DE1085232B

DE1085232B - Setpoint or guide variable for control arrangements

Info

Publication number: DE1085232B
Application number: DEL25156A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Guenther Lott
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-06-23
Filing date: 1956-06-23
Publication date: 1960-07-14

Description

Sollwert- oder Führungsgrößengeber für Regelanordnungen Die nachstehend beschriebene Erfindung bezieht sich auf einen Sollwert- oder Führungsgrößengeber für Regelanordnungen, insbesondere für Drehzahlregelungen von Fördermaschinen, zur Vermeidung unzulässiger Verzögerungen und/oder Beschleunigungen.Setpoint or reference variable generator for control arrangements The following The invention described relates to a setpoint or reference variable generator for control arrangements, in particular for speed control of hoisting machines, for Avoidance of impermissible decelerations and / or accelerations.

In Regelkreisen wird oft die Bedingung gestellt, daß die Regelgröße und/oder eine ihrer zeitlichen Ableitungen und/oder durch die Regelgröße beeinflußbare Größen gewisse Werte nicht über- oder unterschreiten dürfen. Man erfüllt diese Forderungen durch Ablöseschaltungen innerhalb des Regelkreises, als Beispiel sei hier die Strombegrenzungsschaltung bei ankerspannungsgeregelten Leonardschaltungen angeführt. Bei drehzahlgeregelten Antrieben soll oft die Beschleunigung oder Verzögerung gewisse Werte nicht überschreiten. Alle diese Nebenforderungen eines Regelkreises können grundsätzlich auf zwei verschiedene Weisen gelöst werden: 1. durch ablösende Regelvorgänge, 2. durch entsprechende Vorgabe der Führungsgröße. Das zuerst genannte Verfahren ist zweifellos das technisch ideale und anstrebenswerte. Leider ist die Ausführung oft nicht einfach und stellt an die Dynamik des Regelkreises erhebliche Ansprüche, die meistens einen großen technischen Aufwand erfordern.In control loops, the condition is often set that the controlled variable and / or one of its time derivatives and / or variables that can be influenced by the controlled variable must not exceed or fall below certain values. These requirements are met by release circuits within the control loop, the current limiting circuit in armature voltage-regulated Leonard circuits is given as an example. In the case of speed-controlled drives, the acceleration or deceleration should often not exceed certain values. All these secondary requirements of a control loop can basically be solved in two different ways: 1. by replacing control processes, 2. by specifying the reference variable accordingly. The first-mentioned method is undoubtedly the technically ideal and desirable one. Unfortunately, the implementation is often not easy and places considerable demands on the dynamics of the control loop, which usually require a great deal of technical effort.

Das zweite Verfahren ist in vielen Fällen ausreichend und ist auch mit weniger Aufwand zu erstellen. Außerdem hat es den unbestreitbaren Vorteil, daß die erforderlichen Elemente nicht im Regelkreis selbst liegen.The second method is and is sufficient in many cases to create with less effort. It also has the undeniable advantage that the required elements are not in the control loop itself.

Als Beispiel hierfür diene die Bremsung einer Fördermaschine, die eine gewisse Verzögerung nicht überschreiten darf, um z. B. einen Seilrutsch zu vermeiden, Hat die Fördermaschine eine Leonardsteuerung, so kann diese Bedingung durch entsprechend langsame Betätigung des Steuerhebels erfüllt werden. Dadurch stellt man aber an den Fördermaschinisten eine Forderung, die ein optimales Fördern nur durch lange Übung und Geschicklichkeit erlaubt. Soll der menschliche Unsicherheitsfaktor ausgeschaltet werden, so muß man die Steuerhebelauslage z. B. durch einen kleinen Motor mit konstanter Geschwindigkeit vorgeben. Dieses wird auch in der Praxis gemacht. Nun hat aber diese Lösung einen Nachteil; man kann die Steuer- oder Bremshebelauslage nicht beliebig schnell zurücknehmen, da die Verstellgeschwindigkeit durch die Drehzahl des Stellmotors gegeben ist.An example of this is the braking of a hoisting machine, which a certain delay may not exceed, in order to z. B. a zip line If the carrier has a Leonard control, this condition can be avoided be met by slowly operating the control lever. Through this but one makes a requirement of the conveyor machine operator, that of optimal conveying Allowed only through long practice and skill. Should be the human uncertainty factor be turned off, so you have to move the control lever z. B. by a small one Specify the motor with constant speed. This is also done in practice. But this solution has a disadvantage; you can use the control lever or the brake lever do not take it back as quickly as you like, as the adjustment speed depends on the speed of the servomotor is given.

Besonders bei Drehzahlregelanordnungen ist die Lösung des geschilderten Problems mittels ablösender Regelvorgänge sehr schwierig. Soll also bei einer Drehzahlregelanordnung der Differentialquotient der Drehzahl bestimmte Werte nicht überschreiten, dann ist bei Lösung dieser Aufgabe durch ablösende Regelvorgänge ein zusätzlicher Regelkreis für die Beschleunigung erforderlich.The solution described above is particularly useful for speed control arrangements Problem by means of replacing control processes is very difficult. So should with a speed control arrangement the differential quotient of the speed does not exceed certain values, then is an additional control loop when solving this task through alternating control processes required for acceleration.

Beschleunigungsregelkreise haben jedoch den Nachteil, daß es keine einfachen brauchbaren Meßglieder für die Drehbeschleunigung gibt. Uni die oben geschilderten Schwierigkeiten zu umgehen, schlägt die Erfindung einen Sollwert- oder Führungsgrößengeber für Regelanordnungen, bei denen der zeitliche Differentialquotient der Regelgröße bestimmte einstellbare Grenzwerte nicht überschreiten soll, vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Erzielungbestimmter, einstellbarer und nicht überschreitbarer Grenzwerte für den zeitlichen Differentialquotienten der Führungsgröße diese über einen Begrenzer und einen Verstärker mit sehr großem Verstärkungsfaktor dem Regelkreis zugeführt wird, wobei die Ausgangsgröße des Verstärkers erstens über ein differenzierendes Glied und ein Schaltglied auf den Eingang des Verstärkers und zweitens direkt auf den Eingang des Begrenzers zurückgeführt-ist.However, acceleration control loops have the disadvantage that there are none simple usable measuring elements for the rotational acceleration there. Uni those described above To circumvent difficulties, the invention proposes a setpoint or reference variable generator for control arrangements in which the time differential quotient of the controlled variable should not exceed certain adjustable limit values, indicated by the is that to achieve specific, adjustable and non-exceedable limit values for the time differential quotient of the reference variable this via a limiter and an amplifier with a very large gain factor is fed to the control loop is, the output of the amplifier firstly via a differentiating Element and a switching element on the input of the amplifier and second directly on the input of the limiter-is fed back.

An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. 1 und 2 bezeichnen den Regler und die Regelstrecke eines Regelkreises 3. Bei 4 wirdin ihn die Führungsgröße F, eingesteuert, während bei 5 die Regelgröße X auftritt. Es sei die Bedingung gestellt, daß die zeitliche Ableitung der Regelgröße X einen gewissen Wert in einer oder beiden Richtungen nicht überschreitet. Man kann sich z. B. vorstellen, daß X die Drehzahl eines Fördermotors ist, dessen Verzögerung oder Beschleunigung einen bestimmten Wert nicht überschreiten soll. Der Regelkreis sei so dimensioniert, daß die Regelgröße X einer Änderung der Führungsgröße F, mit nur geringer Zeitverzögerung folgt. Die Führungsgröße F, die sich zeitlich beliebig verändern kann (auch sprunghaft), wird über einen Begrenzer 7 dem Verstärker 8 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 8, dessen Verstärkungsgrad sehr groß sein soll, wird als Führtingsgröße F, dem Regelkreis in der Summierungsstelle 4 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Verstärkers wird über das differenzierende Glied 9 und das Schaltglied 10 auf den Eingang des Verstärkers 8 zurückgeführt (Summierungsstelle 12). Ferner wird die Ausgangsgröße des Verstärkers 8 auf den Eingang des Begrenzers 7 zurückgeführt (Summierungsstelle 13). The invention will be explained in more detail using the exemplary embodiment shown in the drawing. 1 and 2 designate the controller and the controlled system of a control loop 3. At 4, the reference variable F, is fed into it, while at 5, the controlled variable X occurs. The condition is that the time derivative of the controlled variable X does not exceed a certain value in one or both directions. You can z. B. imagine that X is the speed of a conveyor motor whose deceleration or acceleration should not exceed a certain value. Let the control loop be dimensioned in such a way that the controlled variable X follows a change in the reference variable F with only a slight time delay. The reference variable F, which can change as desired over time (also abruptly), is fed to the amplifier 8 via a limiter 7. The output variable of the amplifier 8, the gain of which should be very high, is fed to the control loop in the summation point 4 as a leading variable F. The output variable of the amplifier is fed back via the differentiating element 9 and the switching element 10 to the input of the amplifier 8 (summing point 12). Furthermore, the output variable of the amplifier 8 is fed back to the input of the limiter 7 (summation point 13).

Ist das Schaltglied 10 geöffnet, dann ist die Rückführung über die Summierungsstelle 12 nicht wirksam. Der Verstärker 8 wird über den Begrenzer 7 mit der Differenz aus der Führungsgröße F, und der Ausgangsgröße des Verstärkers F, beaufschlagt. Die Differenz F, minus F, ist so klein, daß die durch den Begrenzer gezogene Grenze nicht erreicht wird. Die Anordnung wirkt also so, als wäre der Begrenzer 7 nicht vorhanden. Man hat einen aus dem Verstärker 8 und seiner Rückführung bestehenden Regelkreis, der die Ausgangsgröße des Verstärkers F, auf den Wert F, regelt. Bei geöffnetem Schaltglied 10 wirkt die Anordnung nach der Erfindung also so, als würde die Führungsgröße F, direkt dem Regelkreis in der Summierungsstelle 4 zugeführt werden.If the switching element 10 is open, the feedback via the summation point 12 is not effective. The amplifier 8 receives the difference between the reference variable F and the output variable of the amplifier F via the limiter 7. The difference F, minus F, is so small that the limit drawn by the limiter is not reached. The arrangement thus acts as if the limiter 7 were not present. One has a control circuit consisting of the amplifier 8 and its feedback, which regulates the output variable of the amplifier F to the value F. When the switching element 10 is open, the arrangement according to the invention thus acts as if the reference variable F were fed directly to the control loop in the summation point 4.

Ist das Schaltglied 10 geschlossen, dann erhält man für die Ausgangsgröße des Verstärkers 8 den Wert Darin ist V der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 8, K ein Proportionalitätsfaktor des differenzierenden Gliedes 9 und UB die Ausgangsgröße des Begrenzers 7. Die Gleichung (a) kann in folgende Gleichung (b) umgeformt werden: Nimmt man jetzt an, daß der Verstärkungsfaktor V des Verstärkers 8 sehr groß ist, dann geht die Gleichung(b) über in folgende Gleichung (c): Aus Gleichung (c) erkennt man, daß durch die Anordnung nach der Erfindung der zeitliche Differentialquotienten der FührungsgrößeF, den konstantenWert nicht überschreiten kann. je nachdem, ob die Rückführung über das differenzierende Glied 9 mit positivem oder negativem Vorzeichen stattfindet, erhält man für den Differentialquotienten einen positiven oder negativen Wert.If the switching element 10 is closed, the value for the output variable of the amplifier 8 is obtained Here, V is the gain factor of the amplifier 8, K is a proportionality factor of the differentiating element 9 and UB is the output variable of the limiter 7. Equation (a) can be converted into the following equation (b) : If one now assumes that the amplification factor V of the amplifier 8 is very large, then equation (b) changes into the following equation (c): From equation (c) it can be seen that the arrangement according to the invention means that the time differential quotient of the reference variable F, the constant value can not exceed. depending on whether the feedback via the differentiating element 9 takes place with a positive or negative sign, the differential quotient is obtained a positive or negative value.

In dem in der Zeichnung abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Schaltglied 10 von einem Diskriminator 11 gesteuert. Der Diskriminator selbst wird von der Differenz aus der Führungsgröße F, und der Regelgröße X beaufschlagt. Der Diskriminator kann z. B. derart arbeiten, daß er dasSchaltglied 10nur dann schließt, wenn die Führungsgröße F, kleiner als die Regelgröße X wird. Dieser Maßnahme kommt folgende wichtige Bedeutuiig zu. Man stelle sich vor, es handele sich um die Drehzahlregelung einer Fördermaschine, die zwar beliebig stark beschleunigt, aber nur begrenzt verzögert werden soll. Bei einer solchen Steuerung ist z. B. ein Handhebel für die Beschleunigung vorhanden und ein Fußhebel für die Bremsung. Die Bremsung erfolgt durch Gleichstromspeisung der Ständerwicklung des als Drehstrommotor ausgebildeten Antriebsmotors. Es wird angenommen, daß der Motor gerade mit halber Nenndrehzahl läuft und abgebremst werden soll. Der Antriebshebel wird auf Null gelegt, und der Bremshebel wird durchgetreten. JederStellung des Brenishebels ist einebestimmte Drehzahl zugeordnet, auf die der Motor abgebremst wird. In der nicht betätigten Stellung ist dem Bremshebel die größtmögliche Drehzahl zugeordnet. Wird nun der Bremshebel zum Zwecke des Abbremsens ganz durchgetreten, so würde ohne den Diskriminator 11 bei geschlossenem Schaltglied 10 die Führungsgröße F, sich nur allmählich verkleinern, und es würde eine gewisse Zeit dauern, bis überhaupt die Bremsung einsetzt. Dies ist jedoch unerwünscht. Aus diesem Grunde wird das Schaltglied 10 über den Diskriminator so lange offengehalten, wie die Führungsgröße F, größer als die Regelgröße X ist. Es folgt jetzt die Führungsgröße F, unverzögert der Führungsgröße F, bis diese auf den Wert der Regelgröße abgesunken ist und das Schaltglied 10 geschlossen wird. Durch den Diskriminator 11 wird also erreicht, daß eine Bremsung auch bei einer Drehzahl, die unter der Höchstdrehzahl liegt, beim Durchtreten des Bremshebels sofort einsetzt.In the exemplary embodiment of the invention shown in the drawing, the switching element 10 is controlled by a discriminator 11. The discriminator itself is acted upon by the difference between the reference variable F and the controlled variable X. The discriminator can e.g. B. work in such a way that it only closes the switching element 10 when the reference variable F i is smaller than the controlled variable X. This measure has the following important significance. Imagine the speed control of a hoisting machine, which is to be accelerated as much as desired, but only to be decelerated to a limited extent. In such a control z. B. there is a hand lever for acceleration and a foot lever for braking. Braking takes place by direct current supply to the stator winding of the drive motor, which is designed as a three-phase motor. It is assumed that the motor is currently running at half the nominal speed and should be braked. The drive lever is set to zero and the brake lever is depressed. Each position of the brake lever is assigned a specific speed to which the motor is braked. In the non-actuated position, the highest possible speed is assigned to the brake lever. If the brake lever is now fully depressed for the purpose of braking, then without the discriminator 11 with the switching element 10 closed, the reference variable F would only decrease gradually, and it would take a certain time before braking even begins. However, this is undesirable. For this reason, the switching element 10 is kept open via the discriminator as long as the reference variable F is greater than the controlled variable X. The reference variable F now follows, without delay the reference variable F until it has dropped to the value of the controlled variable and the switching element 10 is closed. The discriminator 11 thus ensures that braking begins immediately when the brake lever is depressed, even at a speed which is below the maximum speed.

Bei einer Anordnung nach der Erfindung können die Grenz-%,verte für den zeitlichen Differentialquotienten der Führungsgröße bzw. der Regelgröße durch den Begrenzer7 eingestellt werden. Die Einstellung des Begrenzers 7 kann dabei automatisch durch die Betriebsgrößen z. B. der Belastung oder/und des Weges erfolgen. Über den Diskriminator kann die Begrenzung entweder wirksam oder unwirksam gemacht werden. Die Anordnung zur Bildung des Differentialquotienten der Führungsgröße kann aus magnetischen Verstärkern beliebiger Steuerungsart aufgebaut sein. Außer magnetischen Verstärkern können auch Elektronenröhrenverstärker, Transistorverstärker, dielektrische Verstärker, Maschinenverstärker oder ähnliche Verstärker Verwendung finden.In an arrangement according to the invention, the limit% values for the time differential quotient of the reference variable or the controlled variable can be set by the limiter 7. The setting of the limiter 7 can be done automatically by the operating variables z. B. the load and / or the way. The limitation can be made either effective or ineffective via the discriminator. The arrangement for forming the differential quotient of the reference variable can be constructed from magnetic amplifiers of any control type. In addition to magnetic amplifiers, electron tube amplifiers, transistor amplifiers, dielectric amplifiers, machine amplifiers or similar amplifiers can also be used.

Claims

PATENT CLAIMS-. 1. Setpoint or reference variable generator for control arrangements, in particular for speed control of hoisting machines, in which the time differential quotient of the controlled variable cannot exceed certain adjustable limit values, characterized in that to achieve certain, adjustable and non-exceedable limit values for the time differential quotient of the reference variable these over a limiter (7) and an amplifier (8) with a very large gain factor is fed to the control loop, the output variable de-, amplifier (8) firstly via a differentiating element (9) and a switching element (10) to the input of the amplifier and secondly, is fed back directly to the input of the limiter (7) .

2. Setpoint or reference variable generator according to claim 1, characterized in that the values to be set for the time differential quotient of the reference variable are set by the limiter (7) . 3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the feedback of the amplifier (8) is made effective or ineffective by a discriminator (11). 4. Arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the setting of the limiter (7) automatically by operating variables, for. B. the load and / or the way is made. Documents considered: German Patent No. 755 597.