetätigung die Impulsfolge mit der höchsten Frequenz maßgebend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Gatter (43) von der ersten Stufe des Frequenzteilers Patentansprüche: (14) und dem letzten der m—2 Stufenausgänge des Zählers (16) angesteuert wird.

1. Digitales Regelsystem mit einem die Regelabweichung speichernden digitalen Speicherglied, ei- 5

nem zwischen das digitale Speicherglied und ein

Stellglied geschalteten Digital/Analog-Wandler und

einem durch einen Handschalter anschaltbaren Die Erfindung betrifft ein digitales Regelsystem nach

Taktgenerator zur Veränderung des Inhalts des digi- dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

talen Speichergliedes, dadurch gekenn- io Ein derartiges digitales Regelsystem ist bcispielswei-

zeichnet, daß zwischen den Taktgenerator (12) se aus der Zeitschrift »BBC-Mitteilungen«, 2/3, 1972,

und das digitale Speicherglied (4) ein Veränderungs- Seiten 109 fortfolgend, bekannt Dort kann mit einem

schaltkreis (2) geschaltet ist, welcher aufweist: Handschalter in Abhängigkeit von der Richtung seiner

einen von dem Taktgenerator (12) angesteuerten Betätigung und der Betätigungsstellung ein Taktgcnera-

Frequenzteiler(14), 15 tor mit unterschiedlichen Frequenzen auf ein digitales

einen an den Ausgang des Frequenzteilers (14) ange- Speicherglied geschaltet werden, um die darin gespei-

schlossenen und von dem Handschalter (18) freigeb- cherte Regelabweichung fein- oder grobstufig zu erhö-

baren Zähler (16) zur Erzeugung von Zeittaktsigna- hen oder zu erniedrigen. Die gespeicherte Regelabwci-

len.und chung wirkt nach Digital/Analog-Umsetzung auf ein

einen Logikgatterschaltkreis (3), dessen Gatter an 20 analoges Stellglied ein. Zur Korrektur der Regelabwci-

die Ausgänge des Frequenzteilers (14) und wenig- chung muß der Taktgenerator unterschiedliche Frc-

stens einige Ausgänge des Zählers (14) angeschlos- quenzen erzeugen.

sen sind, um an seinem Ausgang einen in das Spei- Ausgehend von diesem bekannten digitalen Regelsy-

cherglied (4) eingebbaren Impulszug zu erzeugen, stern ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

dessen Frequenz mit der Dauer der Betätigung des 25 dieses so auszugestalten, daß in Abhängigkeit von der

Handschalters (18) erhöht wird. Dauer der Schalterbetätigung die Frequenz der cinge-

2. Digitales Regelsystem nach Anspruch 1, da- gebenen Taktimpulse erhöht wird, so daß ausgehend durch gekennzeichnet, daß die Stufenausgänge des von einer feinstufigen Veränderung der Rcgelabwci-Frequenzteilers (14) auf die einen Eingänge von chung diese in Abhängigkeit von der Dauer der Schal-UND-Gattern (20,21,22,23) und einige Stufenaus- 30 terbetätigung auch grobstufig und schnell verändert gänge des Zählers (16) über eine Decodierschaltung werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß (24) auf die anderen Eingänge der UND-Gatter den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs (20—23) geführt sind und daß die zusammengefaß- 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des digitalen ten Ausgänge der UND-Gatter (20—23) an das Regelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung sind Speicherglied (14) gelegt sind. 35 den Unteransprüchen entnehmbar.

3. Digitales Regelsystem nach Anspruch 2, da- Aus der US-PS 38 26 991 ist es bereits bekannt, zur durch gekennzeichnet, daß mit dem höchsten Deco- Veränderung der in einem analogen Speicherglied gedierzählstand des Zählers (16) der Eingang desselben speicherten Regelabweichung einen Veränderungsfür ankommende Impulse gesperrt wird. schaltkreis vorzusehen, der bei seiner Betätigung mittels

4. Digitales Regelsystem nach Anspruch 3, da- 40 eines Schalters eine anwachsende Spannung erzeugt, durch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang welche in das Regelsystem zwecks Veränderung des des Frequenzteilers (14) und den Eingang des Zäh- Regelabweichungssignals eingeführt wird. Dort führt cilers (16) ein UND-Gatter (26) geschaltet ist, dessen ne Betätigung des Schalters zunächst nur zu einer leicheinem Eingang die Ausgangsimpulse des Frequenz- ten Änderung des automatisch erzeugten Regelabwciteilers (14) und dessen anderem Eingang der inver- 45 chungssignals, so daß Feineinstellungen vorgenommen tierte höchste decodierte Zählstand des Zählers (16) werden können. In einer Gefahrensituation kann jedoch zugeführt ist. , der Bedienungsmann den Schalter entsprechend länger

5. Digitales "Regelsystem nach Anspruch 1, da- ' betätigen,· wodurch die Veränderung des automatisch durch gekennzeichnet, daß bei einem η-stufigen Fre- erzeugten Regelabweichungssignals entsprechend steiquenzteiler (14) der Logikgatterschaltkreis (3) n— 1 50 ler verläuft, so daß große Veränderungen innerhalb kur-NOR-Gatter (37—39) und /l-NAND-Gatter zer Zeit bewerkstelligt werden können. Wenn sich der (40—43) aufweist, daß bei einem m-stufigen Zähler veränderte Wert dem geforderten Wert angenähert hat, (16) m—2 Stufenausgänge ausgewählt sind, daß das so kann durch Freigabe des Schalters der Verändeletzte NOR-Gatter (37) der Reihe von allen m—2 rungsschaltkreis wiederum zurückgestellt werden, so Stufenausgängen des Zählers (16) und dem Stufen- 55 daß ausgehend von diesem Punkt eine Feineinstellung ausgang η des Frequenzteilers (14), das vorletzte des Signals erfolgen kann. Im bekannten Fall besteht NOR-Gatter (38) von m—3 Stufenausgängen des der Veränderungsschaltkreis im wesentlichen aus einem Zählers (16) und dem Stufenausgang n—\ des Fre- Ladeschaltkreis für einen Kondensator, der mehr oder quenzteilers (14) usw. beaufschlagt wird, daß das weniger linear aufgeladen wird und dessen Spannung letzte NAND-Gatter (40) der Reihe von dem Signal 60 anschließend integriert wird, um einen im wesentlichen des Schalters (18) und dem Ausgang des letzten parabolischen Verlauf des ansteigenden Ausgangssi-NOR-Gatters (37), das vorletzte NAND-Gatter (41) gnals vorzugeben. Mit der vorliegenden Erfindung wird von dem ersten der m—2 Stufenausgänge des Zäh- eine Schaltungsanordnung angegeben, mit der digital lers (16) und dem Ausgang des vorletzten NOR-Gat- eine entsprechende Wirkung erzielt wird.

ters (38), das drittletzte NAND-Gatter (42) von dem 65 Anhand zweier in den Figuren der Zeichnung darge-

zweiten der m—2 Stufenausgänge des Zählers (16) stellter Ausführungsbeispiele sei die Erfindung im ΓοΙ-

und dem Ausgang des drittletzten NOR-Gatters (39) genden näher beschrieben. Es zeigt

usw. beaufschlagt wird und daß das erste NAND- Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm des Regel-