DE1001377B - Regelkreis, in dem die positive oder negative Regelabweichung einer Regelgroesse als Gleichspannung abgebildet wird - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Regelsysteme, bei denen eine¹ geregelte Größe in einer vorbestimmten Beziehung zu einer unveränderbaren, oder veränderbaren, regelnden Größe durch Mittel gehalten wird, die auf eine Abweichung im Betrag der erwähnten, geregelten Größe ansprechen und so ausgebildet sind, daß sie auf die zu regelnde Größe eine Wirkung ausüben, die SO' gerichtet ist, daß die Abweichung auf Null zurückgeführt wird. Die regelnde Größe kann die Einstellung des Systems darstellen, wenn dieses System so arbeitet, daß es die zu regelnde Größe auf einen vorbestimmten Wert einregelt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Regelsysteme derjenigen Bauart, bei der für das Ansprechen auf die Abweichung vom Betrage der zu regelnden Größe elektrische Mittel vorgesehen sind, um eine elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen, die die Betätigung von Mitteln regelt, die zur Regelung des Betrages der erwähnten Größe: dienen. Die Erfindung- kann bei Regelsystemen Verwendung finden, bei denen die geregelten und die regelnden Größen von jeder beliebigen gewünschten Art sein, können. Die Erfindung ist z. B. in hervorragender Weise bei Servosteuersystemen anwendbar, bei denen die zu regelnde Größe die Stellung eines mit Kraftantrieb versehenen beweglichen Objektes umfaßt und die regelnde Größe dann die Stellung eines regelnden Gliedes sein kann; die Steuermittel können die Erregung eines elektrischen oder anderen Servomotors steuern.

Es sind bereits viele Servoregelsysteme vorgeschlagen worden, die jedoch, im allgemeinen, sehr kompliziert sind! und in vielen Fällen Röhrenschaltungen verwenden, die die bekannten Nachteile haben einschließlich, der Nachteile, daß sie sehr kompliziert und empfindlich sind. Es sind auch, Regelkreise für Servoregelungen bekannt, in. welchen ein polarisiertes Relais vorgesehen ist. Bei allen bekannten Schaltungen mit einem polarisierten Relais wird dieses nur zu einer Dauererregung des Motors in der Richtung veranlaßt, die erforderlich ist, um den Stellungsfehler aufzuheben. Das polarisierte Relais ist hier also so* angeordnet, daß es in Abhängigkeit von der Anzeige einer in einer Richtung bestehenden Abweichung von der Sollstellung den einen der beiden feststehenden Kontakte schließt, um den Servomotor einzuschalten, und dadurch eine Rückkehr der Belastung in die Sollstellung zu bewirken in der sie mit dem. Regelglied übereinstimmt. Die auf diese Weise geschlossenen Kontakte bleiben geschlossen, bis der Fehler auf Null verringert ist. Dann werden die Kontakte geöffnet, um den Motor stromlos zu machen. Eine solche Schaltungsanordnung ist jedoch völlig ungeeignet, da infolge der Trägheit des Servomotors und der mit diesem verbundenen sich bewegenden Teile die Ba-

Regelkreis, in dem die positive oder

negative Regelabweichung einer

Regelgröße als Gleichspannung

abgebildet wird

Anmelder:

Walter Rowland Reed,

Chorlton-cum-Hardy, Manchester

(Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Patentanwalt,
München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom !.Januar 1951

Walter Rowland Reed,

Chorlton-cum-Hardy, Manchester (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

wegung des Motors durch das öffnen des. Relais allein nicht¹ in der Stellung aufhört, in der die Übereinstimmung vorhanden ist, so daß diese Stellung überlaufen wird. Das Maß des Überlaufens ist hierbei besonders beträchtlich, weil das. Relais nur das volle Drehmoment in der einen oder anderen Richtung an die Belastungen anlegen kann. Gemäß der Erfindung ist ein Regelkreis, in dem die positive oder negative Regelabweichung einer Regelgröße als Gleichspannung abgebildet wird, der eine konstante Wechselspannung überlagert wird, so ausgebildet, daß die Summe: aus diesen beiden Spannungen ein polarisiertes Relais steuert, dessen Arbeitskontakte ein Stellglied steuern. Auf diese Weise hat der Regelkreis, das Bestreben·, die zu regelnde Größe entsprechend dem Augenblickswert der algebraischen Summe der erwähnten Gleich- spannung und Wechselspannung in der einen oder anderen Richtung zu bewegen. Bei dieser Anordnung verursacht die an das polarisiert« Relais angelegte Wechselspannung ein Schwingen des Relais, jedoch wird beim Fehlen einer Ausgangsspannung von den auf die Abweichung ansprechenden Mitteln, keine resultierende mittlere Erregung des Steuerstromkreises hervorgerufen. Die auf die Abweichung ansprechenden Mittel veranlassen das polarisierte Relais, an der einen oder anderen Gruppe seiner Kon-

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takte während einer Zeitspanne zu verweilen, deren unter Strom setzen. Bei der dargestellten Anordnung Dauer von der algebraischen, Summe der Wechsel- wird ein Reihenschlußmotor mit geteilter Wicklung spannung und der Ausgangsspannung der auf die benutzt; dieser Motor besitzt einen Anker 13 und ein Abweichung ansprechenden Mittel abhängt. - ■ Paar in entgegengesetzter Richtung gewickelte, in

Bei der Ausführung der Erfindung können die auf 5 Reihenschluß geschaltete Feldwicklungen 14 und 15. die Abweichung ansprechenden Mittel z. B. zweck- Der Motor erhält seinem Strom von einer Gleichstrommäßigerweise einen Brückenstromkreis umfassen, der quelle 16 unter der Kontrolle von Hauptrelais mit den Eingangspunkte, die mit einer Gleichstromquelle Betätigungsspulen OC17 und OC18, die jeweils mit gleichbleibender Spannung verbunden sind, und einen den Kontakten 11 und 12 verbunden sind, um durch Ausgangsstromkreis aufweist, der die Betätigungs- io eine Gleichstromquelle 19 unter Strom gesetzt zu spule des polarisierten Relais und eine Wechselstrom- werden. Zu den beweglichen Kontakten. 17 und 18 quelle enthält, wobei zwei Zweige der Brücken- dieser Hauptrelais gehören die Kontakte 20 und 21, schaltung im Verhältnis zueinander in Abhängigkeit die mit den- Feldwicklungen. 14 und 15 verbunden von der Abweichung veränderlich sind. sind:, sowie die Kontakte 22 und 23, die mit der

Die Erfindung wird im folgenden, an Hand eines 15 Stromquelle 16 verbunden sind. Die beweglichen Konelektrischen Schaltschemas an einem Ausfübrungs- takte 17 und 18 sind elektrisch miteinander verbeispiel näher erläutert. bunden; wird die Spule OC17 unter Strom gesetzt,

Es wird als Beispiel angenommen, daß die An- so betätigt sie den Kontakt 17, um die Feldwicklung Ordnung bei einem Servosteuersystem verwendet wird, 15 über einen Stromkreis, der von dem einen Pol der obwohl es für jeden Fachmann klar ist, daß sich das 20 Stromquelle: 16 über den Kontakt 22, die beweglichen dargestellte System ganz allgemein bei anderen Kontakte 17 und 18 und den Kontakt 21 geht, unter Steueranlagen oder Regelsystemen anwenden läßt, die Strom zu setzen, während die Spule OC18 bei ihrer mit Servomotoren, oder anderen Vorrichtungen zur Einschaltung den Kontakt 18 betätigt, um die: Feld-Beeinflussung des Betrages der zu regelnden Größe wicklung 14 über einen Stromkreis, der von der arbeiten. . 25 Stromquelle 16 über die Kontakte 23, 18, 17 und 20

Bei der dargestellten Anordnung umfassen die auf geht, unter Strom zu setzen.

die Abweichung ansprechenden. Hilfsmittel eine Das polarisierte Relais ist durch Federkraft so

Wheatstonesche Brücke 1, deren Eingangspunkte mit vorgespannt, daß der bewegliche Kontakt 10 bei einer Gleichstromquelle 2 gleichbleibender Spannung stromloser Spule OClO in der Mitte zwischen, den verbunden sind. Zwei der Zweige dieser Brücke um- 30 feststehenden Kontakten 11 und 12 liegt. Die Eigenfassen veränderliche Widerstände 3 und 4, von: denen schwingungszahl der Relaisbewegung ist nicht ge^ einer entsprechend' der Stellung des regelnden Gliedes ringer als die Frequenz des an den Transformator 9 oder allgemein gemäß dem gewünschten. Betrage der angelegten Wechselstromes, so daß das Relais unter zu regelnden Größe verstellbar ist, während der andere dem Einfluß des der Relaisspule von diesem Trans-Widerstand entsprechend dem tatsächlichen Betrage 35 foirmator zugeführten Wechselstromes schwingt. Ähnder zu regelnden Größe verstellbar ist. Diese Anord- lieh besitzen, die Hauptrelais eine Eigenschwingungsnung ist schematisch durch die Verbindung 5 mit den zahl, die nicht geringer ist als die erwähnte Wechselbei 6 allgemein angedeuteten Mitteln, dargestellt, wobei stronifrequenz.

diese Mittel 6 auf den Betrag der zu regelnden Größe Bei der Betätigung des polarisierten Relais muß an

ansprechen; bei dem dargestellten Beispiel sprechen 40 die Spule OClO eine Gleichspannung bestimmter die Mittel 6 auf die Stellung des durch das Servo- Höhe angelegt werden, bevor das Relais den Konsteuersystem betätigtem beweglichen Objektes an. Die takt 10 so bewegt, daß sich dieser Kontakt an den an den Klemmen 7 und 8 der Brücke hervorgerufene einen oder anderen der feststehenden Kontakte 11 Ausgangsspannung richtet sich nach der Abweichung und 12 anlegt; diese Spannung wird im folgenden der Stellung des beweglichen Gegenstandes in bezug 45 mit Vl bezeichnet. Die Spannung der Wechselstromauf das regelnde Glied. quelle und. das Windungsverhältnis des Transforma-

Bei einer Abwandlung der dargestellten Anordnung tors 9 werden so gewählt, daß die in der Sekundärumfassen die Widerstände 3 und 4 einen, einzigen wicklung dieses Transformators induzierte Spannung Potenitiometerwiderstand. Dieser Widerstand ist dann kleiner ist als die Spannung Vl. Die Wechselspannung mechanisch mit dem beweglichen Objekt gekuppelt, 50 veranlaßt dann den beweglichen Kontakt des Relais, während eine damit zusammenwirkende bewegliche in dem Spalt zwischen den Kontakten 11 und 12 zu Kontaktspitzei mechanisch mit dem regelnden Glied schwingen; beim Fehlen einer von der Brücke 1 hergekuppelt ist; ebensogut kann jedes Paar benachbarter rührenden Ausgangsspannung wird sich der Kontakt Zweige der Brücke durch ein derartiges Potentiometer 10 jedoch nicht an den: einen oder anderen der festgebildet werden, wobei die bewegliche Kontaktspitze 55 stehenden Kontakte anlegen.

je nach. Lage des Falles ein Eingangs-oder Ausgangs- Wenn die Abweichung Null ist, d.h., wenn der

punkt der Brücke sein kann. bewegliche Gegenstand in dem angenommenen Falle

Der Ausgangsstromkreis der Brücke umfaßt die eines Servosystems mit dem regelnden Glied aus-Betätigungsspule OC10 eines polarisierten Relais und gerichtet ist, sind die Relaisspulen OC17 und: OC18 die Sekundärwicklung eines Transformators 9, dessen 60 beide stromlos, und der Servomotor ist ebenfalls Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle gleich- stromlos. Tritt jedoch bezüglich der Stellung des bleibender Spannung verbunden ist. Das polarisierte beweglichen Gegenstandes gegenüber dem regelnden Relais umfaßt einen beweglichen Kontakt 10 und zwei Glied eine Abweichung auf, wird das Gleichgewicht mit diesem zusammenwirkende feststehende Kontakte der Brücke gestört, und auf die Spule OClO wird und 12, an die sich der bewegliche Kontakt 10 in 65 eine Gleichspannung aufgebracht, die der vom TransAbhängigkeit von der Richtung des in derBetätigungs- formator 9 stammenden Wechselspannung überlagert spule OClO fließenden Stromes abwechselnd anlegen wird. Dieser Gleichstrom wird daher die Neigung kann. Die Kontakte 11 und 12 sind so· geschaltet, daß besitzen, die Mittelstellung des beweglichen Konsie mit Hilfe eines geeigneten Steuerstromkreises den taktes 10 gegenüber den damit zusammenwirkenden Servomotor zur Drehung in der jeweiligen Richtung 7° feststehenden Kontakten zu verändern.

Nimmt man. an, daß die algebraische Summe aus der Sekundärspannung des Transformators und der Ausgangsspannung der Brücke während derjenigen halben Perioden des Wechselstromes, während welcher sich die beiden Spannungen im Relaisstromkreis addieren, größer ist als die Spannung Vl, wird sich der bewegliche Kontakt 10 intermittierend an den einen oder anderen der feststehenden Kontakte anlegen, um die Relaisspule OC17 oder die Relaisspule OC18 unter Strom zu setzen und so zu veranlassen, daß die Feldwicklung 15 oder 14 des Motors unter Strom gesetzt wird, wodurch bewirkt wird, daß der Servomotor in einer Drehrichtung läuft, die derjenigen Drehrichtung entspricht, bei welcher die Ausrichtung des l>eweglichen Gegenstandes in bezug auf ^J5 das regelnde Glied wiederhergestellt wird.

Man wird erkennen, daß die Kontakte des polarisierten Relais dann, wenn sich die Ausgangsspannung der Brücke infolge eines Anspreehens derselben auf eine Zunahme des Betrages der Abweichung erhöht, während längerer Zeiträume geschlossen bleiben, so daß, da die Hauptrelais OC17 und OC18 ebenfalls mit einer Eigenschwingungszahl, die größer ist als die Wechselstromfrequenz, arbeiten und sich daher im Takt mit dem polarisierten Relais öffnen¹ und schließen, die mittlere Bewegung des Servomotors dem Betrag der Abweichung entweder proportional ist oder einer andersartigen Funktion des Betrages der Abweichung entspricht. Da die dem Transformator 9 entnommene Wechselspannung im wesentlichen die ursprüngliche Spannung Vl, die erforderlich ist, um das polarisierte Relais zu veranlassen, seine Kontakte zu schließen, neutralisiert, kann die Größe der Ausgangsspannung, auf die der Servomotor anspricht, auf einen kleinen Wert verringert werden. Die Geschwindigkeit, mit der das System auf eine Abweichung anspricht, erhöht sich mit zunehmender Frequenz des an den Transformator 9 angelegten Wechselstromes.

Da das System in der Weise arbeitet, daß es den Servomotor intermittierend in Betrieb setzt, und zwar für die Dauer von Zeitspannen, deren Länge sich nach der Größe der Abweichung richtet, ist die Anordnung gut geeignet für stabilen Betrieb ohne Pendeln oder Weiterbewegen über die Stellung, in der Übereinstimmung vorhanden ist.

Das System gemäß der Erfindung dürfte sich beispielsweise auf mechanisch betätigte Rohrleitungsventile!, auf die Fernabstimmung von Funkgeräten, auf die Regelung von Temperatur und Druck, auf die automatische Messung und den Vergleich von Impedanzgrößen, auf Einstellbewegungen an Zeitungsdruckmaschinen und Textilmaschinen sowie auf die genaue Steuerung motorisch betriebener Potentiometer in Speicherwerken anwenden lassen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Regelkreis, in dem die positive oder negative Regelabweichung einer Regelgröße als Gleichspannung abgebildet wird, der eine konstante Wechselspannung überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus diesen beiden Spannungen ein polarisiertes Relais steuert, dessen Arbeitskontakte ein Stellglied steuern.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 514188;
   britische Patentschrift Nr. 579 118.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 767/331 1.