DE568442C - Einrichtung zur Verminderung der Empfindlichkeit von Reglern - Google Patents

Description

Man hat vorgeschlagen, Größen beliebiger Art dadurch zu regeln, daß die Regelbewegung von dem Unterschied der Wege zweier Glieder abgeleitet wird, deren mittlere Geschwindigkeit dem Ist-Wert und dem Soll-Wert der zu regelnden Größe entsprechen.

Bei diesem Regelverfahren wird der Wegunterschied der beiden Glieder, von dem ein Regelvorgang ausgelöst wurde, durch die Wirkung dieses Regelvorganges wieder beseitigt, d. h. der Regelvorgang wird so lange fortgesetzt,. bis ein z. B. durch Geschwindigkeitserhöhung des den Ist-Wert darstellenden Gliedes über den Soll-Wert herbeigeführter Wegunterschied durch Geschwindigkeitsverminderung unter den Soll-Wert wieder ausgeglichen ist. Die Folge dieser Wirkungsweise ist ein ständiges Überregeln.

Abgesehen davon werden bei dem oben beschriebenen Regelverfahren die Geschwindigkeitsunterschiede beider Glieder integriert, so daß auch die geringsten Geschwindigkeitsunterschiede im Laufe der Zeit noch zur Auslösung von Regelvorgängen führen. Da es praktisch nicht möglich ist, die Regelschritte so klein zu

bemessen, daß völlige Übereinstimmung zwischen den Geschwindigkeiten beider Glieder herbeigeführt werden kann, wird eine nach dem oben beschriebenen Verfahren arbeitende Vorrichtung auch dann noch pendeln, wenn die zu regelnde Größe unverändert bleibt.

Die oben beschriebenen Nachteile können durch Verminderung der Empfindlichkeit der Regelanordnung beseitigt werden.

Gemäß der Erfindung wird die Empfindlichkeit durch eine Vorrichtung vermindert, die den Unterschied der von den Vergleichsgliedern zurückgelegten Wege periodisch aufhebt. Es sind zwar Einrichtungen zur Überwachung der Leistungsaufnahme bzw. -abgabe elektrischer Stromverbraucher bzw. Stromerzeuger bekanntgeworden, welche in der Weise arbeiten, daß periodisch der Vergleich zwischen der seit Beginn der Maximumperiode geleisteten Arbeit und ihrem Soll-Wert von neuem wieder eingeleitet wird. Bei diesen Anordnungen hat aber die periodische Neueinleitung des Vergleiches zwischen Ist- und Soll-Wert nichts mit der Verminderung der Empfindlichkeit der Regelanordnung zu tun. Durch die periodische Rückführung der Vergleichsglieder gemäß der vorliegenden Erfindung kann das lästige Überregeln beseitigt werden, da es nicht mehr einer über den Soll-Wert hinweggehenden Geschwindigkeitsänderung des Ist-Gliedes bedarf, um den Wegunterschied der beiden Glieder auszugleichen. Außerdem läßt sich das Pendeln ganz beseitigen, da das Ansprechen der Regelung davon abhängig gemacht ist, daß innerhalb der Periode die Weglänge des Ist-Gliedes um einen zur Auslösung der Regelung ausreichenden

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder augegeben worden:

Dipl.-Ing. Erich Dahnken in Berlin-Charlottenburg.

Betrag von der Weglänge des Soll-Gliedes abweicht. Insofern gibt die Erfindung ein Mittel an die Hand, die Empfindlichkeit der Regelung beliebig einzustellen. Je kürzer man nämlich die Periode wählt, um so größer muß der Geschwindigkeitsunterschied beider Glieder sein, wenn es innerhalb der Periode zur Auslösung eines Regelvorganges kommen soll.

Besonders zweckmäßig ist es, die Länge der ίο Periode von einer bestimmten Weglänge eines der beiden Glieder abhängig zu machen. Dadurch wird erreicht, daß die prozentuale Genauigkeit stets gleichbleibt, auch wenn die Geschwindigkeiten der beiden Glieder in weiten Grenzen geändert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die beiden Glieder, deren Geschwindigkeiten verglichen werden, sind mit ι und 2 bezeichnete Wellen. Die Welle ι wird z. B. durch einen Synchronmotor 3 über ein Schneckengetriebe mit einer dem Soll-Wert der zu regelnden Größe entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben, während die Welle 2 über ein Schneckengetriebe, z. B. von einem Amperestundenzähler 4, mit einer dem Ist-Wert der zu regelnden Größe entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben wird. Auf der Welle ι ist eine elektromagnetische Kupplung 5 befestigt, der über zwei Schleifringe 6 und 7 die Spannung einer Stromquelle zugeführt wird'. Der Schleifring 7 ist auf einen Teil seines Umfanges durch ein eingesetztes Isolierstück 33 unterbrochen. 8 ist der Anker der elektromagnetischen Kupplung, der auf einer zur Welle 1 gleichachsig angeordneten Welle 9 befestigt ist. Auf der Welle 9 sitzt außerdem ein Arm 10, der an seinem Ende einen Doppelkontakt 11 trägt. Dieser Kontakt steht mit einem Schleifring 12 in Verbindung. Auf der Welle 2 ist ein Arm 13 befestigt, der an einem gabelförmigen Fortsatz zwei Kontakte 14 und 15 trägt. Die Kontakte 14 und 15 sind mit zwei Schleifringen 16 und 17 leitend verbunden. 18 und 19 sind zwei Federn, die bestrebt sind, die beiden Arme 10 und 13 in der gezeichneten Normallage festzuhalten bzw. sie in diese Normallage zurückzuführen. 20 und 21 sind zwei Relais. 22 ist ein Motor, der die zur Durchführung des Regelvorganges erforderliche Energie liefert, und 23 ein Zeitwerk. Dieses Zeitwerk besteht z. B. aus einer Spule 24, die bei Stromdurchgang einen Eisenkern 25 in sich hineinzuziehen sucht. Über ein Band 26 wirkt der Eisenkern auf ein Ritzel 27 ein, von dem ein Zahnrad 28 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles gedreht wird. Eine Feder 29 sucht das Zahnrad 28 entgegen der Richtung des eingezeichneten Pfeiles zu drehen. Diese Bewegung wird durch einen auf dem Rad 28 sitzenden Anschlag 30 begrenzt, der sich gegen einen festen Anschlag 31 anlegt. 32 ist ein Kontakt, der von dem Anschlag 30 geöffnet wird, sobald dieser bei einer Drehung des Zahnrades 28 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles seine oberste Lage erreicht hat.

Die oben beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Die Wellen 1 und 2 werden mit einer dem Ist-Wert bzw. dem Soll-Wert der zu regelnden Größe entsprechenden Geschwindigkeit gedreht. Diese Bewegung machen die Arme 10 und 13 mit. Solange beide Geschwindigkeiten übereinstimmen, ändert sich an der relativen Stellung beider Arme 10 und 13 nichts, so daß es zu einer Berührung des Kontaktes 11 mit einem der Kontakte 14 oder 15 nicht kommen kann. Dieser theoretische Fall der völligen Gleichheit beider Geschwindigkeiten wird aber niemals eintreten. In Wirklichkeit wird der den Ist-Wert darstellende Arm 13 stets etwas langsamer oder etwas schneller laufen als der Arm 10. Ist der Geschwindigkeitsunterschied nur klein, dann wird er während einer Umdrehung nicht hinreichen, um den Weg zwischen dem Kontakt 11 und einem der Kontakte 14 oder 15 zu überbrücken. Nach einer Umdrehung 8g wird aber durch das Isolierstück 33 der Stromkreis der elektromagnetischen Kupplung 5 für einen Augenblick unterbrochen. Dabei kann sich der entkoppelte Arm frei unter der Wirkung der beiden Federn 18 und 19 wieder in seine Mittellage zwischen den Kontakten 14 und 15 einstellen. Zur Auslösung eines Regelvorganges kommt es also erst dann, wenn der Geschwindigkeitsunterschied der beiden Glieder hinreicht, um während einer Umdrehung den Abstand zwischen den Kontakten 11 und 14 bzw. 11 und 15 zu überbrücken. In einem solchen Falle wird z. B. bei der Berührung der Kontakte 11 und 14 ein' Stromkreis geschlossen, der von dem Pluspol einer Batterie über den Schleifring 12, die Kontakte 11 und 14, den Schleifring 16, das Relais 20 und den untersten Kontakt des Relais 21 zum Minuspol der Stromquelle führt. Infolgedessen spricht das Relais 20 an und schließt dabei folgenden Haltestromkreis: von dem Minuspol der Stromquelle über den untersten Kontakt des Relais 21, über den obersten Kontakt des Relais 20, die Spule 24 und den Kontakt 32 zum Pluspol der Stromquelle. Infolgedessen beginnt das Zeitwerk 23 zu laufen, no und das Relais 20 bleibt so lange erregt, bis nach Ablauf des Zeitwerkes durch den Anschlag 30 der Kontakt 32 vorübergehend geöffnet wird. Während dieser Zeit ist aber über die beiden mittleren Kontakte des Relais 20 der Anker des Motors 22 an Spannung gelegt, so daß der Motor einen Regelschritt durchführen kann. Die Länge der einzelnen Regelschritte ist bei dieser Anordnung also bestimmt durch die mit dem Zeitwerk 23 abgemessene iao Zeitspanne. Bei einer Berührung zwischen den Kontakten 11 und 15 spielt sich derselbe oben

beschriebene Vorgang ab, nur daß in diesem Falle Relais 21 erregt und dadurch der Motor 22 in umgekehrter Richtung an Spannung gelegt wird, so daß er einen entgegengesetzt gerichteten Regelschritt ausführt.

In vielen Fällen kann es zweckmäßig sein, das Zeitwerk 23 fortzulassen. Dadurch wird die Länge der Regelschritte von der Dauer der Berührung zwischen den Kontakten 11 und 14 bzw. 11 und 15 abhängig. Diese Kontaktdauer ist aber um so größer, je eher während einer Umdrehung der Kontakt 11 von einem der beiden Kontakte 14 cder 15 erreicht wurde, d. h. je größer der Geschwindigkeitsunterschied der «5 beiden Glieder ist. Dadurch ergibt sich die sehr zweckmäßige Folge, daß die Regelschritte um so größer werden, je größer der Geschwindigkeitsunterschied der beiden Glieder, d. h. also auch die Abweichung des Ist-Wertes vom SoIl-Wert war.

In vielen Fällen wird man mit einer gleichmäßigen Bewegung der Glieder nicht rechnen können, z. B. wenn der Ist-Wert der zu regelnden Größe an einer entfernt liegenden Stelle gemessen wird. Zur Übertragung des Meßwertes zur Regelanordnung bedient man sich dabei in neuerer Zeit vielfach des Impulsfrequenzverfahrens, das unter Umständen eine schrittweise Bewegung des mit seiner Hilfe angetriebenen Gliedes bedingt. In einem solchen Falle, wenn mindestens eines der beiden Glieder schrittweise bewegt wird, würde ein einmal eingeleiteter Kontakt zwischen den Kontakten 11 und 14 cder 11 und 15 wenigstens zunächst periodisch bei jedem Schritt des die Welle 2 antreibenden Organs unterbrochen werden. Diesen Nachteil kann man verhältnismäßig einfach dadurch beheben, daß den Relais 20 und 21 eine erhebliche Anfallverzcgerung gegeben wird, so daß während der kurzen Kontaktunterbrechimg die Relaisanker nicht abfallen können.

Die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung kann man zweckmäßig dahin abändern, daß die auslösenden Kontakte 11, 14 und 15 nicht unmittelbar auf die Wellen 2 und 9 aufgesetzt werden, daß vielmehr die Wellen 2 und 9 Seitenräder eines Differentialgetriebes tragen, dessen das Planetenrad tragender Teil mit einer geeigneten Kontakteinrichtung lösbar gekuppelt ist. Wenn dann die Wellen 2 und 9 * in entgegengesetzter Richtung gleich schnell timlaufen, bleibt der das Planetenrad tragende Teil ruhig stehen. Erst von einem Geschwindigkeitsunterschied beider Wellen wird er in Bewegung gesetzt, so daß ein Regelvorgang aus-. gelöst werden kann. Um die Unterschiede der zurückgelegten Wege pericdisch rückgängig zu machen, wird die Kupplung zwischen dem das Planetenrad tragenden Teil und der den Regelvorgang auslösenden Kontaktvorrichtung periodisch aufgehoben, z. B. mit Hilfe eines Relais, das über einen Kontakt an einer Spannungsquelle liegt. Dieser Kontakt wird z. B. durch eines der umlaufenden Glieder gesteuert.

Unter Umständen kann es erforderlich sein, die Empfindlichkeit der Regelung gemäß der Erfindung auch während des Betriebes gelegentlich zu verändern. Dafür gibt es mehrere Mittel. Liegt z. B. der Abstand der Kontakte 11, 14 und 15 fest, dann kann man die Weglänge, nach deren Zurücklegung Wegunterschiede rückgängig gemacht werden, einstellbar machen, indem man z. B. von der Welle 1 aus mit einer veränderlichen Übersetzung ein besonderes Glied antreibt, von dem die Wegunterschiede mittelbar rückgängig gemacht werden.

Man kann andererseits bei festliegender Weglänge die Empfindlichkeit veränderlich machen, indem man den Abstand zwischen den Kontakten 11, 14 und 15 einstellbar macht. Diese Maßnahme ist besonders dann sehr zweckmäßig, wenn an Stelle der beiden im Ausführungsbeispiel gezeichneten Arme 10 und 13 ein Differentialgetriebe tritt, von dessen das Planetenrad tragendem Teil der Steuerkontakt betätigt wird. Bei einer solchen Ausführungsform sind die Gegenkontakte ortsfest angeordnet, so daß sie mit einfachen Mitteln verstellt werden können.

Kombiniert man die beiden oben angegebenen Möglichkeiten der Emfindlichkeitseinstellung miteinander, dann ergibt sich daraus die weitere Möglichkeit, bei beliebigen absoluten Geschwindigkeiten der beiden Glieder gleich große Regelschritte zu erzielen, während z. B. bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform die Regelschritte mit zunehmender absoluter Geschwindigkeit der beiden Glieder immer kleiner werden.

Die Unabhängigkeit der Regelschrittgröße von der absoluten Geschwindigkeit der beiden Glieder kann man auch noch auf andere Weise erreichen, z. B. in der Art, daß man die Arbeitsgeschwindigkeit des Regelmotors 22 verändert, und zwar zweckmäßig proportional der Geschwindigkeit der den Soll-Wert anzeigenden Welle i. Ist der die Welle 1 antreibende Motor 3 z. B. ein Nebenschlußmotor, dessen Geschwindigkeit durch Änderung der Felderregung eingestellt wird, dann wird man zweckmäßig für den Motor 22 ebenfalls einen Nebenschlußmotor wählen und seine Felderregung entsprechend derjenigen des Motors 3 ändern. Man könnte auch daran denken, den Motor 22 ganz fortzulassen und die Energie für die gewünschte Regelbewegung von dem Motor 3 z. B. über eine elektrische Kupplung zu entnehmen. Dadurch würde ohne weitere besondere Maßnahmen erreicht werden, daß der Regelschritt unabhängig von der absoluten Geschwindigkeit der beiden Glieder stets gleich groß bleibt.

Man hat vorgeschlagen, bei dem eingangs beschriebenen Regelverfahren Unterschiede der zurückgelegten Wege in ihrer Wirkung auf die Regelung jedesmal nach Auslösen einer Regelbewegung rückgängig zu machen. Durch diese Maßnahme ist aber nur einer der oben angeführten Nachteile des Regelverfahrens behoben, nämlich das Überregeln. Infolgedessen kann der Erfindungsgegenstand unter Umständen ίο auch zweckmäßig gemeinsam mit einem Verfahren verwendet werden, bei dem jedesmal nach Auslösung einer Regelbewegung die Unterschiede der von den beiden Gliedern zurückgelegten Wege rückgängig gemacht werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verminderung der Empfindlichkeit von Reglern, bei denen eine dem Ist-Wert der zu regelnden Größe entsprechende Geschwindigkeit mit einer dem Soll-Wert der zu regelnden Größe entsprechenden Geschwindigkeit verglichen wird, insbesondere von Reglern für die Leistung elektrischer Stromerzeuger, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die den Unterschied der von den Vergleichsgliedern zurückgelegten Wege periodisch aufhebt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschiede der Wege in Abhängigkeit von einer bestimmten Weglänge eines der beiden Glieder (10, 13) rückgängig gemacht werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Glieder (10) mit seinem Antrieb (3) durch eine lösbare Kupplung (5) verbunden ist und Mittel

(z. B. Federn 18, 19) vorgesehen sind, die bestrebt sind, Wegunterschiede beider Glieder rückgängig zu machen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,? daß die Kupplung (5) eine elektrisch betätigte Haltekupplung ist, welcher der Strom über zwei Schleifringe (6, 7) zugeführt wird, und daß der eine Schleifring (7) auf einem Teil seines Umfanges nichtleitend ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Glieder Seitenräder eines Differentialgetriebes sind, dessen das Plarietenrad tragender Teil mit einem auf die Regelung einwirkenden Organ lösbar gekoppelt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 für den Fall, daß wenigstens eines der beiden Glieder schrittweise fortbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Auslösung der gewünschten Steuerwirkung vorgesehenen Relais (20, 21) mit Abfallverzögerung versehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Größe des Regelschrittes unabhängig von der absoluten Geschwindigkeit der beiden Glieder zu machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen