DE1588221C - Elektronischer Stellungsregler fur pulsgesteuerte Stellantriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Stellungsregler mit Phasenanschnittsteuerung für pulsgesteuerte Stellantriebe zum schrittweisen Verstellen von mechanischen Gliedern, insbesondere von Ventilen, Schiebern, Drosselklappen u.dgl. in beiden Richtungen, wobei die Pulsanzahl von einem Stellungsregelkreis und der Energieinhalt der Pulse durch einen unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis bestimmt wird und dessen Ist-Wert mit einem Geschvvjndigkeitssollwert verglichen werden.

Es sind elektronische Stellungsregler für pulsgesteuerte Stellantriebe, z. B. Gleichstrommotoren, zum schrittweisen Verstellen von mechanischen Stellgliedern in beiden Richtungen bekannt, bei denen die Pulszahl vom Stellungsregelkreis proportional dem Ist-Wert und der Energieinhalt einzelner Impulsr gruppen durch Änderung der Anzahl der Impulsgruppen von einem unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis geregelt wird (britische Patentschrift 1036831).

Ebenso ist aus W. O ρ ρ e 11 »Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge«, 1964, S. 412 bis 419, bekannt, zur Stabilisierung eines Regelkreises eine Geschwindigkeitsrückführung vorzusehen, was unter dem Ausdruck Nachlaufregelung bekannt ist. Aus der Siemens-Zeitschrift, Februar 1966, S. 59 und 60 ist es ebenfalls bekanntgeworden, einem Lagerregelkreis einen Geschwindigkeitsregelkreis zu unterlagern. Dabei wird die Führungsgröße für die Geschwindigkeit besonders vorgegeben ebenso wie eine vorhandene Lageabweichung über den Lageregler als Sollwertkorrektur für die VorschubgeschwindigkeiL

Diesen bekannten Regelkreisen haftet aber der Nachteil an, daß beim,Anfahren z. B. des Motors für den Stellantrieb dieser bei unterschiedlichen Belastungen erst nach Erhalt der ersten Rückmeldung auf den gewünschten Wert geregelt wird. Bei kleiner Last ist also das Anzugsdrehmoment zu groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellungregler der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der auch bei großen Laständerungen keine Lastabhängigkeit aufweist, sondern auch bei großen Regelabweichungen gleichbleibende Regelgeschwindigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Anfahrbetrieb das differenzierte Stellungssignal durch ein der Phasenanschnittsteuerung parallelliegendes Verzögerungsglied verzögert wird.

In vorteilhafter Weise wird also nur der unterlagerte Geschwindigkeitsregelkreis verzögert und nicht der Stellungsregelkreis. Das hat den Vorteil,. daß beim Anlaufen des Motors die Regelabweichung zwischen Soll- und Ist-Wert klein bleibt und damit die Phasenverschiebung der Zündimpulse der Thyristoren nur gering ist. Dadurch wird auch der Energieinhalt der Halbwellen auf einen kleineren Wert als das Maximum eingestellt, wodurch der Motor mit kleinem Drehmoment anfährt Der Motor führt also zuerst nur einen kleinen Verstellschritt aus, der dann auch für geringere Last richtig bemessen ist. Das heißt also, daß die Regelgeschwindigkeit des Stellungsregelkreises erfindungsgemäß nicht vermindert wird, weshalb der erfindungsgemäße Stellungregler weniger träge als z.B. eine Schaltung eines bekannten Nachlaufreglers.ist.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung erläutert, in der

F i g. Γ ein Prinzipschaltbild und
F i g. 2 eine besondere Ausführungsform wiedergeben.

Gemäß F i g. 1 wird die Führungsgröße bei 2 zugeführt und gelangt über einen Vergleicher 4 zu einem Kippverstärker 6. Dieser Kippverstärker ist an eine bei 8 mit Netz-Wechselstrom gespeiste Thyristoreinheit 10 angeschlossen, die die Pulse an einen Stellmotor 12 weitergibt, der als Scheibenankermotor ausgebildet ist. Dieser Motor 12 verstellt ein mechanisches Glied 14, in diesem Fall ein Ventil. Ein Stellungsrückmelder 16 gibt seine Meldung über eine Leitung 18 an den Vergleicher 4 zurück.

Zusätzlich ist nun ein Geschwindigkeitsregelkreis unterlagert. Dieser unterlagerte Kreis zweigt hinter dem Stellungsrückmelder 16 von der Leitung 18 ab, wobei mit Hilfe eines Differenziergliedes 30 aus dem wegabhängigen Signal ein geschwindigkeitsabhängiges Stellungssignal gebildet wird, und führt über einen Zündimpuls-Phasenschieber 22, dem ein Verstärker 25 vorgeschaltet ist, zur Thyristoreinheit 10. Die Zündimpulse werden in einem bei 26 mit Netz-Wechselstrom gespeisten Zündimpuls-Generator 28 erzeugt.

Es wird davon ausgegangen, daß der Scheibenankermotor 12 über Thyristoren vorzugsweise mit Halbwellen der Netzspannung gesteuert wird. Jeder Halbwellenimpuls wird entsprechend seinem Energieinhalt, einer gegebenen Motorkonstante und der jeweils anliegenden Belastung einen bestimmten Verstellschritt des Motors verursachen. Unter der Voraussetzung, daß der Energieinhalt des Pulses und die Motorkonstante konstant sind, ergibt sich bei konstantem Energieimpuls bei wechselnden Belastungen des Motors ein veränderter Verstellschritt. Das hätte bei einer reinen Steuerung zur Folge, daß einer konstanten Anzahl von Energieimpulsen kein konstanter Weg zugeordnet ist. Eine reine Steuerung ist daher für eine exakte Positionierung noch mit Fehlern behaftet. Verwendet man aber einen Stellungsregelkreis mit einer exakten Stellungsrückmeldung 16, 18, 4, so würde dieser Regelkreis durch die von der Last verursachten Arbweichungen zwar wieder ausgeglichen, jedoch ergäbe sich bei sehr kleinen Regelabweichungen und bei stark schwankender Last ein instabiles Verhalten, denn der Energieimpuls muß notwendigerweise nach der größten Last eingestellt werden.

Bei geringer Last würde demnach der gleiche Energieimpuls einen größeren als den erwünschten Weg herbeiführen, was zur Folge hätte, daß die Stellung über den vorgegebenen Sollwert hinausläuft und einen Gegenimpuls auslöst. Dieser Impuls wäre aber wieder zu groß, so daß jetzt der Vorgang sich in umgekehrter Richtung wiederholt.

Diese Überlegungen führen dazu, in einem unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis 16, 30, 25, 22, 10 die für die Stellungsregelkreise rückgemeldete Stellung noch zusätzlich mit Hilfe eines ÄC-Gliedes 30 zu differenzieren und so eine der Geschwindigkeit proportionale Spannung zu gewinnen. Diese Spannung wird mit einer fest vorgegebenen Spannung im Vergleicher 24 verglichen (Sollwertspannung für die Geschwindigkeit) und bei einer Abweichung wird über eine Phasenanschnittsteuerung 22 bei den verwendeten Thyristoren der Energieinhalt der HaIbwellenimpulse geschwindigkeitsabhängig verschoben. Da die Geschwindigkeit lastabhängig ist, ergibt sich durch diesen zusätzlichen Regelkreis die Möglichkeit, eine Positionierung mit konstanter lastunabhängiger Verstellgeschwindigkeit zu erreichen.

Damit ist aber das Problem der exakten Positionierung und der Stabilität noch nicht restlos gelöst, denn beim Anlaufen des Motors 12 ist die Geschwindigkeit zunächst Null. Die Regelabweichung am Geschwindigkeitsvergleicher im Geschwindigkeitsregelkreis wird demnach sehr groß und würde durch entsprechende Phasenverschiebung der Zündimpulse mittels der Thyristoren den Energieinhalt der Halbwellen auf das Maximum einstellen. Das hätte zur Folge, daß der Motor mit Höchstgeschwindigkeit anfahren würde; aber erst nach Ausführung des ersten Impulses bekäme der Stellungsregelkreis eine Information, ob dieser Verstellschritt richtig dosiert war. Bei geringer Last ist mit Sicherheit dieser Verstellschritt zu groß, so daß unter Umständen die geforderte Stellung weit überschritten wird, was wieder zu der oben genannten Instabilität führen würde.

Dieses Problem führt zu dem Erfindungsgedanken, die Energiehalbwellenimpulse auch bei großer Regelabweichung im Geschwindigkeitsregelkreis im Anlaufbetrieb zunächst so stark herabzusetzen, daß die Motorkraft nicht ausreicht, einen Impuls in einen mechanischen Weg umzuformen. Das Herabsetzen des Energieinhalts wird durch ein Zeitvergrößerungsglied 31 (ÄC-Glied), das der Phasenschnittsteuerung 22 parallel geschaltet ist, allmählich aufgehoben, so daß der Energieinhalt der Halbwellenimpulse ansteigt, bis der Motor 12 gegen die anliegende Last anlaufen und der Geschwindigkeitsregelkreis voll wirksam wird. Durch die elektronische Schaltung arbeitet diese Schaltung so schnell, daß sich dieser Ausregelvorgang beim Anfahren des Motors praktisch nicht bemerkbar macht.
F i g. 2 zeigt unter Verwendung sonst gleicher Bezugszeichen eine besondere Ausführungsform der Thyristoreinheit 10. Die Ausgänge des Kippverstärkers 6 sind ebenso wie der gegabelte Ausgang des Impulsphasenschiebers an UND-Glieder 101, 102 gelegt. Die Ausgänge dieser UND-Glieder liegen an

den Steuerelektroden der Thyristoren 103, 104, die in diesem Falle antiparallel geschaltet im Stromkreis des Motors 12 liegen, der an die Spannungsquelle 8 von z. B. 220 V und 50 Hz angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronischer Stellungsregler mit Phasenanschnittsteuerung für pulsgesteuerte Stellantriebe zum schrittweisen Verstellen von mechanischen Gliedern, insbesondere von Ventilen, Schiebern, Drosselklappen u. dgl. in beiden Richtungen, wobei die Pulsanzahl von einem Stellungsregelkreis und der Energieinhalt der Pulse durch einen unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis bestimmt wird und dessen Ist-Wert mit einem Geschwindigkeits-Sollwert verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahrbetrieb das differenzierte Stellungssignal durch ein der Phasenanschnittsteuerung (22) parallel liegendes Verzögerungsglied (31) verzögert wird.