DE2146367C3 - Elektronischer Regler mit einem Motor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Regler mit einem Motor, dessen Drehrichtung durch das Vorzeichen der Regelabweichung bestimmt ist und dessen Drehzahländerung durch unterschiedliches Takten seiner Versorgungsspannung erfolgt, wobei die als Gleichspannung vorliegende Regelabweichung zwei in ihren Eingangskreisen antiparallel geschaltete Schaltkreise ansteuert, die in Abhängigkeit von der Größe der Gleichspannung je eine Rechteckspannung mit unterschiedlichem Taktverhältnis erzeugen und die Rechteckspannungen je ein Stellglied für den Motor ansteuern.

Ein solcher als Dreipunkt-Schrittregler arbeitender Regler ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 763 629 bekannt. Er besteht aus einem die Regelabweichung aufnehmenden Verstärker, zwei die Stellgröße bildenden, durch den Verstärker angesteuerten Triggerschaltungen mit gegensinnigem Ausgangssignal und einer über die Stellgröße auf den Verstärkereingang wirkenden Rückführung, die durch kontaktlose Bauelemente aufschaltbar ist. Für diese Aufschaltung ist eine den Triggerschaltungen nachgeschaltete Transistorschaltung mit einem gemeinsamen Lastwiderstand vorgesehen, von dem die Rückführspannung abgenommen und auf den Verstärker rückgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltkreise derart auszubilden, daß diese einen Takt-Arbeitsbereich haben, innerhalb dessen in Abhängigkeit von der Größe der Regelabweichung eine entsprechende Änderung des Takt Verhältnisses auftritt und bei Überschreitung der Grenzen des Arbeitsbereiches das Takten aufhört und daß ferner die Takt-Arbeitsbereiche gegenseitig verschoben sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Regler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltkreise zwei Operationsverstärker mit je einer unverzögerten Rückführung, einer verzögerten Rückführung und einem nachgeschalteten Relais sind, die antiparallel an die Diagonalspannung einer Brükkenspannung geschaltet sind und daß in einem Brükkenzweig ein Ohmscher Widerstand vorgesehen ist, der zwischen die einander entsprechenden Diagonalpunkte zweier Schaltkreise geschaltet ist.

Zweckdienliche Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entneh-

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Regelanordnung,

Fig. 2 ein Diagramm mit zeitlichen Spannungsveriäufeii an den verschiedensten Punkten der Anordnung,

Fig. 3 ein weiteres Diagramm mit den sich beim Erfindungsgegenstand ergebenden Arbeitsbereichen der verwendeten Verstärker.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, umfaßt die Anordnung zwei Operationsverstärker 1,1', deren Eingänge + - über Widerstände 3, 4 bzw. 3', 4' beispielsweise an die Meßdiagonale A, B bzw. A', B' einer Temperatur-Meßbrücke 20 geschaltet sind, die aus den Widerständen 6,9,7,8 und 10 besteht. Der Widerstand 9 ist dabei ein Temperaturfühler.

Bis auf den Widerstand 10 ist diese Meßbrücke 20 an sich bekannt. Der Widerstand 10 ist reiativ niederohmig ausgebildet und kann für die folgenden Betrachtungen zunächst unberücksichtigt bleiben.

Im Ausgangskreis der Operationsverstärker 1,1' ist je ein Relais D, D' mit dem den Kontakten d, d' angeordnet. Diese Kontakte liegen im Speisekreis eines Stellmotors 21, dessen Speisespannung beispielsweise 220 V ist. Diese Relais schalten den Stellmotor 21 auf Rechts- oder Linkslauf. Je nach Verstimmung der Meßbrücke 20 ist der eine oder der andere Operationsverstärker 1, 1' im Einsatz;.

Die Anordnung arbeitet nun derart, daß der Stellmotor 21 bei Annäherung an den Sollwert seine Drehzahl durch entsprechende Taktung der Versorgungsspannung des Stellmotors verringert. Das Taktverhältnis ist von der Regelabweichung (Brückenverstimmung) abhängig gemacht und bei Erreichen des Sollwertes wird es zu Null.

Beide Operationsverstärker 1, 1' haben je zwei Rückführungen über die Widerstände 4, 5 bzw. 4', 5' und die RC-Glieder 11,12,13 bzw. 11', 12', 13'. Eine Rückführung ist praktisch zeitunabhängig über den Widerstand 5 bzw. 5' vom Ausgang der Verstärker 1, 1' auf deren positiven Eingang und die weitere Rückführung über die Widerstände 11, 12 bzw. 11', 12' vom Ausgang der Verstärker 1,1' auf deren .egativen Eingang geführt. Diese Rückführung hat als Zeitglied einen Kondensator 13, 13'.

Da die Anordnung symmetrisch aufgebaut ist, wird nachstehend an Hand des Diagramms nach der F i g. 2 nur die Wirkungsweise des Schaltungsteiles mit dem Operationsverstärker 1 und den zugehörigen EIementen beschrieben.

Die Spannung U₁ des Verstärkers 1 am positiven

Eingang ist eine Rechteckspannung, da der Verstärker 1 durch die unverzögerte Rückführung Kippverhalten hat. Die Ausgangsspannung springt entweder auf + U_B oder 0 und entspreche ad springt auch die Spannung U₁ am positiven Eingang des Verstärkers 1. Die Größe der Sprungspanuung ist durch die Betriebsspannung U_B und das Teilerverhältnis der Widerstände 4, S gegeben. Durch diese Rückführung erhält die Schaltung bistabiles Verhalten.

Dk; Spannung U₂ am negativen Eingang des Operationsverstärkers 1 folgt dessen Ausgangsspannung entsprechend der Bemessung des RC-Gliedes 11,12, 13 verzögert nach. Durch diese verzögerte Rückführung wird erreicht, daß der Verstärker 1 wieder in seine Ausgangsstellung zurückkippt. Der Verstärke? hat damit astabiles Verhalten und die Ausgangsspannung springt periodisch von 0 auf U_B und zurück.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 1 springt nun immer dann, wenn die Spannung U₂ gegen die Spannung U₁ geht und U₂ gleich U₁ wird.

Im Diagramm nach der Fig. 2 sind die Spannungsverläufe von U₁ und U₂ über der Zeit für drei verschiedene Brückenverstimmungen angegeben.

Wie aus der Signalfolge 31 ersichtlich, springt die Spannung U₁ zum Zeitpunkt t_u erst auf einen positiven Wert 32, der so lange bestehen bleibt, bis die Spannung U₂ zum Zeitpunkt i, den gleichen Wert erreicht hat, worauf die Spannung U₎ wieder ihren Ausgangswert annimmt. Die Spannung U₂ sinkt entsprechend der Zeitkonstanle des RC-Gliedes 11 bis 13 langsam nach einer c-Funktion ab und wenn 2um Zeitpunkt /₂ die Spannung U₂ den Wert der Spannung U₁ erreicht hat, so springt diese wieder auf den Spannungswert 32. Entsprechend steigt dann die Spannung U₂ wieder an und wenn diese den Spannungswert 32 erreicht hat, erfolgt zum Zeitpunkt t₃ wieder der Abfall der Spannung U₁ usw.

Der am positiven Eingang auftretenden Rechteckspannung U₁ ist eine sich ändernde Gleichspannung U₆ überlagert, die sich aus der Änderung des Meßwiderstandes des Temperaturfühlers 9 ergibt. Der positive Eingang des Verstärkers 1 ist über den Widerstand 4 mit dem Temperaturfühler 9 verbunden, so daß jede Gleichspannungsänderung an diesem Temperaturfühler eine entsprechende Gleichspannungsänderung am positiven Eingang des Verstärkers 1 bewirkt. Im Diagramm nach der Fig. 2 sind drei Gleichspannungsänderungen U₆₁, i/₆₂und U_b3 dargestellt.

Der am negativen Eingang des Verstärkers 1 verzögert auftretenden Spannung U₂ ist durch Spannungsabfall am Widerstand 7 der Meßbrücke 20 eine feste Gleichspannung U₇ überlagert, die über den Widerstand 3 an den negativen Eingang des Verstärkers 1 gelegt ist.

Ist nun die vom Punkt A der Meßbrücke 20 abgegriffene veränderliche Gleichspannung U_h gleich der festen Gleichspannung LZ₇ (Abgleich der Meßbrücke 20), so kommt dadurch gerade der Teil des Kurvenvertaufes der Sägezahnspannung U₂ zur Wirkung, der ein Taktverhältnis 1 : 1 der Rechteckspannung U₁ ergibt, wie der Signalfolge 33 des Diagrammes zu entnehmen ist. Die veränderliche Spannung U_h2 hat in diesem Fall das Potential der festen Gleichspannung U₁, wodurch der Teil c der Sägezahnspannung zur Wirkung kommt, wobei die Anstiegszeit gleich der Rücklaufzeit ist. Das Taktverhältnis ändert sich, wenn kein Brückenabgleich mehr besteht, also die veränderliche Gleichspannung U₆ ungleichöder festen Gleichspannung LZ₇ wird. Verkleinert sich beispielsweise die veränderliche Gleichspannung U₆ durch eine auftretende Änderung des Meßwiderstandes des Temperaturfühlers 9, wie dies im Diagramm nach der Fig. 2 durch das Potential U_6x angedeutet ist, dann kommt der steilere Teil d der Sägezahnspannung für den Hinlauf und der flachere Teil e für den Rücklauf zur Wirkung.

ίο Gleiche Verhältnisse treten auf, wenn die veränderliche Gleichspannung U₆ größer wird, wie im Diagramm durch das Potential LZ₆₃ angedeutet ist. In diesem Falle ergibt sich die Signalfolge 34 und es wirken die Spannungsteile / und g der Sägezahnspannung.

Die Rechteck-Impulsfolge 31 hat also eine kurze Einschalt- und eine relativ lange Ausschaltzeit, während die Rechteck-Impulsfolge 34 eine lange Einschalt- und kurze Ausschaitzeit hat. ^U_2mas stellt den Takt-Arbeitsbereich des Verstärkers 1 dar, der durch die maximal mögliche Änderung der Sägezahnspannung U₂ gegeben ist.

Sinkt die Spannung LZ₆ unter das im Diagramm angegebene Potential LZ₆₁ ab, so springt der Verstärkerausgang auf U_B, das Relais D fällt ständig ah, der zugeordnete Kontakt d ist offen und der Stellmotor 21 steht. Übersteigt die veränderliche Gleichspannung L/„ das Potential LZ₆₃, so ist der Verstärkerausgang ständig auf 0, das Relais D hat angezogen und der Kontakt d ist geschlossen und der Stellmotor 21 läuft damit ohne getaktet zu werden, d.h. mit der vollen Versorgungsspannung.

Erfolgt also eine Brückenverstimmung unter das Potential IZ₆₁, so endet der stabile Bereich des Verstärkers 1 und des Relais D bleibt für diese eine Direhrichtungdes Motors abgefallen. Da die Eingänge des Verstärkers 1' entgegengesetzt an die Meßbrücke 20 angeschaltet sind, beginnt nun dessen Arbeitsbereich und die Drehrichtung des Motors 21 kann sich umkehren.

Die gegenseitige Verschiebung der Arbeitsbereiche der Verstärker 1,1' wird durch den in die Meßbrücke 2Cl eingefügten Widerstand 10 erreicht. Ohne diesen Widerstand wären beide Verstärker 1, 1' bei einer Spannung LZ₆ gleich der Spannung LZ₇ (Brückenabgleich) mitten in ihren Arbeitsbereichen. Damit der Regler den Brückcnabgleich erkennt, ist die Eingangsspannungfür die Verstärker 1, 1' um AU_2max/2 mittels des Widerstandes 10 verschoben. In der F i g. 3 ist die dadurch gegebene gegenseitige Lage der Arbeitsbereiche (durch Schraffierung angedeutet) der Verstärker 1, 1' dargestellt.

Bei Brückenabgleich befindet sich der Verstärker 1 am seinem unleren Bandende und hört damit auf zu takten. Durch die Wahl des Spannungsabfalles am Widerstand 10 kann eine tote Zone vorgesehen werden. Nach Durchlauf derselben beginnt der Verstärker 1'zu takten. Innerhalb der toten Zone wird keiner der beiden Verstärker betätigt.

Im Abglcichpunkt wird also der Motor 21 stillstehen. Tritt eine Verstimmung auf, so beginnt entsprechend dem Vorzeichen der Verstimmung der zugehörige Verstärker zu takten und zwar zunächst mit einem kleinen Taktvcrhällnis von etwa K)Cf, das sich bis auf 90% ändert und dann auf 100% übergeht.

In der Fig. 1 sind für die Taktung Relais D, D' vorgesehen. Sinngemäß können diese durch Halbleiter-Schaltelcmente ersetzt werden, die durch die

Operationsverstärker 1, Γ angesteuert werden.

Im praktischen Betrieb ist es erforderlich, daß durch Verriegelungsmaßnahmen sichergestellt ist, daß nicht beide Verstärker gleichzeitig schalten können. Es könnte dies durch Relaiskontakte sichergestellt werden, so daß dann nur ein Strompfad an den Kondensatormotor 21 gelangt. Im vorliegenden Fall erfolgt eine elektronische Verriegelung, wobei über Widerstände und Dioden vom Ausgang des einen Verstärkers in den Eingangskreis des anderen Verstärkers eingegriffen wird. In der Zeit, in welcher ein Verstärker stromführend ist, wird der andere Verstärker verriegelt. Der Eingang dieses Verstärkers wird dabei so stark verstimmt, daß dieser Verstärker nichl schalten kann. Der Verstärker Γ wird durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 14 mit einer Diode

15 verriegelt, wobei diese Reihenschaltung an der Ausgang des Verstärkers 1 und den negativen Eingang des Verstärkers 1' gelegt ist. Der Verstärker 1 wird durch eine weitere aus dem Widerstand 16 unc einer Diode 17 bestehenden Reihenschaltung verrie

ίο gelt, die ebenfalls an den Ausgang des Verstärker 1' und den negativen Eingang des Verstärkers 1 ge schaltet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Regler mit einem Motor, dessen Drehrichtung durch das Vorzeichen der Regelabweichung bestimmt ist und dessen Drehzahländerung durch unterschiedliches Takten seiner Versorgungsspannung erfolgt, wobei die als Gleichspannung vorliegende Regelabweichung zwei in ihren Eingangskreisen antiparallel geschaltete Schaltkreise ansteuert, die in Abhängigkeit von der Größe der Gleichspannung je eine Rechteckiipannung mit unterschiedlichem Taktverhältnis erzeugen und die Rechteckspannungen je ein Stellglied für den Motor ansteuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise zwei Operationsverstärker (1, Γ) mit je einer unverzögerten (S, 5') Rückführung, einer verzögerten Rückführung (11 bis 13; 11' bis 13') und einem nachgeschalteten Relais (D, D') sind, die antiparallel an die Diagonalspannung (U_b, U₁) einer Brückenschaltung (20) geschaltet sind und daß in einem Brückenzweig ein Ohmscher Widerstand (10) vorgesehen ist, der zwischen die einander entsprechender Dingonalpunkte (B', B) zweier Schaltkreise geschaltet ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang jedes Verstärkers (1, 1') über eine Reihenschaltung einer Diode (15, 17) und eines Widerstandes (13, 16) auf den Eingangskreis des anderen Verstärkers geführt ist.