DE1095371B

DE1095371B - Anordnung zur gegengekoppelten frequenzabhaengigen Rueckfuehrung in einem Regelkreis

Info

Publication number: DE1095371B
Application number: DEL22678A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Robert Joetten; Dipl-Ing Ernst Golde
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1955-08-11
Filing date: 1955-08-11
Publication date: 1960-12-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur gegengekoppelten frequenzabhängigen Rückführung in einem Regelkreis über eine Kette von Regelkreisgliedern, insbesondere mit Trägheitsgliedern, mit dämpfenden und schwingungsfähigen Rückführungsgliedern.

Unter einer Rückführeinrichtung versteht man in der Regeltechnik bekanntlich eine Anordnung, die die Ausgangsgröße eines Regelkreisgliedes erfaßt und über im allgemeinen frequenzabhängige Glieder an anderer Stelle dem Regelkreis, im allgemeinen zum Zweck der Stabilisierung, wieder zuführt. Die Rückführmöglichkeiten über ein Regelkreisglied, z. B. vom Verstärkerausgang auf seinen Eingang, sind verhältnismäßig leicht übersehbar und ausführlich in der Literatur beschrieben. So ist es beispielsweise bekannt, die Schwingneigung eines Regelkreises durch ein auf die Eigenfrequenz des Kreises abstimmbares und in der Dämpfung einstellbares Verzögerungsglied in einem Gegenkopplungszweig herabzusetzen. Zur Beseitigung von Pendelungen ist es in Regeleinrichtungen auch bekannt, dem Regler neben einer dem Istwert proportionalen Größe auch eine seinem Differentialquotienten proportionale Größe aufzuschalten. Es ist auch schon darauf hingewiesen worden, in solchen Fällen von den Möglichkeiten Gebrauch zu machen, die insbesondere frequenzabhängige Rückführungen über mehrere Regelkreisglieder hinweg bieten. Sie sind besonders geeignet, das Frequenzverhalten einer Kette von Regelkreisgliedern zu verbessern, die mehrere Trägheitsglieder enthält, wenn die Ausgangsgröße der Kette ein Strom ist und die betrachtete Kette einen hohen Verstärkungsgrad besitzt. Derartige Anwendungsfälle liegen z. B. vor bei der Drehzahlregelung eines Motors über seinen Feld-Stromkreis oder über den Feldstromkreis eines ihn speisenden Generators mittels eines gittergesteuerten Stromrichters und elektronischer oder magnetischer Verstärker sowie bei Regelungen, die mit Atnplidynen arbeiten.

Bei einer bekannten Steuerung eines Zweiphasenmotors mittels eines dreistufigen magnetischen Verstärkers wird die Ausgangsgröße des magnetischen Verstärkers über ein Dämpfungsnetzwerk auf den Eingang des magnetischen Verstärkers zurückgeführt. Das Dämpfungsnetzwerk besteht dabei aus an die Rückführungsleitung angeschalteten Widerständen und einem zwischen ihnen liegenden Schwingungskreis. Bei dieser Anordnung erfolgt die Rückführung auch bei rein stationärem Verhalten des magnetischen Verstärkers. Sie ist also bei allen Frequenzen, einschließlich der Frequenz Null, wirksam, und es sind keine besonderen Bedingungen an die Abstimmbarkeit des Schwingungskreises gestellt.

Anordnung

zur gegengekoppelten frequenzabhängigen Rückführung in einem Regelkreis

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Robert Jötten, Berlin-Frohnäu,

und Dipl.-Ing. Ernst Golde, Berlin-Konradshöhe,

sind ails Erfinder genannt worden

Von diesen bekannten Anordnungen unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß durch sie das stationäre Verhalten der Kette, über die die Rückführung erfolgt, nicht beeinflußt wird. Dadurch wird die Rückführung auf den nicht stationären Zustand beschränkt. Das hat zur Folge, daß in den stationären Fällen, in denen die Rückführung nicht benötigt wird, sie auch nicht wirksam ist. Dadurch gewinnt man die Möglichkeit, das Frequenzverhalten einer Kette von Regelkreisgliedern in einem wesentlich größeren Umfang zu beherrschen, als es bisher der Fall war. Bei einer Anordnung zur gegengekoppelten frequenzabhängigen Rückführung in einem Regelkreis über eine Kette von Regelkreisgliedern, insbesondere mit Trägheitsgliedern, mit dämpfenden und schwingungsfähigen Rückführungsgliedern wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß über einen kapazitiv abgeschlossenen Rückführungstransformator oder einen Stromwandler ein verzögerndes, schwingungsfähiges Rückführglied zweiter Ordnung angekoppelt ist, das in seiner Eigenfrequenz abstimmbar und in seiner Dämpfung einstellbar ist.

Bei Verwendung eines elektronischen Verstärkers am Anfang der Kette und Auftreten eines Stromes als Ausgangsgröße des Endgliedes der Kette kann die Differentation mit einem an sich bekannten Rückführtransformator erfolgen, dessen durch Luftspaltänderung und Anzapfungen veränderliche sekundärseitige Hauptreaktanz zusammen mit einer Kondensatorenbatterie veränderlicher Größe als Abstimmittel verwendet wird, wobei die an der Kondensatorenbatterie aufgebaute Spannung dem Verstärker am Anfang der

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Kette im gegengekoppelten Sinne zugeführt und die Dämpfung durch einen veränderlichen Widerstand eingestellt wird. Wird ein magnetischer Verstärker am Anfang der Kette verwendet, so kann ein ihrem Ausgangsstrom proportionaler Strom ül>er einen Gleichstromwandler erfaßt und aus diesem der rückzuführende Steuerstrom von der Bürdenspannung abgeleitet werden, der der Rückführwicklung des magnetischen Verstärkers über eine Kondensatorenbatterie einstellbarer Größe und eine Drossel veränderbarer Induktivität sowie einen verstellbaren ohmschen Widerstand in Reihenschaltung zugeführt wird, wobei die Abstimmung durch Veränderung von Induktivität und Kondensator und die Einstellung der Dämpfung durch Verändern des Widerstandes vorgenommen wird. Es ist in diesem Fall aber auch möglich, einen Rückführtransformator mit einstellbarem Luftspalt und Windungsanzapfungen zur Differentation zu benutzen, der auf eine veränderliche Parallelschaltung von Kondensatoren einerseits und die Reihenschaltung eines einstellbaren Dämpfungswiderstandes mit der Rückführwicklung des magnetischen Verstärkers andererseits arbeitet, wobei sekundäre Hauptreaktanz des Rückführtransformators und die Größen der parallelgeschalteten Kondensatoren zur Abstimmung veränderbar sind.

Am Beispiel einer Drehzahlregelung über den Feldstromkreis eines Motors mittels eines gittergesteuerten Stromrichters seien einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 bedeutet 1 den in der Drehzahl zu regelnden Motor, 2 eine Drehzahlmeßmaschine als Istwertgeber, 3 einen Sollwertgeber, 4 einen Verstärker, 5 ein Gitter steuergerät, 6 den gesteuerten Feldstromrichter mit dem vereinfacht dargestellten Transformator 7. Die Feldwicklung des Motors ist mit 8 bezeichnet. 9 ist ein Rückführtransformator, der einen einstellbaren Luftspalt und sekundärseitig veränderliche Anzapfungen besitzt. 10 bedeutet einen einstellbaren Dämpfungswiderstand, 11 eine in ihrem Kapazitätswert einstellbare Parallelschaltung von Kondensatoren. Die Spannung an den Kondensatoren wird in den Verstärker 4 zurückgeführt. Die angegebene Polarität der Kondensatorenspannung mit Bezug auf die Vorzeichen der Soll- und Istwertspannung entspricht der Polarität, die sich bei stetiger Abnahme des Feldstromes stationär, nach Abklingen der Eigenschwingung, einstellen würde. Die Abstimmung geschieht durch Luftspaltänderung und Änderung der abgegriffenen Windungszahl der sekundären Hauptreaktanz des Rückführtransformators 9 sowie Änderung der Kapazitäten der Kondensatorenparallelschaltung, bis die Eigenfrequenz des aus den genannten Schaltelementen aufgebauten schwingungsfähigen Kreises etwa der Frequenz, für die die Ver-Stärkungsminderung am größten sein soll, entspricht, das ist im allgemeinen die Eigenfrequenz des geschlossenen Regelkreises oder eine ihr benachbarte Frequenz. Die beste Abstimmung ist experimentell leicht zu finden.

Der resultierende Phasenwinkel der durch die Rückführeinrichtung überbrückten Kette ist, wenn die Gesamtverstärkung der Kette hoch ist, annähernd gleich dem negativen Phasenwinkel des Rückführgliedes und geht in der Nähe der Eigenfrequenz des Verzögerungsgliedes durch Null. Steilheit dieses Nulldurchganges und Breite des Verstärkungsminimums sind mit dem Dämpfungswiderstand 10 einstellbar. Der starke Abfall der rückgeführten Spannung oberhalb der Eigenfrequenz ist hinsichtlich der Welligkeit des Stromes insofern von Vorteil, als dadurch Übersteuerungen des Verstärkers vermieden werden.

Wird ein magnetischer Verstärker verwendet, so muß die rückgeführte Größe ein Steuerstrom sein, der, bezogen auf den Strom, von dem die Rückführung abgeleitet wird, einen entsprechenden Frequenzgang hat. Hierzu kann man die in Fig. 2 dargestellte Rückführung verwenden. Bei ihr tritt an Stelle des Rückführtransformators 9 der Fig. 1 ein nicht gezeichneter Gleichstromwandler, an dessen Bürde 13 ein dem Ausgangsstrom der Kette proportionaler Strom abgenommen wird. Als schwingungsfähiger Kreis wirkt in diesem Fall die Reihenschaltung der Parallelschaltung der Kondensatoren 14 mit der veränderlichen Induktivität 16, einschließlich der Rückführwicklungen 17 des magnetischen Verstärkers 18. Für die Dämpfung ist der einstellbare Widerstand 15 zusammen mit dem Bürdenwiderstand 13 bei gegebener ungedämpfter Eigenfrequenz maßgebend.

Näherungsweise kann das gleiche Ergebnis bei Verwendung eines magnetischen Verstärkers auch mit der in Fig. 3 angegebenen Rückführung erreicht werden, mit der sich der erforderliche Frequenzgang aber nur für einen Frequenzbereich, der klein gegen \IT_S, wobei T_s die Zeitkonstante der Rückführwicklung des magnetischen Verstärkers mit Einschluß des Widerstandes 21 ist, ergibt. Bei dieser Schaltung wird die Rückführungsgröße wie in Fig. 1 einem Rückführtransformator 9 entnommen und über eine Parallelschaltung von Kondensatoren 20 und einem in Reihe zu dieser liegenden veränderlichen Widerstand 21 den Rückführwicklungen 17 des magnetischen Verstärkers 18 zugeführt.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur gegengekoppelten frequenzabhängigen Rückführung in einem Regelkreis über eine Kette von Regelkreisgliedern, insbesondere mit Trägheitsgliedern, mit dämpfenden und schwingungsfähigen Rückführungsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß über einen kapazitiv abgeschlossenen Rückführungstransformator oder einen Stromwandler ein verzögerndes, schwingungsfähiges Rückführglied zweiter Ordnung angekoppelt ist, das in seiner Eigenfrequenz abstimmbar und in seiner Dämpfung einstellbar ist.

2. Rückführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines elektronischen Verstärkers am Anfang der Kette und Auftreten eines Stromes als Ausgangsgröße des Endgliedes der Kette die Differentation mit einem an sich bekannten Rückführtransformator erfolgt, dessen durch Luftspaltänderung und Anzapfungen veränderliche sekundärseitige Hauptreaktanz zusammen mit einer Kondensatorenbatterie veränderlicher Größe als Abstimmittel verwendet wird, wobei die an der Kondensatorenbatterie aufgebaute Spannung dem Verstärker am Anfang der Kette im gegenkoppelnden Sinne zugeführt und die Dämpfung durch einen veränderlichen Widerstand eingestellt wird.

3. Rückführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines magnetischen Verstärkers am Anfang der Kette ein ihrem Ausgangsstrom proportionaler Strom über einen Gleichstromwandler erfaßt und aus diesem der rückzuführende Steuerstrom von der Bürdenspannung abgeleitet wird, der der Rück-

führwicklung des magnetischen Verstärkers über eine Kondensatorenbatterie einstellbarer Größe und eine Drossel veränderbarer Induktivität sowie einen verstellbaren ohmschen Widerstand in Reihenschaltung zugeführt wird, wobei die Ab-Stimmung durch Veränderung von Induktivität und Kondensator und die Einstellung der Dämpfung durch Verändern des Widerstandes vorgenommen wird.

4. Rückführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines magnetischen Verstärkers am Anfang der Kette ein an sich bekannter Rückführtransformator mit einstellbarem Luftspalt und Windungsanzapfungen zur Differentation benutzt wird, der auf eine ver-

änderliche Parallelschaltung von Kondensatoren einerseits und die Reihenschaltung eines einstellbaren Dämpfungswiderstandes mit der Rückführwicklung des magnetischen Verstärkers andererseits arbeitet, wobei sekundäre Hauptreaktanz des Rückführtransformators und die Größen der parallel geschalteten Kondensatoren zur Abstimmung veränderbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung St 2225 VIII a /21 a² (bekanntgemacht am 9. 4. 1953);
USA.-Patentschrift Nr. 2 448 564;
VDE-Fachberichte, 1954, S. III/36;
Zeitschrift »Electronics«, Oktober 1954, S. 173.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen