DE1166337B

DE1166337B - Electric control device

Info

Publication number: DE1166337B
Application number: DEL38392A
Authority: DE
Inventors: Joern Bosse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-03-08
Filing date: 1961-03-08
Publication date: 1964-03-26

Description

Elektrische Regeleinrichtung Bekanntlich arbeitet eine Regeleinrichtung mit Proportionalverhalten mit Hilfe einer bleibenden Regelabweichung, die eine Verstellung beispielsweise eines Motors bewirkt. Eine solche bleibende Regelabweichung hat jedoch immer Ungenauigkeiten zur Folge.Electrical control device As is well known, a control device works with proportional behavior with the help of a permanent control deviation, which means an adjustment for example a motor causes. However, such a permanent system deviation has always results in inaccuracies.

Deshalb wird in vielen Fällen bei einer solchen Regeleinrichtung zusätzlich ein Integralverhalten überlagert, das keine bleibende Regelabweichung bedingt.Therefore, in many cases with such a control device superimposed an integral behavior that does not cause any permanent control deviation.

Es ist bekannt, bei Vorhandensein mehrerer charakteristischer Regelanteile einen dieser Anteile nur zeitweise in den Regelvorgang eingreifen zu lassen. Dabei erfolgt die Abschaltung dieses zeitweise eingreifenden Anteiles in Abhängigkeit von der ersten Ableitung der Regelabweichung selbsttätig.It is known when several characteristic control components are present to allow one of these components to intervene in the control process only temporarily. Included the shutdown of this intermittent part takes place depending on automatically from the first derivation of the system deviation.

Jedoch haben die bisher bekannten elektrischen Regeleinrichtungen mit Proportional-Integral-Verhalten in vielen Fällen den Nachteil, daß die Schaltimpulse, die zum Ausgleich der am Ende des Regelvorganges verbleibenden Regelabweichung auf die im Hauptstromkreis liegenden Schaltelemente des Stellantriebs gegeben werden, eine zu geringe Energie haben, um die Trägheit des Stellantriebs zu überwinden und diesen in Bewegung zu setzen, so daß diese Schaltelemente zahlreiche Schaltungen auf den stehenden Antrieb ausführen. Ein solcher Betrieb, der einem Tastbetrieb gleichzusetzen ist, führt zu überlastungen und auf die Dauer zu Beschädigungen, die die Funktion der gesamten Anlage beeinträchtigen.However, the previously known electrical control devices have with proportional-integral behavior in many cases the disadvantage that the switching pulses, to compensate for the control deviation remaining at the end of the control process the switching elements of the actuator in the main circuit are given, have too little energy to overcome the inertia of the actuator and to set this in motion, so that these switching elements numerous circuits on the stationary drive. Such an operation, that of a tactile operation is to be equated, leads to overloads and in the long run to damage, which impair the function of the entire system.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regelung, insbesondere für Stellantriebe, deren Gesamtverhalten aus mehreren charakteristischen Anteilen zusammengesetzt ist, von denen mindestens ein Anteil nur zeitweise eingreift, wobei das Eingreifen. von einer veränderlichen Größe des Regelkreises abhängig ist und der nur zeitweise eingreifende Anteil bei einem vorgegebenen Wert der ersten Ableitung der Regelabweichung selbsttätig abgeschaltet wird.The invention relates to electrical regulation, in particular for actuators whose overall behavior consists of several characteristic components is composed, of which at least a portion only intermittently intervenes, with the intervention. depends on a variable size of the control loop and the only intermittent part for a given value of the first derivative the control deviation is switched off automatically.

Zur Beseitigung der genannten Nachteile wird nunmehr erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die von dem nur zeitweise eingreifenden charakteristischen Anteil erzeugte Ausgangsgröße umgekehrt proportional zu der Regelabweichung oder einer ihr entsprechenden Größe verläuft, so daß diese Ausgangsgröße ihr Maximum bei der Stellgeschwindigkeit Null erreicht, wobei der vorgegebene Wert der ersten Ableitung der Regelabweichung ein Mindestwert ist.In order to eliminate the disadvantages mentioned, the invention is now carried out suggested that from the only intermittently intervening characteristic portion generated output variable inversely proportional to the control deviation or a their corresponding size runs so that this output size is its maximum at the Adjusting speed reached zero, the predetermined value being the first derivative the control deviation is a minimum value.

Vorteilhaft wird dabei als zeitweise eingreifender charakteristischer Anteil der Integralanteil gewählt. Zur selbsttätigen Zu- und Abschaltung dieses zeitweise eingreifenden charakteristischen Anteiles ist die Anwendung einer Spannungsschwelle günstig. Beispielsweise dient dazu eine Zenerdiode, die einen Transistor steuert, der seinerseits dann den zeitweise eingreifenden Anteil selbsttätig zu- oder abschaltet.It is advantageous as a temporary intervening characteristic Proportion of the integral part chosen. For automatic activation and deactivation of this The characteristic part that intervenes at times is the application of a voltage threshold cheap. For example, a zener diode that controls a transistor is used to which in turn then automatically switches on or off the part that intervenes at times.

Die Anwendung eines zusätzlichen Integralanteiles im Sinne der Erfindung ist also auch dann zweckmäßig, wenn der Regler bereits Integralverhalten besitzt, da ein solcher Regler infolge der Trägheit des Stellantriebes im Bereich einer gegen Null gehenden Regelabweichung kein Integral-, sondern ein Proportionalverhalten aufweist.The use of an additional integral component within the meaning of the invention is therefore also useful if the controller already has integral behavior, because such a controller due to the inertia of the actuator in the area of a counter The zero-going control deviation is not an integral, but a proportional behavior having.

Eine solche Regeleinrichtung arbeitet also in der Weise, daß kleine Einzelabweichungen in der Nähe des Einlaufpunktes, d. h. bei bereits stark verringerter Stellgeschwindigkeit, über der Zeit zu einer entsprechenden Summe zusammenintegriert werden, d. h., daß alle nicht zu einer Betätigung des Stellantriebes ausreichenden kleineren Schaltimpulse zu einem größeren Schaltimpuls zusammengefaßt werden, der dann eine endgültige Verstellung des Stellantriebes bis zur Regelabweichung Null bewirkt. Dabei ist die Höhe der Steuerimpulse durch die vorgegebene Betriebsspannung begrenzt, während die Impulsbreite steuerbar ist.Such a control device works in such a way that small Individual deviations in the vicinity of the entry point, d. H. with already greatly reduced Actuating speed, integrated over time to a corresponding sum be, d. This means that none of them are sufficient to actuate the actuator smaller switching pulses are combined to form a larger switching pulse, the then a final adjustment of the actuator until the system deviation is zero causes. The level of the control pulses is determined by the specified operating voltage limited, while the pulse width is controllable.

Es wird auf diese Weise ein exakter und schneller Einlauf erzielt und eine dauernde Tastung des Stellantriebes vermieden. Die Genauigkeit der Regeleinrichtung wird hierbei um 100 % verbessert.In this way, an exact and quick enema is achieved and a permanent keying of the actuator is avoided. The accuracy of the control device is improved by 100%.

In F i g. 1 ist zunächst die Anordnung einer elektrischen Regeleinrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die von einem Drehgeber 10 ausgehenden Befehlsspannungen werden über einen Soll-Istwert-Vergleich 11, einen phasenabhängigen Gleichrichter 12 und eine Kippstufe 13 auf eine Leistungsschaltstufe 14 geführt, die einen Stellmotor 15 betätigt. Der Istwert, der in bekannter Weise, z. B. über einen mit dem Motor 15 gekuppelten elektrischen Geber, gewonnen wird, gelangt über eine in üblicher Weise verwendete Rückführung 16 zum Soll-Istwert-Vergleich 11. Erfindungsgemäß ist eine weitere Rückführung vorgesehen, die aus der Reihenschaltung eines Modulationsgliedes 17. eines Integralgliedes 18 und eines Dämpfungsgliedes 42 besteht.In Fig. 1 is first of all the arrangement of an electrical control device shown schematically according to the invention. The outgoing from a rotary encoder 10 Command voltages are made via a setpoint / actual value comparison 11, a phase-dependent one Rectifier 12 and a flip-flop 13 led to a power switching stage 14, which actuates a servomotor 15. The actual value, which in a known manner, z. B. over an electric one coupled to the motor 15 Giver, won is reached, via a feedback 16 used in the usual way, to the setpoint / actual value comparison 11. According to the invention, a further return is provided that is derived from the series circuit a modulation element 17. an integral element 18 and an attenuator 42 exists.

In der Schaltung nach F i g. 2 wird diese Anordnung im einzelnen dargestellt. Von den Klemmen 19 geht das Rückführungssignal über den Modulator 17 auf den Soll-Istwert-Vergleich 11. In Reihe mit dem Modulationsglied 17, das in seiner Ausführungsart bekannt ist und deshalb als nicht zur Erfindung gehörend nicht weiter ausgeführt wird, ist das Integralglied 18 angeordnet. das im wesentlichen aus den Schalttransistoren 20 und 21, den Kondensatoren 22 und 23 und den Zenerdioden 24 und 25 besteht.In the circuit according to FIG. 2 this arrangement is shown in detail. The feedback signal goes from the terminals 19 via the modulator 17 to the setpoint / actual value comparison 11. In series with the modulation element 17, which is known in its embodiment and therefore not further elaborated as not belonging to the invention is that Integral member 18 arranged. that essentially consists of the switching transistors 20 and 21, the capacitors 22 and 23 and the Zener diodes 24 and 25.

Im Hauptstromkreis des Stellmotors 15 befinden sich die Schaltelemente 26, 27, 28, 29, von denen je nach der gewünschten Drehrichtung entweder die Schaltelemente 26 und 29 oder die Schaltelemente 27 und 28 geschlossen sind. In jedem Fall wird einer der beiden Widerstände 30 oder 31 vom Arbeitsstrom durchflossen, so daß eine Spannung abfällt, die über einen der beiden Transformatoren 32 oder 33 auf eines der für jede der beiden Laufrichtungen des Stellmotors vorgesehenen Integralglieder gegeben wird.In the main circuit of the servomotor 15 there are the switching elements 26, 27, 28, 29, of which either the switching elements 26 and 29 or the switching elements 27 and 28 are closed depending on the desired direction of rotation. In any case, one of the two resistors 30 or 31 is traversed by the working current, so that a voltage drops which is applied via one of the two transformers 32 or 33 to one of the integral elements provided for each of the two directions of travel of the servomotor.

Diese Spannung ist also proportional dem Ankerstrom bzw. proportional dem Drehwinkel r/.. Der Hauptstromkreis des Stellmotors 15 sei beispielsweise so geschaltet, daß der Widerstand 30 von einem Gleichstrom durchflossen wird und in der Sekundärwicklung des Transformators 32 infolge der zeitlichen Änderung der Gleichstromimpulse eine Spannung induziert wird. Diese Spannung wird in dem Gleichrichter 34 gleichgerichtet und auf den Kondensator 22 geführt. Die Diode 36 verhindert eine Aufladung des Kondensators 22 vom Modulator 17 her. Die Diode 38 bewirkt in einem eventuellen Störungsfall des Integralgliedes, daß die Ausgangsspannung eines an den Ankerklerhmen des Stellmotors 15 angeschlossenen Dämpfungsgliedes 42 voll an den Modulator 17 gelangt. Das Dämpfungsglied 42 dient ebenfalls zur Stabilisierung des Regelkreises und besteht beispielsweise aus einer Zusammenschaltung von Kapazitäten, Widerständen und Diodenstrecken; derartige Schaltungen sind durchaus bekannt, weshalb zur Erzielung einer einfacheren Darstellung dieses Glied nur schematisch dargestellt wird. Das Dämpfungsglied 42 ist jedoch zur Ausführung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, seine Anwendung hängt von den Anforderungen ab, die an den jeweiligen Regelkreis gestellt werden.This voltage is therefore proportional to the armature current or proportional the angle of rotation r / .. The main circuit of the servomotor 15 is for example like this switched that the resistor 30 is traversed by a direct current and in the secondary winding of the transformer 32 as a result of the change in the DC pulses over time a voltage is induced. This voltage is rectified in the rectifier 34 and fed to the capacitor 22. The diode 36 prevents the capacitor from being charged 22 from the modulator 17. The diode 38 acts in the event of a fault of the integral element that the output voltage of one to the armature of the servomotor 15 connected attenuator 42 reaches the modulator 17 fully. The attenuator 42 also serves to stabilize the control loop and exists, for example from an interconnection of capacitors, resistors and diode sections; such Circuits are well known, which is why in order to achieve a simpler representation this link is only shown schematically. The attenuator 42 is, however not strictly necessary to carry out the invention, its application depends on the requirements that are placed on the respective control loop.

Über die aus der Zenerdiode 24 und einem Vorschaltwiderstand 40 bestehende Spannungsschwelle wird die Basis des Transistors 20 so gesteuert, daß dieser bei einer bestimmten EMK, in diesem Fall bei 0,6 V, leitend wird und den Kondensator 22 entlädt.About the consisting of the Zener diode 24 and a series resistor 40 Voltage threshold, the base of transistor 20 is controlled so that this at a certain emf, in this case at 0.6 V, becomes conductive and the capacitor 22 discharges.

Im Dämpfungsglied 42 wird aus der EMK des Motors 15 eine Spannung gewonnen, die proportional der 1. Ableitung der Regelabweichung, d. h. der St.-llgeschwindigkeit 99 ist. Da der Kondensator mit dem Steigen dieser Spannung entladen wird, ist seine Ladung umgekehrt proportional der Steilgeschwindigkeit, d. h., der vom Kondensator 20 gelieferte Integralanteil hat sein Maximum beim Stillstand des Stellmotors 15. Die Ausgangsspannung des Integralgliedes wird nunmehr dem Eingangssignal zusätzlich aufmoduliert. Bei größerer Steilgeschwindigkeit wird der Integralanteil Null, da der Transistor 20 dann wieder sperrt.In the attenuator 42, a voltage is obtained from the EMF of the motor 15, which voltage is proportional to the 1st derivative of the control deviation, ie the St.-II speed 99 . Since the capacitor is discharged as this voltage rises, its charge is inversely proportional to the steep speed, ie the integral component supplied by the capacitor 20 has its maximum when the servomotor 15 is at a standstill. The output voltage of the integral element is now additionally modulated on the input signal. At a higher steep speed, the integral component becomes zero, since the transistor 20 then blocks again.

Es erfolgt also bei der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung unter Sicherstellung eines exakten Einlaufens keine Tastung mehr. Außerdem wird beim Anlauf die Ansprechempfindlichkeit erhöht, da der Transistor 20 bei Stillstand des Stellmotors stark mitkoppelnd wirkt.It takes place in the control device according to the invention under Ensuring an exact run-in no more keying. In addition, when starting up the response sensitivity increases, since the transistor 20 when the servomotor is at a standstill has a strong positive effect.

Das für die andere Drehrichtung vorgesehene Integralglied ist identisch dem soeben beschriebenen Integralglied aufgebaut und arbeitet entsprechend.The integral link provided for the other direction of rotation is identical the integral term just described and works accordingly.

In F i g. 3 ist die mit der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung erzielbare Charakteristik dargestellt. Aus ihr geht der Einfiuß des Integralanteiles deutlich hervor.In Fig. 3 is that achievable with the control device according to the invention Characteristic shown. The in ﬂ uence of the integral part is clear from it emerged.

Durch diese neuartige Steuerung des Integralanteiles mittels der 1. Ableitung der Regelabweichung kann der Vorteil eines Integralreglers, keine bleibende Regelabweichung zuzulassen, voll ausgenutzt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Regelkreis instabil wird.This innovative control of the integral component by means of the 1. Deriving the control deviation can be the advantage of an integral controller, not a permanent one Allow control deviation can be fully exploited without the risk of that the control loop becomes unstable.

Claims

Claims: 1. Electrical control device, in particular for Steep drives, the overall behavior of which is made up of several characteristic components is, of which at least a portion only intermittently intervenes, with the intervention depends on a variable size of the control loop and only temporarily intervening portion at a given value of the first derivative of the control deviation is switched off automatically, characterized in that the only temporarily intervening characteristic portion generated output variable inversely proportional runs to the control deviation or a size corresponding to it, so that this Output variable reaches its maximum at the steep velocity zero, with the predetermined value of the first derivative of the control deviation is a minimum value.

2. Electrical control device according to Claim 1, characterized in that the only intermittent characteristic part is an integral part.

3. Electric Control device according to Claim 2, characterized. that to an automatic Connection or disconnection, preferably of the integral component, in the case of an arbitrary fixed component Size of the first derivative of the control deviation or a size proportional to it, z. B. a voltage proportional to the standing speed, a voltage threshold is arranged.

4. Electrical control device according to claim 3, characterized in that that a zener diode is arranged as a voltage threshold, which controls a transistor, which in turn automatically switches the integral component on or off. Into consideration printed publications: German Patent No. 950 736; German interpretation documents No. 1100147, 1043 818.