DE1006936B - Anordnung fuer elektrische Regeleinrichtungen, deren Steuerwert durch die Differenzbildung aus einem Soll- und einem Istwert elektrischer Groessen gewonnen wird - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft elektrische Regeleinrichtungen, bei denen die Differenzbildung zwischen Soll- und Istwert elektrischer Größen die Größe des elektrischen Steuerwertes bestimmt. Das ist beispielsweise der Fall bei der Verwendung von Magnetverstärkern für irgendwelche Steuer- bzw. Regelzwecke, wo die dem Regelfehler proportionale Differenzspannung einen Steuerstrom zur Folge hat.

Bei solchen Regelanordnungen wird häufig die zu regelnde Größe gemäß dem Schema nach Fig. 1 durch einen Meßwertumformer in eine dieser Größe proportionale Spannung Ui (Istwert) verwandelt und mit einer festen Spannung U₈ (Sollwert) verglichen. Die Differenz zwischen Istwert und Sollwert ist dann proportional dem absoluten Regelfehler und dient als Eingangswert einer Verstärkereinrichtung V, deren Ausgangsgröße über ein Stellglied die zu regelnde Größe beeinflußt. Wird als Sollwert nicht eine feste Spannung eingeführt, sondern eine einstellbare, indem gemäß Fig. 2 ein Potentiometer P Verwendung findet, dann kann mit dieser Regelanordnung ein beliebiger Wert eines bestimmten Sollwertbereiches konstant gehalten werden, dessen Grenzen durch den Einstellbereich des Sollwert-Potentiometers bestimmt sind. Bekannte Anordnungen dieser Art für den Eingangskreis des Verstärkers haben den Nachteil, daß einer bestimmten prozentualen Änderung der zu regelnden Größe eine Steuerspannung des Verstärkers entspricht, die ihrem Absolutwert nach je nach dem eingestellten Sollwert über dessen einstellbaren Gesamtbereich hinweg verschieden ist. Das bedeutet, daß der prozentuale statische Regelfehler der Anordnung, also die Genauigkeit der Regelung, mit der Größe des Sollwertes veränderlich ist. Besonders macht sich das dann störend bemerkbar, wenn zur Vermeidung von Pendelerscheinungen, die beispielsweise bei Drehzahlregelungen auftreten können, Rückführungen erforderlich sind, deren Bemessung und Einstellung Schwierigkeiten macht, wenn sich die statische Genauigkeit und damit die Empfindlichkeit der Regelung in mehr oder weniger weiten Grenzen ändert.

Erfindungsgemäß lassen sich diese Mängel der bekannten Regelanordnungen, deren Steuerwert durch eine Differenzbildung aus einem Soll- und einem Istwert gewonnen wird, dadurch vermeiden, daß zwangläufig mit der Einstellung eines neuen Sollwertes eine Zusatzeinrichtung derart verstellt bzw. eingestellt wird, daß für einen bei der Differenzbildung sich ergebenden proportionalen, prozentual gleichen Regelfehler bei verschiedenen Sollwerteinstellungen sich der gleiche Steuerwert für die Regeleinrichtung ergibt.

Für diesen grundsätzlichen Erfindungsgedanken gibt es verschiedene Lösungswege. So kann beispielsweise zwangläufig mit der Einstellung eines neuen Sollwertes an dem Sollwert-Potentiometer ein Reihenwiderstand zu

Anordnung für elektrische

Regeleinrichtungen, deren Steuerwert

durch die Differenzbildung aus einem

Soll- und einem Istwert elektrischer

Größen gewonnen wird

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Dr. Ing. Herbert Kind, Berlin-Mariendorf,

und Dipl.-Ing. Hans-Helmut Reuter, Berlin,

sind als Erfinder genannt worden

diesem verändert bzw. ein Abgriff an einem solchen verstellt werden. Soll eine exakte Einhaltung der Bedingung erreicht werden, daß bei der gleichen prozentualen Abweichung der zu regelnden Größe jeweils über den gesamten Bereich des einstellbaren Sollwertes bei der Differenzbildung sich der gleiche Steuerwert ergibt, so muß im Falle eines benutzten Reihenwiderstandes dieser unter Berücksichtigung der in der Regelanordnung wirksamen Widerstände, insbesondere der am Sollwert-Potentiometer einstellbaren Widerstände, in seiner funktionellen Abhängigkeit diesen angepaßt werden. Für viele Fälle kann es jedoch ausreichend sein, insbesondere wenn es sich nur um eine angenäherte Einhaltung der angegebenen Bedingung handelt, daß man eine lineare funktioneile Abhängigkeit zwischen den Einstellwerten am Reihenwiderstand und am Sollwert-Potentiometer benutzt bzw. einhält. Zur Erzielung dieser Abhängigkeit kann entweder ein entsprechender Aufbau des Reihenwiderstandes gewählt werden, oder es kann in Verbindung damit auch eine solche Verstelleinrichtung für den Abgriff an dem Reihenwiderstand benutzt werden, daß sie an der Bildung der funktionellen Abhängigkeit beteiligt ist oder diese allein herbeiführt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einer beispielsweisen Ausführung wird auf die Fig. 3 Bezug genommen. In dieser bezeichnet Ui wieder die Istwertspannung und Uv die Vergleichsspannung, während V den zu steuernden Verstärker bezeichnet. P ist wieder das Sollwert-Potentiometer, an welchem der erwünschte

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Sollwert eingestellt wird. In Reihe zu dem eingestellten Teil des Sollwert-Potentiometers P liegt nunmehr über den Abgriff P₁ der eingestellte Teil des Widerstandes R_z über den Abgriff R_zl. Bei der Einstellung eines neuen Sollwertes an dem Sollwert-Potentiometer P wird zwangläufig an dem Reihenwiderstand R_z der Abgriff R_Z1 entsprechend verstellt, wodurch der nach der Erfindung angestrebte Effekt erreicht wird.
Für die wirkungsmäßige Erläuterung der Erfindung Daraus folgt

Rz = q>a (Xmin, Xmax, P, R₁, R ... R_n) ■ (8)

Die Annahme nach Formel (5) besagt, daß bei starrer Kopplung der Abgriffe des Potentiometers und des Zusatzwiderstandes, ζ. B. bei einer Ausführung der Anordnung mit zwei Drehpotentiometern auf gleicher Achse, die beiden Widerstände gleichartig, z. B. beide linear, wird zur Kennzeichnung der Stellung des Potentiometer- 10 gewickelt werden können. Mit einem nach Gleichung (8) abgriffs am Sollwert-Potentiometer P die Koordinate χ errechneten Widerstand R_z wird für viele Fälle eine ausreichende Konstanz des Eingangswertes des Verstärkers über den gesamten Sollwert-Einstellbereich erzielt.

Fig. 4 zeigt als Beispiel in qualitativer Darstellung den Zusammenhang zwischen der Änderung Δ I_st des Steuerstromes und der Stellung χ des Sollwert-Potentiometers

Λ TT

bei konstanter relativer Änderung

eingeführt. Sie ist definiert durch das Verhältnis der abgegriffenen Sollspannung U₈ zur gesamten am Potentiometer liegenden Vergleichsspannung U_v, also

TT u_v

Damit gilt 0 ;£ χ ;£ 1. x_min und x_max seien die Koordinaten für den kleinsten und größten Wert des Bereiches Ui

der Istspannung

durch drei Kennlinien, und zwar durch die Kurve α für der Sollspannung, der an dem Potentiometer für die zu 20 einen Betrieb ohne Zusatzwiderstand, durch die Kurve b beherrschenden Betriebs Verhältnisse einstellbar ist. für einen Betrieb bei genauem erfindungsgemäßen Ab

gleich durch Schaffung des entsprechenden funktionellen Zusammenhanges zwischen der Potentiometereinstellung und der Größe des Zusatzwiderstandes und durch die Kurve c für einen Betrieb bei erfindungsgemäßem einfachem linearem Zusammenhang zwischen der Potentio-

Ferner wird die Koordinate y eingeführt. Sie ist definiert durch

R_z abgegriffen

y — .

R_z gesamt

den gun ch gecht snd, u ist Δ Ist de Änderung des Steuerstromes bei einer prozentualen Änderung p des Istwertes, so ist die Änderung des Steuerstromes eine Funktion f der übrigen genannten Größen:

Bezeichnet U_v die gesamte am Sollwert-Potentiometer metereinstellung und der Größe des Zusatzwiderstandes, liegende Vergleichsspannung sowie R₁ bis R_n weitere wobei für die Potentiometereinstellung x_mi_n die Gleich-Widerstände im Steuerkreis der Regelanordnung (ζ. B. heit der drei Kennlinienwerte angenommen wurde. Die der Querwiderstand des Potentiometers P), die zum Teil 30 letztere Annahme ist dann begründet, wenn die Fordein den Figuren nicht gezeichnet sind, und ist Δ Ist die rung vorliegt, daß in allen drei Fällen im Bereich

Xmin Si x S= Xmax eine bestimmte statische Genauigkeit der Regelanordnung nicht unterschritten werden soll und unterstellt wird, daß sämtliche übrigen Daten der Regelanordnung mit Ausnahme des Widerstandes R_z in allen drei Fällen die gleichen bleiben.

Um zu verhüten, daß bei Regelanordnungen der gesteuerte Verstärker durch zu große Eingangswerte Schaden leiden kann, und/oder um den Ausgangswert 40 des Verstärkers nach einer oder beiden Seiten zu begrenzen, ist vorgeschlagen worden, am Eingang des Verstärkers eine Relaiseinrichtung aus einem oder mehreren Relais vorzusehen, welche oberhalb eines gewissen Steuerwertes anspricht, dadurch den Verstärker abschaltet und wenn der Wert für R_z geeignet bestimmt wird. 45 für die Zeitdauer dieser Störung eine Ersatzspannung an

AlSt^f₁[X, yRz, P, R₁... R_n). (2)

Soll Δ Ist als Funktion von χ konstant bleiben, dann folgt daraus, daß

yRz = _Ψι (χ, Δ Ist, p, R₁... R_n) (3)

im allgemeinen eine nichtlineare Funktion von χ ist.

Meist genügt jedoch der Ansatz eines linearen Zusammenhanges zwischen dem Abgriff χ am Sollwert-Potentiometer und dem Abgriff y am Zusatzwiderstand

Stellt man beispielsweise folgende Bedingungen:

Für χ = x_min sei y = 0,

und (4)

für x = Xmax sei y = 1,

so ergibt sich als linearer Zusammenhang zwischen y und χ

y =

Xmax Xmin

(5)

— /2 \X> Xmin, Xmax, R;

\d (A ISt) dx

den Eingang des Verstärkers legt. Eine erfindungsgemäße Anordnung kann auch in Verbindung mit derartigen Schutzeinrichtungen benutzt werden. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung würde aber beim Ansprechen der Relaiseinrichtung bei gleichbleibender Differenz zwischen Soll- und Istspannung die Spannung an den Klemmen der Relaiseinrichtung ansteigen, weil

x—Xmin ,_, durch das Abschalten des parallel zu der Relaiseinrichtung

liegenden Verstärkereinganges der Strom durch den Zusatzwiderstand und damit der Spannungsabfall an letzterem verringert wird. Dies hätte zur Folge, daß das Wiedereinschalten des Verstärkers erst bei einer bedeutend kleineren Differenz zwischen Soll- und Istwert erfolgen und dadurch Stöße auf den Verstärkereingang gelangen würden. Dieser Effekt wird noch dadurch vergrößert, daß die Abfallerregung am Relais kleiner ist als die Ansprecherregung.

Eine solche Relaiseinrichtung läßt sich jedoch dann in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung benutzen, wenn zwangläufig mit einer neuen Sollwerteinstellung eine derartige Schaltung bzw. Vorbereitung

if Λ der Relaiseinrichtung vorgenommen wird, daß trotz der

dx J n\ Einwirkung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung und

^x~^Xmin trotz des Halteverhältnisses der Relaiseinrichtung das

= fs {xmin,Xmax, Rz, P, R₁... R_n) = 0. 7° Abfallen der Relaiseinrichtung bei nahezu gleichem

Zur Bestimmung von R_z eignet sich am besten die Bedingung, daß an der Stelle χ = x_min die Änderung von A I_st als Funktion von χ Null sein soll. Man rechnet also

yRz,p, R₁... Rn),

(6a)

x-

-X,

min

Xmax

R_z> p, R₁^-R_n), (6b)

P, R₁... R_n) , (6c)

Differenzwert zwischen Soll- und Istspannung stattfindet wie das Ansprechen.

Eine erfindungsgemäße Lösung wird z. B. dadurch erreicht, daß an der Relaiseinrichtung ein Zusatzreihenwiderstand vorgesehen ist, dessen in der Schaltung wirksamer Widerstands wert zwangläufig bei der Einstellung eines neuen Sollwertes ebenfalls in seinem Wert eingestellt wird. Dieser Widerstand ist, solange die Relaiseinrichtung als Schutzeinrichtung nicht angesprochen hat, kurzgeschlossen. Spricht dagegen die Relaiseinrichtung an, so wird dieser Widerstand mit seinem Wert in Reihe mit der Relaiseinrichtung eingeschaltet, so daß auf diese Weise sich die Differenzspannung zwischen Ist- und Sollwert nunmehr auf den erfindungsgemäßen Reihenwiderstand zu dem Sollwert-Potentiometer, den Widerstand der Relaiseinrichtung und deren Zusatzwiderstand aufteilt.

Eine beispielsweise Anordnung dieser Art veranschaulicht die Fig. 5 der Zeichnung. In dieser bezeichnen Ut, U_v, P, R_z und V wieder die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen, wie sie bereits in Fig. 3 vorhanden waren.

In Reihe in der Verbindungsleitung von dem Potentiometer P über den Zusatzwiderstand R_z zu dem Verstärker V liegen die Schaltkontakte Kl und Ll der gepolten Relais K und L, von denen das eine bei entsprechendem Überwiegen der Istspannung und das andere bei entsprechendem Überwiegen der Sollspannung anspricht. Die Wicklungen dieser Relais liegen im Zuge einer Leitung von der Istwertleitung 1 über einen Widerstand R_r, den Zusatzwiderstand R_z zum Potentiometer P. Parallel zu dem Widerstand R_r liegt ein Leitungszug, in welchem die Schaltkontakte K2 und L2 der Relais K und L liegen. Die Schaltorgane Kl und Ll gehören je einem Umschalter an, welcher in der anderen Schaltstellung an dem Abgriff eines Potentiometers Q liegt, das mit der Hilfsspannung Uh gespeist wird. Die Anordnung ist in dem Betriebszustand gezeigt, in welchem sie ordnungsmäßig arbeitet. Tritt jetzt eine zu große Differenz zwischen der Sollwertspannung U_v und der Istwertspannung Ut auf, so spricht je nach der Stromrichtung entweder das Relais K oder das Relais L an. Es wird dann der jeweilige Umschaltkontakt Kl oder Ll auf die Hilfsspannung Uh geschaltet, so daß dann an dem Magnetverstärker eine entsprechende Spannung zwischen diesem Abgriff und dem Mittelabgriff des Potentiometers Q liegt. Gleichzeitig wird der Kontakt K2 bzw. L 2 des Relais K bzw. L geöffnet, wodurch die Überbrückung des Widerstandes R_r aufgehoben und dieser somit mit den Wicklungen der Relais K und L in Reihe geschaltet wird. In diesem Zustand findet in der angegebenen Weise eine derartige Aufteilung der zwischen der Leitung 1 und dem Abgriff des Potentiometers liegenden Spannungsdifferenz statt, daß das Relais wieder abfällt, sofern der gleiche Differenzwert zwischen 1 und dem Abgriff des Potentiometers nach Wegfall der Störung wieder auftritt. Eine ausreichende Beherrschung der Verhältnisse läßt sich vielfach bereits dadurch erreichen, daß zwischen den Widerstandswerten von R_r und demjenigen des Widerstandes R_z ein linearer Zusammenhang eingehalten wird nach der folgenden Beziehung :

τ) ■* Vmai Kz "

+ IAE —lAE , U AE —Uae

30

35

*AE ΙΆΕ

in welcher Ivmax den höchstzulässigen Strom im Verstärkereingang (bei dem das Relais anspricht), I_AE den Relais-Ansprechstrom, *_AE den Relais-Abfallstrom, UΆε die Spannung zwischen den Punkten A und E beim Ansprechen des Relais, "ae die entsprechende Spannung beim Abfallen des Relais bedeuten. Eine erfindungsgemäße Anordnung kann entweder in der Weise benutzt werden, daß unmittelbar der gelieferte Steuerstrom einer Regeleinrichtung zugeführt wird oder daß dieser nur ein entsprechender proportionaler Spannungswert zugeleitet wird, der von einem Widerstand abgeleitet wird, über welchen der sich in der Anordnung ergebende Steuerstrom fließt.

Wenn mit einer erfindungsgemäßen Anordnung nicht beabsichtigt wird, die Wirkung des Halteverhältnisses der Relais auf den Abfallwert zu eliminieren, so kann eine einfachere Anordnung in der Weise gewählt werden, daß der Widerstand R_r nach dem Ausführungsbeispiel in Wegfall kommt und statt dessen ein dem Eingangswiderstand des Verstärkers entsprechender Parallelwiderstand zu den Relaiswicklungen mit der Auftrennung der Verbindungsleitung zwischen dem Sollwert-Potentiometer und dem Verstärker eingeschaltet wird. Auf diese Weise ändert sich dann an dem elektrischen Widerstandsverhältnis des Systems vor und nach dem Ansprechen der Relaiseinrichtung bei der Auftrennung des Verstärkereingangs nichts.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung für elektrische Regeleinrichtungen, deren Steuerwert durch die Differenzbildung aus einem Soll- und einem Istwert elektrischer Größen gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwangläufig mit der Einstellung eines neuen Sollwertes eine Zusatzeinrichtung derart eingestellt bzw. verstellt wird, daß für einen bei der Differenzbildung sich ergebenden proportionalen, prozentual gleichen Regelfehler bei verschiedenen Sollwerteinstellungen sich der gleiche Steuerwert für die Regeleinrichtung ergibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwangläufig mit der Einstellung eines Sollwert-Potentiometers ein Reihenwiderstand über den Abgriff des Potentiometers in seinem Wert verändert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Einstellwerten des Reihenwiderstandes und den Einstellwerten des Sollwert-Potentiometers ein linearer funktioneller Zusammenhang gewählt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, wobei dem Eingang des Regelverstärkers eine Relaiseinrichtung zugeordnet ist, welche bei gewissen Grenzsteuerwerten anspricht, insbesondere auch als Schutzeinrichtung, und dadurch den Verstärker von der den Steuerstrom liefernden Einrichtung abtrennt unter gleichzeitigem Anlegen einer Ersatzspannung an den Eingang des Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einstellung eines neuen Sollwertes die Relaiseinrichtung zwangläufig derart in ihrer Wirkungsweise angepaßt wird, daß sie bei einer beliebigen Potentiometereinstellung praktisch bei den gleichen Werten abfällt, bei denen sie anspricht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Wicklungen der Relaiseinrichtung ein vor ihrem Ansprechen normalerweise überbrückter Widerstand geschaltet ist, der beim Ansprechen der Relaiseinrichtung mit dieser in Reihe geschaltet wird, und daß dieser Widerstand bei einer neuen Einstellung des Sollwert-Potentiometers zwangläufig derart in seinem Widerstandswert verändert wird für eine solche Aufteilung der zwischen Sollwert-Potentiometer und Istwert-Anschluß be-

stehenden Spannungsdifferenz, daß die Relaiseinrichtung bei den gleichen Werten dieser Spannungsdifferenz sowohl abfällt als auch anspricht.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, wobei dem Eingang des Regelverstärkers eine Relaiseinrichtung zugeordnet ist, welche bei gewissen Grenzsteuerwerten anspricht, insbesondere auch als Schutzeinrichtung, und dadurch

den Verstärker von der den Steuerstrom liefernden Einrichtung abtrennt unter gleichzeitigem Anlegen einer Ersatzspannung an den Eingang des Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansprechen der Relaiseinrichtung für den abgeschalteten Eingang des Verstärkers ein entsprechender Ersatzwiderstand der Erregung des bzw. der Relais parallel geschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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