DE2226882A1 - Verfahren zur stabilisierung der betriebsweise und verbesserung der sprungfunktioncharakteristiken eines bedingt stabilen systems - Google Patents

Description

Böblingen, 30. Mai 1972 bu-wk

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderini SA 970 049

Verfahren zur Stabilisierung der Betriebsweise und Verbesserung der Sprungfunktioncharakteristiken eines bedingt stabilen Systems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Betriebsweise und Verbesserung der Sprungfunktionscharakteristiken eines bedingt stabilen Systems, bei dem die Nichtlinearität auf Sättigungswirkung eines darin enthaltenen Bauteiles beruht.

In der Arbeit "Multiple Mode Operation of Servomechanisms" von McDonald in Review of Scientific Instruments, Band 23, Nr. 1, Jan. 1951, Seiten 22-30, wird gezeigt, daß das dynamische Betriebsverhalten von Servo-Einrichtungen besser durch mehrere Bewegungsgleichungen als nur durch eine einzige Bewegungsgleichung, wie es bisher üblich ist, charakterisiert wird. Die zusätzlichen Betriebsweisen, die durch die zusätzlichen Gleichungen der Bewegung erfaßt werden, stellen Betriebsweisen der Servo-Einrichtungen unter Verdrehungs- oder Geschwindigkeitssättigung dar, wodurch däÜ Betriebsverhalten der Servo-Einrichtungen begrenzt wird. Wenn.eine Servo-Einrichtung Vielfach-Betriebsarten genügen soll, dann läßt sich ihre Gesamtbetriebsweise dadurch verbessern, daß die Steuerung bzw. Regelung auf den maximalen Nutzen bzw. Gewinn der Charakteristiken des Systems für jede der Betriebsarten ausgelegt wird. Eine solche Ausbildung ergibt eine wesentlich verbesserte Betriebsweise, wobei sich unter Umständen noch das Gesamtgewicht reduzieren läßt.

Um die Schwierigkeiten bzw. Nachteile zu beheben, die mit Nicht-

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linearitäten bedingt durch Sättigungseigenschaften eines Bauteils in der Servo-Einrichtung verbunden sind, wird allgemein so vorgegangen, daß der Verstärkungsgrad in der Rückkopplungsschleife um dieses sättigbare Bauteil herum erhöht wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein erhöhter Verstärkungsgrad in der Rückkopplungsschleife zwar die überschwingeigenschaften des Gesamtsystems zu verbessern vermag, jedoch dabei die Anlaufzeit dieses Gesamtsystems erhöht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb in Vermeidung der obenaufgezeigten Nachteile ein verallgemeinertes Verfahren zur Stabilisierung der Betriebsweise und zur Verbesserung der Sprungantwortcharakteristiken einer Servo-Einrichtung bereitzustellen, wobei gleichzeitig mit weitgehender Unterdrückung des Überschwingens die Anlaufzeitcharakteristik wesentlich herabgesetzt wird, indem die Nichtlinearität aufgrund der Sättigungseigenschaften eines der Bauteile in der Servo-Einrichtung hierzu entsprechend kompensiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß überwacht wird, ob das zur Sättigung neigende Bauteil im Sättigungsbereich arbeitet oder nicht, daß je ein unterschiedliches Steuersignal in Abhängigkeit von einem festgestellten Zustand aufgrund der beiden angegebenen Arbeitsbedingungen erzeugt wird und daß die Parameter der Rückkopplungsschleife vom Ausgang dieses Bauteils auf seinen Eingang während des Zeitabschnittes der Sättigung in Ansprechen auf oben angegebenes Steuersignal derart abgeän dert werden, daß der Verstärkungsgrad in der Rückkopplungsschlei fe auf einen solchen Wert angehoben wird, daß sich ein System mit einer übertragungsfunktion ergibt, die dieses als leicht gedämpft bis geringfügig unstabil erscheinen läßt. Es ist nämlich festgestellt worden, daß bei einem System mit diesen Eigenschaf ten das überschwingen weitgehend unterdrückt und die Anlaufzeit reduziert wird.

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird das zur Sätti-SA 970 049 309811/0635

gung neigende Bauteil durch einen Sättigungsdetektor überwacht, der den Verstärkungsgrad und außerdem die Grenzfrequenz falls erforderlich in der Rückkopplungsschleife um das zur Sättigung neigende Bauteil herum ändert, und zwar immer dann, wenn dieses Bauteil in die Sättigung gelangt. Die übertragungsfunktion der Rückkopplungsschleife wird derart geändert, daß, wie bereits gesagt, die Gesamtsystemübertragungfunktion das System als leicht gedämpt bis geringfügig unstabil ausweist.

Darüber hinaus hat sich herausgestellt, daß Systeme, die Bauteile haben, welche nicht in die Sättigung gelangen können, ebenfalls in ihren überschwingeigenschaften und Anlaufzeitantwortcharakteristiken dadurch verbessert werden können, daß ein Bauteil, das an sich nicht zur Sättigung neigt, absichtlich in die Sättigung getrieben wird, um dann die erfindungsgemäßen Kompensationsmaßnahmen in Wirkung zu bringen, wenn dieses Bauteil bei Betrieb den Sättigungsbereich erreicht. Eine solche Maßnahme widerspricht geradezu den bisher aufgestellten Regeln bei Auslegung eines Systems, die besagt, daß wenn irgend möglich kein Bauteil eines Systems im Sättigungsbereich betrieben werden soll, um die bestmöglichen Gesamtsystemcharakteristiken ausnützen zu können.

Der große Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein vorhandenes System in einfacher Weise modifiziert werden kann, um die Betriebscharakteristiken in bezug auf überschwingen und Anlaufzeit unter Beibehaltung einer stabilen Betriebsweise des Systems erheblich zu verbessern.

Zur Durchführung des Verfahrens bei dem ein Stromverstärker zur Speisung eines Motors dient, dessen Stromaufnahme überwacht und zur Regelung über ein Tiefpassfilter auf den Eingang des Stromverstärkers rückgekoppelt wird, ist in vorteilhafter Weise gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken vorgesehen, daß ein Sättigungsdetektor für den Stromverstärker mit seinem Ausgang Umschalteinrichtungen des Tiefpassfilters steuert, derart, daß bei Sättigung des Stromverstärkers ein Vervielfacher des Eingangssignals

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um den Faktor N in Serie mit einem Verstärker, ein Filter bestehend aus einer Querkapazität mit Parallelwiderstand und einem Serienwiderstand, wirksam werden läßt, und daß bei Michtsättigung das Eingangssignal über den Verstärker, ein Filter bestehend aus einem Serienwiderstand und einer Querkapazität, wirksam werden läßt. Obwohl in einem speziellen Anwendungsfall die Umschalteinrichtungen als mechanische Schalter ausgebildet sind, lassen sich ebensogut elektronische Bauteile, insbesondere Halbleiterbauelemente verwenden, um diesem Zweck zu dienen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentanmeldungen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipdiagramm eines Servo-Systems enthaltend ein Bauteil mit Sättigungseigenschaften,

Fig. 2 ein Prinzipdiagramm eines Servo-Systems, das

mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung verbessert ist,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild ab der in Fig. 2 dargestellten Anordnung.

Das die Erfindung anwendende Verfahren besteht aus folgenden Einzelschritten:

Schritt 1: Dieser Verfahrensschritt wird nur dann durchgeführt, wenn das System aufgrund seiner Konzeption ein stabiles, lineares System darstellt, worin kein Element enthalten ist, das in Sättigung gelangen kann. Dieser Verfahrensschritt enthält dann die Abwandlung eines der Bauteile innerhalb des Systems in der Weise, daß bei irgendeinem vorgegebenen Wert ein Sättigungszustand erreicht werden kann. Damit wird sozusagen ein stabiles System in ein bedingt stabiles System umgewandelt. Dies läßt

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sich durch Erhöhen des Verstärkungsgrades eines Bauteils durchführen, so daß das System in Sättigung gerät, wenn Eingangssignale empfangen werden, deren Amplitude an sich innerhalb der Grenzen liegen für die das System ursprünglich ausgelegt ist.

Schritt 2: Die Systemübertragungsfunktion wird als lineare Funktion dargestellt, wenn immer das sättigbare Bauteil im nicht gesättigten Zustand ist. Es sollten also sozusagen die Konstruktionskriterien für das Normalsystem existieren und auf die Bedingung angewendet werden, bei der sich das sättigbare Bauteil im nicht gesättigten Zustand befindet.

Verfahrensschritt 3: Überwachung des sättigbaren Bauteils darauf, ob es sich im gesättigten oder ungesättigten Zustand befindet.

Verfahrensschritt 4: Vorsehen einer solchen Rückkopplung bzw. ändern der Rückkopplung, um das sättigbare Bauteil, wenn es sich im gesättigten Zustand befindet, derart, daß die Gesamtübertragungsfunktion des Servo-Systems ein leicht gedämpftes oder geringfügig unstabiles System ausweist. Das hierfür maßgebliche Kriterium ist durch einen dem System zugeordneten Dämpfungsfaktor von weniger als 0,6 gekennzeichnet. Die Rückkopplungsschleife wird dadurch modifiziert, daß der Verstärkungsgrad in der Rückkopplungsschleife, falls erforderlich, in Verbindung mit der Änderung der Grenzfrequenz in der Rückkopplungsschleife erhöht wird. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Betriebsweise zur Änderung der Werte in der Rückkopplungsschleife jedesmal dann eintritt, wenn das sättigbare Bauteil in die Sättigung getrieben wird. Gelangt hingegen das sättigbare Bauteil wieder aus der Sättigung heraus, dann kehrt die Rückkopplungsschleife auf ihren vorgegebenen Nominalwert zurück, d.h. zu einem Wert, wie er unter linearer Systemauslegung, wie oben erwähnt, existiert. Die Abwandlung zur Änderung der Grenzfrequenz der Rückkopplungsschleife gestattet es dem Konstrukteur das System so auszulegen, daß sich die Anstiegszeit des so modifizierten Systeir^ der Anstiegszeit des un-

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modifizierten Systems nähert.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung soll ein spezielles Beispiel dienen, das die Erfindung anwendet, um zu zeigen wie die Erfindung in einem Servo-System wirkt, wenn sie hierin eingebaut ist.

Das in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Lageregelungssystem enthält eine summierende Verbindung 5, die ein Fehlersignal in Funktion von der Differenz zwischen Eingangs-Stellsignal X und dem Ausgangs-Geschwindigkeitssignal des Tiefpassfilters 4 in der Rückkopplungsschleife des Systems erzeugt. Das durch die summierende Verbindung 5 erzeugte Fehlersignal wird einem Stromverstärker 1 zugeführt, der die Antriebsleistung für den Motor 2 bereitstellt. Die Beschleunigung des Motors 2 wird durch den Detektor 3 festgestellt, dessen Ausgang über das Tiefpassfilter ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, daß der summierenden Verbindung 5 zur Erzeugung des Fehlersignals wieder zugeführt wird.

Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Stromverstärker 1 nicht gesättigt. Dabei ergibt sich als Übertragungsfunktion des Servo-Systems folgende Beziehung:

(Stromverstärker) - 1^ω1 _ _n

(Motor) I=G
m

(Detektor) R=H

(Tiefpassfilter) 2^ω 2 „

^S+ü)2

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die übertragungsfunktion des Motors 2 gleich der Einheit ist, da der Stromverstärker 1 als Stromquelle wirkt und deshalb öle Induktanz ω des Motors

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nicht in den Charakteristiken des Gesamtsystems auftreten kann. Die übertragungsfunktion des Gesamtsystems unter nichtsättigbarer Bedingung ist:

T(NS) = -i = -£

1+HHG S

S +(ω₁+βω₂)ε+ω_οω₅

worin A eine Verstärkungskonstante und β einen ω-Vervielfacher darstellen, der größer, kleiner oder gleich der Einheit ist. Ist jedoch das Stellsignal X, das dem System zunächst als Sprungfunktion erscheint, dem System an der Summierungsverbindung zugeführt, dann gelangt der Stromverstärker 1 in die Sättigung mit der Folge, daß die Induktanz des Motors nun eine Wirkung auf die Systemübertragungsfunktion ausübt. Unter dieser Bedingung kann die mit dem Motor' verbundene übertragungsfunktion nicht mehr der Einheit entsprechen. Läßt man die Verstärkung A des Motors gleich der Einheit sein, dann ergibt sich für die übertragungsfunktion des Motors folgende Beziehung:

m S+ω
m

Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß nunmehr der Stromverstärker als Spannungsverstärker wirkt und der Verstärkungsgrad A₁ variabel wird und nicht länger als eine Konstante erscheint. Unter Sättigungsbedingung wird die übertragungsfunktion des Sys terns:

G₁G
T(S) - ^{l m}

^1+HA^Gl^Gm

S +(ω,+ωL+βω₀)S²+(ω.ω +βω- .+βω,ιοJS+ω ω ω,(β+Α A R)

Hierin ist nun A₁ variabel.

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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 enthält ein zusätzliches Bauteil, um die Erfindung anzuwenden. Hierin ist der Sättigungsdetektor 6 zum Abfühlen des Stromverstärkers 1 hinzugefügt, um festzustellen, wann dieser in Sättigung gelangt bzw. wieder aus der Sättigung herauskommt. Das Filter 7 ist dabei so abgewandelt, daß sein Verstärkungsgrad und seine Durchlaßfrequenz in Abhängigkeit vom Zustand des Sättigungsdetektors variiert werden kann.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das in Fig. 2 angewendete Filter. Hierbei 1st der Schalter Sl durch den Sättigungsdetektor 6 gesteuert. Der Schalter Sl zeigt hier einen Schaltzustand, der für den gesättigten Stromverstärker 1 gilt. Das Filter 7 enthält einen Vervielfacher 8, der das Eingangssignal am Punkt 20 um den Faktor N vervielfacht. Das am Eingang des Verstärkers 9 auftretende Signal wird verstärkt und gelangt durch das Filter 10. Das Filter 10 besteht aus dem Widerstand R2 und dem Kondensator C für den Schaltzustand des Schalters Sl bei NichtSättigung (hier nicht gezeigt) und besteht aus den Widerständen R2, R3 und dem Kondensator C für den Schaltzustand des Schalters Sl bei Sättigungsbetrieb (hier gezeigt) . Die übertragungsfunktion des Filters 7 ist dann für die Bedingungen der NichtSättigung:

^Α2^ω

H₂(NS) =-

wo: ß=l und ω₂

Die übertragungsfunktion des Filters 7 bei Sättigung ergibt:

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NA„ ω _Λ

H (S) =

S+βω

wo: ß=(l+R2/R3) und ω =1/R C.

Für die übertragungsfunktion des Kompensierungssystem ergibt sich:

T(C) =T(NS)+T(s) = 1 (für NichtSättigung)

GG
+ LJS (für Sättigung)

1+H (S)II G G
2 1 1 in

Zunächst sollte sich vergewissert werden, daß es nicht erforderlich ist 3 abzuwandeln, wenn nicht andererseits die Grenzfrequenz so geändert werden soll, daß die Ansprechgeschwindigkeit erhöht wird.

In Fig. 3 werden nun Mittel angegeben, um die Grenzfrequenz zu ändern, indem der Widerstand R3 in das Filter eingeschaltet wird. Dies ist jedoch nicht immer erforderlich, so daß die Anwendung der Entscheidung des Konstrukteurs überlassen bleiben soll. Für gewisse Systeme mag es wünschenswert sein, für β Werte kleiner als 1 zu haben. Der Wert für N ist dabei so gewählt, daß das System als leicht gedämpftes bis geringfügig unstabiles System klassifiziert werden kann, wenn die übertragungsfunktion T(S) analysiert wird, welche unter Sättigungsbedingungen abgeleitet worden ist. Der Wert von N und β sind dabei unter Annahme des höchsten Wertes für A gewählt, von dem angenommen wird, daß er in dem System auftreten kann; der Wert A ergibt sich dabei durch Division des Stromverstärkerausgangs durch den Stromverstärkereingang für die Zeitdauer, wenn der Stromverstärker 1 in Sättigung ist.

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Anstelle der Verwendung eines Vervielfachers 8 im Filter 7 besteht die Alternativmöglichkeit in der Verwendung eines Teilernetzwerkes als Teil des Filter 7, derart, daß das dem Verstärker 9 zugeführte Signal während der Sättigung 1 ist und während der NichtSättigung l/N. Das Teilernetzwerk kann einfach aus Widerständen bestehen, wobei der Faktor N leicht zu realisieren ist.

Es bestehen keine Schwierigkeiten die Werte für N und 3 in der Sättigungs-Übertragungsfunktion T(S) abzuleiten, um eine übertragungsfunktion für das kompensierte System bereitzustellen, wobei sich die Klassifizierung von einem leicht gedämpften bis zu einem geringfügig unstabilen System ergeben soll. Es hat sich gezeigt, daß einem als leicht gedämpft zu charakterisierenden Systems Vorzug gegenüber einem geringfügig unstabilen System zu geben ist. Aber wenn auch das System geringfügig unstabil ist, dann würde die Kompensationsmethode gemäß der Erfindung immer noch zufriedenstellend arbeiten. Die Breite im auf de übertragungsfunktion T(S) bezogenen Kriterium gestattet es dem Konstrukteur, ohne weiteres einen eingeschwungenen Zustand vorauszusetzen, so daß die Wahl der Werte für N und 3 wesentlich vereinfacht wird.

Zunächst mag es erscheinen, daß alles, was getan ist, lediglich in der Änderung des Verstärkungsgrades der Rückkopplungsschleife besteht. Jedoch unter der Wirkung des Sättigungsdetektors 6, der feststellt, wann das sättigbare Bauteil in die Gesättigung gelangt oder aus der Sättigung herauskommt, wird die Anwendung einer besonderen Betriebsweise gestattet, nämlich die Ausnutzung der Erscheinung des abgeschwächten Überschwingens, wobei sich eine Abnahme bzw. Verbesserung der Übergangszeit ergibt. Dies folgt noch klarer aus der folgenden Diskussion über die Wirkungsweise des Systems nach Fig. 2.

Ein Stellsignal X erscheint am Eingang zum Zeitpunkt, bei dem eine Einheitssprungfunktion, die dem Motor 2 befiehlt, bei vorgegebener Geschwindigkeit zu laufen, in das System eingespeist wird, wobei gleichzeitig ein Fehlersignal erzeugt wird, das din Strom-

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verstärker 1 in die Sättigung treibt. Diese Bedingung wird durch den Sättigungsdetektor 6 abgefühlt, der dann seinerseits die
Parameter des Tiefpassfilters 7 abändert. Diese Parameter werden dabei so geändert, daß die Verstärkung angehoben und die Grenzfrequenz der Rückkopplungsschleife abgeändert wird.

Der so in Sättigungsbetrieb arbeitende Stromverstärker 1 erscheint dem Motor 2 als Spannungsquelle, so daß der durch den

Motor 2 fließende Strom deshalb durch die Induktanz ω beein-

flußt wird. Der Ausgang des Tiefpassfilters 7 stellt das Integral des durch den Motor 2 fließenden Stromes, wie durch den Widerstand R abgefühlt, dar und dies als Anzeige für die Geschwindigkeit des Motors. Das Integral über den durch den Motor 2 fließenden Strom wird verglichen mit dem Eingangssignal um das Fehlersignal bereitzustellen. Dabei muß man sich vorstellen, daß zu diesem Zeitpunkt das Eingangssignal abnimmt, wohingegen das Rückkopplungssignal anwächst. Aus diesem Grunde wird zu irgendeinem
Zeitpunkt die Differenz zwischen dem Rückkopplungssignal und dem Eingangssignal ein Pehlersignal bereitstellen, das den Stromverstärker 1 wieder aus der Sättigung herausbringt. Gelangt der
Stromverstärker 1 aus der Sättigung, dann ändert der Sättigungsdetektor 6 wiederum die Parameter des Filters 7 in der Rückkopplungsschleife, indem speziell der Verstärkungsgrad herabgesetzt
und wiederum die Grenzfrequenz abgeändert wird. Der durch den Motor 2 fließende Strom nimmt ab, indem gleichzeitig die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals verringert wird.

Zu einem späteren Zeitpunkt wird dann schließlich das Rückkopplungssignal gleich dem Eingangssignal sein, so daß dann das Fehlersignal einen Nullwert einnimmt. Das bedeutet, daß der Motor 2 zu diesem Zeitpunkt nicht angetrieben wird.

Das Eingangssignal nimmt weiterhin in seinem Wert ab, so daß die Differenz zwischen Rückkopplungssignal und Eingangssignal die
Abgabe eines Fehlersignals mit negativen Vorzeichen zur Folge hat. Dieses negative Fehlersignal veranlaßt, daß ein Strom

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in entgegengesetzter Richtung durch den Motor 2 fließt, wobei veranlaßt wird, daß das Ruckkopplungssignal in seiner Amplitude abnimmt. Jedoch aufgrund der Wirkung der Differenz in der Größe des Rückkopplungssignals und des Eingangssignals ist das resultierende Fehlersignal groß genug, um wiederum den Stromverstärker 1 in die Sättigung zu treiben. Wieder einmal stellt der Sättigungssektor 6 diese Bedingung fest und ändert entsprechend die Parameter des Filters 7 in der Ruckkopplungsschleife ab, indem zumindest der Verstärkungsgrad des Filters 7 angehoben wird. Der durch den Motor 2 fließende Strom hat eine bremsende Wirkung zur Folge, so daß die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignal noch weiter abnimmt. Jedoch die negative Änderungsgeschwindigkeit des Rückkopplungssignals ist größer als die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals, so daß wiederum zu einem bestimmten Zeitpunkt die Differenz zwischen Rückkopplungssignal und Eingangssignal eine Fehlerspannung bereitstellt, die das System in den linearen Bereich einstellt, d. h. außerhalb der Sättigung. Diese Bedingung wird dann durch den Sättigungsdetektor 6 abgefühlt, der die Parameter der Rückkopplungsschleife durch Reduzieren des Verstärkungsgrades abändert. Die Rückkopplungsschleife ist zu diesem Zeitpunkt in bezug auf Größe und Steilheit des Signals angenähert dem Eingangssignal, und der Stromverstärker 1 wird im linearen Bereich betrieben. Damit erfolgt die endgültige Einstellung auf den eingeschwungenen Zustand und zwar unter Wirkung des linearen Bereichs des Stromverstärkers 1.

Die Wirkung des zusätzlich verwendeten Sättigungsdetektors 6 und die damit bedingte Änderung der Parameter des Filters 7 in der Rückkopplungsschleife führt im Grunde eine Zweipunktssteuercharakteristik im System herbei, wenn immer der Stromverstärker 2 in die Sättigung gelangt. Es hat sich gezeigt, daß bei solcher Betriebsweise nicht nur das mit dem System einhergehende überschwingen herabgedrückt wird, sondern daß auch die überaangszeit heruntergesetzt wird. Im Gegensatz hierzu ist bisher festaestellt worden, daß die durch die Rückkopplungsschleife gewonnene Zunahme das überschwingen zwar horabdrücken kann, jedoch dabei die Anprechzeit

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heraufgesetzt wird. Dieser letzte Nachteil braucht also bei Anwendung der Erfindung nicht in Kauf genommen zu werden.

Durch Anwendung der Erfindung bei Kompensation eines sättigbaren Bauteils in einem Servo-System wird dieses System in ein Zweipunktregelungssystems für einen Operationszyklus abgewandelt, so daß das System verbesserte Systemcharakteristiken annehmen kann.

Das hier beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschreibt ein System mit einem Bauteil, das in die Sättigung gehen kann; die Erfindung ist aber ebensogut anwendbar auf Systeme, die unerwünschte Eigenschaften im Bereich des Überschwingens und der Ansprechzeit besitzen. Läßt sich ein Bauteil innerhalb eines Systems so auslegen, daß es sättigbar ist und gemäß der Erfindung kompensiert werden kann, dann werden offensichtlich die Charakteristiken des Überschwingens der Übergangszeit wesentlich verbessert. Auf diese Weise scheint es vorteilhaft zu sein, ein Systembauteil, daß normalerweise unter stabilen Betriebsbedingungen arbeitet, in einen leicht unstabilen Zustand zu bringen, so daß eine Kompensation gemäß der Erfindung anwendbar ist, um einen unvorhergesehenen Vorteil zu erreichen: nämlich bessere überschwingungs- und Einstellzeitcharakteristiken des Gesamtsystems.

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Claims (5)

- 14 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Stabilisierung der Betriebsweise und Verbesserung der Sprungfunktioncharakteristiken eines bedingt stabilen Systems, bei dem die Nichtlinearität auf Sättigungswirkung eines darin enthaltenen Bauteils beruht, dadurch gekennzeichnet, daß überwacht wird, ob dieses Bauteil im Sättigungsbereich arbeitet oder nicht, daß je ein unterschiedliches Steuersignal in Abhängigkeit von einem festgestellten Zustand aufgrund der beiden angegebenen Arbeitsbedingungen erzeugt wird, und daß die Parameter der Rückkopplungsschleife vom Ausgang dieses Bauteils auf seinen Eingang während des Zeitabschnittes der Sättigung im Ansrpechen auf oben angegebenes Steuersignal derart abgeändert werden, daß der Verstärkungsgrad der Rückkopplungsschleife auf einen solchen Anwert angehoben wird, daß sich ein System mit einer Übertragungsfunktion ergibt, die dieses als leicht gedämpft bis geringfügig unstabil erscheinen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abänderungsschritt weiterhin die .Änderung der Grenzfrequenz der Rückkopplung zur Steuerung der Ansprechgeschwindigkeit im Sprungantwortverhalten des Systems einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsfaktor der System-Übertragungsfunktion geringer als 0,6 ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil eines Systems im Ansprechen auf eine Sprungfunktion veranlaßt wird, in die Sättigung zu gehen.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mindestens nach Anspruch 1, bei dem ein Stromverstärker zur Speisung eines

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Motors dient, dessen Stromaufnähme überwacht wird und zur Regelung über ein Tiefpassfilter auf den Eingang des Stromverstärkers rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sättigungsdetektor (6) für den Stromverstärker (El) mit seinem Ausgang Umschaltereinrichtungen (Sl) des Tiefpassfilters (Fig. 3) steuert, derart, daß bei Sättigung des Stromverstärkers (Gl) ein Vervielfacher (8) des Eingangssignals um den Faktor N in Serie mit einem Verstärker (9) ein Filter bestehend aus einer Querkapazität (C) mit Parallelwiderstand (R2) wirksam werden läßt, und daß bei NichtSättigung das Eingangssignal über den Verstärker (9) ein Filter bestehend aus einem Serienwiderstand (R2) und einer Querkapazität (C) wirksam werden läßt.

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