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Selbsttätige Regeleinrichtung Bei selbsttätigen Regeleinrichtungen
wird häufig in die Regelspanne außer der Regelgröße selbst auch noch deren Zeitintegral
eingeführt. Dadurch wird der Regler astatisch gemacht, d. h. er regelt bleibende
Störungen bis zur Regelabweichung Null aus. Ebenso werden auch justierungenauigkeiten
des Reglers, soweit sie nicht die Integralaufschaltung selbst betreffen, dadurch
weitgehend ausgeregelt, und es ist aus diesen Gründen erwünscht, die Integralaufschaltung
möglichst groß wählen zu können. Dem steht jedoch die phasenschleppende Wirkung
der Integralaufschaltung auf das Stellglied entgegen. Diese äußert sich darin, daß
das Stellglied gegenüber der Reglergröße große Phasenschleppungen zeigt, die den
Regelvorgang entdämpfen.
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Die Erfindung will große Integralaufschaltungen ermöglichen, ohne
jedoch gleichzeitig den Regelvorgang allzustark zu entdämpfen. Dies ist erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Regelgröße der Einrichtung zur Bildung des Zeitintegrals
über Dämpfungsmittel zugeleitet wird, welche die Regelgröße mit verringerter Amplitude
und zeitlich vergrößert, also phasenschleppend, weiterleiten. Die Verzögerung wird
so gewählt, daß sie sich besonders während des eigentlichen Regelvorganges auswirkt.
Nach Ablauf eines Regelvorganges kommt die Integralaufschaltung hingegen voll zur
Wirkung, weil dann Zeit genug vorhanden ist, die Regelgröße durch das Verzögerungsglied
hindurchwandern.zu lassen. Die vorgeschalteten vorzögernden Mittel wirken ähnlich
wie ein Siebkreis, der die Integralaufschaltung während des Regelvorganges praktisch
nicht zur Wirkung kommen läßt. Die Integralaufschaltung kann demnach sehr groß gewählt
werden, d. h. es kann der Anteil des Zeitintegrals
an der gesamten
Regelspanne groß gemacht werden, weil die Integralaufschaltung während des Regelvorganges
eben nur wenig oder gar nicht zur Auswirkung kommt.
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Dies geht aus einer kurzen mathematischen Betrachtung der Regelvorgänge
hervor. Der Regler folge im einfachsten Falle beispielsweise der Gleichung: y=ap+bf9'vdt,
wenn p die Regelgröße, ,u den Stellgliedaufschlag und gz, die verschleppte Regelgröße
bedeuten, die zur Bildung der Integralaufschaltung benutzt, also den vorgeschalteten
verzögernden Mitteln entnommen wird. Wenn diese zeitlich vergrößert arbeitenden
Mittel ein lineares Schleppglied erster Ordnung sind, so- folgt dieses der Gleichung:
Tpv+pv=p. Setzt man letztere Gleichung in die erstere ein, so erhält man ,u
= up -f- bf(p-Tpy) dt= ap + bfpdt-bTgp,. Durch Differentieren der erstgenannten
Gleichung erhält man y = a 9i -E- b 99,, oder b cp,U
= u'- a p'. Infolgedessen ist: #c = a p -@- b fcp
d t - T (,u'- a p*) oder T,u'+y=a9'+Tap +bf9'dt. Diese Gleichung besagt,
daß bei wachsenden Frequenzen des Regelvorganges eine Verringerung der Stellgliedamplitude
in Verbindung mit einer gewissen zeitlichen Schleppung durch das Glied Tg@ eintritt.
Diese Verschleppung wird jedoch durch das eine Voreilung bringende Glied Ta gi im
wesentlichen wieder aufgewogen, so daß die obenerwähnte Siebwirkung auf die Stellgliedamplitude
zustande kommt.
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Außer einem Verzögerungskreis erster Ordnung kann auch ein Verzögerungskreis
zweiter Ordnung gewählt werden, der ähnliche Wirkung zeigt. Die gerätetechnische
Ausbildung von Verzögerungskreisen erster und zweiter Ordnung ist bekannt. Bei mechanischen
Gebilden werden beispielsweise Verzögerungsglieder erster Ordnung gebildet durch
die Verbindung einer Feder mit einer Bremseinrichtung. Als Bremseinrichtung dienen
im allgemeinen Öl- bzw. Luftkatarakte oder auch Wirbelstrombremsen. Bei pneumatischen
und hydraulischen Systemen werden Verzögerungsglieder meist durch Einbau geeigneter
Drosselstellen erzeugt. Bei elektrischen Systemen lassen sich Verzögerungsglieder
durch geeignete Kompensationen von Ohmschen Widerständen, Kondensatoren und Selbstinduktionen
schaffen. Die bei vielen Regelungsvorgängen hier notwendigen großen Zeitkonstanten
der Verzögerungsglieder lassen allerdings auch bei elektrischen Systemen eine Verzögerung
unter Zuhilfenahme eines andersartigen Energiespeichers zweckmäßig erscheinen. So
lassen sich elektrothermische Systeme mit großer Zeitkonstante bauen, vor allem
aber auch elektromechanische Systeme. Bei diesen nimmt besonders das sogenannte
Nachlaufsystem eine bevorzugte Stelle ein, weil es in sehr weiten Grenzen veränderbar
ist.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i als Regelbeispiel eine selbsttätige
Kurssteuerung für Wasser- oder Luftfahrzeuge, wobei als Verzögerungskreis erster
Ordnung ein solches motorisches Nachlaufwerk verwendet ist; Fig. z zeigt als Ausführungsbeispiel
für ein Schleppungsglied zweiter Ordnung ein Drehmagnetsystem großer Maße.
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Gemäß Fig. i wird die Regelspanne in einem- als Mischgerät für die
Soll- und Istgrößen des Regelvorganges dienenden Tauchspulrelais aus der mit einem
Kompaß K gemessenen Regelgröße (Kursabweichungqg) sowie der mit einem Wendezeigerkreisel
gemessenen zeitlichen Änderung der Regelgröße (Kursänderungsgeschwindigkeit q@)
und dem mittels des Integratorgliedes J gebildeten Zeitintegral fip dt gebildet.
Zu diesem Zweck sind die auf dem mittels Feder y. an seine dargestellte Nullage
gefesselten Anker v vorgesehenen Steuerwicklungen yl, v2 und y3 jeweils an ein Potentiometer
P1 bzw. P2 und P3 angeschlossen. Das Potentiometer p1 wird durch die Nadel des Kompasses
betätigt; seine Basis ist von der Handhabe h gemäß Skala s auf den Sollkurswinkel
voreinstellbar. Das Potentiometer P2 ist von der Präzessionsachse des Wendezeigerkreisels
w einstellbar, der durch Federn w
an seine dargestellte Nullage, in
welcher seine Präzessionsachse und seine Umlaufachse in einer zur Flugzeughochachse
senkrechten Ebene liegen, gefesselt ist, so daß der Kreisel Präzessionsausschläge
entsprechend der Kurvengeschwindigkeit macht. Das Potentiometer P3 ist über einen
Schneckentrieb s1 von dem als Integrator vorgesehenen Motor na, z. B. einem
kleinen Zählermotor, einstellbar.
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Dieser Motor m wird durch die vom Kompaß K abgegriffene Regelgröße
erfindungsgemäß mittelbar über den Verzögerungskreis V eingestellt. Dieser besteht
beim Ausführungsbeispiel aus einem durch ein Drehspulenrelais D steuerbaren Motor
o mit davon eingestelltem Steuerpotentiometer u. Das Relais D besitzt eine entsprechend
der Regelgröße erregte Gegenwicklung w1 und eine vom Potentiometer u erregte Gegenwicklung
w2 und betätigt entsprechend der Differenz zwischen Steuererregung und Gegenerregung
das Kontaktwerk k, durch welches der Nachlaufmotor o im einen oder anderen Umlaufsinn
einschaltbar ist. Der Motor o ist ein langsam laufender Motor, der überdies das
Regelorgan u über eine große Übersetzung ins Langsame einstellt, so daß auch bei
Regelvorgängen niederer Frequenz die vom Potentiometer u abgegriffene und der Integrationseinrichtung
j zugeleitete Spannung einmal in der Phase der vom Kompaß abgegriffenen, der eigentliehen
Regelgröße verhältigen Spannung mehr oder minder stark nacheilt und außerdem auch
in der Amplitude herabgesetzt ist. Am Ende des Regelvorganges ist jedoch die von
dem Potentiometer u abgegriffene Spannung der Abgriffsspannung des Potentiometers
@l gleich.
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Die durch die Erregungen der drei Steuerwicklungen r1 bis y3 des Tauchspulenrelais
gebildete Regelspanne hat eine Auslenkung des Steuerschiebers st zur
Folge,
so daß der das Ruder Z (Stellglied) bewegende Motor Q zu laufen beginnt, bis die
vom Rückführpotentiometer x abgegriffene und der vierten Steuerwicklung y,, des
Steuerrelais R zugeführten Spannung der Erregung der drei Wicklungen y, bis r3 das
Gleichgewicht hält und damit den Steuerschieber st wieder in die dargestellte Nullage
zurückbringt. Alsdann ist die Auslenkung des Ruders Z der Regelspanne verhältig.
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An Stelle der beschriebenen Integrationsvorrichtung J kann natürlich
auch eine beliebige andere für Regeleinrichtungen bekannte - Integrationsvorrichtung
benutzt werden. Außerdem sind, wie bereits oben erwähnt, auch andere bekannte Verzögerungskreise
(V) verwendbar.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Verzögerungskreis ist an das die Regelgröße
bildende Potentiometer P, das Feld F eines durch die Feder f, an seine dargestellte
Nullage gefesselten Drehmagnetsystems erregbar, dessen Anker ein Dauermagnet ist
und durch die Scheibe a großer Maße auf eine geeignete Eigenfrequenz abgestimmt
ist. Der Anker stellt das Steuerpotentiometer u ein, an welches aus in Fig. i ersichtlicher
Weise die Integrationsvorrichtung angeschlossen werden kann.