DE2235367A1 - ELECTRIC CONTROL CIRCUIT - Google Patents
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Description
■betreffend
Elektrische Steuerschaltung ■ concerning
Electric control circuit
Prioritäten: 19. Juli 1971, Großbritannien,-'Nr. 33767/71Priorities: July 19, 1971, Great Britain, - 'No. 33767/71
9. September 1971, Großbritannien, Nr. 42132/719 September 1971, Great Britain, No. 42132/71
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Steuerschaltungen und betrifft insbesondere solche zur Erzeugung von zum Betrieb von Elektromotoren geeigneten Steuer- oder Speiseströmen oder -spannungen.The invention relates to electrical control circuits and relates in particular to those for generating control or control units suitable for operating electric motors Supply currents or voltages.
Wie sich aus dem folgenden ergibt, ist die Erfindung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bei trägheitsarmen Elektromotoren anwendbar, etwa bei dem Motorentyp, bei dem der Anker im wesentlichen plattenförmig ist und beispielsweise aus einer oder mehreren dünnen Folien aus Isoliermaterial besteht, auf die nach der sogenannten gedruckten Schaltkreistechnik ein Leitermuster aufgetragen ist.As will be understood from the following, the invention is especially, but not exclusively, for low-inertia Electric motors applicable, such as the type of motor in which the armature is substantially plate-shaped and for example consists of one or more thin sheets of insulating material, on which according to the so-called printed circuit technology a conductor pattern is applied.
Es sind viele Verfahren zur Steuerung des Betriebs von Elektromotoren vorgeschlagen und verwendet worden, um die verschiedensten Anforderungen zu erfüllen, Steuerungen fürMany methods of controlling the operation of electric motors have been proposed and used to accomplish the to meet various requirements, controls for
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variable Geschwindigkeit, Steuerungen für gleichmäßige Geschwindigkeit, variables Drehmoment und sonstige Leistungskennlinien zu erzeugen. Generell ist die Motorsteuerung durch Steuerung der dem Motor zugeführten Spannung bzw. des Motorstroms in kontinuierlicher Weise oder mittels Impulsmethoden bewirkt worden.variable speed, controls for constant speed, to generate variable torque and other performance characteristics. In general, the engine management is by control the voltage or the motor current supplied to the motor in a continuous manner or by means of pulse methods been.
. Die Erfindung betrifft eine verbesserte Form einer Steuerung, die besonders vorteilhaft auf die Steuerung von Impulsströmen, die im wesentlichen trägheitsarmen Motoren zugeführt werden, anwendbar ist.. The invention relates to an improved form of control which is particularly advantageous for the control of pulse currents, which are fed to substantially low-inertia motors, is applicable.
■Die Erfindung umfaßt ein Motorsteuersystem mit einer Einrichtung, die auf ein Eingangssignal anspricht, sowie einer Einrichtung, die auf eine Abweichung des Eingangssignals über gewisse ein totes Band bestimmende Grenzen hinaus anspricht und dem Motor einen Impulsstrom in einer Richtung zuführt, die der Abweichung des Eingangssignals jenseits der oberen oder unteren Grenze entspricht.The invention comprises an engine control system having a device responsive to an input signal and a device responsive to a deviation in the input signal responds beyond certain limits that determine a dead band and supplies the motor with a pulse current in one direction, that of the deviation of the input signal beyond the upper one or lower limit.
Die Erfindung besteht ferner in Merkmalen von Steuerschaltungen, die im folgenden beschrieben werden.The invention also consists in features of control circuits, which are described below.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigenThe invention is illustrated below with the aid of preferred exemplary embodiments explained in connection with the drawings; show in the drawings
Fig. 1 ein Schaltbild einer Integrieranordnung mit einer Totband-Einrichtung;1 shows a circuit diagram of an integrating arrangement with a dead band device;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Schalteinrichtung oder eines Modulators;Fig. 2 is a circuit diagram of a switching device or a Modulator;
Fig. 3 ein Schaltbild eines Integrators mit einer Steuerung für variable Streuung und einer Totband-Einrichtung; 3 is a circuit diagram of an integrator with a variable spread control and a dead band device;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steuerung;Fig. 4 is a block diagram of a controller;
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Pig. 5 ein stärker detailliertes Schaltbild der Steuerung nach Pig. 4;Pig. 5 is a more detailed circuit diagram of the Pig control. 4;
Fig. 6 ein Schaltbild einer Thyristor-Zündschaltung;Fig. 6 is a circuit diagram of a thyristor ignition circuit;
Pig. 7 ein Schaltbild für eine Ausführungsform eines Modulators; undPig. 7 is a circuit diagram for one embodiment of a modulator; and
' Pig. 8 ein Schaltbild für eine Ausführungsform einer Hochfrequenz-Leistungsausgangsstufe. 'Pig. 8 is a circuit diagram for one embodiment of a high frequency power output stage.
In den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung werden dem zu steuernden Motor Stromimpulse zugeführt. Die den Motor speisende Leistungsstufe arbeitet mit einer doppelrichtenden Schalteinrichtung, etwa einem doppelseitig richtenden steuerbaren Siliziumgleichrichter (Triac) zur' Schaltung der Halbwellen einer Versorgung. Es gibt zwei Schaltungstypen, die hinsichtlich der Betriebsfrequenz und der Dauer'der dem Motor zugeführten Impulse voneinander verschieden sind. Beispielsweise können bei dem einen Schältungstyp Stromimpulse von 10 msec entsprechend einer Frequenz von 50 Hz verwendet werden, während bei dem anderen Impulse von 200 usec bei einer Frequenz von 3,3 KHz verwendet werden können. Dieser Hochfrequenz-Impulsbetrieb -ist möglich, wenn der gesteuerte Motor eine ausreichend kleine Trägheit besitzt; ein typischer Motor hat etwa einen nieder-ohmigen Ankerwiderstand von beispielsweise 1Ω und eine Induktivität von 50 uH, was eine Zeitkonstante von 50 use.c ergibt.In the embodiments of the invention described below, current pulses are supplied to the motor to be controlled. The power stage feeding the motor works with a double-directional one Switching device, such as a double-sided directional controllable silicon rectifier (triac) for 'switching the half-waves a supply. There are two types of circuits, the operating frequency and the duration of the supplied to the motor Impulses are different from each other. For example, with one type of circuit, current pulses of 10 msec can be used accordingly a frequency of 50 Hz can be used, while the other pulses of 200 usec at a frequency of 3.3 KHz can be used. This high frequency pulsed operation is possible if the controlled motor has a sufficiently small inertia; a typical motor has a low impedance Armature resistance of, for example, 1Ω and an inductance of 50 uH, which gives a time constant of 50 use.c.
In einer Ausführungsform bildet die vorliegende Erfindung eine Prozeß-Steuerung, bei der die Ausgangsinformation aus ei-.ner Folge von Schritten besteht, von denen jeder maximale Ausgangsleistung hat. Die Schrittgeschwindigkeit ist einstellbar und eine Funktion eines Verstärkereingangssignals. Jeder Schritt besteht aus einer Halbperiode einer Bezugsfrequenz, die entweder intern erzeugt wird oder aus einer externen Versorgung . stammt. Die Polarität des Eingangssignals bestimmt, ob positive oder negative Halbperioden der Bezugsfrequenz erzeugt werden.In one embodiment, the present invention provides a process control in which the output information from a .ner Sequence consists of steps, each of which has maximum output power Has. The step speed is adjustable and a function of an amplifier input signal. Every step consists of a half cycle of a reference frequency that is either generated internally or from an external supply. originates. The polarity of the input signal determines whether it is positive or negative half-cycles of the reference frequency are generated.
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Bei dieser Prozeß-Steuerung sind die Kennlinien für. offenen Regelkreis ähnlich wie bei einer konventionellen Prozeß-Steuerung. Vor Beschreibung der Übertragungs-Kennlinien dürfte es zweckmäßig sein, gewisse im folgenden verwendete Ausdrucke zu erläutern.In this process control, the characteristics are for. open loop similar to a conventional process control. Before describing the transfer characteristics, it should be useful to use certain expressions below to explain.
Das Proportionalband ist der Eingangs- oder Fehlersignalbereich, in dem eine Proportionalwirkung stattfindet, d.h. in dem das Signal bewirkt, daß die Ausgangseinrichtung um einen dem Pehlersignal proportionalen Weg mit Höchstgeschwindigkeit bewegt wird. Die Breite des Proportionalbandes steht in umgekehrter Beziehung zur Verstärkung der Steuerung, d.h. daß eine Steuerung mit breitem Proportionalband geringe Verstärkung hat,The proportional band is the input or error signal area in which a proportional action takes place, i.e. in which the signal causes the output device by a distance proportional to the error signal at maximum speed is moved. The width of the proportional band is inversely related to the gain of the control, i.e. that a control with wide proportional band low gain Has,
Integralwirkung ist diejenige Wirkung einer Steuerung, bei der sich die Ausgangseinrichtung mit einer zu dem Fehlersignal proportionalen Geschwindigkeit bewegt.The integral effect is that effect of a control in which the output device responds to the error signal proportional speed moves.
Integralzeit ist diejenige Zeit, die die Ausgangseinrichtung benötigt, um sich um einen Weg unter der Integralwirkung zu bewegen, der dem unter der Proportionalwirkung zurückgelegten Weg äquivalent isij.Integral time is the time taken by the output device needed to move a distance under the integral action that of that covered under the proportional action Path equivalent to isij.
Derivativwirkung ist diejenige Wirkung, gemäß der sich die Ausgangseinrichtung um einen zur Änderungsgeschwindigkeit des Fehlersignals proportionalen Weg bewegt, oder das Verhältnis (Proportionalband zu Steuerungsverstärkung) ändert sich mit der Änderungsgeschwindigkeit des Fehlersignals.Derivative effect is that effect according to which the output device adjusts itself to the rate of change of the error signal moves proportionally, or the ratio (proportional band to control gain) changes with it the rate of change of the error signal.
Eine diskontinuierlich arbeitende Prozeß-Steuerung ist eine Steuerung, bei der eine motorisierte Einrichtung in einer Reihe von Schritten und zwar, jeweils mit maximaler Ausgangsleistung angetrieben wird. Die (oben definierte) Integralwirkung wird durch Änderung der Geschwindigkeit erzielt, mit der diese Schritte auftreten. Die Position, die die EinrichtungA discontinuous process control is a control in which a motorized device in a Series of steps, each driven with maximum output power. The integral action (defined above) is achieved by changing the speed at which these steps occur. The position that the establishment
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einnimmt, ist dabei stets eine Funktion der Zeit, während der das Ausgangesignal angelegt worden .ist und nicht sein Analogwert. Die Ausgangseinrichtung integriert also das Ausgangssignal über der Zeit. ' »is always a function of the time during which the output signal was applied and not its analog value. The output device thus integrates the output signal over time. '»
Eine kontinuierlich arbeitende Steuerung unterscheidet sich von der diskontinuierlich arbeitenden Steuerung dadurch, daß sie ein ,kontinuierliches analoges Ausgangssignal (Spannung oder Strom erzeugt, das zur Steuerung verschiedener Einrichtungen benützt werden kann. Die Position, die die Einrichtung einnimmt, steht dabei stets in direkter Beziehung zu diesem Ausgangssignal. Die Integration in einer diskontinuierlichen Prozeß-Steuerung unterscheidet sich dabei von derjenigen einer kontinuierlichen Steuerung, daß sie in der Ausgangseinrichtung stattfindet. Demgegenüber erfolgt die Integration bei der kontinuierlichen Steuerung innerhalb der Steuerung.A continuous control differs from the discontinuous control in that it a continuous analog output signal (voltage or current generated that can be used to control various devices. The position taken by the facility is in place always in direct relation to this output signal. The integration in a discontinuous process control makes a difference differs from that of a continuous control that it takes place in the output device. In contrast the integration takes place with the continuous control within the control.
Das Ansprechverhalten der Steuerung bei offenem Regelkreis. auf ein Schritt-Eingangssignal besteht in der Lageänderung der Ausgangseinrichtung bei einer an der Eingangsklemme des Verstärkers liegenden Schrittspannung. Beispielsweise spricht die zu beschreibende Steuerung auf ein Schritt-Eingangssignal in zwei verschiedenen aufeinanderfolgenden Modi an: In dem ersten Modus ist das Ansprechverhalten proportional, und der Motor läuft während einer der Grö-ße des Schrittsignals proportionalen Periode mit maximaler Drehzahl. In dem zweiten Modus ist das Ansprechverhalten integral, und der Motor läuft mit einer der Größe der Schrittspannung proportionalen'Geschwindigkeit.The response behavior of the controller when the control loop is open. on a step input signal consists in changing the position of the Output device at one at the input terminal of the amplifier lying step tension. For example, she speaks control to be described on a step input signal in two different successive modes: In the first Mode, the response is proportional and the motor runs during one of the steps proportional to the size of the step signal Maximum speed period. In the second mode, the response is integral and the engine runs at one the speed proportional to the magnitude of the step voltage.
Bei einer kontinuierlich arbeitenden Steuerung tritt die ~ Proportionalwirkung innerhalb praktischer Grenzen augenblicklich ein. Die Derivativwirkung hat zur Folge, daß sich die Ausgangseinrichtung in Abhängigkeit von einem Stufen-Eingangssignal während der proportionalen Periode um einen maximalen Weg bewegt. Dieser Weg ist für eine sich langsam ändernde Eingangsspannung reduziert.In the case of a continuously operating control, the ~ Proportional effect instantly within practical limits. The derivative effect has the consequence that the Output device as a function of a step input signal moved a maximum distance during the proportional period. This path is for a slowly changing input voltage reduced.
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Negation ist der Vorgang der Verkleinerung des Signals am Eingang eines Verstärkers oder einer sonstigen Einrichtung durch die Wirkung einer negativen Rückkopplungsspannung oder eines negativen Rückkopplungsstroms. ·Negation is the process of reducing the size of the signal at the input of an amplifier or other device by the action of a negative feedback voltage or a negative feedback current. ·
Im folgenden sollen noch vor Beschreibung des Systems als ,Ganzem zweckmäßigerweise einzelne Bauelemente eines kompletten Systems beschrieben werden.In the following, before describing the system as a whole, individual components of a complete System.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung, die einen Funktionsverstärker 10 mit negativer Rückkopplung umfaßt. Die negative Rückkopplung wird von einem zweiten Verstärker 11 gebildet, der zusammen mit einem Rückkopplungskondensator 12 als Integrator arbeitet. Der Verstärker 10 ist mit einem Eingangswiderstand 13 sowie mit Rückkopplungswiderständen 14 und 15 versehen. Der Verstärker 10 gibt bei Anlegen eines Schritt-Eingangssignals ein Ausgangssignal ab, das so lange besteht, bis der Integrator sich aufgeladen hat und das Eingangssignal negiert.Fig. 1 shows a block diagram of an arrangement that has a Function amplifier 10 includes negative feedback. The negative feedback is provided by a second amplifier 11 formed, which together with a feedback capacitor 12 works as an integrator. The amplifier 10 is provided with an input resistor 13 and with feedback resistors 14 and 15 provided. The amplifier 10 gives when a step input signal is applied an output signal that persists until the integrator has charged and the input signal negated.
Die Zeitspanne, während der das Ausgangssignal besteht, ist also eine Funktion der Integrator-Zeitkonstante und der. Größe des Schritt-Eingangssignals; angenommen, der Integrator erzeugt ein sich linear änderndes Integrations-Ausgangssignal, so ist die Zeitdauer des Ausgangssignals bei fester Integrator-Zeitkonstante proportional zur Größe des Schritt-Eingangssignals. The period of time during which the output signal exists, is therefore a function of the integrator time constant and the. Step input signal size; suppose the integrator generates a linearly changing integration output signal, the duration of the output signal with a fixed integrator time constant is proportional to the size of the step input signal.
Bei einem in der Praxis ausgeführten System besteht ein totes Band, wobei ein Eingangssignal innerhalb des toten Bandes keine Änderung des Ausgangssignals erzeugt. In einem derartigen Fall tritt eine Integration nur dann auf, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers bestimmte, das tote Band definierende positive oder negative Pegel überschreitet, und die Integration hört auf, wenn das Schritt-Eingangssignal so stark negiert wird, das es in diesen Bereich fällt. Die vorbestimmten PegelIn a system implemented in practice, there is a dead band with an input signal within the dead band no change in the output signal generated. In one of those In this case, an integration only occurs when the output signal of the amplifier determines the dead band exceeds positive or negative levels, and integration stops when the step input negates so much that it falls into this area. The predetermined levels
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sind in Pig. 1 als positiv bzw. negativ ansprechende Schalter 16 und 17 in der Rückkopplungsschleife dargestellt.are in Pig. 1 as a positive or negative response switch 16 and 17 shown in the feedback loop.
Ist der Integrator perfekt und wird die integrierte Spannung nicht durch Streuung reduziert, so bleibt das System unendlich lange in diesem Zustand und mit diesem Wert des Ausgangssignals. Besteht jedoch durch den Integrator ein Streupfad·, wie er in Pig. 1 durch einen Widerstand 18 dargestellt ist, so hört der Integrator nach einem von der Streuung abhängigen Zeitintervall auf, das Eingangssignal zu negieren, das Verstärker-Ausgangssignal überschreitet den bestimmten Pegel und die Integration beginnt erneut. Auf diese Weise wiederholt das System nach Pig. 1 seine Punktion immer wieder mit einer festen Rate, die von den verschiedenen festen Konstanten in dem Kreis einschließlich der Integrationsgeschwindigkeit, der Streuung, der Verstärkung und der'Schalthysterese bestimmt wird. Die negative und positive Schalthysterese ist wichtig; ohne vsi2 brauchte der Integrator sich nur um eine sehr kleine ' Spannung zu ändern, um di-e Integration wieder aufzunehmen, so ' daß ein hochfrequenter Schwingungszustand bewirkt würde.If the integrator is perfect and the integrated voltage is not reduced by scattering, the system remains infinite long in this state and with this value of the output signal. However, if there is a scattering path through the integrator, like him in Pig. 1 is represented by a resistor 18, the integrator will listen for a signal that is dependent on the spread Time interval to negate the input signal, the amplifier output signal exceeds the specified level and the integration begins again. In this way, the Pig system repeats. 1 puncture repeatedly with a fixed rate determined by the various fixed constants in the circle including the rate of integration, the spread, the gain and the switching hysteresis will. The negative and positive switching hysteresis is important; without vsi2, the integrator only needed a very small ' To change tension in order to resume integration, so ' that a high frequency vibrational state would be caused.
Die, in der Steuerung verwendeten Schalteinrichtungen können vorteilhafterweise Triacs sein, die mit positiven oder negativen Impulsen gesteuert werden können. In Pig. 2 sind zwei Triacs 19 und 20 mit einem.gemeinsamen Widerstand 21 gezeigt, wobei der eine von einer positiven Spannung über eine Diode 22 und der andere von einer negativen Spannung über eine Diode 23 gesteuert, der negativ gesteuerte Triac 20 über eine Diode 24 aus der negativen Halbwelle einer 50 Hz-Versorgung und der positiv gesteuerte -Triac 19 über eine Diode 25 aus der positiven Halbwelle dieser Versorgung gespeist wird. Die Polarität des Steuersignals bestimmt also, welcher Triac leitet. Das Ausgangssignal des Demodulators wird aus der Spannung an dem Widerstand 21 erhalten. Es ist sehr zweckmäßig, daß ein Triac zu Beginn der jeweiligen Halbwelle eingeschaltet wird. Dies läßt sich nach der in Pig. 2 gezeigten Art und Weise dadurchThe switching devices used in the control can advantageously be triacs that can be controlled with positive or negative pulses. In Pig. 2 are two Triacs 19 and 20 are shown with a common resistor 21, one of which has a positive voltage across a diode 22 and the other controlled by a negative voltage via a diode 23, the negatively controlled triac 20 via a diode 24 from the negative half-wave of a 50 Hz supply and the positive controlled -Triac 19 is fed via a diode 25 from the positive half-wave of this supply. The polarity of the The control signal determines which triac conducts. The output signal of the demodulator is obtained from the voltage across the resistor 21. It is very convenient that a triac is switched on at the beginning of the respective half-wave. This can be traced back to Pig. 2 way shown thereby
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erzielen, daß das Steuer- oder Gattersignal außerhalb der erforderlichen Steuerperiode der Speisefrequenz, d.h. zwischen 0 und 10 bzw. zwischen 180 und 190 , zu null kurzgeschlossen wird. Die Gatterelektroden werden durch Transistoren £6, 27 kurzgeschlossen, deren Basiselektroden dadurch geschaltet werden, daß ihnen die Speise-Wechselspannung über Gleichrichter 28, 29 mit Kondensator-Widerstand-Filtern 30, 31 zugeführt wird,.achieve that the control or gate signal outside the required Control period of the supply frequency, i.e. between 0 and 10 or between 180 and 190, short-circuited to zero will. The gate electrodes are short-circuited by transistors £ 6, 27, the base electrodes of which are switched by that they are supplied with the AC supply voltage via rectifiers 28, 29 with capacitor-resistor filters 30, 31 will,.
Wird die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators 12 des Integrators während dieser anfänglichen proportionalen Periode geändert, ohne die Integralwirkung zu beeinflussen, so ist ein dritter Ausdruck eingeführt worden, der praktisch eine Bestimmung ermöglicht, wie lange nach Anlegen eines Schritt-Eingangssignals die Ausgangseinrichtung mit maximaler Geschwindigkeit läuft. Diese Integrations-Beschleunigungsmöglichkeit läßt sich nach der in Fig. 3 gezeigten Art und Weise dadurch erzielen, daß zwei gegeneinander geschaltete Zenerdioden 32, 33 vjrv/en-'-det werden, die so ausgewählt sind, daß sie die Stromleitung erst beenden, wenn das Negationssignal in der Nähe desjenigen Wertes liegt, der für eine vollständige Negation erforderlich ist. Die entgegengesetzt und in Reihe geschalteten Zenerdioden 32, 33 liegen parallel zum Ausgang des Verstärkers 10 und in Reihe mit einem Potentiometer 34, wobei die daran abgegriffene Spannung dem Eingang des Verstärkers 11 zugeführt wird. Fig. 3 zeigt einen weiteren Verstärker 35, der zweckmäßigerweise eingefügt sein mag. If the charging speed of the capacitor 12 of the Integrator changed during this initial proportional period without affecting the integral action, so is a third term has been introduced which enables a practical determination of how long after a step input signal has been applied the exit device at maximum speed runs. This integration acceleration possibility can be achieved in the manner shown in FIG. 3 by that two zener diodes 32, 33 connected against one another vjrv / en -'- det selected in such a way that they do not end the power line until the negation signal is in the vicinity of the one Value that is required for complete negation. The Zener diodes connected in opposition and in series 32, 33 are parallel to the output of the amplifier 10 and in series with a potentiometer 34, the tapped on it Voltage is supplied to the input of the amplifier 11. 3 shows a further amplifier 35, which may expediently be inserted.
Während der leitenden Periode wird die Aufladegeschwindigkeit des Integrators dadurch erhöht, daß das Signal von dem Potentiometer 34 dem Summenpunkt des Verstärkers 11 zugeführt wird; dabei gestattet das Potentiometer '34 eine Einstellung dieses zusätzlichen Ladestroms auf den erforderlichen Wert,During the conductive period, the charging rate of the integrator is increased by the signal from the Potentiometer 34 is fed to the summation point of amplifier 11; the potentiometer '34 allows this to be set additional charging current to the required value,
Eine wichtige Eigenschaft des Integrators besteht darin, daß die am Ausgang auftretende Geschwindigkeit der Spannungs-An important property of the integrator is that the speed of the voltage that occurs at the output
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änderung konstant und nicht eine Funktion der Einstellung des Streuwiderstands 18 ist. Dies bedeutet, daß stets eine Halbperiode der Versorgungsfrequenz ausreicht, um die Integrator-Negations spannung durch die Hysterese der Triac-Gatterbedingungen zu führen; es wird also nur eine Halbperiode erzeugt, bevor die Triac-Schaltspannung so stark negiert ist, daß sie in das tote Band fällt.change is constant and not a function of the setting of the leakage resistance 18. This means that there is always a half period the supply frequency is sufficient to accommodate the integrator negations to pass voltage through the hysteresis of the triac gate conditions; so only a half period is generated, before the triac switching voltage is negated so much that it falls into the dead band.
In Pig. 4 ist ein Blockschaltbild einer für niederfrequenten Betrieb geeigneten Prozeß-Steuerung gezeigt. Fehlereingangssignale liegen an Klemmen 40 und werden einem Summenverstärker 41 mit dem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt. Der Verstärker kann einen Rauschfilterkondensator umfassen. Die Verstärkerausgangsspannung wird zwei unabhängigen Verstärkern 42, 43 mit variabler Verstärkung zugeführt, von denen der Verstärker 42 einen Übergangs-Ümschaltverstärker bildet.In Pig. 4 shows a block diagram of a process control suitable for low-frequency operation. Error input signals are on terminals 40 and are fed to a summing amplifier 41 with a gain factor of 1. The amplifier may include a noise filter capacitor. The amplifier output voltage is fed to two independent variable gain amplifiers 42, 43, one of which is the amplifier 42 forms a transient switching amplifier.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 42 wird positiven und negativen Fehlerdetektoren 44, 45 zugeführt. Überschreiten die Ausgangssignale einen bestimmten Wert, so wird ein Übergangs-Umschaltrelais 46 in Abhängigkeit von der Ausgangspolarität betätigt. Die Wirkung dieses Relais besteht darin, das Aus-, gangssignal der Steuerung zu einer Versorgung mit verminderter Spannung zu führen,, wenn der Fehler in dem System unter einen bestimmten Pegel fällt.The output of amplifier 42 becomes positive and negative error detectors 44, 45 supplied. If the output signals exceed a certain value, a transition switchover relay is activated 46 actuated depending on the output polarity. The effect of this relay is to switch off, output signal of the controller to a reduced voltage supply, if the fault in the system under falls a certain level.
Der andere Verstärker 43 ist ein Propörtionalband-Verstärker, der ebenfalls aus dem Summenverstärker gespeist wird. Der Verstärkungsfaktor dieses Verstärkers bestimmt das Proportionglband des Systems. Das Ausgangssignal des Verstärkers 43 wird dem invertierenden Eingang eines Fehler- und Integrations-Sumraenverstärkers 47 zugeführt.The other amplifier 43 is a proportional band amplifier, which is also fed from the summing amplifier. The gain factor of this amplifier determines the proportional band of the system. The output of the amplifier 43 is fed to the inverting input of an error and integration sum amplifier 47.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 47 liegt an dem nicht invertierenden Eingang eines Steuerverstärkers 48 für einen Modulator 49 sowie an zwei gegeneinander geschalteten Zener-The output of amplifier 47 is not due to this inverting input of a control amplifier 48 for a modulator 49 as well as two counter-connected Zener
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dioden 50, 51. Die Dioden sind gemäß Pig. 3 an einem Punkt mit der Spannung null über ein Potentiometer 52 zurückgeführt, dessen Abgriff 53 über einen die Zeitkonstante mitbestimmenden festen Widerstand 55 mit einem Eingang eines Integrators 54 verbunden ist. Das Potentiometer 52 bestimmt die proportionale Negation oder einen abgeleiteten Ausdruck, wie oben beschrieben. diodes 50, 51. The diodes are according to Pig. 3 fed back at a point with the voltage zero via a potentiometer 52, the Tap 53 via a co-determining the time constant fixed resistor 55 is connected to an input of an integrator 54. The potentiometer 52 determines the proportional Negation or a derivative term as described above.
Der Modulator-Steuerverstärker 48 hat einen festen niedrigen Verstärkungsfaktor. Der Modulator wird mit einer Versorgungs-Wechselspannung von bequemerweise 50 Hz oder Netzfrequenz gespeist, und die in dem Modulator enthaltenen modulierenden Triacs sind so eingestellt, daß sie bei einer festen positiven bzw. negativen Spannung am Modulatoreingang, beispielsweise bei 3 Volt positiv bzw. negativ, schalten. Ist der Verstärkungsfaktor des Modulator-Verstärkers auf den Wert eingestellt, so entspricht dies einer Spannung von j- 1 Volt am Ausgang des Fehler- und Integrations-Summenverstärkers Die beiden Zenerdioden 50, 51 schalten beispielsweise bei + 5 Volt . und wirken nur dann, wenn der Modulator-Steuerverstärker gesättigt ist. Wie in Fig. 2 sind die beiden Triacs in dem Modulator 49 so angeordnet, daß der eine einschaltet und die positive Halbwelle der anliegenden Wechselspannung leitet, wenn das Gattersignal positiv ist, und der andere die negative Halbwelle leitet, wenn das Gattersignal negativ ist. Ein dritter Triac dient dazu, die positiven und negativen HaIbwellenimpulse von den beiden anderen Triacs zu einer Spannung gegenüber der Nullspannungslinie zu kombinieren. Die beiden Transistoren, die dazu dienen, beim Auftreten des Ausgangssignals von dem Modulator-Steuerverstärker einen Kurzschluß herzustellen, verhindern, daß die Triacs außer während der gewünschten Perio.de zu Beginn der jeweiligen Halbwelle zünden.The modulator control amplifier 48 has a fixed low gain. The modulator is powered by an alternating voltage of conveniently 50 Hz or mains frequency fed, and the modulating triacs contained in the modulator are set so that they are at a fixed Switch positive or negative voltage at the modulator input, for example positive or negative at 3 volts. is If the gain factor of the modulator amplifier is set to the value, this corresponds to a voltage of j-1 volt at the output of the error and integration summing amplifier. The two Zener diodes 50, 51 switch on, for example + 5 volts. and act only when the modulator control amplifier is saturated. As in FIG. 2, the two triacs are arranged in the modulator 49 so that one switches on and the positive half-wave of the applied AC voltage conducts when the gate signal is positive, and the other the negative Half-wave conducts when the gate signal is negative. A third triac is used to generate the positive and negative half-wave pulses from the other two triacs to combine to a voltage opposite the zero voltage line. The two Transistors which are used to short-circuit when the output signal from the modulator control amplifier occurs prevent the triacs from igniting except during the desired Perio.de at the beginning of the respective half-wave.
Der Integrator 54 wird mit zwei Signalen gespeist, von. denen das erste, wie oben beschrieben, von den beiden Zenerdioden 50, 51 stammt, während das zweite Signal durch die von dem Mo-The integrator 54 is fed with two signals, from. those the first, as described above, comes from the two Zener diodes 50, 51, while the second signal comes from the
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dulator 49 erzeugten positiven oder negativen Halbwellenimpulse gebildet wird. Diese Ausgangssignale werden kombiniert, und die integrierten Signale werden über einen Widerstand 57 an ' den nicht invertierten Eingang des Fehler- und Integrations-Summenverstärkers 47 zurückgeleitet. Ein variabler Widerstand 48 liegt parallel zu Integrationskondensatoren 59, 60, bei denen es sich zweckmäßigerweise um zwei gegeneinander gepolte Elektrolyt-Kondensatoren handelt. Der Widerstand 58 hat zwei Funktionen: Er bestimmt den Verstärkungsfaktor des Integrators und damit die maximale Ausgangsspannung, und er bestimmt die Kondensator-Entladegeschwindigkeit. Die Größe des Fehlersignals, gegenüber der die Integration wirksam ist, sowie die Geschwindigkeit, mit der sich die Integrations-Kondenaatoren bei einem gegebenen Fehler entladen, werden somit von dem Widerstand 58 bestimmt.dulator 49 generated positive or negative half-wave pulses is formed. These output signals are combined and the integrated signals are connected to ' the non-inverted input of the error and integration summing amplifier 47 is fed back. A variable resistor 48 is parallel to integration capacitors 59, 60, which are advantageously two mutually polarized Electrolytic capacitors. Resistor 58 has two functions: It determines the gain factor of the integrator and thus the maximum output voltage, and it determines the capacitor discharge rate. The size of the error signal, against which the integration is effective, as well as the speed with which the integration capacitors in a given errors are thus determined by the resistor 58.
Das Ausgangssignal des Modulators wird einer Impulsformierstufe 61 zugeführt. Der Eingang dieser Impulsformierstufe umfaßt pnp- und npn-Transistoren, die jeweils die positive oder negative Halbwelle des Modulator-Ausgangssignals schalten. Die Vorderflanke der sich ergebenden Rechteckwelle wird differenziert und über die Kontakte des Übergangs-Umschaltrelais einem von zwei Thyristorimpuls-Zündtransformatoren zugeführt.The output signal of the modulator becomes a pulse shaping stage 61 supplied. The input of this pulse forming stage includes pnp and npn transistors, which are respectively the positive or Switch negative half-wave of the modulator output signal. The leading edge of the resulting square wave is differentiated and fed via the contacts of the transfer switching relay to one of two thyristor pulse ignition transformers.
Mit dem oben erwähnten Impulsleitrelais 46 stehen zwei Übergangsstufen 62, 63 in Verbindung, Das Ausgangssignal der Impulsformierstufe wird über die Kontakte 64 des Relais 46 gesteuert und der einen oder anderen Übergangsstufe 62, 63 zugeführt; die Übergangsstufen steuern ihrerseits Triacs 65 bzw. 66, die einem Motor 68 eine geringere oder eine größere Spännung von der Wicklung eines Speisetransformators 67 zuführen.Two transition stages 62, 63 are connected to the above-mentioned pulse control relay 46, the output signal of the The pulse forming stage is controlled via the contacts 64 of the relay 46 and fed to one or the other transition stage 62, 63; the transition stages in turn control triacs 65 and 66, which give a motor 68 a lower or higher voltage feed from the winding of a feed transformer 67.
Die Anordnung der Fig.·4 ist in Fig. 5 etwas stärker detailliert dargestellt. In beiden Figuren tragen gleiche Tei-le die gleichen Bezugszeichen. In Anbetracht der obigen Beschreibung dürfte sich eine vollständige Beschreibung der Fig. 5 erübrigen,The arrangement of FIG. 4 is somewhat more detailed in FIG shown. In both figures wear the same parts the same reference numerals. In view of the above description, a complete description of FIG. 5 should be understood superfluous,
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In Pig. 5 sind die Triacs des Modulators bei 68· und 69 in Verbindung mit einem weiteren Triac 70 gezeigt. Die Impulsformierstufe 61 umfaßt Eingangstransistoren 71 lind 72 sowie einen Ausgangstransistor 73. - 'In Pig. 5 are the triacs of the modulator at 68x and 69 shown in connection with another triac 70. The pulse shaping stage 61 comprises input transistors 71 and 72 as well an output transistor 73. - '
In den Übergangsstufen werden die Eingangssignal aus der Impulsformierstufe über die Kontakte 64 und einen Impulstransformator 75 einem etwa bei 76 gezeigten Thyristor zugeführt, der in seinem Kathodenkreis einen Kondensator 77 mit einem parallelgeschalteten Widerstand 78 aufweist. Die Anode des Thyristors 76 ist über einen Widerstand 79 mit einem Kondensator 80 verbunden, der über einen Widerstand 81 aus einem Brückengleichrichter 82 gespeist wird. Ein weiterer Kondensator 83 liegt parallel zum Ausgang des Brückengleichrichters. Für die Ausgangsimpulse der Impulsformierstufe 61, die die entgegengesetzte Polarität aufweisen, ist eine ähnliche Schaltung vorgesehen, die einen Transformator 86 , einen Thyristor 87, einen Kondensator 88, einen Widerstand 89 und einen Widerstand 90 aufweist. Beim Empfang eines Eingangsimpulses schaltet der betreffende Thyristor 76 bzw. 87 ein und lädt den Kondensator 77 bzw. 88, bis der fließende Strom unter den erforderlichen Haltestrom fällt, wobei der Thyristor dann abschaltet; die Versorgung wird dabei durch die Zeitkonstante des Kreises 80, 81 begrenzt.In the transition stages, the input signal from the pulse forming stage via the contacts 64 and a pulse transformer 75 to a thyristor shown approximately at 76 which has a capacitor 77 with a resistor 78 connected in parallel in its cathode circuit. the The anode of the thyristor 76 is connected via a resistor 79 to a capacitor 80, which is connected via a resistor 81 is fed from a bridge rectifier 82. Another capacitor 83 is parallel to the output of the bridge rectifier. For the output pulses of the pulse forming stage 61, which are of the opposite polarity, a similar circuit is provided which includes a transformer 86, a Thyristor 87, a capacitor 88, a resistor 89 and has a resistor 90. When an input pulse is received, the relevant thyristor 76 or 87 switches on and charges the capacitor 77 or 88 until the flowing current falls below the required holding current, whereby the thyristor then switches off; the supply is limited by the time constant of the circuit 80, 81.
Die sich an dem Kondensator 77 bzw. 88 aufbauende Spannung liegt über einen Diac 92 bzw. 93 am Gatter eines' Triacs 94 bzw. 95» wobei Impulse erzeugt werden, bis der Kondensator 77 bzw. 88 entladen ist. Es ist festzustellen, daß es mit einem trägheitsarmen Motor geringer Induktanz, wie er von einem solchen mit gedruckter Ankerschaltung gebildet wird, möglich wird, die von dem Anker erzeugte Gegen-EMK als Anzeichen der Ankerbewegung zu verwenden,.um eine weitere Speisung des Ankers zu unterbrechen, wenn beispielsweise ein angetriebenes Element einen formschlüssigen Anschlag erreicht. Bei einem konventionellen Motor ist die Wicklungsinduktanz zu groß, um einen raschen Abfall der Gegen-EMK zu gestatten und das vorliegende ErgebnisThe voltage that builds up across the capacitor 77 or 88 is applied to the gate of a triac via a diac 92 or 93 94 or 95 »with pulses being generated until the capacitor 77 or 88 is discharged. It should be noted that it is with a Low-inertia motor with low inductance, such as that formed by one with a printed armature circuit, is possible to use the back EMF generated by the armature as an indication of the armature movement, in order to further feed the armature to interrupt if, for example, a driven element reaches a positive stop. With a conventional one The winding inductance of the motor is too large to produce a rapid Allow drop in back EMF and the present result
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wesentlich zu überbieten. Durch Verwendung beispielsweise eines Thyristors und eines Widerstands für die negative oder erfolgreiche Halbperiode der angelegten Spannung wird also eine Meßspannung erzeugt, die zur Steuerung verwendet werden kann.to be significantly outbid. By using, for example, a thyristor and a resistor for the negative or successful Half-cycle of the applied voltage thus generates a measuring voltage that can be used for control.
Fig. 6 zeigt eine Schaltungseinzelheit einer Anordnung, die die Erzeugung einer Folge von Impulsen hoher Energie in Abhängigkeit von einem einzelnen Impuls geringer Energie gestattet und sich zur Triggerung von Thyristoren verwenden läßt. Dabei liegt ein Eingangsimpuls an der Primärwicklung 100 eines Impulstransformators 101. Die Sekundärwicklung des Transformators ist zwischen Gatter und Kathode eines Thyristors 102 eingeschaltet, dessen Anode über einen Widerstand 103 an den Verbindungspunkt der Kathoden von Dioden 104 und 105 angeschlossen ist. Die Anoden der Dioden 104 und 105 sind an Wicklungen 106 und 107 eines Transformators 108 mit Mittelabgriff angeschlossen, so daß die Spannungen an den beiden Anoden gleiche Amplitude haben und um 180° phasenverschoben sind. Der Kittelabgriff zwischen den Wicklungen 106 und 107 ist an einem Punkt mit Null-Potential abgenommen. Die Kathode des Thyristors 102 ist mit dem Null-Potential über einen Kondensator 109 verbunden, zu dem ein Widerstand 110'parallelgeschaltet ist. Zwischen der Kathode des Thyristors 102 und einem Widerstand 113 liegt ein Diac 111 in Serie mit einem B'egrenzungswiderstand 112. Das andere Ende des Widerstands 113 ist an das Null-Potential angeschlossen.Fig. 6 shows a circuit detail of an arrangement which enables the generation of a train of pulses of high energy in Dependence on a single pulse of low energy is permitted and can be used to trigger thyristors. An input pulse is applied to the primary winding 100 of one Pulse transformer 101. The secondary winding of the transformer is connected between gate and cathode of a thyristor 102, its anode is connected to the connection point of the cathodes of diodes 104 and 105 via a resistor 103 is. The anodes of the diodes 104 and 105 are connected to windings 106 and 107 of a transformer 108 with a center tap, so that the voltages on the two anodes have the same amplitude and are 180 ° out of phase. The smock tap between windings 106 and 107 is taken off at a point of zero potential. The cathode of thyristor 102 is connected to zero potential via a capacitor 109, to which a resistor 110 'is connected in parallel. Between between the cathode of the thyristor 102 and a resistor 113, a diac 111 is connected in series with a limiting resistor 112. The other end of the resistor 113 is connected to the zero potential.
Ein Eingangsimpuls an der Wicklung 100 schaltet den Thyristor 102 ein, und der Kondensator 109 lädt sich mit einer von dem Widerstand 103 bestimmten Geschwindigkeit. Die Spannung am Kondensator 109 steigt auf einen Wert, bei dem der Diac 111 einschaltet, woraufhin sich der Kondensator 109 über den Diac auf den Widerstand-113 entlädt. Die Spannung an diesem Widerstand wird beispielsv/eise dem Gatter eines Triacs 114 -zugeführt, der einschaltet und den Kondensator 109 weiter entlädt. An input pulse on winding 100 switches the thyristor 102 and the capacitor 109 charges at a rate determined by the resistor 103. The voltage across the capacitor 109 rises to a value at which the diac 111 switches on, whereupon the capacitor 109 overcomes the diac discharges to resistor-113. The tension on this Resistance is, for example, fed to the gate of a triac 114, which turns on and continues to discharge capacitor 109.
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Die Spannung am Widerstand 109 fällt unter die Spannung, die zur Aufrechterhaltung des Stromflusses durch, den Diac nötig ist; der Thyristor 102 bleibt jedoch durch die Wirkung des Widerstands 110 und des Kondensators 109 im leitenden Zustand, bis der Strom unter den Haltewert fällt. Daraufhin steigt die Spannung am Kondensator 109 wieder an, bis der Diac 111 wieder einschaltet. Dieser Zyklus wiederholt sich über einen Teil der Halbperiode der Spannung aus dem Transformator 108, wobei am Ende dieser Periode der Thyristor 102 ausschaltet; dadurch wird in Abhängigkeit von dem Eingangsimpuls eine Reihe von Impulsen erzeugt.The voltage across resistor 109 drops below the voltage which is necessary to maintain the flow of current through the diac; however, the thyristor 102 remains by the action of resistor 110 and capacitor 109 in the conductive state, until the current falls below the holding value. The voltage on capacitor 109 then rises again until the Diac 111 switches on again. This cycle repeats itself over part of the half cycle of the voltage from the transformer 108, at the end of this period the thyristor 102 switches off; this becomes dependent on the input pulse generated a series of pulses.
Wie hier beschrieben, lassen sich Schaltungen entwerfen, die ein höchst zufriedenstellendes Maß an Steuerung vermitteln, Als Integralwirkung kann die Ausgangsimpulsfrequenz gegenüber dem Eingangssignal durch Verstellung eines vorher eingestellten Steuerknopfes verändert werden. Bei minimaler Einstellung hat der Ausgangsimpuls höchste Folgefrequenz, d.h. die Besugs-Versorgungsfrequenz, wenn das Eingangssignal der Steuerung das vorgewählte elektrische tote Band gerade überschreitet. Bei der maximalen Einstellung erreicht die' Ausgangsimpulsfrequenz die Maximalfrequenz so lange nicht, als das Eingangssignal .den vorgewählten Maximalwert hat. Die Beziehung zwischen dem Eingangssignalpegel und der Ausgangssignalfrequenz kann linear gemacht werden, und der Bereich der zur Verfügung stehenden Integralzeiten gestattet auf Grund der Flexibilität der Bauweise die Verwendung als schneller Positions-Servomechanismus oder als Ventileinsteil- und Steuermechanismus bei Vorgängen, wo Verzögerungen von Minuten auftreten können.As described here, circuits can be designed that provide a highly satisfactory level of control, The output pulse frequency can be used as an integral effect in relation to the input signal by adjusting a previously set Control knob can be changed. With the minimum setting, the output pulse has the highest repetition frequency, i.e. the Besugs supply frequency, when the input signal of the controller just exceeds the selected electrical dead band. at the maximum setting reaches the 'output pulse frequency the maximum frequency as long as the input signal has the preselected maximum value. The relationship between the input signal level and the output signal frequency can be linear can be made, and the range of available integral times is permitted due to the flexibility of the design use as a fast position servo mechanism or as a valve timing and control mechanism in operations, where delays of minutes can occur.
Wird die Versorgung als Bezugsfrequenz benützt, so wird ein Bidirektional-Thyristor verwendet, um die negativen oder die positiven Halbperioden der Versorgung auf die Ausgangslast zu schalten. Die Anzahl der pro Einheitsperiode geschalteten Halbperioden ist eine Funktion des Eingangssignalpegels und der Einstellung der Integralwirkung. Der gedruckte MotorIf the supply is used as the reference frequency, then a bidirectional thyristor used to supply the negative or the positive half-cycles to the output load to switch. The number of half-periods switched per unit period is a function of the input signal level and the setting of the integral action. The printed engine
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ist als Ausgangslast für die Steuerung "besonders geeignet, und "bei Verwendung in Verbindung mit einem Triac läßt sich Hochleistung "billig schalten. -Bei höheren Bezugsfrequenzen werden abwechselnd schaltende Halbleiter verwendet. Die maximale Schaltfrequenz wird von den Motorverlusten, dem Nutzungsfaktor und dem zulässigen Motorwirkungsgrad bestimmt.is particularly suitable as output load for the control ", and "when used in conjunction with a triac, high performance "switch cheaply. -With higher reference frequencies alternately switching semiconductors are used. The maximum switching frequency is determined by the motor losses, the utilization factor and the permissible motor efficiency.
Bei vielen Anwendungsfällen für Servomechanismen, die keine kontinuierliche Steuerung erfordern, hat die beschriebene Steuerung mit einem gedruckten Motor beispielsweise den Vorteil, daß sich schnell reagierende Stellungs-Servoeinrichtungen bauen lassen, ohne auf Tachogeneratoren zurückzugreifen, da das Inkrement-Verfahren flexible Näherungsgeschwindigkeiten zuläßt. Dabei kann Überschwingen beseitigt werden, und mechanisches Spiel läßt sich durch langsames Annähern an den Abweichpunkt aus nur einer Richtung ausschalten. Is wird stets maximales Drehmoment entwickelt. Die bei Gleichstromsystemen bekannten Probleme der Trägheit und der Verzögerung lassen sich dadurch lösen, daß die Integralwirkungs-Steuerung auf optimale Näherungsgeschwindigkeiten eingestellt wird. Der Betrieb mit Triacs gestattet die Steuerung hoher Leistungen mit minimalem Kosten- oder Raumaufwand. Dabei können Steuereinheiten eingekapselt und mit extern zugänglichen Einrichtungen zur Steuerung des Proportionalbandes und der Integralzeit versehen werden.In many applications for servo mechanisms that do not have require continuous control, the described control with a printed motor, for example, has the advantage of that quickly reacting position servo devices can be built without having to resort to tacho generators, because the increment method allows flexible approach speeds. In doing so, overshoot can be eliminated, and mechanical play can be achieved by slowly approaching the Switch off point of deviation from only one direction. Is will always develops maximum torque. The problems of inertia and delay known in DC systems can be solved by setting the integral action control to optimal approach speeds. Of the Operation with triacs allows high performance to be controlled with minimal cost or space. Control units encapsulated and with externally accessible devices for controlling the proportional band and the integral time be provided.
Das Auflösungsvermögen des Systems wird von der Dauer eines Ausgangesignal-Inkrements oder -Schrittes und der gesamten Bewegungszeit der Ausgangseinrichtung bestimmt. Beispielsweise hätte eine Ausgangseinrichtung mit einer vollen Bewegungszeit von 2 Sekunden und einer Schrittimpulslänge von 10 m/sec ein maximales Auslösungsvermögen von etwa 1:200. Eine erhebliche Verbesserung der Leistung läßt sich durch automatische Reduzierung der Schrittgröße innerhalb des Ab-« gleichbereichs des Systems erzielen.The resolving power of the system depends on the duration of an output signal increment or step and the total Movement time of the exit device is determined. For example would have an output device with a full movement time of 2 seconds and a step pulse length of 10 m / sec a maximum release capacity of about 1: 200. A significant improvement in performance can be achieved automatic reduction of the step size within the achieve equal range of the system.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die beiden Ausgangs.-Triacs sowie ein Speisetransformator mit Abgriff an einem von den dynamischen Eigenschaften des Systems bestimmten, vorher eingestellten Punkt betrieben werden, wobei die logische Schaltung die Gatterimpulse an den an eine niedrige Versorgungsspannung angeschlossenen zweiten Triac zurückleiten. Die Voreinstellung des genannten Arbeitspunktes kann über ein Potentiometer erfolgen, das an der Pronttafel des Gerätes montiert ist.This is achieved in that the two output triacs and a feed transformer with tap are operated at a previously set point determined by the dynamic properties of the system, the logic circuit returning the gate pulses to the second triac connected to a low supply voltage. The above-mentioned operating point can be preset using a potentiometer that is mounted on the front panel of the device.
Um die Einschränkungen relativ niederfrequenter Schritte des mit einer Bezugsfrequenz von 50 Hz arbeitenden Systems zu beseitigen, kann mit einer intern erzeugten Bezugsfrequenz gearbeitet werden. Diese"Frequenz kann jeden beliebigen Wert haben; beispielsweise hat sich ein System mit 1 KHz,als praktisch erwiesen.In order to overcome the limitations of the relatively low-frequency steps of the system operating with a reference frequency of 50 Hz an internally generated reference frequency can be used. This "frequency" can have any value; for example, a 1 KHz system has proven practical.
Pig. 7 zeigt ein Schaltbild einer Anordnung, die sich zur Erzeugung von gegenüber einem Null-Wert positiven und negativen Signalen eignet und bei Hochfrequenz anstelle der unter Bezug auf Pig. 2 oder 5 beschriebenen Triacs verwendet werden kann.Pig. 7 shows a circuit diagram of an arrangement which is used for generating positive and negative values relative to a zero value Signals suitable and at high frequency instead of referring to Pig. 2 or 5 described triacs can be used can.
Gemäß Fig. 7 werden zwei Triacs 130, 131 von Eingangsimpulsen getriggert, die über entgegengesetzt gepolte Dioden 132, 133 zugeführt werden. Die Triacs werden über Dioden 134 und 135 sowie Widerstände 136 und 137 gespeist. Die Spannung an den Widerständen liegt an den Basiselektroden von Transistoren 138 bzw. 139, die von entgegengesetzten Leitungstypen sind und an deren Kollektor-Lastwiderständen I40 bzw. 141 Ausgangssignale bei 142 bzw. 143 erzeugt werden.According to FIG. 7, two triacs 130, 131 are triggered by input pulses via diodes of opposite polarity 132, 133 are supplied. The triacs are connected via diodes 134 and 135 as well as resistors 136 and 137 are fed. The voltage at the resistors is at the base electrodes of transistors 138 and 139, which are of opposite conductivity types and at their collector load resistors I40 and 139, respectively. 141 output signals are generated at 142 and 143, respectively.
Pig. 8 zeigt ein Schaltbild für die Leistungsstufe einer zur Verwendung bei Hochfrequenz geeigneten Steuerschaltung. Die gezeigte Schaltung umfaßt Klemmen 150, 151 zum Anschluß an eine Gleichstromquelle, etwa.eine gleichgerichtete Wechselstromquelle. Diese Quelle dient zur Speisung eines Motors 152.Pig. 8 shows a circuit diagram for the power stage of a control circuit suitable for use at high frequency. The circuit shown includes terminals 150, 151 for connection to a DC power source, such as a rectified AC power source. This source is used to feed a motor 152.
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Die Speisung des Motors wird durch eine Reihe von steuerbaren Silizium-Gleichrichtern oder Thyristoren oder von·äquivalenten Halbleiter-Schalteinrichtungen in Verbindung mit einem Kondensator 153 gesteuert, der durch entsprechende Schalttä'tigkeit der Thyristoren über die Motorwicklung geladen und entladen "wird.The motor is powered by a number of controllable Silicon rectifiers or thyristors or their equivalents Semiconductor switching devices in conjunction with a capacitor 153 controlled by corresponding Schalttä'tigkeit the thyristors are charged and discharged via the motor winding ".
1 Die Triggerpotentiale "für die Thyristoren werden von einer Trigger-Steuereinheit 154 geliefert, die so arbeitet, wie oben beschrieben, und Triggerimpulse, jedoch bei verhältnismäßig hoher Frequenz, erzeugt; daher, hat auch der dem Motor zugeführte Strom die Form von rasch auftretenden Stromimpulsen. · . · 1 The trigger potentials "for the thyristors are supplied by a trigger control unit 154 which operates as described above and generates trigger pulses, but at a relatively high frequency; therefore, the current supplied to the motor is also in the form of rapidly occurring current pulses . ·. ·
In der Schaltung sind acht Thyristoren gezeigt, die die Bezugsziffern 161 bis 168 tragen. Dabei sind die ThyristorenIn the circuit eight thyristors are shown, which the Bear reference numerals 161 to 168. There are the thyristors
161 und 162 sowie die Thyristoren 163 und 164 jeweils in Serie zwischen den Klemmen 150 und 151 eingeschaltet. Der Motor liegt zwischen dem Verbindungspunkt A der Thyristoren 161 und161 and 162 and the thyristors 163 and 164 each in series switched on between terminals 150 and 151. The motor lies between the connection point A of the thyristors 161 and
162 sowie dem Verbindungspunkt B der Thyristoren 163 und I64. Die Thyristoren 165 und 166 sind zwischen dem Verbindungspunkt A und einer Klemme des Kondensators 153 mit entgegengesetzter Polung parallelgeschaltet; die andere Klemme des Kondensators ist an die Klemme I5I der Versorgung angeschlossen. Die Thyristoren 167 und 168 liegen ebenfalls entgegengesetzt gepolt und parallel zwischen dem Verbindungspunkt B und der genannten einen Klemme des Kondensators 153. Die'mit a bis d bezeichneten Trigger-Elektroden sämtlicher Thyristoren sind an die entsprechend bezeichneten Ausgänge a bis d· der Steuereinheit 154 angeschlossen. 162 and the connection point B of the thyristors 163 and I64. The thyristors 165 and 166 are between the connection point A and a terminal of the capacitor 153 with opposite polarity connected in parallel; the other terminal of the capacitor is connected to terminal I5I of the supply. The thyristors 167 and 168 are also polarized opposite and parallel between the connection point B and the mentioned one terminal of the capacitor 153. Die'mit a to d designated trigger electrodes of all thyristors are on the correspondingly designated outputs a to d of the control unit 154 are connected.
Zunächst werden die Thyristoren 161 und 168 eingeschaltet, und es fließt ein Strom aus.der Klemme 150, über den Thyristor 161, durch den Motor 152, den Thyristor 168 und den Kondensator 153, so daß sich dieser auflädt und der Ladestrom den Motor erregt. Der Ladestrom nimmt exponentiell ab, bis die Thy-First the thyristors 161 and 168 are switched on, and a current flows from the terminal 150, via the thyristor 161, through the motor 152, the thyristor 168 and the capacitor 153, so that it charges and the charge current charges the motor excited. The charging current decreases exponentially until the thyroid
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ristoren 161 und 168 infolge des fehlenden Haltestroms abschalten. Dann werden die Thyristoren 166 und 164 eingeschaltet, so daß der Kondensator entladen wird, wobei der Entladestrom den Motor in der gleichen Richtung durchsetzt und damit die Motorerregung aufrechterhält. Dieser Zyklus wird dann wiederholt. Switch off transistors 161 and 168 due to the lack of holding current. Then the thyristors 166 and 164 are turned on, so that the capacitor is discharged, the discharge current passing through the motor in the same direction and thus maintains engine excitation. This cycle is then repeated.
■ Der Motor läßt sich in der entgegengesetzten Richtung antreiben, indem zunächst die Thyristoren 163 und 165 zur Aufladung des Kondensators und dann die Thyristoren 167 und 162 zur Entladung des Kondensators eingeschaltet werden.■ The motor can be driven in the opposite direction by first turning the thyristors 163 and 165 to Charging the capacitor and then the thyristors 167 and 162 are switched on to discharge the capacitor.
Die Betriebsfrequenz kann hoch sein, wobei sich eine Frequenz bis zu 4 KHz als praktisch erwiesen hat. Die Kapazität des Kondensators 153 wird mit Rücksicht auf die Betriebsfrequenz und den Widerstand der' Motorwicklungen gewählt. Die Versorgungsspannung an den Klemmen 150 und 151 wird nach der Nennspannung des Motors gewählt. In der Praxis kann die Spannung beispielsweise im Bereich von 20 bis 230 V liegen; bei einem Motor mit einem Widerstand von 1 Ohm hatte der Kondensator C eine Kapazität von 50 uF.The operating frequency can be high and a frequency up to 4 KHz has been found practical. The capacity of capacitor 153 is selected with regard to the operating frequency and resistance of the motor windings. The supply voltage at terminals 150 and 151 is increased the rated voltage of the motor. In practice, the voltage can be in the range from 20 to 230 V, for example; for a motor with a resistance of 1 ohm, the capacitor C had a capacitance of 50 µF.
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Claims (16)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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