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Drehzahlverhältnis-bzw. Gleichlaufregelanordnung für Mehrmotorenantriebe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlverhältnis- bzw. Gleichlaufregelanordnung
für Mehrmotorenantriebe.
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Bei der Regelung einer einzigen Drehzahl sind die Anforderungen an
die absolute Genauigkeit der Regelgröße im allgemeinen nicht extrem hoch, so daß
man in solchen Fällen mit analog arbeitenden Regelanordnungen auskommt. Bei Gleichlaufregelungen
bzw. Drehzahlverhältnisregelungen sind jedoch sehr große relative Genauigkeiten
der zu regelnden Drehzahlen erforderlich. Dies ist besonders dann der Fall, wenn
die verschiedenen Antriebe über ein empfindliches Gut, wie z. B. Papier, miteinander
mechanisch gekuppelt sind. In solchen Fällen verwendet man digital arbeitende Regelanordnungen,
da sich Ist- und Sollwert in digitaler Weise sehr genau abbilden lassen. Besonders
vorteilhaft sind solche Anordnungen, bei denen zusätzlich durch analog arbeitende
Regelkreise die Antriebe schon in die Nähe ihrer Solldrehzahlen gebracht werden
und durch digital arbeitende Regelkreise ein genauer Gleichlauf oder ein genaues
Drehzahlverhältnis eingeregelt wird. Man erreicht auf diese Weise, daß in der digitalen
Regelanordnung Zählwerke und Speicherglieder mit verhältnismäßig geringen Kapazitäten
verwendet werden können.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun
darin, eine Drehzahlverhältnis-bzw. Gleichlaufregelanordnung zu schaffen, bei der
ein analog arbeitender Grundregelkreis die zu regelnden Motoren etwa auf Solldrehzahl
bringt und hält und ein digital arbeitender Regelkreis hoher Genauigkeit für einen
sehr genauen Gleichlauf bzw. ein sehr genaues Einhalten eines vorgegebenen Drehzahlverhältnisses
sorgt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung vor,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu regelnden Motoren durch eine analog arbeitende
Grundregelung ihrer Ankerspannungen etwa auf Solldrehzahl gebracht und gehalten
werden und daß zur genauen Einhaltung des Gleichlaufes oder eines vorgegebenen Drehzahlverhältnisses
für jeden Motor ein bereits vorgeschlagener digital arbeitender PDI-Regler verwendet
wird, dessen Eingangstorschaltung von einer einstellbaren Leitfrequenz beaufschlagt
und für drehzahlproportionale Zeitintervalle aufgesteuert wird und dessen Ausgangsgröße
einen Teil der Motorerregung steuert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als einpoliges
Prinzipschaltbild dargestellt. Die Zeichnung beschränkt sich auf die Darstellung
der Regelanordnung für einen Motor des beliebig viele Motoren umfassenden Mehrmotorenantriebs.
Von den übrigen Motoren ist nur der Motor 6a mit der Eingangstorschaltung 31a seines
digitalen Reglers eingetragen. Der gestrichelt umrandete Teil A der Zeichnung stellt
einen bereits vorgeschlagenen PDI-Regler dar, bei dem in dem Ausführungsbeispiel
jedoch auf die Bereitstellung eines Differentialwertes der Regelabweichung verzichtet
worden ist. Grundsätzlich kann für die hier beschriebene Regelanordnung jedoch auch
der Differentialwert der Regelabweichung mitverarbeitet werden. Die Leitfrequenz
f des Regelsystems wird beispielsweise in einem überlagerungsgenerator 2 erzeugt.
Durch Wahl eines geeigneten Plattenschnittes des Drehkondensators dieses überlagerungsgenerators
oder durch ein Potentiometer mit Anzapfungen und variablen Nebenschlüssen läßt sich
ein sehr genauer Gleichlauf der Leitfrequenz f mit der geteilten Konstantspannung
U am Potentiometer 1 erreichen. Der am Potentiometer 1 abgegriffene Teil der Konstantspannung
U wird dem Regler 5 als Sollwert für die die Antriebsmotoren 6, 6 a usw. speisende
Ankerspannung zugeführt. Als Stellgröße dieser analog arbeitenden Grundregelung
dient die Erregung 4 des Generators 3.
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Jede Motorwelle trägt eine Schlitzscheibe 8, die beispielsweise mit
zehn sehr genau eingearbeiteten Schlitzen versehen ist und auf fotoelektrischem
Wege abgetastet wird. Die Eingangstorschaltung 11 des digitalen Reglers A wird für
die Zeitdauer zwischen den Durchläufen zweier benachbarter Schlitze der Schlitzscheibe
8 aufgesteuert, und es gelangen die Impulse der Leitfrequenz f auf das Zählglied
12. Mit dem Zählglied 12 wird also der Abstand zweier Impulse der Schlitzscheibe
in Perioden der Leitfrequenz
f gezählt. Durch eine besondere Rückstelleinrichtung
14 wird die Eingangstorschaltung 11 noch für einige Perioden der Leitfrequenz f
geschlossen gehalten, um eine Übertragung des Wertes vom Zählglied 12 in den Speicher
16 -mit Hilfe einer übertragungseinrichtung 15 zu ermöglichen. Die Übertragung der
Stellung des Zählgliedes auf den Speicher 16 erfolgt nur für die unteren Dekaden.
Der genaue Sollwert der Drehzahl wird durch den dekadischen Sollwerteinsteller 13
vorgegeben und als Voreinstellung (Nullpunktverschiebung) dem Zählglied
12 zugeführt.
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Das Zählglied 12, das stets nur in einer Richtung zählt, hat also
bereits vor dem Eintreffen der über die Torschaltung 11 zugeführten Impulse eine
bestimmte Zahl gespeichert, die die Differenz zwischen der dem Sollwert entsprechenden
Impulszahl und einer festen Impulszahl, der 1000 %o der -Drehzahl zugeordnet sind,
dargestellt.
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Um die Wirkungsweise des Digitalreglers zu verdeutlichen, wird ein
willkürliches Zahlenspiel angenommen. Das Zählglied 12 möge vier Dekaden besitzen
und sei so eingestellt, daß 3500 Impulsen das Verhältnis 1000 %o zugeordnet wird.
Nimmt man an, daß der dekadische Sollwerteinsteller 13 auf- Null steht und auch
keine Regelabweichung vorhanden ist, dann werden in der Zeitspanne zwischen den
Durchläufen zweier benachbarter Scheibenschlitze 3500 Impulse dem Zählglied. 12
über die Torschaltung 11 zugeführt. Auf den Speicher 16 werden die drei letzten
Dekaden des Zählgliedes 12 übertragen; es erscheint also dort der Wert 500. Dieser
Wert wird in einen analogen Wert, z. B. einen Strom, umgewandelt, und sodann wird
von ihm ein konstanter Wert subtrahiert, dessen Größe ebenfalls 500 Digitaleinheiten
entspricht. Der der Summierungsstelle 21 zugeführte Proportionalwert der Regelabweichung
ist also voraussetzungsgemäß Null. Tritt eine Änderung der Drehzahl ein, so wird
die im Zählglied 12 eingegebene Impulszahl von 3500 verschieden sein und am Ausgang
des Reglers ein Proportionalwert der Regelabweichung auftreten. Soll die Drehzahl
auf einen anderen Wert geregelt werden, so wird das Zählglied 12 über den dekadischen
Sollwerteinsteller 13 bereits mit einer von Null verschiedenen Grundstellung versehen.
Durch unterschiedliche Werte dieser Grundstellungen für die einzelnen Motoren können
bestimmte Drehzahlverhältnisse erzwungen werden. Der Integralwert der Regelabweichung
wird durch einen Speicher 18 erzeugt, dem über eine Torschaltung 17 die dem Zählglied
12 zugeführten Impulse ebenfalls zugeführt werden. Die Torschaltung 17 öffnet, sobald
die Zahl der einfallenden Impulse den Wert 3000 überschreitet. Nach Schließen der
Eingangstorschaltung 11 wird ebenfalls die Torschaltung 17 geschlossen und
der Speicher 18 durch geeignete Maßnahmen um 500 Einheiten zurückgestellt. Diese
Rückstellung erfolgt in der Weise, daß nur die dritte Dekade um fünf Einheiten zurückgestellt
wird. Die erste und die zweite Dekade werden bei dieser Rückstellung überhaupt nicht
betätigt. Der in dem Speicher 18 verbleibende Wert wird wie beim Proportionalwert
der Regelabweichung in eine analoge Größe umgeformt und der Summierungsstelle 21
zugeführt. Zur getrennten Einstellung des Proportionalwertes und des Integralwertes
sind vor der Summierungsstelle 21 Potentiometer 19 und 20 vorgesehen. Der Ausgangswert
des Digitalreglers A wird, eventuell unter Zwischenschaltung von Verstärkern, dem
Steuerglied des Transistorfeldstellers 22 als Stromsollwert zugeführt. Der dazugehörige
Istwert wird an einem Meßwiderstand 25 im Feldstromkreis abgegriffen. Außer mit
dem in der Zeichnung gezeigten Transistorschaltverstärker kann die beschriebene
Digitalregelung auch mit jeder anderen steuerbaren Feldstromversorgung zusammenarbeiten,
wie z. B. mit magnetischen Verstärkern.
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Hat man ein Interesse daran, den eingestellten Integralwert über lange
Abschaltzeiten zu erhalten, so ist unter Umständen ein elektromechanischer Integrator
vorzuziehen. Man kann dann die den Integralwert der Regelabweichung zur Verfügung
stellenden Elemente 17, 18 und 20 des digitalen Reglers A weglassen. Der Proportionalwert
der Regelabweichung wird dann zur Speisung eines mit einem Potentiometer gekuppelten
Meßmotors verwendet, so daß die Stellung des Potentiometers ein Maß für den Integralwert
der Regelabweichung darstellt. Man kann auch den Proportionalwert der Regelabweichung
als Sollwert für die Drehzahl eines Umsteuerstellantriebes verwenden, der dann direkt
einen mechanischen Feldteller betreibt.
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Bei der bisher behandelten Anordnung mit einer Leitfrequenz dient
diese als Drehzahlsollwert für eine beliebige Anzahl gleichberechtigter Motoren.
Falls die Technologie des maschinellen Prozesses es erfordert, daß einer der Motoren
ein Führungsverhalten übernimmt, läßt sich dies bei der hier beschriebenen Regelung
unschwer erreichen. Die Steuerung des Feldstromes der geführten Motoren erfolgt
in diesem Falle nicht mehr von der Ausgangsgröße des eigenen Reglers, sondern von
der Differenz der Ausgangsspannung des eigenen Reglers und der Ausgangsspannung
des Reglers des führenden Motors.
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Bei den bisher behandelten Anordnungen wurde stets angenommen, daß
neben dem digital arbeitenden Regelkreis ein analog arbeitender Grundregelkreis
für die Ankerspannungen der in ihrer Drehzahl zu regelnden Motoren vorhanden ist.
Man kann jedoch auf diesen analogen Grundregelkreis völlig verzichten und die Drehzahl
ausschließlich über einen digital arbeitenden Regelkreis regeln, der jedoch nicht
Gegenstand der Erfindung ist. Da die in diesem Falle vom digital arbeitenden Regelkreis
zu verarbeitenden Regelabweichungen sehr groß sein können, wird man im allgemeinen
Zählglieder mit größerer Kapazität verwenden. Dies ist jedoch nicht unbedingt nötig.
Man kann. auch mit einem Regler verhältnismäßig kleiner Kapazität auskommen, wenn
man durch geeignete Mittel dafür sorgt, daß beim Erreichen der Kapazitätsgrenzen
des Reglers (vor allem der Kapazität der Speicher 16 und 18) das Stellglied so beeinflußt
wird, als würde ständig die vom Regler maximal zu verarbeitende Regelabweichung
vorliegen.