DE1265270B

DE1265270B - Stabilized control loop

Info

Publication number: DE1265270B
Application number: DEH51143A
Authority: DE
Inventors: Johannes Antonius Franci Oomen
Original assignee: Van Der Heem BV
Current assignee: Van Der Heem BV
Priority date: 1963-02-14
Filing date: 1963-12-16
Publication date: 1968-04-04

Description

Stabilisierter Regelkreis, Die Erfindung betrifft einen stabilisierten Regelkreis mit einem ein Stellglied für einen Stellantrieb steuernden Regelverstärker, an dessen Eingang die Regelabweichung anliegt, mit einer einen die Erregungsfrequenz des Stellgliedes sperrenden Filterkreis und ein nichtlineares Glied enthaltenden Rückführschaltung zur Rückführung der Stellgröße auf die Eingangsstufe des Regelverstärkers zur selbsttätigen Einstellung dessen Verstärkungsgrades. Die Erfindung bezweckt die Stabilisierung eines derartigen Regelkreises gegenüber Regelschwingungen und Pendelungen.Stabilized control loop, the invention relates to a stabilized control loop Control circuit with a control amplifier controlling an actuator for an actuator, at the input of which the control deviation is applied, with one the excitation frequency of the actuator blocking filter circuit and containing a non-linear element Feedback circuit for feeding back the manipulated variable to the input stage of the control amplifier for automatic adjustment of its degree of gain. The invention aims the stabilization of such a control loop against control oscillations and Swings.

Bei einem Regelkreis soll zur Erzielung einer hohen Einstellgenauigkeit die Verstärkung des Regelkreises möglichst groß sein. Bei jedem derartigen gegengekoppelten System besteht die Gefahr, daß infolge von Phasenverschiebungen in der Gegenkoppelungsschleife schwach gedämpfte oder sogar ungedämpfte Schwingungen erregt werden. Bei einem Regelkreis zur Einstellung eines mechanischen Stellantriebes äußern sich solche Schwingungen als Pendelungen des Stellantriebes.In the case of a control loop, the aim is to achieve a high level of setting accuracy the gain of the control loop should be as large as possible. With every such negative feedback System there is a risk that as a result of phase shifts in the negative feedback loop weakly damped or even undamped vibrations are excited. With a control loop Such vibrations are expressed when setting a mechanical actuator as oscillations of the actuator.

Zur Unterdrückung solcher Pendelungen bei Stellantrieben wurde bereits die Verwendung von Tachogeneratoren oder von anderen kostspieligen Bauteilen vorgeschlagen.To suppress such oscillations in actuators has already been suggested the use of tacho generators or other expensive components.

Es ist ferner eine Regelvorrichtung bekannt, bei der zur Unterdrückung von Pendelungen eine stabilisierende, frequenzabhängige Rückführung mit einem nichtlinearen Glied vorgesehen ist, dabei hat das nichtlineare Glied dort die Aufgabe, die Amplitude cntstehender Rückführimpulse zu begrenzen. Dies hat zur Folge, daß die Rückführcharakteristik einen unstetigen Verlauf hat. Außerdem ist beim bekannten Regler vorgesehen, daß sich der Verstärkungsgrad des Verstärkers erhöhen soll, wenn sich die Amplitude der Rückführimpulse stark ändert.Furthermore, a control device is known in which for suppression of oscillations a stabilizing, frequency-dependent feedback with a non-linear Member is provided, the non-linear member there has the task of the amplitude to limit the resulting feedback pulses. As a result, the feedback characteristic has a discontinuous course. In addition, it is provided in the known controller that the gain of the amplifier should increase as the amplitude increases the feedback pulse changes greatly.

Die Erfindung bezweckt demgegenüber die Schaffung eines Regelkreises, der trotz eines einfachen und billigen Aufbaus Pendelungen wirksam vermeidet. Dabei soll erstens diehohe, statischeVerstärkung derRegelschleife nicht beeinträchtigt werdeti und zweitens ein stetiger Einfluß auf den Wrstärkungsgrad des Verstärkers im stabilisierenden Sinne ausgeübt werden.In contrast, the invention aims to create a control loop which, despite its simple and cheap construction, effectively avoids oscillation. Included First, it should not affect the high static gain of the control loop and, secondly, a constant influence on the amplification level of the amplifier be exercised in a stabilizing sense.

Bei einem stabilisierten Regelkreis der zuvor beschriebenen Art wird dies nach der Erfindung dadurch verwirklicht, daß als nichtlineares Glied ein Gleichrichter vorgesehen ist, dessen Ausgangsgleichspannung den Arbeitspunkt der Eingangsstufe derart verstellt, daß der Verstärkungsgrad des Regelverstärkers mit zunehmender Amplitude der Rückführgleichspannung herabgesetzt wird. Es ist zwar bekannt, bei Rundfunkempfängem den Verstärkungsgrad des NF-Verstärkers dadurch herabzusetzen, daß eine Wechselspannung gleichgerichtet und zur Verstellung des Arbeitspunktes auf den Eingang der 1. NF-Stufe zurückgeführt wird. Die Maßnahme dient jedoch nicht zur Verhinderung von Pendelungen der Lautstärkeregelung, sondern zur Vermeidung einer Übersteuerung des Lautsprechers. Es ist auch dort nicht die Stellgröße eines SteII-antriebs, sondern die Ausgangsspannung der 1. NF-Stufe zurückgeführt, und es ist ein eigener Verstärker für den Rückführkreis erforderlich.In a stabilized control loop of the type described above, this is achieved according to the invention in that a rectifier is provided as a non-linear element, the output DC voltage of which adjusts the operating point of the input stage in such a way that the gain of the control amplifier is reduced as the amplitude of the feedback DC voltage increases. It is known to reduce the gain of the LF amplifier in radio receivers by rectifying an AC voltage and feeding it back to the input of the 1st LF stage to adjust the operating point. However, the measure does not serve to prevent the volume control from oscillating, but rather to avoid overdriving the loudspeaker. There, too, it is not the manipulated variable of a control drive, but the output voltage of the 1st LF stage that is fed back, and a separate amplifier is required for the feedback circuit.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Regelkreises. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Regelkreises und F i g. 2 eine nähere Darstellung einzelner Schaltkreise des Regelkreises nach F i g. 1. Details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment of a control loop according to the invention. It shows F i g. 1 shows a block diagram of a control loop according to the invention and FIG. 2 shows a more detailed representation of individual circuits of the control loop according to FIG. 1.

Bei einem Regelkreis nach F i g. 1 wird ein Sollwertsignal Ui, oder ein sonstiges Stellsignal in einen Vergleicherkreis 1, beispielsweise einen Subtraktionskreis, eingespeist, welchem außerdem ein von der Lage des Stellantriebs abhängiges Istwertsignal zugeführt wird. Dieses wird einem von einer Bezugsspannung U"f erregten, mechanisch mit dem Stellantrieb gekoppelten Signalgeber 2 entnommen. Das Ausgangssignal des Vergleicherkreises 1 steuert einen Regelverstärker 3, welcher seinerseits mittels eines Stellmotors 4 den Stellantrieb und den Signalgeber 2 verstellt.In a control loop according to FIG. 1 , a setpoint signal Ui or some other control signal is fed into a comparator circuit 1, for example a subtraction circuit, to which an actual value signal dependent on the position of the actuator is also fed. This is taken from an excited from a reference voltage U "f mechanically coupled to the actuator signal generator; 2. The output of the Vergleicherkreises 1 controls a variable gain amplifier 3, which in turn moves the actuator and the signal transmitter 2 by means of a servomotor. 4

Die Verstärkung des Regelverstärkers 3 wird durch ein Steuersignal beeinflußt, das am Ausgang eines an einen Filterkreis 6 angeschlossenen Gleichrichters 5 abgenommen wird. Dem Filterkreis 6 wird die Speisespannung des Stellmotors 4 bzw. die Ausgangsspannung des Signalgebers 2 zugefühlt. Der Filterkreis 6 ist so abgestimmt daß er die Frequenz der Speisespannung des Motors bzw. die Frequenz der Bezugsspannung sperrt, jedoch alle anderen Frequenzen, die Pendelungen entsprechen, durchläßt. Bei Verwendung eines Gleichspannungsmotors kann man einen einfachen Hochpaß, beispielsweise ein differenzierendes RC-Glied. als Filterkrefis vorsehen.The gain of the control amplifier 3 is influenced by a control signal which is picked up at the output of a rectifier 5 connected to a filter circuit 6. The filter circuit 6 is supplied senses the supply voltage of the servo motor 4 or the output voltage of the signal generator. 2 The filter circuit 6 is tuned so that it blocks the frequency of the supply voltage of the motor or the frequency of the reference voltage, but lets through all other frequencies that correspond to oscillations. When using a DC motor, a simple high-pass filter, for example a differentiating RC element, can be used. to be provided as filter crefis.

Die Amplitude der Motorspeisespannung schwankt ebenso wie die Ausgangsspannung des Signalgebers 2 im Maße der Pendelungen des Regelkreises. Diese Frequenzen werden von dem Filterkreis 6 durchgelassen und erzeugen am Ausgang des Gleichrichters 5 ein Rückführsignal, das die Verstärkung des Regelverstärkers 3 so weit verringert, daß die Peiidelungen aufhören. Im Ruhezustand verschwindet dieses Rückführsignal, so daß im Ruhezustand die maximale Verstärkung des Regelverstärkers und damit eine maximale Empfindlichkeit des Regelkreises zur Verfügung stehen.The amplitude of the motor supply voltage fluctuates, as does the output voltage of the signal generator 2, in proportion to the oscillations of the control loop. These frequencies are passed through by the filter circuit 6 and generate a feedback signal at the output of the rectifier 5 which reduces the gain of the control amplifier 3 to such an extent that the Peiidelungen cease. In the idle state, this feedback signal disappears, so that in the idle state the maximum gain of the control amplifier and thus maximum sensitivity of the control loop are available.

F i g. 2 zeigt Einzelheiten der Verstärkungsregelschaltung. Der Regelverstärker enthält einen - Transistor 7 sowie weitere Stufen 8. über den Gleichrichter 9 wird eine Steuergleichspannung für den Stellmotor 4 erzeugt. Die Gleichspannung wird von dem Blockkondensator 10 gesperrt, der jedoch Schwankungen der Gleichspannung an den aus einem Widerstand 11, einer Diode 12 sowie einem Kondensator 13 bestehenden Gleichrichter durchläßt. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters liegt an der Emitterelektrode des Transistors 7, so daß die Verstärkung jeweils so weit verringert wird, daß die Pendelungen und damit die Schwankungen der Motorspeisespannung aufhören. Bei Speisung des Motors 4 mit einer Wechselspannung ersetzt man den Kondensator 10 durch einen Filter, dessen Sperrfrequenz mit der Frequenz der Speisespannung übereinstimmt. Die Durchlässigkeit des Filters muß mindestens für die Summen- oder Differenzfrequenz der Speisefrequenz und der Pendelungsfrequenz genügend groß sein.F i g. 2 shows details of the gain control circuit. The control amplifier contains a - transistor 7 as well as further steps 8 via the rectifier 9 is a DC control voltage is generated for the servomotor. 4 The DC voltage is blocked by the blocking capacitor 10 , which, however, allows fluctuations in the DC voltage to pass through the rectifier consisting of a resistor 11, a diode 12 and a capacitor 13. The output voltage of the rectifier is applied to the emitter electrode of the transistor 7, so that the gain is reduced to such an extent that the oscillations and thus the fluctuations in the motor supply voltage cease. When the motor 4 is supplied with an alternating voltage, the capacitor 10 is replaced by a filter whose blocking frequency corresponds to the frequency of the supply voltage. The permeability of the filter must be sufficiently large at least for the sum or difference frequency of the feed frequency and the oscillation frequency.

Der Filter 6 ist bei Anschluß an den Ausgang des Signalgebers 2 in entsprechender Weise ausgebildet.The filter 6 is designed in a corresponding manner when connected to the output of the signal generator 2.

Claims

Claims: 1. Stabilized control loop with a control amplifier controlling an actuator for an actuator, at the input of which the control deviation is present, with a filter circuit that blocks the excitation frequency of the actuator and a feedback circuit containing a non-linear element for feeding back the manipulated variable to the input stage of the control amplifier for selbstig * term setting the degree of amplification, characterized in that a rectifier is provided as a nonlinear element, the DC output voltage level of the operating point of the EingangS7 adjusted such that the gain of the variable gain amplifier is herabgesetzt- with increasing amplitude of the feedback direct voltage.

2. Control loop after spoke 1 with. a DC-excited actuator, characterized by a filter circuit (6) designed as a high-pass filter. 3. Control circuit according to claim 1 with an ac-excited actuator, characterized in that the filter circuit is designed as a blocking circuit tuned to the excitation frequency.

Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1095 371, 1129 596; Book by Külp, "Electron tubes and their circuits", published in 1951 by Verlag Vanderhoeck & Ruprecht, Göttingen, pp. 178/179.