DE1269707B

DE1269707B - Feedback for electrical regulators

Info

Publication number: DE1269707B
Application number: DE19611269707
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Schlick
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-08-25
Filing date: 1961-08-25
Publication date: 1968-06-06

Description

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.Feedback for electrical controllers The usual feedback circuits of electrical controllers are ineffective during the start-up process, as this is the case the effect of the timing elements of the feedback has long since subsided before the controlled variable has reached the setpoint. In the case of a known one that takes into account the start-up process electrical feedback for controllers with PI or PID behavior becomes the 1 behavior evoking capacitor, briefly called I-capacitor, bridged when connected to it lying voltage, e.g. B. reached an extreme value during the start-up process. Non-linear switching elements with a response threshold or electrical ones are used for bridging Contacts actuated by a special amplifier with a downstream relay will. The non-linear switching elements also leave in the normal operating state a disturbing fault current happen while switching the contacts to pendulum phenomena leads in the control loop.

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.It is also known to include the capacitor in the feedback circuit to bridge with a network, the ohmic resistors, a diode and a Includes condenser. This network is connected to a voltage source via a contact connected, which charges the capacitor and ensures that the diode blocks and the network has no effect on the 1-capacitor when the contact is closed is. The contact is controlled by a relay whose response threshold is set can be switched depending on the size of the voltage in the controller output will. During the start-up process, the relay responds and opens the contact of the the 1-capacitor bridging circuit. The capacitor discharges, and during this discharge process, the diode provided in the network is open and thus the 1-capacitor is bridged via a parallel resistor in the bridging branch. This bridging is therefore only effective until the capacitor is discharged is. Since the start-up processes often take a long time, a large one must be used Capacitor can be provided in the bridging branch. This circuit can also when the contact responds, an oscillation is triggered in the controller, which causes the Control process adversely affected.

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.In another known switching device, the feedback circuit an end contact of the actuator is provided. Since the actuator during the start-up process is in the end position, this contact is closed and thus an adjustable one fixed voltage connected to the I-capacitor. The 1 capacitor is thus on charged a preset value. The disadvantage of this circuit is that the controller cannot be used universally, but always works together with an actuator must, the special limit switch for the feedback circuit has. The discontinuous one Working here can also lead to undesirable oscillations in the controller.

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.The invention is based on the object of specifying a feedback circuit, in which a device effective during the start-up process is the 1-capacitor bridged, but without mechanical contacts are used. According to the invention for this purpose, a voltage comparison circuit is provided in the output of the controller, which compares the output voltage of the regulator with an adjustable voltage and, as soon as the output voltage exceeds the reference voltage, a selectable one Part of the output voltage contactlessly via a continuously controllable element on the as Output of the feedback network feeds the connection of the 1-capacitor to be seen. In a preferred embodiment it is provided that the output voltage of the Regulator via a first transistor controlled by the voltage comparison circuit is on a potentiometer, the tap of which is shared with the first controlled second transistor with the output-side connection of the I-capacitor connected is. Instead of the voltages mentioned, in an equivalent manner at appropriate currents can also be used.

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.The new circuit is relatively simple and works without it mechanical contacts. Another advantage is that the feedback voltage is here can only change steadily and gradually if z. B. in normal operating condition a control deviation the output current of the controller gradually increases and the response point the transistor circuit is achieved. In the known circuits This is because shocks and pendulum oscillations always occur in the control loop in this case. In addition, the proportional range of the controller with the new feedback for the start-up process optimally and differently from the one required by the operating state P range can be set.

Ein Schaltungsbeispiel für eine gemäß -der Erfindung aufgebaute Rückführung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.A circuit example for a feedback constructed according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing.

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.The drawing shows, drawn out thinly, the known basic circuit an electrical controller with RC feedback (negative feedback), which is fed from the output of the The control amplifier acts on its input and the controller has a PI transition behavior gives. If the gain is sufficiently large, the P range corresponds to that of the potentiometer P1 set tap position and the reset time of the resistor R, adjustable discharge time constants for the capacitor C ,. Once the output voltage of the control amplifier, e.g. B. as a result of a change in the controlled variable or system deviation Uxw in the input circuit, changes, results with the charging or. Discharge current of the capacitor Cl in the potentiometer P1 a feedback pulse which is exponential subsides again.

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.This feedback fails, however, if the controller is starting up with its actuator in the end position for a long time. The feedback pulse is then long since subsided again when the controlled variable gradually approaches the actual value approaching. The controller can therefore only take the actuator back from the end position, when the controlled variable has exceeded the actual value. There are large overshoots on.

Der so dargestellte bekannte Regler ist mit der erfindungsgemäßen Schaltung verbessert, deren Teile und Übertragungsweg in der Zeichnung mit verstärkter Strichstärke dargestellt sind.The known regulator shown in this way is similar to the one according to the invention Circuit improved, its parts and transmission path in the drawing with reinforced Line width are shown.

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.In a voltage comparison circuit, consisting of a constant voltage source UN, which also serves as a supply voltage source for the control amplifier, a potentiometer P3, a resistor R2 and the transistor Tr compared to the voltage set at the tap of potentiometer P3. As soon as the output voltage of the controller is greater than the voltage at P3, the transistor Tr, is controlled, and a part of the output voltage of the controller that can be tapped at the potentiometer P2 is fed to the connection of the capacitor C, which is to be regarded as the output of the same, bypassing the feedback network. Since the feedback voltage is then via the P behavior of the controller; determining potentiometer P1 is fed to the controller input, the controller works in this case as a P controller and the feedback influence can no longer disappear. In order for the controller to reach the setpoint as quickly as possible and without overshooting during the start-up process, the proportional range can be set to a smaller value on potentiometer P2, which is connected in series with potentiometer P1. Only when the control deviation becomes smaller than the feedback influence does the output voltage of the controller in the comparison circuit fall below the set voltage, the transistor Tri is blocked again and the controller works as a normal PI controller. With the potentiometer P3 in the comparison circuit, the transition from PI to P behavior or vice versa can be carried out at any point within the setting range, e.g. B. at the end of the adjustment range.

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.To avoid that in the blocked state of the transistor Tri a additional discharge current via the transmission path of the parallel to R, Bypass circuit flows, the transistor Tri is followed by a second transistor Tr., which is controlled together with the transistor Tri. The diode D prevents you Return current through the transistor Tr2 when the return voltage at the output of the Feedback network reverses.

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.The feedback described also works in the same way for PID controllers. In this case there is only one in the return network - as indicated by dashed lines additional capacitor CD and another adjustable resistor RD are provided.

Claims

Claims: 1. Feedback for electrical controllers with PI or PID behavior in which the voltage is built up from capacitors and resistors Network in the output of the controller acts back on the input of the control amplifier and in which a start-up circuit bridges the 1-capacitor during the start-up process, characterized in that there is a voltage comparison circuit in the output of the regulator is provided, which the output voltage of the regulator with an adjustable Compares voltage, and as soon as the output voltage exceeds the comparison voltage, a selectable part of the output voltage contactless via a continuously controllable one Link to the connection of the I-capacitor, which is to be regarded as the output of the feedback network feeds.

2. Feedback according to claim 1, characterized in that the output voltage of the regulator is connected to a potentiometer (P2) via a first transistor (Tri) controlled by the voltage comparison circuit, the tapping of which is connected to the second transistor (Tr2) controlled together with the first output-side connection of the 1-capacitor (C,) is connected. 3. feedback according to claim 2, characterized in that in the transmission path of the bypass circuit there is a reverse current through the transistor (Tr2) blocking diode (D) . Considered publications: German Auslegeschriften No. 1080 197, 1100147; Swiss Patent No. 328 874; "Control engineering", 1954, H.

3, pp. 68 and 69.