DE1089045B

DE1089045B - Electrical control circuit using a transfluxor

Info

Publication number: DE1089045B
Application number: DES61554A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dieter V Sanden
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-01-30
Filing date: 1959-01-30
Publication date: 1960-09-15

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem elektrischen Regelkreis unter Verwendung eines Transfluxors, bei dem die Regel- bzw. Stellgröße rein elektrisch, also ohne Verwendung von elektromechanischen Vorrichtungen, wie z. B. Servomotoren, erzeugt werden soll.The invention is concerned with an electrical control loop using a transfluxor to which the controlled or manipulated variable is purely electrical, i.e. without the use of electromechanical devices, such as B. servomotors is to be generated.

Bei einem Integralregler beispielsweise muß die Regelgröße so lange verändert werden, bis sie den angegebenen Sollwert erreicht hat. Der Regler vergleicht jeweils Regelgröße und Sollwert miteinander und bildet eine dem Zeitintegral über die Differenz von Regelgröße und Sollwert proportionale Stellgröße, von der wiederum die Regelgröße beeinflußt wird. Der Regelvorgang ist beendet, wenn das Zeitintegral konstant bleibt, die Differenz zwischen Soll- und Regelgröße also Null geworden ist und die Stellgröße hierbei einen bestimmten Wert angenommen hat.In the case of an integral controller, for example, the controlled variable must be changed until it reaches the specified value Has reached the setpoint. The controller compares the controlled variable and the setpoint with each other and forms a manipulated variable proportional to the time integral via the difference between the controlled variable and the setpoint, which in turn influences the controlled variable. The control process is ended when the time integral is constant remains, the difference between the setpoint and the controlled variable has become zero and the manipulated variable here has assumed a certain value.

Eine ähnliche Aufgabe ist bei allen Nachlaufsteuerungen gegeben, bei denen die Regelgröße, z. B. eine vorhandene Spannung, mit der Führungsgröße, d. h. einem veränderbaren Sollwert, z. B. einer ferngesteuerten Vergleichsspannung, verglichen wird und der Regler so lange regeln muß, bis Regelgröße und Führungsgröße übereinstimmen. Hierbei kann die Führungsgröße über eine längere Zeit konstant sein oder aber wie bei vielen Regelvorgängen ständig variieren. In jedem Fall muß die Regelgröße ständig entsprechend nachgeregelt werden.A similar task is given with all follow-up controls in which the controlled variable, e.g. Legs existing voltage, with the reference variable, d. H. a variable setpoint, e.g. B. a remote controlled Comparison voltage, is compared and the controller has to regulate until controlled variable and Match the reference variable. The reference variable can be constant over a longer period of time or, as with many control processes, vary continuously. In any case, the controlled variable must be constant be readjusted accordingly.

Für derartige Regelgeräte ist charakteristisch, daß sie als Stellglied eine Vorrichtung benötigen, die während des Regelvorganges verstellt wird und nach Verschwinden der Differenz zwischen Soll- und Istwert in der eingenommenen Lage verbleibt, ohne eine Haltestellkraft zu benötigen. Derartige Stellglieder sind z. B. Servomotoren oder ähnliche magnetfeldgesteuerte mechanische Vorrichtungen.It is characteristic of such control devices that they require a device as an actuator which is adjusted during the control process and after the difference between the setpoint and actual value has disappeared remains in the assumed position without needing a holding force. Such actuators are z. B. servomotors or similar magnetic field controlled mechanical devices.

Auch ein Transfluxor ist als derartiges integral wirkendes Stellglied geeignet.A transfluxor is also suitable as such an integrally acting actuator.

Ein Transfluxor ist hierbei im wesentlichen ein in seiner Kopplung regelbarer Übertrager, dessen Übertragerkern mit einem Material zum Erzeugen einer rechteckigen Hystereseschleife ausgerüstet ist. Mit Hilfe einer Steuerwicklung kann der Kopplungsgrad zwischen Eingangs- und Ausgangswicklung geändert werden. Bei konstantem Einspeisen der Übertragereingangswicklung ergibt sich eine von diesem Kopplungsgrad monoton abhängige Ausgangsspannung als Ausgangsgröße des Übertragers, also des Transfluxors. A transfluxor is essentially a transformer whose coupling can be regulated, its transformer core is equipped with a material for creating a rectangular hysteresis loop. With The degree of coupling between the input and output windings can be changed with the aid of a control winding will. With constant feeding of the transformer input winding, one of this degree of coupling results monotonically dependent output voltage as the output variable of the transformer, i.e. the transfluxor.

Ein Transfluxor bleibt bekanntlich nach einer Reihe von verschieden starken Einstellimpulsen auf der Einstellung stehen, die dem amplitudenstärksten Impuls entspricht. Nach einer derartigen Einstellung kann dann beliebig oft eine Ausgangsarbeit entnommen werden. Ein Transfluxor kann also z. B. ein RelaisAs is well known, a transfluxor remains on the setting after a series of setting impulses of different strength which corresponds to the pulse with the strongest amplitude. After such an adjustment can an initial thesis can then be taken as often as desired. So a transfluxor can be, for. B. a relay

Elektrischer Regelkreis
unter Verwendung eines TransfluxorsElectrical control circuit
using a transfluxor

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Dieter v. Sanden, München-Solln,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Dieter v. Sanden, Munich-Solln,
has been named as the inventor

oder eine Glühlampe ständig betreiben, wenn er durch einen Impuls eingestellt wird.or operate an incandescent lamp continuously when it is set by an impulse.

Für das Verständnis der Erfindung ist an sich ausreichend zu wissen, daß, solange die flußändernde Steuerkraft nicht verschwindet, sich der magnetische Fluß ändert und daß nach dem Verschwinden der wirksamen Steuerkraft dieser magnetische Fluß in einer ganz bestimmten Größe erhalten bleibt. Der Kopplungsgrad des Übertragers und damit die Transfluxor-Ausgangsgröße hängen monoton von diesem gespeicherten Fluß ab. Der eingespeicherte magnetische Fluß ist die Stellgröße des Reglers und entspricht somit der Stellung eines von einem Servomotor eingestellten Potentiometers in einer bekannten Regelschaltung. For the understanding of the invention it is sufficient to know that as long as the flux-changing Control force does not disappear, the magnetic flux changes and that after the disappearance of the effective control force this magnetic flux is maintained in a very specific size. Of the Degree of coupling of the transformer and thus the Transfluxor output variable depend monotonically on this stored flow. The stored magnetic Flux is the manipulated variable of the controller and thus corresponds to the position of a servomotor adjusted potentiometer in a known control circuit.

Die Erfindung setzt diese bekannten Eigenschaften des Transfluxors voraus. Gemäß der Erfindung werden einem Transfluxor in einem elektrischen Regelkreis Führungsgröße und die vom Stellstrom abgeleitete Regelgröße (Istwert) als einander entgegengesetzte Steuergrößen zugeführt und über die Bohrung mit der einstellbaren Kopplung der Stellstrom geführt. Die wirksame Flußänderung des Transfluxors wird also der Differenz von Soll- und Istwert proportional gemacht. Verschwindet die Differenz, so bleibt der magnetische Fluß und damit der Kopplungsgrad konstant. Dann bleibt aber auch der über die Bohrung mit der einstellbaren Kopplung geführte Stellstrom und damit die Regelgröße konstant.The invention assumes these known properties of the transfluxor. According to the invention a transfluxor in an electrical control circuit, the reference variable and the one derived from the actuating current Controlled variable (actual value) supplied as opposing control variables and via the bore with the adjustable coupling of the actuating current. The effective change in flux of the transfluxor the difference between the setpoint and the actual value is made proportional. If the difference disappears, it remains the magnetic flux and thus the degree of coupling are constant. But then the one over the hole also remains The actuating current guided by the adjustable coupling and thus the controlled variable is constant.

In Fig. 1 ist als prinzipielles Ausführungsbeispiel die Schaltung eines Integralreglers als Führungsregler mit impulsmäßiger Beaufschlagung der in zwei Teilwicklungen aufgespaltenen Steuerwicklung wiedergegeben. Es wird angenommen, daß der Ausgangs-In Fig. 1, as a basic embodiment, the circuit of an integral controller as a master controller with pulsed application of the in two Part windings split control winding reproduced. It is assumed that the starting

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strom/2 dem Eingangsstrom/1 proportional geregelt werden soll. Der Regelvorgang ist beendet, wenn die beiden Spannungen Ul und U 2, die an den Widerständen Rl und R2 abfallen, gleich groß sind.current / 2 is to be controlled proportionally to the input current / 1. The control process is ended when the two voltages Ul and U 2, which drop across the resistors Rl and R2 , are equal.

Zur impulsmäßigen Beaufschlagung der einzelnen Wicklungen ist ein eigener Impulsgenerator JG vorgesehen. Dieser Impulsgenerator erzeugt einen Taktpuls mit Impulsen bestimmter Breite A t und liefert diesen Taktpuls mit einer Phase α an den Schalter J? 1 und mit einer Phase b an den Schalter S2. Die beiden Taktpulse sind hierbei so gegeneinander verschoben, daß die beiden Steuerwicklungen St 1 und St2 nacheinander beaufschlagt werden. Als Stellglied ist der Transfluxor Tr vorgesehen. Mit Hilfe der Schalter Sl und S2 werden also die beiden zu vergleichenden Spannungen abwechselnd an die Steuerwicklungsteile als Stellkräfte an das Stellglied gelegt. In vorteilhafter Weise werden zu diesem Zweck die Schalter rein elektronisch, z. B. mit Transistoren, ausgebildet, da je nach Art des Anwendungsfalles eine mehr oder weniger hohe Taktpulsfrequenz angelegt wird. A separate pulse generator JG is provided for applying pulses to the individual windings. This pulse generator generates a clock pulse with pulses of a certain width A t and delivers this clock pulse with a phase α to the switch J? 1 and with a phase b to switch S2. The two clock pulses are shifted against each other in such a way that the two control windings St 1 and St2 are applied one after the other. The Transfluxor Tr is used as the actuator. With the help of switches S1 and S2 , the two voltages to be compared are alternately applied to the control winding parts as actuating forces on the actuator. Advantageously, the switches are purely electronic for this purpose, z. B. with transistors, since a more or less high clock pulse frequency is applied depending on the type of application.

Da die beiden Schalter Sl und S2 mit verschiedenen Impulsphasen betrieben werden, wird der Fluß abwechselnd um η ■ CJlAt und —η ■ U2At geändert. Bei Gleichheit beider Spannungen ist die mittlere Flußänderung gleich Null und der Regelvorgang beendet. Since the two switches S1 and S2 are operated with different pulse phases, the flux is changed alternately by η ■ CJlAt and - η ■ U2At . If both voltages are equal, the mean change in flux is zero and the control process is ended.

Dieses abwechselnde Beaufschlagen des Transfluxors in gleichen Zeitabschnitten mit entgegengerichteten Steuerspannungen kompensiert den Nachteil des Transfluxors, daß bei ihm im allgemeinen die als Steuerkraft wirkende magnetische Erregung erst eine gewisse Ansprechschwelle überwinden muß, ehe sie sich in einer den Kopplungsgrad verstellenden Flußänderung auswirken kann. Der beim Anlegen der S teuer spannungen Ul, U 2 jeweils für die Zeit At fließende Strom in Wicklungen StI, St2 muß eine die Ansprechschwelle übersteigende magnetische Erregung erzeugen, und die Zeitspanne At muß so klein bemessen sein, daß der Kern dabei nicht völlig ummagnetisiert wird.This alternating loading of the transfluxor in equal time segments with opposing control voltages compensates for the disadvantage of the transfluxor that in general the magnetic excitation acting as a control force first has to overcome a certain response threshold before it can have an effect in a change in flux that adjusts the degree of coupling. The expensive voltages when applying the S Ul, U 2 respectively flowing for the period At current in windings StI, St2 must produce the response threshold exceeding magnetic excitation, and the time period At has to be dimensioned so small that the core is not completely remagnetized .

Der Treibergenerator TG erzeugt eine symmetrische oder unsymmetrische Wechselspannung, die zur Steuerung des Impulsgenerators verwendet wird. Außerdem wird diese Wechselspannung der Treiberwicklung 3 des Transfluxors zugeführt. Diese Treiberwicklung ist die Eingangswicklung des Übertragers mit veränderbarem Kopplungsgrad, der gewissermaßen die eigentliche Regelstrecke darstellt. An der Ausgangswicklung 4 entsteht eine der Treiberspannung und dem gespeicherten mittleren Fluß im Transfluxor proportionale Wechselspannung, die in einem Verstärker in gewünschter Weise verstärkt werden kann und nach Gleichrichtung den Ausgangsstrom (Regelgröße) liefert. Mit diesem Ausgangsstrom wird beispielsweise der Verbraucher Ra, z. B. ein Schreibwerk oder eine Stelleinrichtung, gespeist.The driver generator TG generates a symmetrical or asymmetrical alternating voltage, which is used to control the pulse generator. In addition, this alternating voltage is fed to the driver winding 3 of the transfluxor. This driver winding is the input winding of the transformer with a variable degree of coupling, which to a certain extent represents the actual controlled system. An alternating voltage proportional to the drive voltage and the stored average flux in the transfluxor arises at the output winding 4, which alternating voltage can be amplified in the desired manner in an amplifier and, after rectification, supplies the output current (controlled variable). With this output current, for example, the consumer Ra, z. B. a writing unit or an adjusting device fed.

An Hand des Ausführungsbeispiels wurde die Erfindung lediglich prinzipiell erläutert. Selbstverständlich sind für die verschiedensten Anwendungsfälle die verschiedensten Albänderungen im Rahmen der Erfindung denkbar; so kann insbesondere das Gerät nach der Erfindung ohne weiteres für mehrere Ein- und Ausgänge zur Summenbildung od. dgl. ergänzt werden. Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung an sich keineswegs zwingend notwendig, impulsmäßig zu arbeiten, obwohl dies, wie erläutert, besonders vorteilhaft ist.The invention has only been explained in principle on the basis of the exemplary embodiment. Of course are for the most varied of applications, the most varied of Alb changes within the scope of the invention conceivable; so in particular the device according to the invention can easily be used for several inputs and Outputs for summation or the like can be added. It is also within the scope of the invention per se by no means absolutely necessary to work impulsively, although this, as explained, is particularly advantageous is.

Fig. 2 zeigt als weiteres Beispiel eine Nachlauf-Regelschaltung mit einem Transfluxor als Stellglied, bei der Führungs- und Regelgröße, d. h. die Ströme /1 und J 2, direkt durch die zwei gegeneinander wirkenden SteuerwicklungsteileStI, St2 fließen.As a further example, FIG. 2 shows a follow-up control circuit with a transfluxor as an actuator, in which the command and control variable, ie the currents / 1 and J 2, flow directly through the two counteracting control winding parts StI, St2.

ίο Da die zu Null zu regelnde Stromdifferenz /2—/1 von einem bestimmten kleinen Wert an nicht mehr ausreicht, um die Ansprechschwelle der flußändernden magnetischen Erregung zu überschreiten, wird über eine Hilfssteuerwicklung 5 eine Hilfserregung aufgeschaltet. Der Impulsgenerator JG schaltet an diese Hilfswicklung abwechselnd für je eine Zeitspanne eine Hilfsspannung + UO₁ -UO. Der hier über die Wicklung 5 fließende Strom erzeugt jeweils eine die Ansprechschwelle übersteigende magnetische Erregung, und die Anschaltzeiten A t sind so bemessen, daß dabei der Transfluxor nicht völlig ummagnetisiert wird. Bei Gleichheit von /1 und /2 pendelt der wirksame Fluß Φ um einen Gleichgewichtsmittelwert. Eine Stromdifferenz /2—/1 erzeugt eine den wechselnden Hilfserregungen überlagerte Erregung, die den Gleichgewichtsmittelwert des Steuerflusses Φ, d. h. die wirksame Stellgröße, so lange ändert, bis die Stromdifferenz /2—/1 bzw. Regelabweichung Null geworden ist.
Die Vorteile dieser zuletzt beschriebenen Ausführungsform bestehen darin, daß UOAt unabhängig von Jl₁ /2 zweckmäßig gewählt werden kann. In die Stromkreise Jl, /2 wird nicht eingegriffen. An Stelle von /1 können mehrere Führungsströme Jl, Jl', Jl" ... über getrennte Wicklungen Λ1, St Y, St 1"... ίο Since the current difference / 2— / 1 to be regulated to zero is no longer sufficient from a certain small value to exceed the response threshold of the flux-changing magnetic excitation, an auxiliary excitation is switched on via an auxiliary control winding 5. The pulse generator JG alternately connects an auxiliary voltage + UO ₁ -UO to this auxiliary winding for a period of time. The current flowing through the winding 5 here generates a magnetic excitation exceeding the response threshold, and the switch- on times A t are dimensioned so that the transfluxor is not completely reversed. If / 1 and / 2 are equal, the effective flow Φ oscillates around an equilibrium mean value. A current difference / 2– / 1 generates an excitation superimposed on the changing auxiliary excitations, which changes the equilibrium mean value of the control flow Φ, ie the effective manipulated variable, until the current difference / 2– / 1 or control deviation has become zero.
The advantages of this last described embodiment are that UOAt can be selected independently of Jl _half appropriate. There is no intervention in the circuits Jl, / 2. Instead of / 1, several guide currents Jl, Jl ', Jl "... via separate windings Λ 1, St Y, St 1" ...

zur Sollwertvorgabe herangezogen werden.can be used to specify the setpoint.

Claims

Patent claims:

1. Electrical control circuit using a transfluxor, characterized in that The reference variable and the controlled variable (actual value) derived from the actuating current for the Transfluxor are mutually exclusive opposite control variables are supplied and via the bore with the adjustable Coupling of the actuating current is performed.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the command and control variable are supplied in the form of pulses, the supplied pulses with their amplitude are above the response value, but their pulse width is chosen so that the core does not is remagnetized

3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the transfluxor with is provided with two control windings, supplied via the command and control variable in an electrically isolated manner will.

4. Circuit arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that the command and control variable are supplied in pulses with phase-shifted pulses.

Considered publications:
"Frequency", Vol. 11 (1957), pp. 19 to 27 and 38 to 42.

1 sheet of drawings