DE2310892A1

DE2310892A1 - ELECTRONIC INTEGRATOR

Info

Publication number: DE2310892A1
Application number: DE19732310892
Authority: DE
Inventors: Neal D Peterson
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1972-03-14
Filing date: 1973-03-05
Publication date: 1973-09-27
Also published as: FR2175794B1; NL7303572A; CA998758A; JPS49681A; FR2175794A1; IT984269B; GB1416237A; AU5194573A

Description

PATCNTANn¹'. LIE HENKEL— KERN — FEILER HÄNZEL— MÜLLERPATCNTANn ¹ '. LIE HENKEL— KERN - FEILER HÄNZEL— MÜLLER

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- 5. MRZ. 1973- MARCH 5. 1973

THE FOXBORO COMPANY, Foxboro, Mass., V.St.A.THE FOXBORO COMPANY, Foxboro, Mass., V.St.A.

"Elektronischer Integrator""Electronic Integrator"

Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Schaltungen zur Erzeugung eines Ausgangssignals als Integral eines Eingangssignals und betrifft insbesondere elektronische Verfahrensregler mit derartigen Schaltungen, v/obei der Regler in der Rückkopplungsschleife eines Prozesses liegt und ein Regelsignal in Abhängigkeit von einer Regelabweichung zwischen einem Istwertsignal und einem Sollwertsignal erzeugt. Die Erfindung betrifft dabei speziell Regler, bei denen das Regelsignal proportional zum Regelabweichsignal ist und Tenne enthält, die in Beziehung zum Integral sowie zur Ableitung des Istwertsignals stehen. "Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Regler, bei denen der Verstärkungsgrad der Proportionaischaltung (P-Kreis) und die Zeitkonstanten The invention relates to electronic circuits for generating an output signal as an integral of an input signal and relates in particular to electronic process controllers with such circuits, where the controller is in the feedback loop of a process and generates a control signal as a function of a control deviation between an actual value signal and a setpoint signal . The invention relates specifically to regulators in which the control signal is proportional to the control deviation signal and contains levels which are related to the integral and to the derivative of the actual value signal. "Furthermore, the invention relates to controllers in which the gain of the proportional circuit (P-circuit) and the time constants

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des Integrals sowie die Differenzierglieder einstellbar sind. Schließlich umfaßt die Erfindung auch Schaltungen zur Erzeugung anderer dynamischer Funktionen, beispielsweise Führungsfolge- oder Duoschaltungen.of the integral and the differentiators are adjustable. Finally, the invention also includes circuits for the generation of other dynamic functions, for example lead sequence or duo switching.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Einstellung der Zeitkonstante eines Integrators v/ird entweder eine Widerstands- oder eine Kapazitätskomponente verändert. Bei Regelanlagen wird üblicherweise der Eingangswiderstand zum Integrator mittels eines Potentiometers oder über eine Reihe von Schaltern verändert, die mit getrennten Festwert-Widerständen verbunden sind. Die diesen Verfahren anhaftenden Hauptschwierigkeiten bestehen darin, daß die für die erforderlichen Zeitkonstanten nötigen hohen Impedanzen Leckströme infolge von Alterung oder Verschlechterungen durch Umgebungseinflüsse so groß werden lassen, daß sie die Regelfunktion beeinträchtigen. Ausserdem verhindern mechanische Potentiometer oder Schalter die vollständige Kapselung der Geräte, durch die sich solche Umgebungseinflüsse unter Umständen vermeiden ließen. Drittens verhindert die mechanische Anordnung die Einstellung der Regelparameter von einer entfernt gelegenen Stelle aus oder sogar eine automatische Einstellung der Parameter durch den Regler selbst.In conventional methods for setting the time constant of an integrator v / ird either a resistance or changed a capacity component. In control systems, the input resistance to the integrator is usually set by means of a potentiometer or a series of switches connected to separate fixed-value resistors are. The major difficulties inherent in these procedures consist in the fact that the high impedances required for the required time constants leakage currents due to aging or let deteriorations due to environmental influences become so great that they impair the control function. In addition, mechanical potentiometers or switches prevent the devices from being completely encapsulated which such environmental influences could possibly be avoided. Third, the mechanical arrangement prevents the setting of the control parameters from a remote location or even an automatic setting the parameter by the controller itself.

Bei dynamischen Kompensatoren oder Duo schaltungen wurden bisher dieselben Verfahren zur Einstellung ihrer Parameter angewandt.With dynamic compensators or duo circuits so far the same procedures have been used to set their parameters.

Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Integrator mit fernveränderbarer Zeitkonstante sov/ie einen elektronischen Regler zu entwickeln, bei dem ein derartiger Integrator zur Erzeugung der Integral- und Differentialglieder verwendbar ist. Ss soll also ein Regler geschaffen werden, bei dem die Pro-The invention is therefore primarily based on the object of providing an electronic integrator with a remotely variable Time constant so / ie to develop an electronic controller in which such an integrator to generate the integral and differential terms can be used. So a controller is to be created in which the pro-

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portional-, Integral- und Differentialglieder durch elektrische Signale ferneinstellbar sind. Dieser Regler soll sich vor allen zum Einsatz in verschmutzten Atmosphären eignen und ausserdem mit Digitalreglern kompatibel sein·proportional, integral and differential members by electrical Signals can be adjusted remotely. This regulator is intended primarily for use in polluted atmospheres and also be compatible with digital controllers

Diese Aufgabe -wird erfindungsgemäß durch einen elektronischen Regler gelöst, bei dem die Integral- und Differentialglieder elektrisch durch getrennte elektronische Integratoren erzeugt v/erden, deren Zeitkonstanten durch eine Reihe von Impulsen änderbar sind, die lokal oder an entfernter Stelle erzeugt v/erden können und deren Proportionalterm durch eine elektronische Schaltung mit fernveränderbarem Verstärkungsgrad erzeugt v/ird. Genauer gesagt, ist in den Eingängen der Integratoren sowie im Eingang und Ausgang der Proportionsstufe ein irapulsgesteuerter Schalter vorgesehen. Ein Impulsgenerator, der Impulse konstanter Impulsbreite und mit veränderbarem Impulsabstand abgibt, dient zur Steuerung der Integratoren, während ein Konstantfrequenz-Generator mit variablem Arbeitszyklus zur Steuerung der Proportionalstufe dient. Die gleichen Schaltungen sind zur Erzeugung einer Führungsfolge-Punktion bzw, einer Duofunktion vorgesehen.According to the invention, this task is accomplished by an electronic Controller solved in which the integral and differential terms are electrically operated by separate electronic integrators generated v / earth, the time constants of which can be changed by a series of pulses, locally or remotely Place generated and their proportional term can be generated by an electronic circuit with remotely changeable Gain generated v / ird. More precisely, it is in the inputs of the integrators as well as in the input and output an pulse-controlled switch is provided for the proportion level. A pulse generator that emits pulses of constant pulse width and variable pulse spacing, is used to control the integrators, while a constant frequency generator with a variable duty cycle is used for control serves the proportional stage. The same circuits are intended for generating a follow-up puncture or a duo function.

Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil auf Regelanlagen mit mehr als einer Schleife anwendbar, bei denen es nötig, oder wünschenswert ist, die Einstellungen der Regler in einer zentralen Schalttafel oder einer Anzeigefläche zu gruppieren, die möglicherweise vom Verfahren und selbst von den Reglern entfernt angeordnet ist. Die Erfindung eignet sich auch für Mehrschleifen-Regelanlagen, bei denen die Regelparameter durch eine getrennte Einheit, etwa einen Digitalrechner eingestellt werden sollen. Insbesondere ist die Erfindung für adaptive Regelsysteme vorteilhaft, bei denen die Regelparaneter automatisch auf vorbestimmte V/eiseThe invention can be used with particular advantage on control systems with more than one loop, in which it is necessary or it is desirable to adjust the controller settings in a central control panel or display area group that may be located away from the process and even from the controllers. The invention is suitable is also suitable for multi-loop control systems in which the control parameters are handled by a separate unit, such as a Digital computer should be set. In particular, the invention is advantageous for adaptive control systems which the control parameters automatically set in a predetermined manner

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entsprechend der Form des augenblicklichen Reglersignals in Abhängigkeit von einer Störung einstellbar sind. Weiter eignet sich die Erfindung auch für Regler mit einstellbaren Parametern etv/a zur Verwendung -in Bereichen, in denen Umgebungsbedingungen, wie Luftfeuchtigkeit oder Staub erfaßt werden sollen, die elektronische Geräte ungünstig beeinflussen. according to the form of the current controller signal in Can be set as a function of a fault. The invention is also suitable for regulators with adjustable ones Parameters etv / a for use in areas where ambient conditions, how humidity or dust are to be detected, which have an adverse effect on electronic devices.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The following are preferred embodiments of the invention explained in more detail with reference to the accompanying drawing. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektronischen Integrators mit Merkmalen nach der Erfindung, der an einen elektronischen Impulsgenerator zur Änderung der Zeitkonstante des Integrators in Abhängigkeit von einer angelegten Stellspannung angekoppelt ist,Fig. 1 is a schematic representation of an electronic integrator with features according to the invention, the to an electronic pulse generator to change the time constant of the integrator as a function of is coupled by an applied control voltage,

Fig. 2 eine Reihe von graphischen Darstellungen, in denen die Spannung auf der Ordinate und die Zeit auf der Abszisse aufgetragen ist und welche den Signalverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 1 wiedergeben,Fig. 2 is a series of graphs showing voltage on the ordinate and time on the Abscissa is plotted and which shows the waveform at various points in the circuit according to Reproduce Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines an einen Impulsgenerator zur Regelung des Verstärkungsgrads angeschlossenen Verstärkers mit variablem Verstärkungsgrad, 3 shows a schematic representation of a pulse generator amplifier with variable gain connected to regulate the gain,

Fig. 4 eine Reihe von graphischen Darstellungen zur Verdeutlichung von Signalen an verschiedenen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 3,4 shows a series of graphical representations for clarification of signals at various points in the circuit according to FIG. 3,

-ι-ι

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines elektronischen Verfahrensreglers mit Merkmalen nach der Erfindung unter Verwendung der Schaltung gemäß Fig. 1 und 3,5 shows a block diagram of an electronic process controller with features according to the invention using the circuit according to FIGS. 1 and 3,

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Fig· 6 eine scheiaatische Darstellung einer speziellen Ausführungsform des Reglers gemäß Fig. 5 undFig. 6 is a schematic representation of a particular embodiment of the controller according to FIG. 5 and

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Duoschaltung.7 is a block diagram of a duo circuit.

Fig. 1 zeigt einen durch einen Block 10 umrissenen Integrator mit variabler Zeitkonstante. Der Integrator besteht aus einem Verstärker 11, einer Gegenkopplungs-Kapazität 12, einem Eingangs-Widerstand 13 und einem mit dem Widerstand in Reihe geschalteten Feldeffekttransistor-Schalter 14. Mt dem zu integrierenden Signal wird eine Leitung 16 beaufschlagt, während das Integral dieses Signals auf einer Leitung 24 ansteht.1 shows an integrator with a variable time constant which is outlined by a block 10. The integrator consists of an amplifier 11, a negative feedback capacitance 12, an input resistor 13 and one with the resistor Series-connected field effect transistor switch 14. Mt the signal to be integrated is applied to a line 16, while the integral of this signal on a Line 24 is pending.

Die effektive Zeitkonstante der dargestellten Schaltung läßt sich durch folgende Gleichung v/iedergeben:The effective time constant of the circuit shown can be given by the following equation v /:

Dabei ist mit K eine von den Werten der eingesetzten Komponenten abhängige Konstante, mit T^ die Durchschaltzeit des Transistors 14 und mit Tp seine Sperrzeit bezeichnet. Diese Zeiten sind in Fig. 2B veranschaulicht. R^ ist der Effektivwiderstand der Eingangssignalquelle, R₂ der Durchschaltwiderstand des Transistors 14, R, der Widerstandswert des Eingangs-Widerstands 13 und C die Kapazität des Gegenkopplungs-Kondensators 12. Die restlichen Schaltkreise gemäß Fig. 1 dienen zur Erzeugung von Impulsen fester Breite und variablen !Abstands zur Steuerung des FET-Schalters 14. Diese Impulse v/erden dem Schalter 14 über eine Leitung 15Here, K is a constant dependent on the values of the components used, T ^ the switching time of the transistor 14 and Tp its blocking time. These times are illustrated in Figure 2B. R ^ is the effective resistance of the input signal source, R _{2 is} the on resistance of transistor 14, R is the resistance of input resistor 13 and C is the capacitance of negative feedback capacitor 12. The remaining circuits according to FIG variable distance for controlling the FET switch 14. These pulses are grounded to the switch 14 via a line 15

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zugeführt, die mit der Gate-Elektrode des FET-Schalters verbunden ist.fed to the gate electrode of the FET switch connected is.

Die Breite der erzeugten Inipulse wird durch die I'erte der Einzelelemente bestimmt. Der Abstand zwischen den Impulsen hängt von der Größe der an die Eingangsklemmen 17 angelegten Gleichspannung ab. Diese wird als Steuerspannung einem Differentialverstärker 18 zugeführt. Am Ausgang des Verstärkers 18 erscheint eine der Differentialeingangsspannung proportionale Spannung, die zusammen mit einer durch ein Vorspann-Netzwerk 25 entwickelten Vorspannung an den Integrator 10 angelegt wird. Das Ausgangssignal des Integrators 19 wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die über einen Spannungsteiler 20 in einem Komparator 21 erzeugt wird. Die einem Kondensator 23 aufgedrückte Spannung wird durch eine Klemindiode 72 zwischen bestimmten Grenzen gehalten. Y/enn das Ausgangssignal des Integrators negativer ist als die Bezugsspannung, erreicht das Ausgangssignal des Komparators 21 seinen positiven End- oder Sättigungswert, der dazu dient, den Integrator mittels eines im Nebenschluß liegenden Schalttransistors 22 rückzustellen. Das Ausgangssignal des Komparators 21 wird durch den Kondensator 23 der Singangsbezugsspannung aufgeschaltet. Das Ausgangssignal des Komparators 21 besteht daher aus einer Reihe von Impulsen, deren Breite durch die Zeitspanne bestimmt ist, die zum ausreichenden Entladen des Kondensators 23 über den Spannungsteiler 20 erforderlich ist, so daß der Komparator 21 seinen Zustand ändern kann. Der Impulsabstand wird durch die Zeitspanne bestimmt, die der Integrator 19 benötigt, um ein negativeres Ausgangssignal als die Bezugsspannung zu erzeugen. Diese Zeitspanne wird durch die feste Zeitkonstante des Integrators 19 und die Eingangsspannung am Integrator 19 bestimmt, die mit dem an die Klemmen 17 angelegten Stellsignal in Beziehung steht.The width of the generated pulse is given by the value of the Determined individual elements. The distance between the pulses depends on the size of the DC voltage applied to the input terminals 17. This is called the control voltage a differential amplifier 18 is supplied. One of the differential input voltages appears at the output of amplifier 18 proportional tension, which together with a bias voltage developed by a bias network 25 is applied to the integrator 10. The output signal of the integrator 19 is compared with a reference voltage that is generated via a voltage divider 20 in a comparator 21 is generated. The voltage impressed on a capacitor 23 is determined by a clamp diode 72 between Limits kept. If the output signal of the integrator is more negative than the reference voltage, the output signal reaches of the comparator 21 its positive final or saturation value, which is used to the integrator by means of a shunted switching transistor 22 to reset. The output signal of the comparator 21 is through the Capacitor 23 is connected to the singing reference voltage. The output signal of the comparator 21 therefore consists of a series of pulses, the width of which is determined by the length of time it takes for the capacitor to discharge sufficiently 23 across the voltage divider 20 is required so that the comparator 21 can change its state. The pulse spacing is determined by the time it takes the integrator 19 to produce a more negative output signal than to generate the reference voltage. This period of time will determined by the fixed time constant of the integrator 19 and the input voltage at the integrator 19, which with the the control signal applied to terminals 17 is related.

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Die Funktion dieser Schaltung v/ird in Verbindung mit Fig.2 noch näher erläutert.The function of this circuit is shown in connection with Fig.2 explained in more detail.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, können die den im Block 10 dargestellten Integrator bildenden Bauteile durch ein herkömmliches Kapselungsverfahren, etwa durch Vergießen oder hermetische Einkapselung, vollständig gegen Umgebungseinflüsse geschützt v/erden. Ein derartiger Schutz durch Kapselung ist möglich, da bei dieser Schaltungsanordnung keine mechanisch einstellbaren Bauteile zur Änderung der Zeitkonstante erforderlich sind. Ein derartiger Schutz ist aber speziell bezüglich des Eingangssignals zum Integrator kritisch, wenn vergleichsweise lange Zeitkonstanten erforderlich sind.As can be seen from Fig. 1, the in block 10 illustrated integrator forming components by a conventional Encapsulation process, for example by potting or hermetic encapsulation, completely against environmental influences protected v / earth. Such protection by means of encapsulation is possible, since this circuit arrangement does not mechanically adjustable components to change the time constant are required. However, such protection is especially critical with regard to the input signal to the integrator when comparatively long time constants are required are.

Fig. 2 zeigt eine Reihe von drei Spannungssignalverlaufen an bestimmten Punkten der Schaltung gemäß Fig. 1. Eine genauere Betrachtung dieser Signale ermöglicht ein besseres Verständnis des neuartigen Integrators mit variabler Zeitkonstante. Figure 2 shows a series of three voltage waveforms at certain points in the circuit according to FIG. 1. A closer examination of these signals enables a better one Understanding of the novel integrator with variable time constant.

Fig. 2A veranschaulicht ein an den Eingangsklemmen 17 anliegendes Signal, das die variable Zeitkonstante bestimmt. Dabei steht eine niedrige Spannung einer Größe A während einer Zeitspanne T^, und eine höhere Spannung einer Größe B während einer Zeitspanne Ί\ an. Fig.- 2B veranschaulicht die resultierenden, am Ausgang des Komparators 21, welcher den Ausgang des Impulsgenerators darstellt, erzeugten Impulse. Die Impulse sind mit konstanter Impulsbreite T^ und variablem Impulsabstand Tp dargestellt. Dabei ist zu beachten, daß die Impulsbreite durchv/egs konstant ist, während der Impulsabstand während der Zeitspanne T-,, wenn ein niedriges Stellsignal angelegt wird, größer ist als während der Zeitspanne T, , wenn eine höhere Spannung anliegt.2A illustrates a signal which is applied to the input terminals 17 and which determines the variable time constant. In this case, there is a low voltage of a size A during a period of time T ^, and a higher voltage of a size B during a period Ί \ on. Fig. 2B illustrates the resulting, at the output of the comparator 21, which represents the output of the pulse generator, generated pulses. The pulses are shown with constant pulse width T ^ and variable pulse spacing Tp. It should be noted, that the pulse width is constant through v / egs, while the pulse spacing during the period T- ,, if a low control signal is applied, is greater than during the period T, when a higher voltage is applied.

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Fig. 2C zeigt das auf der Leitung 24 erscheinende Ausgangssignal des Integrators 10. \Ienn auf der Leitung 15 Impulse vorhanden sind, schaltet der Transistor 14 durch und integriert der Integrator 10. Das resultierende Signal gemäß Fig. 2C gibt die variable, effektive Zeitkonstante wieder. Während der Zeitspanne T^ hat der Integrator eine Integration von Null auf die relative Größe 1 durchgeführt. Mährend der Zeitspanne IV, deren Länge derjenigen der Periode T, entspricht, ist der Integrator von der Größe 1 auf die Größe 4 übergegangen. Die Zeitkonstante hat sich daher infolge der erhöhten Stellspannung um den Faktor 3 verkürzt.2C shows the output signal of the integrator 10 appearing on the line 24. If pulses are present on the line 15, the transistor 14 turns on and integrates the integrator 10. The resulting signal according to FIG. 2C reflects the variable, effective time constant . During the time period T ^ the integrator has carried out an integration from zero to the relative size 1. During the period IV, the length of which corresponds to that of the period T, the integrator has changed from size 1 to size 4. The time constant has therefore been reduced by a factor of 3 due to the increased control voltage.

Die in Fig. 2 dargestellten Relativgrößen und Zeiten sollen keineswegs repräsentativ für alle Betriebsbedingungen des Integrators sein. Beispielsweise hat es sich in der Praxis als zweckmäßig erwiesen, Impulse von 60 MikrοSekunden Breite mit einem von der Impulsbreite Jbis zu 1 Sekunde variablen Abstand zu erzeugen. Die Bedeutung des erfindungsgemäßen Integrationsverfahrens ist besonders bei größeren Impulsabständen offensichtlich.The relative sizes and times shown in Fig. 2 are by no means intended to be representative of all operating conditions of the Be integrators. For example, in practice it has proven to be useful to use pulses 60 microseconds wide with an interval variable from the pulse width J up to 1 second. The importance of the invention The integration method is particularly evident with larger pulse spacings.

Herkömmlicherweise wurde die bei elektronischen industriellen Verfahrensreglern benötigte Zeitkonstante von 30 Minuten durch einen Integrator mit einem Kondensator von 18/uf und einem Potentiometer von 100 II JTt erzeugt. Bei der Erfindung kann eine Zeitkonstante von 60 Min. mit einem Kondensator von 1/Uf und einem Reihenwiderstand von 100 k -TI erreicht werden. Conventionally, the time constant of 30 minutes required in electronic industrial process controllers was generated by an integrator with a capacitor of 18 / uf and a potentiometer of 100 II JTt. In the invention, a time constant of 60 minutes can be achieved with a capacitor of 1 / Uf and a series resistance of 100 k -TI.

Bei jeder Schaltungskonfiguration ist es erforderlich, den Eingangsknotenpunkt des Verstärkers gegenüber Kriechströmen von nur einigen Pikoampere zu isolieren. Der Kriechstromschutz ist bei diesen Werten praktisch unmöglich, wenn mechanisch einstellbare Bauteile benötigt werden. Eine Isolierung dieser Art ist mittels zahlreicher bekannter Techni-With any circuit configuration it is necessary to protect the input node of the amplifier against leakage currents isolate from only a few picoamps. The leakage current protection is practically impossible at these values, if mechanical adjustable components are required. Isolation of this type is possible by means of numerous known techniques

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ken möglich, z.B. durch Einkapselung, sofern - wie bei der Erfindung - keine bev/eglichen Teile vorhanden sind.ken possible, e.g. by encapsulation, provided - as with the Invention - there are no related parts.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Verstärkerstufe mit variablem Verstärkungsgrad, die durch einen Impulsgenerator konstanter Frequenz angesteuert wird. Genauer gesagt, weist die Verstärkerstufe 25 einen Verstärker 26 üblichen Aufbaus auf, der um einen Transistorschalter 27 ergänzt ist, der so geschaltet ist, daß er das Rückkopplungssignal des Verstärkers auf Null bringt, und weiterhin ist ein Transistorschalter 28 vorgesehen, der im Durchschaltzustand den Eingang zur Verstärkerstufe an Masse legt. Das Eingangssignal wird auf einer Leitung 29 angelegt, während das Ausgangssignal auf einer Leitung 30 erscheint. Die Transistor-Schalter sind über Eingangswiderstände an eine Leitung 31 angeschlossen.3 shows a schematic representation of an amplifier stage with variable gain, which is controlled by a pulse generator of constant frequency. More accurate In other words, the amplifier stage 25 has an amplifier 26 of conventional construction, which is supplemented by a transistor switch 27 which is connected to zero the feedback signal of the amplifier and continues to be a transistor switch 28 is provided which, when switched on, connects the input to the amplifier stage to ground. That Input signal is applied on line 29, while the output signal appears on line 30. the Transistor switches are connected to a line 31 via input resistors.

Die Transistoren 27 und 28 bilden ein komplementäres Paar, so daß dann, wenn über die Leitung 31 ein positiver Impuls angelegt wird, der Transistor 28 durchschaltet und der Transistor 27 sperrt. Wenn ein negativer Impuls über die Leitung 31 zugeführt v/ird, sperrt der Transistor 28 und schaltet der Transistor 27 durch.The transistors 27 and 28 form a complementary pair, so that when over the line 31 a positive pulse is applied, the transistor 28 turns on and the transistor 27 blocks. If a negative impulse over the Line 31 is supplied, the transistor 28 blocks and the transistor 27 turns on.

Der Verstärkungsgrad der Stufe 25 is.t gleich dem Rückkopplungswider stand dividiert durch den Eingangswiderstand. Der Schaltungsaufbau zeigt, daß der Transistor 28 im Durchschaltzustand den effektiven Eingangswiderstand erhöht und den Verstärkungsgrad verringert. Uenn der Transistor 27 leitet, erhöht er den effektiven Rückkopplungswiderstand und auch den Verstärkungsgrad. Aus den Signalformen gemäß Fig. k geht mithin hervor, daß die relative Dauer des positiven Impulses gegenüber dem negativen Impuls den Verstärkungsgrad steuert, wenn auf der Leitung 31 eine Impulsreihe konstanter Frequenz ansteht. Je langer der positive Impuls ist, um so nied-The gain of stage 25 is equal to the feedback resistance divided by the input resistance. The circuit structure shows that the transistor 28 increases the effective input resistance and decreases the gain in the on state. When transistor 27 conducts, it increases the effective feedback resistance and also the gain. From the waveforms according to FIG. K, it follows that the relative duration of the positive pulse compared to the negative pulse controls the gain when a pulse series of constant frequency is present on the line 31. The longer the positive pulse, the lower

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2 3 1 U 8 9 22 3 1 U 8 9 2

riger ist der Verstärkuiigsgrad; je langer der negative Impuls ist, desto höher ist der Verstärkungsgrad zwischen den Leitungen 29 und 30.riger is the degree of gain; the longer the negative impulse is, the higher the gain between lines 29 and 30.

Der Verstärkungsgrad läßt sich daher durch die FormelThe gain can therefore be expressed by the formula

T8
= K- —T8
= K- -

T9T9

ausdrucken, in welcher K eine vom Verstärkungsgrad des Verstärkers, den dieser bei nicht vorhandenen Transistorschaltern besitzen würde, abhängige Konstante, T8 die Dauer des positiven Teils eines Zyklus der Impulskette und T9 die Dauer des negativen Teils bedeuten. Im folgenden ist eine genauere Beschreibung dieser Signalformen und der Taktsteuerung anhand der Fig. 4 angegeben.print out in which K one of the amplification level of the amplifier, which this would have if there were no transistor switches, dependent constant, T8 the duration of the positive part of a cycle of the pulse chain and T9 mean the duration of the negative part. The following is one A more detailed description of these signal forms and the clock control is given with reference to FIG.

Die restliche Schaltung gemäß Fig. 3 bildet einen Impulsgenerator konstanter Frequenz. Das Eingangssignal zu diesem Impulsgenerator v/ird auf Leitungen 32 einem Differentialverstärker 33 zugeführt, dessen Ausgangssignal in einem Komparator 35 mit dem Ausgangssignal der Konstantfrequenz-Sägezahnwelle des Generators 34 verglichen wird. Das auf der Leitung 31 erscheinende Ausgangssignal dieser Schaltung ist daher eine Impulsfolge konstanter Frequenz, die der Frequenz des Sägezahngenerators 34 entspricht, dessen Folgefrequenz mit der an die Klemmen 32 angelegten Spannung verknüpft ist.The remainder of the circuit according to FIG. 3 forms a pulse generator of constant frequency. The input signal to this Pulse generator is connected to lines 32 of a differential amplifier 33 supplied, the output signal in a Comparator 35 with the output signal of the constant frequency sawtooth wave of the generator 34 is compared. The output of this circuit appearing on line 31 is hence a pulse train of constant frequency which corresponds to the frequency of the sawtooth generator 34, its repetition frequency linked to the voltage applied to terminals 32 is.

Fig. 4 enthält eine Reihe von graphischen Darstellungen von Signalformen, die an speziellen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 3 erzeugt werden. Fig. 4A zeigt eine an die Eingangs-FIG. 4 contains a series of graphical representations of waveforms generated at particular points in the circuit according to FIG Fig. 3 can be generated. Fig. 4A shows a to the input

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klemmen 32 angelegte Signalform zur Regelung des Verstärkungsgrads des Verstärkers 25. Während der Zeitspanne T₁-v;ird keine Spannung angelegt. Während der Zeitspanne T^- liegt eine Spannung der Größe C an. Während der Zeitspanne T₇ v/ird eine Spannung der Größe D an die Singangsklemaen angelegt. Fig. 4B zeigt die auf der Ausgangsleitung 31 des Impulsgenerator erscheinende Signalform, wenn das Signal gemäß Fig. 4A an die Eingangsleitungen 32 angelegt "wird. Das Ausgangssignal springt dabei von einer positiven Sättigungsspannung des Verstärkers 35 bis zu einer negativen Sättigungsspannung.clamp 32 applied waveform for regulating the gain of amplifier 25. During the period T ₁ -v; no voltage is applied. During the period T ^ - a voltage of the size C is applied. During the time period T _7, a voltage of magnitude D is applied to the Singangsklemaen. 4B shows the waveform appearing on the output line 31 of the pulse generator when the signal according to FIG. 4A is applied to the input lines 32. The output signal jumps from a positive saturation voltage of the amplifier 35 to a negative saturation voltage.

v/enn während der Zeitspanne T5 eine Spannung Null anliegt, erzeugt der auf den Unterschied zwischen der durch den Sägezahngenerator 34 erzeugten Signalform und einer durch ein Viderstandsnetz 36 gelieferten Vorspannung einwirkende Komparator auf der Ausgangsleitung 31 eine Impulskette konstanter Frequenz, die - wie in "der Zeitspanne T₁- von Fig. 4b gezeigt - mehr positiv als negativ ist. Während der nächsten Zeitspanne ergeben die dem Komparator 35 zugeführten Spannungen eine Impulsfolge konstanter Frequenz, mit den Pegelmittelwert Null. VJenn während der Zeitspanne oder Periode T₇ eine höhere Spannung an die Eingangsklemmen 32 angelegt wird, ist der Pegel der resultierenden Impulsfolge größtenteils negativ. Fig. 4C zeigt den Zustand bei durchschaltendem Transistor 28, der ersichtlichem/eise dann durchschaltet, wenn die auf der Leitung 31 erzeugte Impulsfolge positiv ist. Y/ährend der Zeitspanne T,- ist der Transistor 28 größtenteils durchgeschaltet, während der Zeitspanne Tg ist er etwa während der halben Zeit durchgeschaltet, und während der Zeitspanne T₇ verbleibt er meist im Sperrzustand.If a voltage of zero is applied during the time period T5, the comparator acting on the difference between the signal form generated by the sawtooth generator 34 and a bias voltage supplied by a resistor network 36 generates a pulse train of constant frequency on the output line 31, which - as in " is more positive than negative during the next period yield the comparator 35 voltages supplied to a pulse train of constant frequency, with the mean level zero VJenn during the time interval or period T _7, a higher voltage at the - time interval T ₁ -. of Figure 4b.. Input terminals 32 is applied, the level of the resulting pulse train is largely negative. Fig. 4C shows the state when the transistor 28 is turned on, which then turns on when the pulse train generated on the line 31 is positive. Y / uring the time period T, the transistor 28 is largely switched on during the period of time Tg it is switched through for about half the time, and during the time period T ₇ it usually remains in the blocked state.

Fig· 4D zeigt die entsprechenden Durchschalt- und Sperrzustände des Transistors 27. Während der ersten Zeitspanne istFigure 4D shows the respective on and off states of transistor 27. During the first period

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der Transistor 27 nur während eines kleinen Teils der Zeit durchgeschaltet, während der Zeitspanne T_r leitet er ungefähr während der halben Zeit, und während der Zeitspanne Ty ist er über den größten Teil dieser Zeit hinweg durchgeschaltet.the transistor 27 is only turned on for a small part of the time, during the time period T _{r it} conducts approximately half the time, and during the time period Ty it is turned on for most of this time.

Fig. 4Ξ veranschaulicht das auf der Leitung 30 erscheinende Ausgangs signal der Differentialverstärlcerstufe 25, das bei einer während der Zeitspannen T₁- bis T₇ an die Leitung 29 angelegten konstanten Spannung auftritt. Der an die Eingangskleinmen 32 angelegten Null-Stellspannung ist ein minimaler Verstärkungsgrad zugeordnet, während ein maximaler Verstärkungsgrad der maximalen Spannung an den Eingangski emmen 32 entspricht.Fig. 4Ξ illustrates the appearing on the line 30 output signal of the differential amplifier stage 25, which occurs at a constant voltage applied to the line 29 _{during the periods T 1} - to T _7. The zero setting voltage applied to the input legs 32 is assigned a minimum gain, while a maximum gain corresponds to the maximum voltage at the input legs 32.

Fig, 5 zeigt das Blockschaltbild eines nach drei Betriebsarten arbeitenden elektronischen Reglers mit Merkmalen nach der Erfindung, der Teil einer Prozeßregelstrecke ist.Fig. 5 shows the block diagram of one after three modes of operation working electronic controller with features according to the invention, which is part of a process control system.

Das Verfahren ist als Block 37 dargestellt, bei dein ein Regel-Singangssignal C an eine zu regelnde Vorrichtung angelegt und ein Meß-Ausgangssignal bzw. Istwertsignal M dem als Block 38 dargestellten Regler eingegeben wird.The process is shown as block 37 at your a Control Singangssignal C applied to a device to be controlled and a measurement output signal or actual value signal M is input to the controller shown as block 38.

Der elektronische Regler 38 v/ird weiter mit einem von einer Spannungsquelle 39 erzeugten Sollwertsignal S gespeist. Die Regelabweichung zwischen dem Istwert- und dem Sollwertsignal wird durch einen Addierer 40 erzeugt, durch eine Stufe mit konstantem Verstärkungsgrad verarbeitet und dann der Ableitung des Istwertsignals hinzuaddiert, die durch eine Differenzierschaltung 43 im Addierer 42 erzeugt worden ist. Die resultierende Regelabweichung plus dem Ableitsignal v/ird über eine Proportional-Verstärkerstufe 44 und dann durch eine Integratorstufe 45 verarbeitet, welche das Regler-Ausgangssignal C erzeugt. Der Regler 38 v/eist ausserden einen Impulsblock 46 auf, der einen Impulsgenerator 47 ent-The electronic controller 38 is also fed with a setpoint signal S generated by a voltage source 39. the Control deviation between the actual value and the setpoint signal is generated by an adder 40, processed by a constant gain stage, and then the Derivation of the actual value signal, which has been generated by a differentiating circuit 43 in adder 42, is added. The resulting control deviation plus the derivative signal v / ird is passed through a proportional amplifier stage 44 and then processed by an integrator stage 45, which the controller output signal C generated. The controller 38 also has a pulse block 46 which includes a pulse generator 47

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hält, der Impulse konstanter Breite und variablen Abctands an die Ableitschaltung 43 liefert. Ausserden enthält der Block 46 einen Impulsgenerator 48, der eine Impulsfolge konstanter Frequenz und variabler Impulsdauer erzeugt, die zur Veränderung des Verstärkungsgrads der Verstärkerstufe 44 dient. Ein dem Generator 47 ähnelnder Impulsgenerator 49 liefert Impulse zur Regelung der Zeitkonstante des Integrators 45.stops of pulses of constant width and variable abctands the diverting circuit 43 supplies. In addition, the block 46 contains a pulse generator 48, which a pulse train constant Frequency and variable pulse duration generated, which is used to change the gain of the amplifier stage 44. A pulse generator 49 similar to generator 47 supplies pulses for regulating the time constant of integrator 45.

Andere Eingangssignale zum Regler 38 sind die von Spannungsquellen 50, 51 und 52 erzeugten Signale, v/elche die Inpulsgeneratoren 47, 48 bzw, 49 steuern. An den Eingang des Reglers 33 sind weiterhin eine Spannungsquelle über einen Automatik-Hand-Umschalter 53, ein Sägezahn-Schalter 54 und eine Sägezahn-Spannungsquelle 55 angeschlossen.Other input signals to controller 38 are the signals generated by voltage sources 50, 51 and 52, v / which the pulse generators 47, 48 or 49 control. At the input of the controller 33 are still a voltage source via a Automatic-manual switch 53, a sawtooth switch 54 and a sawtooth voltage source 55 is connected.

Die Integratorschaltung 45 und die Differenzierschaltung 43 sind aus der Grundschaltung gemäß Fig. 1 aufgebaut, v/ährend die Proportionalstufe 44 aus der Schaltung gemäß Fig. 3 entwickelt ist. Die Impulsgeneratoren des Blocks 46 sind ebenfalls in diese Schaltung gemäß Fig. 1 und 3 einbezogen. The integrator circuit 45 and the differentiating circuit 43 are constructed from the basic circuit according to FIG the proportional stage 44 is developed from the circuit according to FIG. 3. The pulse generators of block 46 are also included in this circuit according to FIGS. 1 and 3.

Die Funktionen des Integratorblocks 46 und der Proportionalstufe 44 sind bereits in Verbindung mit Fig. 1 bzw. 3 erläutert worden. Die Differenzierschaltung 43 besteht aus einer einzigen Verstärkerstufe mit einem dem Block 10 in der Rückkopplungsschleife ähnelnden Integrator. Der Hauptunterschied besteht darin, daß der Impulsgenerator 47 für die Erzeugung eines vergrößerten Impulsabstands bei Erhöhung der Stellspannung benötigt wird, während der Impulsgenerator 49 sowie der Impulsgenerator gemäß Fig. 1 zur Gewährleistung eines verkleinerten Abstands bei erhöhter Stellspannung erforderlich ist. Dies kann durch Umkehrung der Polarität des auf den Leitungen 17 gemäß Fig. 1 liegenden Eingangssignals geschehen. Darüber hinaus ist am EingangThe functions of the integrator block 46 and the proportional stage 44 have already been explained in connection with FIGS. 1 and 3, respectively been. The differentiating circuit 43 consists of a single amplifier stage with a block 10 in FIG integrator similar to the feedback loop. The main difference is that the pulse generator 47 for the generation of an increased pulse interval when increasing the control voltage is required while the pulse generator 49 and the pulse generator according to FIG. 1 to ensure a reduced distance with increased control voltage is required. This can be done by reversing the polarity of the line 17 shown in FIG Input signal happen. In addition is at the entrance

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des Verstärkers 13 (Fig. 1) noch ein zusätzliches Vorspa.nn-Netzwerk vorgesehen, so daß die Gtellspannung die negative Vorspannung überwinden mu.3. Diese Anordnung ist erforderlich, um die AbIeitschaltung mit einen Dauersignal des Impulsgenerators 47 zu speisen, dessen Impulsabstand minimal ist, wenn die Stellspannung infolge eines Kabelbruchs o.dgl. verloren geht, so daß dann das Differenzierglied das Regler-Ausgangs signal C nicht mehr beeinflußt. Auf ähnliche Weise, wie dargestellt, geht der Abstand der an den Integrator 45 angelegten Impulsejauf ein Ila:cimum über, v/enn die Stellspannung wegfällt, so daß die Wirkung des Integralglieds aufgehoben ist.of the amplifier 13 (Fig. 1) still has an additional Vorspa.nn network provided so that the belt tension must overcome the negative bias. 3. This arrangement is necessary the derivation circuit with a continuous signal of the To feed pulse generator 47, the pulse spacing of which is minimal is when the control voltage or the like as a result of a cable break. is lost, so that then the differentiator the controller output signal C no longer influenced. In a similar way as shown, the distance to the Integrator 45 applied pulsesjauf an Ila: cimum over, v / enn the control voltage drops out, so that the effect of the integral term is canceled.

Die Einzelheiten der verschiedenen Zwischenverbindungen im Block 46 sind - ohne weiteren Bezug auf den Impulsgenerator - nachstehend in Verbindung mit Fig. 6 erläutert.The details of the various interconnections in block 46 are - without further reference to the pulse generator - explained below in connection with FIG.

Es ist zu beachten, daß mit der Erfindung auch verschiedene andere Anordnungen, etwa die Anordnung der Zeitteilung des Impulsgenerators im Block 46 zwischen den Reglern gleichfalls möglich sind.It should be noted that various other arrangements such as the arrangement of the time division of the Pulse generator in block 46 between the controllers are also possible.

Fig. 6 zeigt die scheraatische Darstellung eines nach drei Betriebsarten arbeitenden Reglers mit Merkmalen nach der IDrfindung gemäß Fig. 5 unter Weglassung der Impulsgeneratoren. Ein Differential verstärker 56, an den die Ist- und Sollwertsignale angeschaltet sind, gewährleistet die Funktionen des Addierers 40 und des Verstärkers 41 gemäß Fig. 5. In der Rücklcopplungsschleife des Verstärkers 57 liegt ein Integrator 10 mit variabler Zeitkonstante. Das Eingangssignal zum Verstärker 57 ist ein Istwertsignal M, während das Ausgangssignal der Ableitung dieses Istwertsignals plus einer Verzögerung entspricht, deren Zeitkonstante ein Neuntel derjenigen des Differenzierglieds beträgt. Die Ausgangssignale der Verstärker 56 und 57 v/erden in einem Stromsummier-Kno-FIG. 6 shows the schematic representation of a controller operating in three operating modes with features according to the invention according to FIG. 5, omitting the pulse generators. A differential amplifier 56, to which the actual and setpoint signals are connected, ensures the functions of the adder 40 and the amplifier 41 according to FIG. 5. In the feedback loop of the amplifier 57 there is an integrator 10 with a variable time constant. The input signal to the amplifier 57 is an actual value signal M, while the output signal corresponds to the derivative of this actual value signal plus a delay, the time constant of which is one ninth of that of the differentiating element. The output signals of the amplifiers 56 and 57 are grounded in a current summing button

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tenpunkt 58 summiert, welcher den Eingang zum Verstärker darstellt. Die beiden an diesem Eingangs-I'Jiotenpunkt addierten Signale können über entsprechende Schalt-Transistoren 28Λ und 28B an Hasse gelegt v/erden. Der Rückkopplungswiderstand des Verstärkers 26 kann über den Transistorschalter nach Ilasse kurzgeschlossen v/erden. Die negative Rückkopplung sschleife des Verstärkers 26 enthält v/eiterhin einen Kondensator 29, der zum Filtern des Ausgangssignals des Verstärkers 26 dient. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 26 ist mit einer Vorspannungsquelle 60 verbunden, um die am Knotenpunkt 58 vorhandene Abweichung zu kompensieren. Das Ausgangssignal des Verstärkers 26 und mithin die Proportionalstufe ist in zwei Uiderstandszweige 61 und 61A unterteilt, die beide mit einem Integratorbaustein 62 verbunden sind, welcher dem in der Differenzierschaltung verwendeten Integratorbaustein entspricht, aber weiterhin eine Reihe von Feldeffekttransistor-Schaltern und Widerständen zum Umschalten zwischen Automatik- und Hand-Betrieb des Reglers sowie einen Kondensator 65 für das Proportionalsignal enthält.ten point 58, which is the input to the amplifier represents. The two added at this entry point Signals can be transmitted via corresponding switching transistors 28Λ and 28B placed on Hasse. The feedback resistance of the amplifier 26 can be short-circuited via the transistor switch according to Ilasse. The negative feedback The amplifier 26 loop also contains one Capacitor 29, which is used to filter the output signal of amplifier 26. The non-inverting input of the Amplifier 26 is connected to a bias voltage source 60 to compensate for the offset present at node 58 compensate. The output signal of the amplifier 26 and consequently the proportional stage is in two resistor branches 61 and 61A divided, both with an integrator module 62 are connected, which corresponds to the integrator module used in the differentiating circuit, but also a number of field effect transistor switches and resistors for switching between automatic and manual operation of the controller and a capacitor 65 for the proportional signal.

Der im Block 62 enthaltene Integrator besteht aus einem Verstärker 11, einem negativen Rückkopplungs-Kondensator 12, einem Eingangs-V.^riderstand 13 und einem Feldeffekttransistor-Eingangs schalter 14, welcher in diesem Beispiel dem Schalter in Integrator-Baustein 10 entspricht. Diese Bauteile integrieren das auf der Leitung 16 vom Widerstands zweig 61A des Proportional-Verstärkers stehende Signal. Die Integration wird durch das auf der Leitung 15 eingespeiste, mit "bezeichnete Impulssignal gesteuert.The integrator contained in block 62 consists of an amplifier 11, a negative feedback capacitor 12, an input V. ^r resistor 13 and a field effect transistor input switch 14, which corresponds to the switch in the integrator module 10 in this example. These components integrate the signal on line 16 from the resistor branch 61A of the proportional amplifier. The integration is controlled by the pulse signal which is fed in on line 15 and labeled ".

Das Proportionalsignal, das der \7echselstromkomponente des am Ausgang des' Verstärkers 26 erzeugten Signals entspricht, wird vom Viderstandszweig 61 über eine Leitung 63 an die Ausgangsstufe 62 angelegt. Dieses Signal wird über den Kon-The proportional signal that corresponds to the AC component of the corresponds to the signal generated at the output of the 'amplifier 26, is sent from the resistor branch 61 via a line 63 to the Output stage 62 applied. This signal is transmitted via the

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densator 65 an den Sunmierknotenpunkt am Eingang des Verstärkers angekoppelt. Der Kondensator 65 kann als wechselstrommäßige Ungehung des Schalters 14 angesehen v/erden. Infolge dieser Anordnung kann das Integralsignal, d.h. die Gleichstromkomponente des am Ausgang des Verstärkers erzeugten Signals, durch den Schalter 14 gesteuert v/erden, ohne die Verarbeitung des Proportionalbandsignals durch den gleichen Ausgangsverstärker zu behindern.capacitor 65 to the Sunmier node at the input of the amplifier coupled. The capacitor 65 can be viewed as an alternating current bypassing the switch 14. Due to this arrangement, the integral signal, i.e. the DC component of the generated at the output of the amplifier Signal, controlled by switch 14, without processing the proportional band signal to hinder the same output amplifier.

Es ist somit ersichtlich, daß der gleiche Ausgangsverstärker 11 sov/ohl als Integrator variabler Zeitkonstante für das Integralsignal als auch als Verstärker mit festem Verstärkungsgrad für das Proportionalsignal benutzt werden kann. Das in Fig." 2C dargestellte Integralsignal ist dem Wechselstrom- bzw. Proportionalsignal auf der Ausgangsleitung OUT überlagert. Der Verstärkungsgrad des Proportionalsignals wird auf die vorher in Verbindung mit dem Verstärker 26 beschriebene Weise gesteuert, wird jedoch durch das Verhältnis der Kondensatoren 65 und 12 beeinflußt. It can thus be seen that the same output amplifier 11 sov / ohl as an integrator of variable time constant for the integral signal as well as an amplifier with a fixed gain can be used for the proportional signal. The integral signal shown in Fig. "2C is dem Alternating current or proportional signal superimposed on the output line OUT. The gain of the proportional signal is controlled in the manner previously described in connection with amplifier 26, but will influenced by the ratio of capacitors 65 and 12.

Gemäß Fig. 5 enthält das Regelsignal C einen Wechselstromanteil,der sich aus dem Proportionalsignal, dessen relative Verstärkung durch den Impulsgenerator variiert wird, aus dem Ableitsignal, dessen Zeitkonstante durch den Impulsgenerator 47 gesteuert v/ird, und aus dem einen Gleichstromanteil des Integralsignals, dessen Zeitkonstante durch den Impulsgenerator 49 gesteuert wird, ergibt.According to FIG. 5, the control signal C contains an alternating current component which is derived from the proportional signal, the relative gain of which is varied by the pulse generator the derivation signal, the time constant of which is controlled by the pulse generator 47, and from the one direct current component of the integral signal, the time constant of which is controlled by the pulse generator 49, results.

Der Knotenpunkt 64 am Eingang des Verstärkers 11 ist durch einen Feldeffekttransistor 66 unterteilt, v/elcher in seinem Durchschaltzustand den Verstärker 11 als Integrator und den Regler im Automatik-Betrieb arbeiten läßt. Er liegt mit einem stroinbegrenzenden Widerstand 67 in Reihe. An die Signalseite des Transistors 66 ist ein FeldeffekttransistorThe node 64 at the input of the amplifier 11 is divided by a field effect transistor 66, v / which in his The switched-through state allows the amplifier 11 to operate as an integrator and the controller to operate in automatic mode. He lies with a current limiting resistor 67 in series. To the signal side of transistor 66 is a field effect transistor

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angeschlossen, der die Signalseite des Knotenpunktes 64 nach Ilasse kurzschließt, so daß sich der Kondensator "bei Hand-Betrieb auf die Abv/eichspannung auflädt und dabei den stoßfreien Übergang auf Automatik-Betrieb ermöglicht. An der Verstärkerseite des Knotenpunktes 64 liegt ein Feldeffekttransistor 60 in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand 70. Wenn der Transistor 63 durchschaltet und der Transistor 66 sperrt, befindet sich der Regler in der Hand-Betriebsart und entspricht die Ausgangsspannung der Spannung über dem Kondensator 12. Zur änderung dieser Spannung kann bei durchgeschaltetem Transistor 69 über die Leitung 71 ein Signal an die Verstärkerseite des Knotenpunkts 64 angelegt v/erden.connected, which short-circuits the signal side of the node 64 to Ilasse, so that the capacitor "at Manual operation charges to the calibration voltage and thereby the enables bumpless transition to automatic operation. A field effect transistor is located on the amplifier side of node 64 60 in series with a current-limiting resistor 70. When the transistor 63 turns on and the Transistor 66 blocks, the controller is in manual mode and the output voltage corresponds to the voltage across the capacitor 12. To change this voltage can send a signal to the amplifier side of the node via the line 71 when the transistor 69 is switched on 64 applied v / earth.

Vorstehend ist mithin ein nach drei Betriebsarten arbeitender elektronischer Verfahrensregler dargestellt und beschrieben, der durch elektronische- Signale fernabstimmbar ist. Die Zeitkonstanten bei I- und D-Betrieb sowie der Verstärkungsgrad der Proportionalstufe lassen sich sämtlich durch getrennte Gleichspannung-Analogsignale ein-,stellen. Ausserdem kann der Regler abgleich- und stoßfrei zwischen Automatik- und Hand-Betrieb lediglich durch Umschaltung einer konstanten Gleichspannung umgeschaltet werden. Weiterhin kann die Ausgangsspannung v/ie bei Hand-Betrieb unmittelbar durch eine Analogspannung gesteuert werden, die der Ausgangsschaltung des Reglers direkt zugeführt wird, dabei aber durch ein Gleichspannungssignal getastet wird.An electronic process controller operating according to three operating modes is shown and described above, which can be remotely tuned by electronic signals. The time constants for I and D operation as well as the The degree of gain of the proportional stage can be all set by means of separate DC voltage analog signals. In addition, the controller can switch between automatic and manual operation without adjustment or bumps a constant DC voltage can be switched. Furthermore, the output voltage can be v / ie in manual operation can be controlled directly by an analog voltage that is fed directly to the output circuit of the controller , but is keyed by a DC voltage signal.

Der eingangs in Verbindung mit dem Integrator 10 gemäß Fig.1 beschriebene Kapselungsschutz für den Integrator 62 ist hier besonders vorteilhaft, da es für die einwandfreie Funktion dieser Einheit wesentlich ist, den Knotenpunkt 64 vor Umwelteinflüssen und Kriechströmen zu schützen. Dieser SchutzThe initially in connection with the integrator 10 according to FIG Encapsulation protection described for the integrator 62 is particularly advantageous here, since it is essential for proper functioning of this unit is essential to protect the node 64 from environmental influences and to protect leakage currents. This protection

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ist möglich, da keine mechanischen Bauteile mehr erforderlich sind und kann durch ein zweckmäßiges Kapselungsverfahren, etwa Vergießen erreicht v/erden.is possible because mechanical components are no longer required and can be achieved through an appropriate encapsulation process, about potting achieved v / ground.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild eines djmamischen Kompensators bzw. einer Duoeinheit, der bzw. die aus den gleichen Schaltkreisen aufgebaut ist v.'ie der Regler gemäß Fig. 5. Eine Duoeinheit dieser Art kann als Regler angesehen v/erden, der eine andere Übergangsfunktion aufweist als der zuvor beschriebene PID-Regler.7 shows a block diagram of a dynamic compensator or a duo unit which is made up of the same circuits as the controller according to FIG. 5. A duo unit of this type can be viewed as a controller that has a different transition function than the previous one described PID controller.

Bei der dargestellten Duoeinheit bildet die Eingangsspannung E. das eine Eingangssignal eines Addierers 40, dessen Ausgang an eine Pufferstufe 41 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal dieser Stufe wird das Eingangssignal eines Integrators 45 mit variabler Zeitkonstante. Die Impulsfolge für den Integrator 45 wird durch einen__Impulsgenerator 47 erzeugt, der durch eine Spannungsquelle 52 angesteuert wird.In the illustrated duo unit forms the input voltage E. the one input signal of an adder 40, the output of which is connected to a buffer stage 41. The output signal this stage becomes the input of an integrator 45 with variable time constant. The pulse train for the integrator 45 is generated by a pulse generator 47, which is controlled by a voltage source 52.

Das Ausgangssignal des Integrators 45 wird an den genannten Addierer 40 und ausserdem an einen Ausgangs-*\ddierer 42 angeschaltet.The output signal of integrator 45 is sent to said adder 40 and also to an output adder 42 turned on.

Das Ausgangssignal der Pufferstufe 41 wird ebenfalls durch einen Proportionalverstärker 44 verarbeitet, dessen Verstärkungsgrad durch eine Impulsfolge von einem Impulsgenerator 48 eingestellt wird, welcher durch die Spannungsquelle 51 gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Proportionalverstärkers 44 wird mit dem Ausgangssignal des zuvor genannten Integrators 45 und zusammen mit einer zusätzlichen,durch einen Vorspannungs-C-enerator 72, h.d. einfach eine iJpannungsquelle gelieferten Vorspannung dem Ausgangs-Addierer 42 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 42 wird durch eine Ausgangsstufe verarbeitet, die je nach den Erfordernissen des restlichen Systems variieren kann.The output signal of the buffer stage 41 is also processed by a proportional amplifier 44 whose gain is set by a pulse train from a pulse generator 48 which is controlled by the voltage source 51 will. The output signal of the proportional amplifier 44 is with the output of the aforementioned integrator 45 and together with an additional, through a bias C-enerator 72, h.d. simply a voltage source supplied bias voltage to the output adder 42 fed. The output of the adder 42 is processed by an output stage, depending on the requirements of the rest of the system can vary.

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Die Ausgangsspannung E ^ ist eine Funktion der Eingangs-The output voltage E ^ is a function of the input

spannung E multipliziert mit einer Voreil- oder ITachlaufin voltage E multiplied by a lead or I lag

funktion, die von der Einstellung K₁ der Verstärkungsgrad-Regelspannungsquelle 51 abhängt. Die Zeitkonstante T₁ der Voreil- oder Nachlauffunktion vird durch die Zeitkonstante des Integrators 45 bestimmt. Diese Zeitkonstante v/ird durch Impulse vom Impulsgenerator 47 variiert, der durch die Spannungsquelle 52 gesteuert v/ird. Das Ausgangssignal enthält auch einen Vorspannungsterin E^. Die Übergangs funktion dieser Schaltung entspricht ersichtlicherweise der Gleichung: function that depends on the setting K _{1 of} the gain control voltage source 51. The time constant T _{1 of} the lead or lag function is determined by the time constant of the integrator 45. This time constant is varied by pulses from the pulse generator 47, which is controlled by the voltage source 52. The output signal also contains a bias sterin E ^. The transition function of this circuit can be seen to correspond to the equation:

K₁ T₁ s + 1K ₁ T ₁ s + 1

Obgleich vorstehend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann zahlreiche Ergänzungen oder Änderungen der Schaltungen möglich, ohne daß vom Rahmen und vom Grundgedanken der Erfindung abgev/ichen v/ird. Insbesondere v/ird durch einfache Erdung des an Ausgang des Verstärkers 57 gemäß Fig. 6 anliegenden Signals der nach drei Betriebsarten arbeitende PID-Regler zu einen PI-Regler. Ebenso ist es dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres möglich, die 'Ausführungsform gemäß Fig. 6 zu einem Nur-Proportional- oder Hur-Integral-Regler oder in eine der üblichen Variationen umzuwandeln.Although preferred embodiments of the invention are shown and described above, those skilled in the art numerous additions or changes to the circuits are possible without departing from the scope and the basic idea of the invention agreed upon. In particular, by simply grounding the output of the amplifier 57 according to FIG. 6 Signals from the PID controller, which works in three operating modes, to a PI controller. Likewise, it is easily possible for the person skilled in the art to use the 'embodiment according to 6 shows a proportional-only or Hur-integral controller or convert it into one of the usual variations.

Ebenso kann der fernabstimmbare Zeitkonstanten-Integrator bei anderen elektronischen Geräten der gleichen allgemeinen Art eingesetzt werden, beispielsv/eise bei Handsteuerstationen, Chargenreglern* Selbstwählanlagen usv/., ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgev/ichen v/ird.The remotely adjustable time constant integrator can also be used for other electronic devices of the same general type are used, e.g. hand control stations, Batch regulators * automatic dialing systems, etc., without deviating from the scope of the invention.

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Weiterhin wäre es ohne weiteres möglich, andere Arten von Impulsfolgen zur Regelung der Zeitkonstanten und der Verstärkungsgrade zu ν ei",! enden. Es ist nur wesentlich, das durchschnittliche Verhältnis zwischen den Durchschalt- und Sperrzeiten der elektronischen Schalter zu steuern.Furthermore, it would be readily possible to use other types of pulse trains for controlling the time constants and the gain levels to end in ν ei ",!. It is only essential to control the average ratio between the turn-on and turn-off times of the electronic switches.

Zusammenfassend wird es mit der Erfindung mithin möglich, die Zeitkonstante eines elektronischen Integrators dadurch variabel zu machen, daß ein impulsgesteuerter Feldeffekttransistor-Schalter zum Eingangswiderstand in Reihe geschaltet wird. Dieser Integrator dient zur Erzeugung der Integral- und Differenzierglieder bei einen elektronischen Verfahrensregler, so daß die Zeitkonstanten dieser Glieder durch eine Reihe von Impulsen oder eine Spannung fernveränderbär sind, die einen Impulsgenerator steuert. Ein Verstärker, dessen Verstärkungsgrad durch abwechselndes Kurzschließen auf Null variabel ist, mit einem durch eine Reihe von Impulsen gesteuerten Schalter dient zur Gewährleistung eines einstellbaren Verstärkungsgrads einer Proportionalschaltung im Regler. Diese Schaltungen v/erden auch in einer Duoeinheit verwendet.In summary, it is therefore possible with the invention to make the time constant of an electronic integrator variable by connecting a pulse-controlled field effect transistor switch to the input resistor in series will. This integrator is used to generate the integral and differentiating elements in an electronic one Process controller so that the time constants of these members can be remotely changed by a series of pulses or a voltage that controls a pulse generator. An amplifier whose gain by alternately short-circuiting is variable to zero, with a switch controlled by a series of pulses is used to ensure an adjustable gain of a proportional circuit in the controller. These circuits are also grounded in a duo unit used.

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Claims

PATE IT TA N PROVERBS:

Electronic integrator with an input to which can be applied to the signal to be integrated, and with one Output at which the integral of the input signal is generated is characterized in that the time constant of the integrator (10; 25; 52) by a Circuit unit for separating the input signal from the integrator Y / can be varied during selected periods of time.

2. Integrator according to claim 1, characterized in that the circuit unit has a device for changing the relative duration of the periods of separation and non-separation.

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3 · integrator according to claim 1, characterized in that a device for the direct coupling of an additional Input signal to the integrator is provided.

4.Electronic integrator with an amplifier, a negative feedback capacitor and an input resistor, characterized by a remote-controllable high-impedance switch connected in series with the input resistor (13).

5. integrator according to claim 4, characterized in that that the switch has a field effect transistor and a pulse generator driving this.

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6. integrator according to claim 5, characterized in that that the pulse generator signals of constant pulse width and variable, controllable by an external voltage Pulse spacing supplies.

7. integrator according to claim 4, characterized in that the integrator can be used for processing a signal unaffected by the switch, that a capacitor Kon is connected in parallel to the switch.

8. Remote adjustable electronic process controller, characterized by the combination of the following components: a device for generating an error signal, a device for developing the integral of the error signal and a voltage-controlled device for changing the time constant of the integration device.

9. Regulator according to claim S, characterized by a Differentiating device for the error signal and a voltage-controlled device for changing the time constant the differentiator.

10. Regulator according to claim 8, characterized in that a device for generating a signal proportional to the error signal and a voltage-controlled device for changing the gain of the proportional device are provided.

11. Electronic process controller with a target signal input, an actual signal input, a subtraction device for generating an error signal corresponding to the calibration between the actual value and the setpoint signal and an integrator to which the error signal is used as an input

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output signal can be supplied and the one from the integral of the error signal dependent output signal generated, characterized by a high-impedance switch for Separation of the error signal from the integrator input and by a control circuit for the switch to control the ratio the duration from switching to blocking time of the switch.

12. Controller according to claim 11, characterized in that the time ratio which can be influenced via the control circuit is related to the size of an applied control voltage.

13. Regulator according to claim 12, the v / further a differentiating circuit to generate one of the differential quotients signal corresponding to the time of the error signal , characterized in that a device for changing the time constant of the Differentiating circuit is provided.

14. Controller according to claim 13, with a proportional amplifier, characterized by a device for changing the gain of the proportional amplifier.

15. Controller according to claim 11, characterized in that a coupling device for continuous coupling a part of the error signal is provided to the integrator.

16. Electronic process controller with at least one amplifier connected as an integrator for processing the controller signal, characterized by a High-impedance switch for disconnecting an "input"

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grators from rest of the control circuit and. a control circuit, the time relationship between the switching and the blocking state of the high-impedance switch is determined, the effective time constant of the integrator by regulation the time ratio is adjustable.

17 · Regulator according to claim 16, characterized in that the control circuit and thus the regulator by a Voltage signal can be adjusted remotely,

18. Regulator according to claim 16, characterized in that that the integrator supplies the integral term in the output signal of the controller.

19 · Regulator according to Claim 16, characterized in that the integrator contains the differentiation term in the output signal of the controller delivers.

20. Regulator according to claim 16, characterized in that the switch is a transistor with a high input impedance is, and that the control circuit is a pulse generator which provides a pulse train for controlling the switch.

21. Regulator according to claim 20, characterized in that the pulse generator has the ratio between the pulse width and the pulse train spacing of the pulse train is adjustable.

22. Regulator according to claim 21, characterized in that a proportional amplifier and one connected to its input Electronic switches are provided that connect the input of the proportional amplifier from the rest of the controller separates and at the same time the proportional gain

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degree decreased.

23. Regulator according to claim 21, characterized in that a proportional amplifier and one connected to its output electronic salaries are provided, v / elcher separates this output from the rest of the controller and at the same time increases the proportional gain,

24. Controller according to claim 21, characterized by a proportional amplifier, one connected to its input first electronic switch, a second electronic switch connected to the output of the amplifier Switch and a control device for alternating control the desk.

25. Controller according to claim 24, characterized in that the control device has a pulse generator and a Has means for changing the ratio of the duration of the switching states of the two electronic switches, and that the gain of the amplifier can be varied over a wide range.

26. Regulator according to claim 16, characterized in that a capacitor is connected in parallel to the high-impedance switch and forms a second input to the integrator.

27. Regulator according to claim 16, in which the integrator supplies the integral term in the output signal of the regulator, characterized in that a proportional amplifier for supplying the proportional term is provided in xiusgangssigiial of the regulator, and that the Proportional term is an additional, input signal for the amplifier.

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