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Rückführung für elektrische Regler Die üblichen Rückführschaltungen
von elektrischen Reglern sind während des Anfahrvorganges unwirksam, da hierbei
die Wirkung der Zeitglieder der Rückführung längst abgeklungen ist, bevor die Regelgröße
den Sollwert erreicht hat. Bei einer bekannten, den Anfahrvorgang berücksichtigenden
elektrischen Rückführung für Regler mit PI- oder PID-Verhalten wird der das 1-Verhalten
hervorrufende Kondensator, kurz I-Kondensator genannt, überbrückt, wenn die an ihm
liegende Spannung, z. B. während des Anfahrvorganges, einen Extremwert erreicht.
Zur Überbrückung dienen nichtlineare Schaltelemente mit Ansprechschwelle oder elektrische
Kontakte, die über einen besonderen Verstärker mit nachgeschaltetem Relais betätigt
werden. Die nichtlinearen Schaltelemente lassen auch in normalem Betriebszustand
einen störenden Fehlstrom passieren, während das Schalten der Kontakte zu Pendelerscheinungen
im Regelkreis führt.
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Es ist außerdem bekannt, den Kondensator in dei Rückführschaltung
mit einem Netzwerk zu überbrücken, das ohmsche Widerstände, eine Diode und einen
Kondensator enthält. Dieses Netzwerk ist über einen Kontakt an eine Spannungsquelle
angeschlossen, die den Kondensator auflädt und dafür sorgt, daß die Diode sperrt
und das Netzwerk auf den 1-Kondensator keine Wirkung ausübt, wenn der Kontakt geschlossen
ist. Der Kontakt wird von einem Relais gesteuert, dessen Ansprechschwelle eingestellt
werden kann und das abhängig von der Größe der Spannung im Reglerausgang geschaltet
wird. Während des Anfahrvorganges spricht das Relais an und öffnet den Kontakt der
den 1-Kondensator überbrückenden Schaltung. Der Kondensator entlädt sich, und während
dieses Entladevorganges ist die im Netzwerk vorgesehene Diode geöffnet und damit
der 1-Kondensator über einen Parallelwiderstand in dem Überbrückungszweig überbrückt.
Diese Überbrückung ist somit nur so lange wirksam, bis der Kondensator entladen
ist. Da die Anfahrvorgänge vielfach sehr lange Zeit beanspruchen, muß ein großer
Kondensator im Überbrückungszweig vorgesehen werden. Auch bei dieser Schaltung kann
beim Ansprechen des Kontaktes eine Schwingung im Regler ausgelöst werden, die den
Regelvorgang ungünstig beeinflußt.
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Bei einer weiteren bekannten Schalteinrichtung wird in der Rückführschaltung
ein Endkontakt des Stellgliedes vorgesehen. Da beim Anfahrvorgang das Stellglied
sich in der Endlage befindet, .ist dieser Kontakt geschlossen und damit eine einstellbare
feste Spannung an den I-Kondensator geschaltet. Der 1-Kondensator wird damit auf
einen voreinstellbaren Wert aufgeladen. Bei dieser Schaltung ist nachteilig, daß
der Regler nicht universell verwendbar ist, sondern stets mit einem Stellglied zusammenarbeiten
muß, das besondere Endlagenschalter füi die Rückführschaltung besitzt. Das unstetige
Arbeiten kann auch hier zu unerwünschten Schwingungen im Regler führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückführschaltung anzugeben,
bei der eine während des Anfahrvorganges wirksame Einrichtung den 1-Kondensator
überbrückt, ohne daß jedoch mechanische Kontakte verwendet werden. Gemäß der Erfindung
isst hierzu im Ausgang des Reglers eine Spannungsvergleichsschaltung vorgesehen,
welche die Ausgangsspannung des Reglers mit einer einstellbaren Spannung vergleicht
und, sobald die Ausgangsspannung die Vergleichsspannung übersteigt, einen wählbaren
Teil der Ausgangsspannung kontaktlos über ein stetig steuerbares Glied auf den als
Ausgang des Rückführnetzwerks anzusehenden Anschluß des 1-Kondensators einspeist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Ausgangsspannung des
Reglers über einen von der Spannungsvergleichsschaltung gesteuerten ersten Transistor
an einem Potentiometer liegt, dessen Abgriff über einen gemeinsam mit dem ersten
ausgesteuerten zweiten Transistor mit dem ausgangsseitigen Anschluß des I-Kondensators
verbunden ist. An Stelle der genannten Spannungen können in äquivalenter Weise bei
entsprechender Auslegung auch Ströme verwendet werden.
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Die neue Schaltung ist relativ einfach aufgebaut und arbeitet ohne
mechanische Kontakte. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich hier die Rückführspannung
nur stetig und allmählich ändern kann, wenn z. B. im normalen Betriebszustand bei
einer Regelabweichung der Ausgangsstrom des Reglers allmählich steigt und der Ansprechpunkt
der Transistorschaltung
erreicht wird. Bei den bekannten Schaltungen
treten nämlich in diesem Fall stets Stöße und Pendelschwingungen im Regelkreis auf.
Außerdem kann der Proportionalbereich des Reglers mit der neuen Rückführung für
den Anfahrvorgang optimal und abweichend von dem den Betriebszustand erforderlichen
P-Bereich eingestellt werden.
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Ein Schaltungsbeispiel für eine gemäß -der Erfindung aufgebaute Rückführung
wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt, dünn ausgezogen, die bekannte Grundschaltung
eines elektrischen Reglers mit RC-Rückführung (Gegenkopplung), die vom Ausgang des
Regelverstärkers auf dessen Eingang wirkt und dem Regler ein PI-Übergangsverhalten
gibt. Bei genügend großer Verstärkung entspricht der P-Bereich der am. Potentiometer
P1 eingestellten Abgriffstellung und die Nachstellzeit der mit dem Widerstand R,
einstellbaren Entladezeitkonstanten für den Kondensator C,. Sobald sich die Ausgangsspannung
des Regelverstärkers, z. B. infolge einer Änderung der Regelgröße bzw. Regelabweichung
Uxw in der Eingangsschaltung, ändert, ergibt sich mit dem Lade-bzw. Entladestrom
des Kondensators Cl in dem Potentiometer P1 ein Rückführimpuls, der exponentiell
wieder abklingt.
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Diese Rückführung versagt jedoch, wenn bei Anfahrvorgängen der Regler
mit seinem Stellglied längere Zeit in der Endlage steht. Der Rückführimpuls ist
dann längst wieder abgeklungen, wenn die Regelgröße sich allmählich dem Ist Wert
nähert. Der Regler kann daher das Stellglied erst aus der Endlage zurücknehmen,
wenn die Regelgröße den Ist-Wert überschritten hat. Es treten dabei große Überschwingungen
auf.
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Der so dargestellte bekannte Regler ist mit der erfindungsgemäßen
Schaltung verbessert, deren Teile und Übertragungsweg in der Zeichnung mit verstärkter
Strichstärke dargestellt sind.
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In einer Spannungsvergleichsschaltung, bestehend aus einer konstanten
Spannungsquelle UN, die gleichzeitig als Speisespannungsquelle für den Regelverstärker
dient, einem Potentiometer P3, einem Widerstand R2 und dem Transistor Tr. wird die
Ausgangsspannung des Reglers, die das Stellglied St speist (dargestellt als Trafowicklung)
mit der am Abgriff des Potentiometers P3 eingestellten Spannung verglichen. Sobald
die Ausgangsspannung des Reglers größer ist als die Spannung an P3, wird der Transistor
Tr, ausgesteuert, und ein am Potentiometer P2 abgreifbarer Teil der Ausgangsspannung
des Reglers wird unter Umgehung des Rückführnetzwerks an den als Ausgang desselben
anzusehenden Anschluß des Kondensators C, eingespeist. Da die Rückführspannung dann
über das das P-Verhalten des Reglers ; bestimmende Potentiometer P1 dem Reglereingang
zugeführt wird, arbeitet der Regler in diesem Fall als P-Regler, und der Rückführeinfluß
kann nicht mehr verschwinden. Damit der Regler den Sollwert beim Anfahrvorgang so
schnell wie möglich und ohne Überschwingen erreicht, kann am Potentiometer P2, das
mit dem Potentiometer P1 in Reihe geschaltet ist, der Proportionalbereich während
des P-Betriebs auf einen kleineren Wert eingestellt werden. Erst wenn die Regelabweichung
kleiner wird als der Rückführeinfluß, unterschreitet die Ausgangsspannung des Reglers
in der Vergleichsschaltung die eingestellte feste Spannung, der Transistor Tri wird
wieder gesperrt und der Regler arbeitet als normaler PI-Regler. Mit dem Potentiometer
P3 in der Vergleichsschaltung läßt sich der Übergang von PI- auf P-Verhalten bzw.
umgekehrt an eine beliebige Stelle innerhalb des Stellbereichs, z. B. an das Ende
des Stellbereichs, legen.
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Um zu vermeiden, daß in gesperrtem Zustand des Transistors Tri ein
zusätzlicher Entladestrom über den parallel zu R, liegenden Übertragungsweg der
Umgehungsschaltung fließt, ist dem Transistor Tri ein zweiter Transistor Tr. nachgeschaltet,
der gemeinsam mit dem Transistor Tri ausgesteuert wird. Die Diode D verhindert einen
Rückstrom über den Transistor Tr2, wenn sich die Rückführspannung am Ausgang des
Rückführnetzwerks umkehrt.
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Die beschriebene Rückführung arbeitet sinngemäß auch für PID-Regler.
In diesem Fall ist lediglich im Rückführnetzwerk - wie gestrichelt angedeutet -ein
zusätzlicher Kondensator CD und ein weiterer einstellbarer Widerstand RD vorgesehen.