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Elektrischer Folgeregler Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Folgeregler zur Einstellung der Welle eines Stellmotors in Abhängigkeit von einer
Führungsgröße mittels eines von der Einstellwelle angetriebenen Istwertgebers, der
zur Bildung der Regelabweichung eine dem Istwert der Regelgröße proportionale Spannung
einem Vergleicher zuführt, der über einen Verstärker den Stellmotor steuert. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorkehrungen zur Beeinflussung, insbesondere
Linearisierung der Kennlinien des Sollwert- und des Istwertgebers zu treffen.
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Bei Folgereglern, bei denen eine Motorwelle entsprechend dem jeweiligen
Sollwert einer Führungsgröße . verstellt werden soll, verbindet man im allgemeinen
ein Istwertpotentiometer mit der Motorwelle und nimmt an ihm ein Istwertsignal ab,
das eine Funktion der Stellung der Welle ist. Das Istwertsignal wird mit der Führungsgröße
verglichen und der Motor so lange angetrieben, bis die beiden Signale den gleichen
Wert angenommen haben. Die Stellung der Motorwelle ist dann ein genaues Maß für
die Führungsgröße.
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Häufig enthält jedoch die Führungsgröße wegen der nichtlinearen Kennlinie
des Sollwertgebers einen Fehleranteil, der eliminiert werden soll. Ferner sind die
zur Stellungsanzeige verwendeten bekannten Potentiometer niemals vollständig linear,
so daß ein gewisser Stellungsfehler unvermeidlich ist. Es ist bereits bekannt, Potentiometer
mit einstellbaren Widerstandswerten für gewisse Abschnitte ihres Bereiches zu verwenden,
Korrekturwiderstände anzuschließen, die über Nocken od. dgl. eingeschaltet werden
usw. Da jedoch eine Veränderung des Widerstandswertes an einem Ende des Bereiches
die Einstellungen an anderen Stellen ebenfalls beeinilußt, ist die genaue Eichung
derartiger einstellbarer Potentiometer schwierig oder gar unmöglich.
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Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch überwunden, daß von der
Einstellwelle ein weiterer Geber angetrieben wird, der dem Vergleicher in verschiedenen
Stellungen der Welle vorgeschriebene Korrekturspannungen zur Beeinflussung des Kennlinienverlaufs
von Soll- und Istwertgeber liefert. Dieser weitere Geber ist wie der Istwertgeber
als Potentiometer ausgebildet und besitzt mehrere feste Anzapfungen, an die unabhängig
einstellbare Potentiale angelegt werden können. Die Zusatzpotentiale können ober-
und unterhalb des Erdpotentials gewählt werden, so daß das zweite Potentiometer
Spannungen erzeugt, die Nichtlinearitäten des Sollwertgebers, des Istwertpotentiometers
oder irgendeines anderen Elementes des Folgereglers ausgleichen. Da das zweite Potentiometer
im wesentlichen ein Spannungsteiler ist, ergibt eine Verstellung des angelegten
Potentials an einer Anzapfung keine Störung des Potentials an anderen Anzapfungen,
und die Eichung der Schaltung zwecks fehlerfreier Arbeitsweise ist verhältnismäßig
leicht.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels und an Hand der Zeichnung. Hierin ist F i g. 1 das Schaltbild
eines erfindungsgemäßen Folgereglers und F i g. 2 das Schaltbild der Vorrichtung
zur Erzeugung der einzelnen Potentiale für das Eichpotentiometer nach F i g. 1.
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Der in F i g. 1 gezeigte Folgeregler enthält in bekannter Weise einen
Stellmotor 10, dessen Welle mechanisch mit dem beweglichen Abgriff 12 des Istwertpotentiometers
13 gekoppelt ist. Dies ist durch die gestrichelte Linie 11 angedeutet. Eine Klemme
des Potentiometers 13 ist geerdet und die andere Klemme mit der Wechselspannungsquelle
14 verbunden.
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Ferner ist die Motorwelle erfindungsgemäß mechanisch mit dem beweglichen
Abgriff 16 eines zweiten Potentiometers 17 gekuppelt. Dies ist durch die gestrichelte
Linie 15 angedeutet. Das Potentiometer 17 hat feste Anzapfungen 17A bis 17F zur
Zuführung geeichter Potentiale.
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Der Stellmotor 10 steht unter dem Einfluß dreier verschiedener Spannungen,
nämlich der Sollwertspannung aus dem Sollwertgeber 19, der Istwertspannung vom Abgriff
12 und der Korrekturspannung vom Abgriff 16. Diese drei Spannungen werden
im
Vergleicher 20 vorzeichenrichtig addiert und ergeben eine Regelabweichung, die dem
Verstärker 21 zugeführt wird. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 21 dient zum
Antrieb des Stellmotors 10. Wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 21 verschwindet,
so bleiben die Abgriffe 12 und 16 stehen. In der in F i g. 1 dargestellten Lage
steht der Abgriff 16 in der Nähe der vierten festen Anzapfung 17D. Wenn der Abgriff
16 sich nicht unmittelbar an einer der festen Anzapfungen befindet, wird an ihm
eine Spannung abgenommen, die zwischen den Potentialen der beiden benachbarten Anzapfungen
liegt.
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Bei der nachstehenden Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung
bedeutet das Symbol V irgendein in der Schaltung auftretendes Signal, das Symbol
O ein fehlerfreies Signal, das Symbol E die Fehlerkomponente eines Signals und das
Symbol 0 eine Winkelstellung der Welle. Die Stelle des Auftretens der einzelnen
Signale in der Schaltung wird durch entsprechende Indices bezeichnet.
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So enthält die Führungsgröße V am Ausgang des Sollwertgebers 19 außer
dem durch die Stellung der Welle auszudrückenden Sollwert O, einen von der Nichtlinearität
des Sollwertgebers herrührenden Fehler E,. Die am Abgriff 12 auftretende, dem Istwert
der Regelgröße ƒ entsprechende Istwertspannung Vfb wird ausgedrückt durch
(-O,+Efb), wobei die letztere Komponente ein Maß der Nichtlinearität im Istwertpotentiometer
13 ist. Die am Abgriff 16 abgegriffene Korrekturspannung V.", wird mit
Et bezeichnet und ist gleich -(Et+Efb). Die SpannungEt stellt die Korrekturspannung
dar, die unter Verwendung der in F i g. 2 gezeigten Schaltung abgeleitet wird. Sie
dient zum Ausgleich der Nichtlinearitäten des Sollwertgebers 19 und des Istwertgebers
13.
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Nach Fi g. 2 sind die festen Anzapfungen 17A
bis 17F zu verschiebbaren
oder einstellbaren Anzapfungen 25A, 26B, 27C, 28D, 29E und 30F entsprechender
Potentiometer 25 bis 30 geführt, deren äußere Klemmen mit entsprechenden äußeren
Klemmen der Sekundärwicklung 32 eines Transformators verbunden sind, deren Mittelanzapfung
32A geerdet ist. Die Primärwicklung 33 des Transformators ist einerseits geerdet
und andererseits mit der Wechselspannungsquelle 34 verbunden.
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Hierdurch können die einzelnen Spannungen an den festen Anzapfungen
17A bis 17F durch Eichung mit bekannten Führungsgrößen V; individuell eingestellt
werden, um den gewünschten Wert von Et
bei jeder beliebigen Stellung der Motorwelle
zu erzielen. Diese Einstellung wird so vorgenommen, daß die Fehler E, des Sollwertgebers
und das von den Nichtlinearitäten im Folgeregler herrührende Fehlersignal Efb durch
Korrektursignale VCOK im gesamten Bewegungsbereich der Abgriffe 12 und
16 kompensiert werden, derart, daß die jeweilige Stellung ƒ" der
Abgriffe 12 und 16 genau das Eingangssignal ohne seinen Fehler, d. h. den Wert ƒ
= f - O;, wiedergibt.
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Die Anordnung des zweiten Geberpotentiometers 17, das an einer beliebigen
Anzahl von Eichstellen angezapft ist, gestattet also die Kompensation des reproduzierbaren
Teils der Kennlinienfehler an jeder Eichstelle. Das Korrektursignal Et ändert
sich zwischen den einzelnen Eichstellen annähernd linear, wodurch sich nahezu alle
Fehler ausgleichen lassen, die durch eine glatte Fehlerkurve im Regler und im Sollwertgeber
verursacht sind.
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Mit anderen Worten werden die Korrektursignale, welche den Gesamtfehler
der Folgeregeleinrichtung an jeder Eichstelle darstellen, den Anzapfungen des Eichpotentiometers
17 derart zugeführt, daß bei Einstellung des Eingangssignals auf einen bestimmten
Eichpunkt das am Eichpotentiometer 17 auftretende Signal gleich der Summe der Fehler
von Sollwert-und Istwertgeber an diesem Punkt ist.
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Die an jedem der fünf Eichpunkte im Aus-Führungsbeispiel erforderlichen
Eichsignale werden durch Verstellung der entsprechenden Trimmerpotentiometer 25
bis 30 derart gewonnen, daß sich an jedem Eichpunkt ein Minimum des Ausgangsfehlers
ergibt, wenn die Führungsgröße nachgebildet wird. Während die Einrichtung als vollständig
fehlerfrei angesehen werden kann, wenn der Abgriff 16
sich unmittelbar an
einer der Anzapfungen 17A bis 17F befindet, sind auch die Fehler in den Zwischenstellungen
des Abgriffes 16 äußerst gering.