DE2202389C3 - Zweipunktregler mit PID-Rückführung, insbesondere Temperaturregler - Google Patents

Description

den ÄC-GIiedles angeschlossen ist und daß der Ver- Bei einer sprungweisen Änderung der verstärkten

bindungspunkt der Kondensatoren mit dem Wider- Spannung am Ausgang des integralen Rückführanteils

stand des den I-Anteil bewirkenden ÄC-Gliedes über fließt über R_K ein Ladestrom zum Kondensator C_n,

den Kondensator mit dem Impedanzwandler ver- der erst allmählich an diesem eine Spannung aufbaut,

bundenist. 5 Dadurch steigt die Spannung für Rückführspan-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach- nung erst allmählich an, d. h., die verstärkungsstehend an Hand einer Schaltungsskizze näher erläu- mindernde Wirkung der Rückführung ist im ersten tert Augenblick aufgehoben; die Verstärkerwirkung ist

In der Schaltungsskizze ist mit N ein Netzteil zur voll wirksam. Es wird somit eine der D-Wirkung entBereitstellung von Gleichspannungen bezeichnet, io sprechende kurzzeitige, große Änderung der Aus-Eine Zenerdiode Z dient zur zusätzlichen Spannungs- gangsspannung des Kippverstärkers erreicht,
stabuisierung. In der Eingangsbrückenschaltung E Nach der Erfindung ist nun vorgesehen, daß der kann am Regelwiderstand A₁ ein Sollspannungswert dem integralen Anteil folgende differentiale Anteil eingestellt werden, der mit einem über die Leitun- der Rückführung nicht auf den Fußpunkt der Gegen 1 und 2 zugeführten Istspannungswert verglichen 15 samtschaltung bezogen ist, sondern auf den Ausgang wird. Bei einer Störung wird die Differenzspannung des Differenzverstärkers D. Dazu ist der Widerstand des Brückenkreises über die Widerstände R* und R₃ R_n vom Gate des Feldeffekt-Transistor-Impedanzdem Differenzverstärker D zugeführt, dem wiederum wandlers 13 mit dem Ausgang des Differenzverstärein Kippverstärker K nachgeschaltet ist. Die so ver- kers D verbunden. Ferner ist der Kondensator C_n stärkte Spannung speist die Erregerwicklung eines 20 vom Gate des Impedanzwandlers 10 mit dem AusRelais R, dessen Wechselkontakt eine Steuerleitung 6 gang des integralen Rückführanteils verbunden, d. h. mit einer der Steuerschaltungen 5 oder 7 verbindet. dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R_v Durch den Relaiskontakt 9 wird einer der Schaltzu- und den beiden Kondensatoren C,..
stände des Relais R durch die Glimmlampe 10 si- Auf diese Weise wird der differentiale Anteil der gnalisiert. Das Gleichstrom-Meßinstrument 11 zeigt 25 Rückführung durch den Ausgang des Differential-Betrag und Richtung der verstärkten Differenzspan- Verstärkers gesteuert, wird also erst dann voll wirknung am Ausgang des Differenzverstärkers D an. sam, wenn die Differenz zwischen Soll- und Istwert

Die durch R, gekennzeichnete Schaltungsgruppe Null ist. Sobald eine Differenz zwischen Soll- und

bewirkt die Rückführung der proportionalen, inte- Istwert eintritt (Störung), wird mit zunehmender

gralen und differentialen Rückführanteile. Der Kipp- 30 Regelabweichung der integrale Anteil immer stärker

verstärker K besitzt zwei Eingänge, einen ersten, der und der differentiale Anteil immer schwächer wirk-

mit dem Differenzverstärker D verbunden ist und sam. Es wird dadurch erreicht, daß der Übergang

gleichzeitig als Bezugspunkt für den D-Anteil der zwischen PD- und PID-Verhalten kontinuierlich er-

Rückführschaltung R, dient und einen zweiten, wel- folgt. Da sich der Ausgang des Differenzverstärkers,

eher für den Eingang der Rückführung vorgesehen 35 bezogen auf den Gerätefußpunkt, entsprechend der

ist. Richtung der Regelabweichung in der Polarität, än-

Bei sprunghafter Änderung der verstärkten Span- dert, ist auch eine entsprechende Änderung in der

nung wirken die Kondensatoren C₁, zunächst wie ein Polarität des differentialen Anteils der Rückführung

Kurzschluß, so daß sich die Höhe des Ladestromes gegeben.

im ersten Augenblick nach der Größe des Wider- 40 Aus dem vorgeschriebenen Schaltungsaufbau er-

standes A₁, richtet, dessen Spannungsabfall als Rück- gibt sich ohne weiteres, daß eine Hysteresis-Erschei-

führspannung dient. Diese Schaltungsmittel verleihen nung beim Übergang vom PD- zum PID-Stellverhal-

der Rückführung somit ein I-Verhalten. ten und umgekehrt nicht mehr auftreten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

TgZT1, (Tg = Ausgleichszeit; Tn — Verzugszeit), das Patentansprüche: optimale Regelverhalten (geringe Überschwingweiten und geringe Einschwingzeiten) aufweist.

1. Zweipunktregler mii PID-Rückführung, ins- Es ist bekannt, daß während des Anfahrens eines besondere Temperaturregler, mit einem Kippver- S Regelkreises ein Regler keinen I-Anteil der Rückfühstärker und einer vom Ausgang des Kippverstär- rung aufweisen sollte, daß aber bei der eigentlichen kers auf seinen Eingang führenden, PID-Anteile Regelung des Prozesses ein Regler mit I-Anteil enthaltenden Rückführschaltung, die aus der Hin- zweckmäßig ist. Daher hat mau bereits die günstigen tereinanderschaltung eines ersten, auf Bezugs- Eigenschaften des PD-Reglers während des Anfahrpotential geschalteten ÄC-Gliedes für den I-An- io Vorganges mit den günstigen Eigenschaften eines teil und eines zweiten ÄC-GHedes für den D-An- PID-Reglers während des eigentlichen Prozeßverteil der Rückführschaltung besteht, dadurch laufes miteinander zu kombinieren versucht,
gekennzeichnet, daß der Kippverstärker Zur Realisierung eines PD-Anfahrverhahens in (K) zwei Eingänge besitzt, einen ersten, dem das Kombination mit einem PID-Führungsverhalten sind Rückführsignal zugeführt ist, und einen zweiten, 15 sogenannte Anfahrschaltungen bekannt (vgl. deutsche dem ein Differenzverstärker (£>) zum Soll-Ist- Auslegeschrift 1 588 342), die jedoch in der schal-Vergleich vorgeschaltet ist, dessen Ausgangs- tungstechnäschen Ausführung aufwendig sind. Sie potential als Bezugspotential des Kondensators haben zudem den N&chteil, daß sie keinen konti-(C_n) des den D-Anteil bewirkenden ÄC-Gliedes nuierlichen Übergang zwischen den beiden Zeitver-(C_n, A_n) dient. 20 halten der Rückführung gewährleisten. Dies ist aber

2. Zweipunktregler nach Anspruch 1, gekenn- erwünscht, damit man eine von Einschwingvorgänzeichnet durch einen Impedanzwandler (13), wel- gen möglichst freie Regelung erzielt.

eher einen Feldeffekt-Transistor aufweist, dessen Die Anfahrschaltungen, die üblicherweise für die-

Gate an den Verbindungspunkt zwischen dem sen Zweck verwendet werden, sind darüber hinaus Widerstand (R_n) und dem Kondensator (C_n) des 25 nur im Anfahrvorgang des Reglers wirksam, d. h., so den D-Anteil bewirkenden ÄC-Gliedes ange- lange der Sollwert oberhalb des Proportionalbereischlossen ist und daß der Verbindungspunkt der ches liegt. liegt der Sollwert dagegen unterhalb des Kondensatoren (C,,) mit dem Widerstand (R_x.) Proportionalbereiches, so wird die Anfahrschaltung des den I-Anteil bewirkenden ÄC-GHedes über nicht wirksam. — Ferner treten bei den bekannten den Kondensator (C_n) mit dem Impedanzwandler 30 Anfalirschaltungen unerwünschte Hysteresis-Erschei-(13) verbunden ist. nungen auf.

Eine weitere bekannte Schaltungsanordnung (deutsche Auslegeschrift 1274 216) eines Chargenreglers

mit einem Regelverstärker behandelt ebenfalls An-

35 fahrvorgänge und weist eine Einrichtung auf, die eine kontinuierliche Verstellung des D-Anteiles der Rückführschaltung bewirkt. Hierbei soll das Überschwin-

Dic Erfindung bezieht sich auf einen Zweipunkt- gen der Stellgröße infolge einer Potentialerhöhung regler mit PID-Rückführung, insbesondere Tempe- am Nachstellkondensator des Rückführkreises verraturregler, mit einem Kippverstärker und einer vom 40 hindert werden. Dies erfolgt dadurch, daß die EinAusgang des Kippverstärkers auf seinen Eingang richtung einen zweiten Rückführkreis besitzt, der führenden, PID-Anteile enthaltenden Rückführschal- beim Überschreiten eines durch Schwellwertelemente tung, die aus der Hintereinanderschaltung eines vorgegebenen Potentials am Ausgang des Regelverersten, auf Bezugspotential geschalteten ÄC-Gliedes stärkers durch kontinuierliche Spannungsänderungen für den I-Anteil und eines zweiten ÄC-Gliedes für 45 die Ladung des Nachstellkondensators auf einen den D-Anteil der Rückführschaltung besteht. auf den Schwellwert bezogenen Wert einstellt.

Ein solcher Zweipunktregler ist im Buch von Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Zwei-

E. S am al »Grundriß der praktischen Regelungs- punktregier der eingangs genannten Art so zu getechnik«, 5. Auflage, 1964, S. 369 und 370, Verlag stalten, daß er einen kontinuierlichen Übergang vom R. Oidenbourg, München, beschrieben. 50 PD-Verhalten zum PID-Verhalten ergibt, zudem

Das Stellverhalten eines solchen Reglers ist abhän- beidseitig des Proportionalbereiches wirksam ist, desgig vom Zeitverhalten der eine Gegenkopplung des sen Übergang frei von Hysteresis-Erscheinungen ist Regelverstärkers bewirkenden Rückführung. Man und der ferner schaltungstechnisch einfach realiunterscheidet zwischen einem Stellverhalten mit P- siert ist.

Zeitverhalten (proportionales Verhalten, d. h. jeder 55 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geEingangsgröße ist eine eigene Ausgangsgröße züge- löst, daß der Kippverstärker zwei Eingänge besitzt, ordnet), I-Zeitverhalten (integ-ales Verhalten, d. h. einen ersten, dem das Rückführsignal zugeführt ist die Geschwindigkeit der Ausgangsgröße ist von der und einen zweiten, dem ein Differenzverstärker zum Eingangsgröße abhängig) und D-Zeitverhalten (dif- Soll-Ist-Vergleich vorgeschaltet ist, dessen Ausgangsferentiales Verhalten, d. h. die Ausgangsgröße ist von 60 potential als Bezugspotential des Kondensators des der Geschwindigkeit der Eingangsgröße abhängig; den D-Anteil bewirkenden /?C-Gliedes dient,
eine einmalige sprungförmige Änderung am Eingang Eine schaltungstechnisch einfache und betrieblich

ergibt am Ausgang eine »Nadelspitze«), sowie Korn- zuverlässige zweckmäßige Ausgestaltung des erfinbinationen dieser Zeitverhalten, nämlich PI-Zeitver- dungsgemäßen Zweipunktreglers ist ferner gekennhalten, PD-Zeitverhalten und PID-Zeitverhalten. Bei 65 zeichnet durch einen Impedanzwandler, welcher Temperaturreglern wird vorwiegend mit dem Stell- einen Feldeffekttransistor aufweist, dessen Gate an verhalten P, PD oder PID gearbeitet, wobei ein PID- den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand Regler, besonders bei einem niedrigen Verhältnis von und dem Kondensator des den D-Anteil bewirken-