GESCHIEDENIS VAN DE REGELTECHNIEK TOT 1940

AFDELING DER ELEKTROTECHNIEK TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN Groep Meten en Regelen

GESCHIEDENIS VAN DE REGELTECHNIEK TOT 1940 door Cees de Lange en Paul Joormann

Rapport van het stagewerk uitgevoerd van september tot december 1977 in opdracht van prof.dr.ir. P.Eykhoff onder leiding van ire C.Huber

2

SAMENVATTING: Dit stageverslag geeft een overzicht van de belangrijkste ontwikkelingen van de regeltechniek vanaf de Hellenistische oudheid (ca )00 v.Chr) tot ca1940. Per hoofdstuk van dit verslag worden het ontstaan en de ontwikkeling van een type regelsysteem beschreven. Door de te beperkte tijd en de uitgebreidheid van het onderwerp is het beeld van de geschiedenis niet volled~g, in een laatste hoofdstuk worden aanwijzingen gegeven voor vervolg van het werk. Als bron van informatie zijn uitsluitend de diverse T.H.E.-bibliothe ken gebruikt. SUMMARY: This projeot-report intends to give a survey of the most important developements in controlengineeringfrom ancient Hellenistio times (ca )00 B.C.)up to 1940. It has been divided into chapters, eachof which describes the origin and developement of one type of regulator or device. Due to limited time usually spent on such a project and the extensiveness of the subject this view of history is not complete~ in the last chapter indications for a follow-up are given. Furtheron it must be noted that exolusively the libraries of the Eindhoven University of Technology have been used as sources of information.

3

INHOUDSOPGAVE: bIz. Samenva)ting I Summary Inhoudsopgave: Inleiding Hoofdstuk 1. Afbakening va~lhet begrip regeltechniek met betrekking tot dit onderzoek. Hoofdstuk 2. Niveauregelingen. 2.1. Inleiding. 2.2. Ktesibios. 2.3. Olielamp van Philon. 2.4. Heron van Alexandria. 2.5. Regelingen in de oudheid - samenvatting en andere regelingen. 2.6. Vlotterregelingen na de oudheid. 2.7. De herontdekking in 1723. 2.8. De verdere invoering van de vlotterregelaar. Hoofdstuk 3. Temperatuurregelingen. Inleiding. 3.1. 3.2. Drebbel's thermostaat. 3,). Verdere ontwikkelingen van de thermostaat. William Henry's 'Sentinel Register'. 3.4. De regeling van Bonnemain. 3.5. 3.6. Temperatuurregelingen na 1800. Hoofdstuk 4. Drukregelingen. 4.1. Inleiding. 4.2 Het veiligheidaventiel van Papin. 4.3. Het patent van Robert Delap. 4.4. De p - regelaar van Murrey. 4.5. De eerste combinatie van twee regelsystemen. 4.6. De gasdrukregelaar van Clegg. Hoofdstuk 5. Regelingen bij molena. 5.1. Inleiding. 5.2. De Ruttelschuh. 5,). De zelfkruiende mol en. 5.4. De zelfzwichtende molen. 5.5. Het probleem van de onderlinge afstand der molenstenen. De eerate centrifugaalregelaar met terugkoppeling. Verdere ontwikkelingen van de snelheidsregula_ teur bij molena. Hoofdstuk 6. Toerentalregelingen. 6.1. Inleiding. 6.2. Een regelaar uit de tijd v6er Watt. 6.). De originele regelaar van Watt. 6.4. De ontwikkeling tot 1834. 6.5. Airy en de ontwikkelingen na 1834. Hoofdstuk 7. Regeltheorie. 7.1. Inleiding. 7.2. Robert Hooke. 7.3. Christiaan Huygens.

2

3 5 9 10 10 10 11 12

13 15 16 17 18 18 18 20 20 21

25

23 25 25 25 26 27

28 30 30 30 31 33

39 41

42 44

44 44

44

45 49

58 58 58 59

4

7.4.

Regeltheorie na Hooke en Huygens tot ca1800. Ontwikkelingen tot 1834. 7.5. Ontwikkelingen tot 1868. 7.6. Ontwikkelingen na 1868. 7.7. Hoofdstuk 8. Regeltechniek en electronica. Inleiding. 8.1. 8.2. Terugkoppeling in de electronica. Hoofdstuk 9. Geschiedenis van de rekenmachine. Inleiding. 9.1. Analoge rekenmachines. 9.2. Overzicht van de geschiedenis van analoge 9.3. rekenmachines. Mechanische analoge rekenmachines. Elektronische Integrieranlagen und hybride Analogrechner. 9.6. Algemeen overzicht. ~H~o~o~f~d~s~t~uk~~1~0~. Follow-up. 10.1. Inleiding. 10.2. Onderwerpen met beschrijving en literatuur. 10.3. Overige Onderwerpen. 10.4. Lite~atuur bij Hoofdstuk 10. Bijlagen. 1•

Chronologisch overzicht van de geschiedenis van de electrotechniek. Openbare tijdaanwijzing. LiteratuurIijst. Namenregister. Overzicht van de twee borden.

bIz. 60 60 61 63

73

73 75

85 85 86 86

89 92 92 97 97 ':7 '1 () 'I 101

105 110 123

129

5

INLEIDING:

Enige tijd geleden was er een tentoonstelling in Wenen waar een overzicht gegeven werd van de geschiedenis van dataverwerking. Rierbij kwam ook de regeltechniek aan bod, zij het vrij summier. Prof. Eykhoff yond hierin aanleiding om aan de T.R. stages te laten verrichten die dieper ingaan op de geschiedenis van specifiek regeltechnische aspecten. Ret was de bedoeling om te komen tot een presentatie van de resultaten op een wandbord, waarop een overzicht van ontwikkelingen in regeltechniek en regeltheorie gegeven wordt. Dit bord hangt inmiddels bij de vak~roep ER, E.R. vloer 3, terwijl dit verslag achtergrond informatie geeft bij dit bordo De manier waarop materiaal verzameld is, valt uiteen in twee verschillende methoden: gericht zoekenz via catalogi ( auteurs, titels, trefwoorden, systmatisch) - minder doelgericht:als van een schrijver een boek waarnaar ergens verwezen wordt, niet aanwezig blijkt, kan zoeken naar andere boeken of artikelen van die schrijver nog wel eens wat opleveren4 idem voor bepaalde trefwoorden of begrippen. Dit onderzoek is beperkt gebleven tot literatuur uit de diverse bibliotheken van de T.R.Eindhoven, de centrale bibliotheek en de studiebibliotheken. Voor het vele typewerk zijn wij dank verschuldigd aan onze beide typistes, Amelie en Ellen Joormann.

6 Gebruikte apparatuur:

7

itMa ~U1Jberf\)lJb

eiltfte
~icf
bencn fo ,-,bet ~ll ?ttt~ t'n~ mit bcm ~ob4tgta bdabcn feV"•

d i is ob{tcgcn / \'~rnc{)mhdietl ~lbt:r

.~~~<Slm mit N~fce al't 1\hchinre, f41.n ma.n eine ~~o(fe 6~.~~~1I1CI\~)C g)~d)cc / oQne auff,le~.en \mb \)crct\bcrun~ ei, ~'~..j~lltG C)tt6Id2cn/\H\~ bU.9(Ctq, \)mb\"cnben /~bet~ bv.6/ fo l.!"c: he tlu* bcq tlcndigrctt / "~9 ftc I,\t\ bent ~rt / bl,\ ~~ ~uff~ ~eltcUct Wt~~ 1fc~.c \"et1tgl'll,\~ \)"b CI,\Uffi etnt\tmmctl tnma.f/, fett eitt febc~ tlccndnffc:i,9cl: I,\U(\ tf2cem Wbci~ (eid)eUd)ert <~I £et\t\cn ~4\1l. Q;6 itt I,\bcc fold) ~(\" mit bem artificio t"~e~id)' tee/ \1nO I,\ufffold)e \l'cifc I,\n,geoc~nee / bl,\~ fo m(\rt tlie 23ftd)c~ \tuff1~.te mu(b o~cc ~'\ffclcin (cget / bicfc1bcn / ob fd)on bl,\t1 ~(\~ ~CtUmb gett:i~betl \l)ct:bc / nicma.f1.(en f2erl,\bfl,\{(cn o~e~ [td) Nn 1Qren ~ttcn/t>I,\12tn ~e 9dcget fC.\)tl/bewegetl/fontlern fte b(Ciben ein Ollt( \\lie t>l,\a I,\nbcre/tlnb fommcn ~cc fhtbtrett' tlcn ~et,ot\ ~u [efen \10~ I ,,'ie ~e l,\uffNe ~ul"te O~tt eintgct\ "tlblt\~Ct1.9c1c~ct fe~n/ ~t1 e"tl ",uep tliefeG ~ab ~toa ober flctn nad).get~Uetl9Cmad)ec \'Ocrbcn/bod) bl,\~ bet ~~eifCct Ifo eo tn, t~d)tce 1etnee jebctl efleilee proportionCll bell ~I,\bca artificii \lJol obl~rvire, \ltl~ in ,9ute "'d)e neQme / roie et: tlerm fo(d)e6 lcid)tltd)cn eQut\ f4lt\ / \'OCtltl c~ I,\([e fhlcfe Nefe~ tlnfec fleinetl ~~~dCUlf\>l\t> bie (\nberc and; cia,fo "U~.ier in tliefec Machi na gefe12en 1\)nb inJl}cet: befonbet~tt proportion \It\b men {ilr ~C, nll,\d)et \"(t~en/\tJo( bcecl,\d)tCtl \'Oittl. ~ntl bl,\mit fold)ea te, be,rml,\n/ fo l:lcfe Machi 11 ,11n bC,9cQcet I,\tl~u~id)een/~efCo leid), tc~ \'cctleQcn m0.9c IQ~bC iel) I,\lHltc~ I,\((c ani ncia, wdd) nU Ne, fc~Machillcn Ct;fotbcrt \lJc~bcnl I,\bfonbcdid>en \1oc,gebdtlce \)tl~ cncbccfce / bl,\mtt fte ,(bee tlel10 belTet fl,\f}Cn / \)tl~ bctfdbcn tl~d) nocQbuttfc rid) nUS CI bt~"q,Ctl '''If{e.

ui t: Ramel1is -

1620

WERKWIJZE: BIBLIOTHEKEN ,

,

Trefwoorden-

~

5 Y'5 t emat i s c h -

~

r1 H - -

Schrijvers-

Catalogi

,

...,

TijcJschriften

-

I

~ I

1

I

B 5 E

8

I

r

I

5: R

B 5 N

~

B 5 B

I

,

B L U

~

BESPREKING

FOTOCOPIEN

,

®

~

J

®

~

®

~

I

-

I

@

I

-

~

I 1 I

...

@

I

1

EYKHOFF/HUBER

I

~

Type-knip-en plakwerk

-,

General Information Process or

,.

Ve r trag i n9 sLij n

1

I

-

-

,.

:1

Ver sLag

II

Bard

II

\

,. ~

:1

9

HOOFDSTUK 1: ~!~~~~~~~~_~~~_~~~_~~SE~E_E~~~~~~~~~~~~_~~~_~~~E~~~!~~_~~~_~~! onderzoek.

In allerlei li teratuur OIl regal technisch gebied wordt het begrip 'regeling' (regelen, regelsysteem, enz.) niet eenduidig gebruikt. In Duitse literatuur worden 'Steuersystem' en 'Regelsystem' gebruikt, waar tussen door de auteurs duidelijk onderscheid wordt gernaakt. Een 'Steuersystem' is een systeem, waarin een grootheid geregeld wordt, echter zonder dat daarbij terugkoppeling wordt toegepast. Bij een 'Regelsystem' is weI terugkoppeling aanwezigo In Engels-, en Nederlands-talige literatuur wordt vaak voor beide boven beschreven begrippen de term 'regelsysteem' gebruikt. Onderscheid wordt nu gemaakt tussen regelsystemenen met terugkoppeling en zonder terugkoppeling. Dit is ook de meest gebruikte terminologie op de T.H.E. Dit verslag bedoelt een overzicht te geven van regelsystemen en hun geschiedenis. Het toepassen van terugkoppeling is weI een criterium, echter niet het enige om een systeem of apparaat in dit verslag op te nemen. Diverse 'Steuersysteme' zijn ook opgenomen omdat ze voorlopers waren van systemen met terugkoppeling. Anderzijds zijn diverse apparaten buiten beschouwing gelaten, waarin weI terugkoppeling te onderkennen is, maar die geen duidelijk regelende functie hebben.( mechanische flip-flops, die men door de eeuwen heen ala speelgoed tegenkomt, en multivibratoren) •

10

HOOFDSTUK 2:

2.1.

2.2.

Inleiding: In dit hoofdstuk wordt het ontstaan van regelingen beschreven, welke de hoogte van een vloeistofniveau bepalen. HoeweI de regelaar in de meeste gevallen principieel dezelfde is, wordt deze hier meerdere malen beschreven, doordat de toepassingsgebieden nogal sterk uiteenlopen. Het wateruurwerk van Ktesibios (ca. 250 v.Chr.) Dit uurwerk bestond uit een vat KLMN waarin water kon lopen, met een drijver P. Het waterniveau in het vat en dus de drijver gaven de verstreken tijd na een bepaald begintijdstip weer. De watertoevoer geschiedde door een gaatje vanuit een tweede vat BCDE, dat zo goed mogelijk tegen stromingsweerstand-veranderingen werd beschermd door verschillende in die tijd bekende hulpmiddelen, zodat hierdoor het waterdebiet niet veranderde. Dit debiet is verder aIleen afhankelijk van het niveau in hat tweede vat. Dit werd con_u stant gehouden door de waterT toevoer naar vat BCDE te regelen met een vlotter G. Deze was conisch en sloat direkt de aanvoerleiding A af. Meting van de te regelen grootheid (het niveau) en regeling hiervan,was nog gecombineerd in een onder" F deel, de vlotter G. Leiding A .A werd op zijn beurt gevoed uit de beroemde waterleidingsysteL men der Grieken. Q Bij gebruik van de klok stijgt het water in vat KLMN met een constante snelheid.De tijd , nodig voor het vollopen van het vat, is dus steeds dezelfde. Dit leverde een probleem op, bij de toen bestaande tijdrekening. Elke dag, beginnend bij zonsopgang en eindigend bij zonsondergang, bestond toen uit twaalf uren. De duur hiervan varieerde dus met de jaargetijden. Dit probleem werd opgelost door de fig. 2,1. Wasseruhr des Ktesischaalverdeling der uran STUV bios (nach Diels). draaibaar te maken en op de om- uit Mayr. trek de lengte der uren te varieren, zoals in figuur 2,1 te zien is. Als nu bij zonsopgang het vat KLMN geleegd werd kon steeds het correcte uur van de dag worden afgelezen, mits de schaal

11

2.3

elke dag een beetje gedraaid werd. Bij later gebouwde klokken gebeurt dit automatisch. Als de tijdaanwijzer Q bij zonsondergang 'boven' gekomen was, werd dit via een aantal overbrengingen doorgegeven aan kraan 0, welke opende. Het uitstromende water draaide de schaal STUV dan 'een dag t • De olielamp van Philon (oa 230 v. Chr.)

g

h

z

b fig. 2,2 Philons Ollampe.

Philona Ollampe, schematische Darstellung. uit Mayr.

De bedoeling van deze lamp is om het niveau in vat ghz constant te houden, om hierin een lont te laten branden. Daartoe zit in een voorraadvat abc olie, beneden een niveau n. Deze olie stroomt net zolang in vat ghz, tot het niveau hierin k bereikt heeft.Nu kan lucht niet meer toetreden tot abc, omdat kmn afgesloten is door de olie en de uitstroombuisjes be en cd zijn z6 nauw dat lucht oOk hierdoor niet naar binnen kane De olietoevoer stopt. Als de lamp brandt, zal het olieniveau in ghz dalen, waardoor de opening k vrijkomt en opnieuw olie toestroomt; enz. Het vullen van ghz gebeurt niet continu, maar intermitterend. Het niveau varieert dan oOk tussen twee uiterste waarden. De regeling is de oudst bekende tweepuntsregeling. De intermitterende werking komt door tijdvertraging bij het op gang komen van het uitstromen van de olie, door looptijd bij het toenemen van het oliepeil, door 'uitschakelvertraging' bij het stoppen van de oliestroom (massatraagheid) en door hysterese van de afsluiter ten gevolge van adhesie, oppervlaktespanning en atmosferische druk bij k, e en d. Bij deze olielarnp vervult het te regelen vloeistofniveau zelf de functie van sensor en actuator, die bij het uurwerk van Ktesibios door de vlotter werd vervuld. Het systeem wordt tegenwoordig op boerderijen, waar het vee moeilijk met leidingwater bereikbaar is, nog toegepast bij de drinkwatervoorziening.

12

2.4.

Heron van Alexandria (ca. 50 n. Chr.l

fig. 2,3 Schwimmerregelung von Heron (Pneumatik I:20). ui t Mayr.

~ :F---

_?

"A

___

,~

/"4'

,

-'"~ --- - ---- -u_n' - - -. '-

..

-1\

')"'\ \

Ook Heron maakte bij het vullen van een wijnbeker gebruik van van een vlotter (niveau) regeling. In fig. 2,3 is hiervan een afbeelding weergegeven. Het systeem spreekt voor zichzelf. De balans S diende alleen voor het op z'n plaats houden van van de drijver X • Fig. 2,4 geeft een andere niveauregelaar van Heron weer. Duidelijk nieuw hierbij is, dat meting van het niveau (drijver J ) en regelaar ervan (klep ~ ) nu zijn gescheiden, in tegenstelling tot de klok van Ktesibios en bovenstaand apparaat. Heron beschreef verder nag een regelaar met behulp van een gewicht, waarmee hij alweer een wijnkroes tot een bepaald niveau vulde (fig. 2,5).Ook hier zijn meting en regeling K

fig. 2,4 Schwirnmerregelung von Heron. (Pneumatik II:)1) uit Mayr.

l\

fig. 2,5 Gewichtsregelung von Heron (Pneumatik II:30). ui t Mayr.

13

gescheiden. Dit geeft het voordeel van instelbare parameters en setpoint. Heron heeft nog vele andere apparaten beschreven in z'n Pneumatiek I en II, waarin op de een of andere manier een vlotterregeling werd toegepast, maar die voor dit verslag van weinig belang zijn, daar ze geen nieuwe gezichtspunten bevatten. 2.5. Regelingen in de oudAeid + andere regelineen - samenvatting. Het ontstaan van de vlotterregelingen is in de oudheid te danken aan de behoefte tot verbetering van bestaande uurwerken. Deze bestonden uit een beker, met onderin een gaatje, waardoor het water wegliep. De uitstroomsnelheid was natuurlijk afhankelijk van het waterniveau in de beker. Het is niet bekend of Ktesibios de uitvinder van de vlotterregeling is geweest. Veeleer lijkt het, dat hij een reeds bestaand uurwerk voar 't eerst heeft beschreven. Z'n werk

v=

fig. 2,6 : Re~elung einer niveaudifferenz bei Heron (Pneumatik 1:2') uit Mayr.

fig. 2,7 uit Mayr.

is niet rechtstreeks bekend, maar aIleen via weI bewaard gebleven geschriften van latere auteurs. Ook Philon en Heron hebben waarschijnlijk niet aIle apparaten uitgevonden, die ze beschreven. WeI maakten ze van reeds bestaande apparaten verbeterde en aangepaste versies. Tussen het werk van de drie genoemde auteurs lijkt geen verband te bestaan. Het werk van Heron was aIleen uitgebreider en kwalitatief beter, dan dat van z'n voorgangers. Zijn werk is vrijwel in z'n geheel in de oorspronkelijke taal bewaard gebleven. De reden, waarom het gebruik van de vlotterregeling aIleen tot wateruurwerken en wijndrinkbekers beperkt is gebleven, was waarschijnlijk het volkomen ontbreken van andere toepassingsmogelijkheden.

V2gh

14

Andere regelingen uit de oudheid: Apparaten van Heron: In zln Pneumatiek 1:4 beschreef Heron een apparaat, waarmee op een andere manier, dan met een vlotterregeling een constant waterdebiet kan worden verkregen. (fig. 2,6) Schematisch is dit apparaat weergegeven in fig. 2.7. Deze regeli_ng bevat geen terugkoppeling.Alleen omdat er geen stoorgrootheden optreden, is de stroming constant. Verder beschreef Heron in z'n Pneumatiek II een 'samovar', een apparaat, waarin thee gezet werd, afgebeeld in fig 2,8. In de binnenste cilinder zit houtskool, dat het water in de buitenste cilinder verwarmt. Hierdoor blaast lucht uit de trommel in hot water, via een luchtpijp boven op do houtskool, waardoor dit beter gaat branden. Dit apparaat is een heel oud voorbeeld van een regelapparaat met een meekoppeling. Een derde apparaat, beschreven door Heron, is een olielamp, fig • 2,8 Heron: ISamowar'. Nach einer Manuskriptzeichnung. Der Behalter ist voll Wasser; in dem schmaleren Zylinder in der mitte die Holzkohle. Aus der Luftkammer rechts strowt die mit Dampf vermischte Heissluft durch das Kopfchen aus und facht das Feuer an. Wenn kaltes Wasser in die Schale gegossen wird, fliesst das heisse aus dem Hahnen aus. Das kleine in die Schale fuhrende Rohr zeigt an, wann das Wasser kocht. uit Feldhaus - 1954. WlI1

Trinhl

fig. 2,10 Trinkhalmregler. uit Mayr.

fig. 2,9 Ollampe, die den Docht automatisch nachschiebt, nach Heron, urn 62 n. Chr. uit Feldhaus - 1954.

vom

WeinfaJ.'

15

waarbij, door het verminderen van hat olieniveau in de lamp, de lont automatisch opgeschoven wordt (fig. 2,9). Deze lamp is een apparaat waarin een regaling zit zonder terugkoppeling. De basturing van de lont, gabeurt volgens aen bij de bouw van de lamp vastgelegd systeem. De drinksnelheidsregelaar uit China (ca 1178) Dit apparaat, afgebeeld in fig. 2,10 heeft tot doal de maximale en minimale drinksnelheid van een wijndrinker te bepalen. De wijnconsumptie van de gasten op een feest ward met behulp van dit 'rietje' vastgesteld. De werking van de regelaar blijkt duidelijk uit de figuur. Vlotterregelingen na de oudheid • .A --::-:c-: .-- -- --.-.

I

6

6

r

C

-/~~~--

.-

fig. 2,11 Uhr des Pseudoarchimedes Rekonstruktion von Wiedemann-Hauser. ui t Mayr.

.,

/'1-J - ----=9 _'Mi

(

'--~

- (Y_~J V-J

r

~J A~ -t

/J

1

t

r

.-= __.==:r..

./

it

J

J - -II

I' ~)

L

T--t1

~-

16

e De techniek van de wateruurwerkbouw is tot in de 13 eeuw steeds Terder geperfectioneerd. De Grieken en later ook de Arabieren bouwden vele, soms zeer ingewikkelde, wateruurwerken, welke soma meters hoog waren. Deze uurwerken gaven niet aIleen de tijd tijdens de dag en de nacht aan, maar ook b.v. de stand van maan en sterren. Een uurwerk. gebouwd door een Griek, die zich Archimedes noemde, maar die, om geen verwarring met z'n'grote' collega te krij~en, Pseudo-Arohimedes wordt genoemd, is, ter illustratie afgebeeld in fig. 2,11 ( hij leefde rond 1000). Grote Arabische uurwerkbouwers waren Al-~azarl en Rigwan (beiden ca 1200). Allerlei vernuftige apparaatjes om bekers vol te houden en/of te maken zijn beschreven door de drie gebroeders Benu-Musa (Ca 950). Hierbij kwamen het meet- , en regelsysteem zowel gescheiden als gecombineerd in "n onderdeel voor. Ook zijn van hen tweepuntsregelingen bekend. Na ca 1300 is devlotterregelingvolkomen uit aile bekende literatuur verdwenen, hoewel hij in ~uropa, door vertalingen van de eerder beschreven auteurs zeer weI bekend moet zijn geweest (o.a. vertalingen door Commandinol). De oorzaak hiervan moet wederom gezocht worden in het helemaal ontbreken van toepaasingsmogelijkheden. Het wateruurwerk werd rond 1300 n.l. langzamerhand vervangen door raderuurwerken en de wijnvulapparaten raakten in onbruik, waren waarschijnlijk te moeilijk in hun toepassing . 2.7. De herontdekking in 1723.

-------1

------------~-

fig. 2,13. Detail aUG fig. 2,12. mit der erste neuzeitlichen Flussigkeitsstandregelung mit Schwimmer von 1723. uit Mackensen - 1971.

fig. 2,12. Kupferstich der von Joseph Emanuel Fischer von Erlag um 1722-1723 erbauten Newcomensen Dampfmaschine in den Schwarzenbergischen Garten in Wien. Aus: "Da.s merckwiirdige Wienn". uit Mackensen - 1971.

17

Joseph Emanuel Fischer von Erlach (1693-1142) bouwde in 1123 in cie tuin van de vorst V:lll Schwarzenberg in Wenen een stoommachine Vlln NewcoJrlen. Hierin ward, in tegenstelling tot andere types, b.v. in Engeland een vlotterregelaar toegepast. De stoommachin:e is afgebeeld in fig 2,12, met in fig. 2,13 de regeling in detail. De regelaar werkt ongeveer zoals een stortbak van een modern toilet. Een holle koperen kogel 0 drijft op het water in de bak H, waarin het waterniveau constant Rehouden wordt. Stlj~en en dalen van 0 alult respektievelijk opent de 'kruan' n in de aanvoerleiding IVI. Met het water uit H wordt, tijdens de expansieslag van de ,machine. de cilinder gekoeld. 2.8. De verdere invoering van de vlotterregeling. In Engeland werd met de oudst bekende regeling, de watertoevoer naar huizen bepaald. (1140) Omdat leidingwater slechts gedurende enkele uren per dag beschikbaar was, werden gedurende die tijd waterbakken in huizen gevuld tot een bepaald nineau. In 1758 kreeg James Brindley eenpatent voor een vlotterregeling, a18 onderdeel van de boiler van een stoommachine. Het waterniveau in de boiler, van waaruit waterdamp in de cilinder stroomde, werd met een dergelijke regelaar op peil gehouden. In 1115 en 1118 kregen A. CUID.'ning en 1. Brahmah patenten voor toilet ten met waterspoeling. De regelaars in de stortbakken, worden daarin echter niet meer beschreven, zodat mag worden aangenomen, dat vlotterregelingen bij deze toepassing als reeds bekend werden beschouwd. In 1184 werd nog opnieuw een patent uitgegeven aan Sutton Thomas Wood. Het principe van de regeling is steeds hetzelfde, aIleen de uitvoering ervan is duidelijk verbeterd, ten opzichte van voorgaande, speciaal voor toepassing in de stoommachinebouw. Onafhankelijk van de ontwikkelingen in Engeland werd in Rusland in 1165 een niveauregeling uitgevonden door Polsunow (1128-1166) • Ook hij bouwde een stoommachine volgens hat principe van Newcomen. In de boiler hiervan kwam een vlotterregelaar voor, welke in fig 2.14 is geschetst. Het systeem is in principe gelijk aan aIle andere niveauregelingen met behulp van een vlotter. Na de hiervoor gegeven beschrijvingen van patenten en uitvindingen is, speciaal bij stoornmachinas de vlotterregeling alom ingevoard. Vanaf 1190 ward bij aIle bekende stoommachines in de boiler een niveauregeling met vlotter toegepast. fig. 2,1 1j . Wasserstandsregelung von I.IoPolsunow. 1. Dampfentnahme; 2. Storgrossej 3 .. Speisewasser; 4. Messeinrichtung; 5. Stellglied; 6. Feuerun(';; 7. Regelgrosse, uit Mayr.

18

HOOFDSTUK 3

3.1. Inleiding. In dit hoofdstuk is de ontwikkeling van de temperatuurregeling weergegeven. In het begin werd de regeling aIleen voor een zeer specifiek doel gebruikt (zoals bij vrijwel aIle nieuwe regelingen), n.l. voor het constant houden van de temperatuur in broedovens. Later werd, naar aanleiding van de ontwikkeling van de stooJrunachine en de problemen met de stoomtemperatuur daarin, ook hier de temperatuurregelaar geintroduceerd. 3.2. Drebbels thermostaat ('Athanor') . , . ,_ _v 5 f ~D ~

A_~ ---~~-------

fig. 3,1.Drebbels Brutofen (Cambridge MS.) uit Mayr.

fig. 3,2. Urebbels Athanor (Cambridge MS) ui t Mayr

In de literatuur is de oudste thermostaat vermeld door N.C. Fabri de Peiresc ( 1580-1634) in het jaar 1624. Hij beschreef in een dagboekaantekening een thermostatisohe oven, uitgevonden door Cornelis Drebbel (1572-1633) Deze broedoven is weergegeven in fig. 3,1 (Mayr 38). Een op hetzelfde principe berustende .chemische ' oven is geschetst in fig. 3,2, (Mayr 39) Deze oven werd gebruikt voor verwarming van retorten. Hieronder voIgt de tekst uit Drebbels laboratoriumaantekeningen. Zijn Engels is niet z6 geweldig, hij had dit geleerd, kort voordat de aantekeninp;en tot stand kwarnen. "Thf Descriptioll of two Furnaces mlillg tltc/llse/pes a/l(} Keeping at allY Degree uf Heate thc olle for Hatching of Chickens.

19

n/(,

Firsl FiKure.. is ji,r Ihe curious Cli !"Illisl /fIe 21ld Figure ... is for lIalchin

of Cflickens and musl Bee lel/(Ied IVil" weale circumspeclioll alld diffkullie Ihis Furnace lIlusl /lee wilhoul,~ Wille "lIl'iIlK.? or 3 holes mnllillK from I"e P/(/I"e whal' Ihl' t\ (fire) is 10 IIIe 1'."d!:l's w"ic" mow I"e t\ liS A ol','r 1"1' jift' 1.1"1'.1' All Iroll I'lale willi A liole ill II/e //Iiddk liS II. Ihro whicli 11,1' 1I1'lIle l'Olllf'S olll'r ","idl is placed A DO/lhle jiJllre .(';lluare Tinnell, I,eadell or Copper /Jot ill wllich Ihe Fggs are Laid in Tmve amI willl ill the Douhle sides Boflome and TOil Ihe \1 (water) is IIUI with which il/l//lsl /lee filled Ihm a sma/ll'ipe CO/l/eillg 11111 of Ihl' Torrl of Ihe FO/lmlll'l' liS (' (/nd slill 11.1' Ihe \1 waler 11'(/.1'/.1' ill IIlusl lie I' /711t'd AKaine Ihro III,' SII/l/I' IVill'f' 1I01l01l1f' 01" 11/1' \Villa !lO\' 11,'1\1'1'1'11 II/(' no"I>I., 01/11 1111' Iii,' KIII.I',I" lI'Ii/,'II /,1 ttlit'd IVilh sl,/r/III.I' 1'111/ I" 1111' N,'''/', lInd in Ihe Necke 9, 1/1 jilllhis UI'lorte 1'1//1 II illS I jirst 1'111 If/(' ~ (ml'fI'/lr1'J ill Ih,," Ihe sllirilus l'illi I"en Tume ill ullp .l'i((e ((owne, I/Oiding to Ihe monlh and if ~ will cO/l/e illlo 11/1' neck I,el Ihe tJ. COl/Ie rOllnd Ihe sl/llare waler Box and il must Come oul all a round sma/l hole ill Ihe lIliddle of the Topl' of tile FtmwCl' as E IIpon which you must have a spoone 10 s"ut as F wlJich spoone musl hm'e A long handle playing /lpon A Cmss pinn al (,' and al 1111 hath A Sal'w By which meanes II may Be filled Backward or Flfwar(/, I/OW IllI're /l/usl Be anoll,a Pinn wilh A Screw all Ihe end of which is PUI A Liflle glass Pipe and fille(( into Ihe Neck ofye retorle as I: SOl' Ihal when the tJ. growl'lh "ofler tlu' Ordinarl' the spirit/lS I'ini expands iflselfe pressing /lpon Ihe ~ and the ~ Ihe I'illn I. and

so clnseth Ihe hole F arti dampe Ihe I:'. lil/ It comes to A i/lsl heate. Ihe first NK/trf' halh noe \1 /lU'l.: /1/11 Ihe Klass relOrl f): is I,aid alllill/lill in Ihl' wall of

llie Fllrnace Lel'rillK ill Hare to Ihe heate A finl!,ers /lrl'a(/Ih all a I,ong I/or musl ill have spiril/ls vini in ii, bill Emptie and ye Ileck willi ~ as ye other wlJich is with the Place K, The Barromeeler, 10 Know wltal f)eKree of heal Ihe hanace is aI, BeinK A small Bolts /lead with A LonK Neck Benl Crooked neer the Bowie pul in to Ihe side of ti'l' F/lmarc and the olher /lenl Crookl'(/ and prll inlo A l'io/l of ~ 111/11 IL~ ye heale ill('fl'lLI'eS Ihe A ire will mrifl'e anti till' will Koe ,Ii 1\\'lIe when YO/l will Sell ill all any deKree of lIeate as 10 //lake ill lIot/l'f ....' crew 111'1'

9

Ihe I'inn I a1ll1 SOl' Ihe spoone Keepes Ihe O{wner Ihl' Pipe of Ihe /Jolts 1Ieal1 f(llides YII/I wlwl f)eKree ilt is all. .. 1011

Beide ovens berueten op het principe weergegeven in fig 3,3 Een glazen buis D is gevuld met spirituG ~ijn hals is afgesloten met kwik ~ • Bij verwarming door het vuur zet de spiritu3uit en duwt het kwik omDamper hoog. Dit op zijn beurt, bestuurt via ~- ' f ,-----. - --~~--i een verstelbaar stangenstelsel een afsluiter, welke zich bevindt in het I I rookkanaal, waardoor de verbrandings.--- .. _--._--."--..., gassen stromen. lets meer afsluiten I Alcnhnl van het rookkanaal geeft vermindering van het vuur. De eigenlijke oven bevindt zich in een waterbak waaromheen de verbrandingsgassen stromen.

\r.

fig. 3,3 Drebbel's thermostat

20

3.3. Verdere ontwikkelin en van de thermostaat van Drebbel Na Drebbel hebben verscheidene uitvinders zich met de thermostatische oven beziggehouden; Ook bedachten anderen temperatuurregelaars, waarin de terugkoppellus ontbrak. Zo beschreef Schwenter in 1636 een apparaat,waarbij chemisch warmte werd opgewekt: Een sterk zuur druppelde uit een kapiIIairebtiislangzaam op een plak ijzer. waardoor reactiewarmte ontstaat. Robert Hooke had een olielamp uitgedacht. die gelijkmatig brandde, door de afstand tUBsen de lont en het olieoppervlak constanli te houden. Een hogere eindtemperatuur werd hierbij verkregen door meerdere olielampen onder het te verwarmen object te plaatsen. Een regeling met terugkoppeling zou zelfstandig zijn uitgevonden door Johann Joaohim Becher ( 16351682). Hij geeft eohter aIleen een beschrijving van zijn oven (1660) geen schets of tekening, en deze beschrijv.1ng lijkt dermate veel op Drebbel's broedoven. dat Becher op z'n minst weI bekend moest zijn geweest met hat ontwerp van Drebbel. De bekende physicus Ren&-Antoine Ferchault de R~aumu~ (16831757) publiceerde tussen 1747 en 1752 veracheidene geschriften over thermostatisch p,eregelde broedovena en over hp.t uitbroeden van eieren hierin. Hij gebruikte in principe ook hetzelfde ontwerp als Drebbel, zij het hier en daar techniech iets verbeterd. Hij onderkende duidelijk dat de oven, door enkele fragile onderdelen eigenlijk aIleen voor laboriatoriumtoepassing geschikt was. Hij heeft geprobeerd een vervanging te vinden voor het glazen kolfje met alcohol en het 'losse' kwik in de opening daarvan. de temperatuuropnemer dus.Verbeteringen, die hij aanbracnt waren echter nog niet voldoende, om de oven meer geschikt te maken voor toepassing buiten de laboratoriumsfeer. 3.4. William Henry's 'Sentinel Register'_

fig 3,4 William Henry's 'Sentinel. Register' uit Marr.

fig 3,5 Temperaturfuhler von William HenrY,schematisch Darstellung. uit Mayr.

21

Henry bouwde in 1779 een oventemperatuurregeling, welke een veel robuster constructie had, dan de eerdere regelaars. Zen oven is weergegeven in fig ),4, het detail van de temperatuuropnemer in fig 3,5. De opnemer bestaat uit een koperen vat C, met in een binnenvat water. Bij temperatuurverhoging zet de lucht in C uit en door de hierdoor ontstane drukverho~ing stijet het water in de buis. Een op <'lit water drijvende vlotter D geeft de bewep,ing via stan~en en~n scharnierpunt B dour aan de rookgaoafsluiter A, waardoor hat vuur in de oven minder gaat branden. Door het ophangpunt van D aan de arm te veranderen kan een hogere of lagere eindtemperatuur worden bereikt. Ook zou de set-point instelling kunnen geschieden door de hoogte van het scharnierpunt te veranderen, terwijl de hefboomlengteverhouding de 'steilheid' van de regeling bewerkt. Of het regelsysteem van Henry onafhankelijk V&n Drebbel is ontwikkeld is niet bekend. WeI heeft Henry in 1761 een reis naar Engeland gemaakt, waarbij hij in contact kan zijn gekomen met Drebbel's vindin~. De degelijkheid van constructie, en daarmee de praktische toepasbaarheid is sterk toegenoman. Henry noemt als toepassing: chemische ovens, broedovens, ovens bij de staal en porceleinbereiding, en regeling van de temperatuur in ziekenhuizen. ).5. De regeling van Bonnefiain (ca 1743 tot nA 1828~

:;

fig. 3,6 Bonnemain's Temperaturregelung Gesamtansicht. uit Mayr.

,,

,'

::

22

Rild

fig. 3,7 Bonnemain's Temperaturregelung, Einzelheiten. uit Mayr.

8

.....

Bild

d

~ .

_..

_-~--

::..:::r=L-=O.-

I

u

.

-

--1

._-----

-,.

T-=-_ -

(1iIl!

Uonnemain construeerde een duidelijk beter doordachte temperatuurregelaar, die, in tegenstelling tot de voornoemde regelaars, algemeen gebruikt werd. Hij pUbliceerde beschrijvingen van z'n apparaat in het frans, duits en engels, zodat zijn vinding toegankelijk werd voor vrijwel alle technici en natuurwetenschappers in de oude wereld. Bonnemain kreeg in 1783 een patent voor de temperatuurregelaar. Hij heaft er zelf ook uitvoerig gebruik van gemaakt, bij een grote kippenboerderij bij Parijs, waar hij kippen fokte, welke ~eleverd werden aan het koninklijke hof. De technische achtergronden VRn z'n regelaar heeft hij lanRe tijd geheim gehouden. PaD in 1823 heeft hij tijdenB cen tontoonstelling eon beochrijving van het apparnat gugeven. J:olig. 3,6 toont een totaalafbeelding van de warmwaterketel, waarin Bonnemain z'n regelaar bouwde. De temperatuuropnemer, de gestippelde stang in de figuur, bevond zich geheel in het water en bediende een rookgasklep S, welke te zien is in fig. 3,7 Cd).

l'

23

De werking van de regelaar is als voIgt: De staaf xx is van ijzer, welke coneentriseh is omgeven door een buis van 7.ink of van lood. Aan de onderzijde is de ijzeren stang in de mantel gesehroefd. Doordat de uitzettingseoefficient van lood of zink ongeveer het dubbele is van die van ijzer, duwt de mantel een aanslag a' omhoog, als de watertemperatuur toeneemt en daarmee de arm b' naar beneden. De arm e'is een balan~ met tegen~ewieht g, welke door b'linksom bewogen wordt. Hierdoor sluit de rook~asklep seen beetje en g:Lat het vuur onder de warmwaterketel zaehter branden, waardoor de watertemperatuur zakt. De regelaar is na de publikatie van Bonnemain veel toegepast, ook vaak in iets gewijzigde vorm. Het grote voordeel van deze eonstruetie is de betrouwbaarheid en degelijkheid van de eonstructie. Beide ontstonden voornamelijk door de toepssing van de bimetaal- temperatuuropnemer, gevolgd door een ~oede meehanisehe versterker. Een tempera0 tuurverandering van 30 had een standverandering van het uiteinde van de arm e'tot gevol~ van 4 em. De eindtemperatuur, kon door draaiing V:Ln de ijzeren stang, in zijn mantel veranderd worden (nulpuntsverandering). Ook de gevoeli~heid van het meetsysteem kon worden veranderd, door versehillende gaatjes in de arm e; waaraan de stang v/ kon worden gekoppeld. Het feit, dat metalen met versehillende uitzettingseoeffieient hier pas voor het eerst gebruikt werden voor de temperatuurregeling, is weI bevreemdend. Want reeds in 1726 gebruikte Harrison di t principe bi,i de lengteeompensatie van uurwerk81iTl/i;P.J'fl. tU~HJ(~n I i!cgende Li,jd is or, zover buknnd, nll!LLlllnd /',l)weest, die het bimetaal-principe toepaste. Harrison is, wCi.arschi;jnlijk, de ontdekker van het principe, Bonnemain heert aIleen een veel groter toepassingsgebied gevonden. 3.6. Temperatuurregelingen nl 1800. In 1830 kreeg Ure een Engels patent met de titel 'An apparatus for ReguT lation of Temperature in Vaporisation, Distillation and other Processes' Hierin bevond zich een thermostaat, volgens het principe uit fig. 3,8 De figuur spreekt voor zichzelf, A is het bimetaal, E de rookgasklep. In 1866 beschreef Gassiot een reeds lan~ van te voren door Appold gebouwde thermostaat Fig. 3,9. welke veel E overeenkomst vertoont met de tegenwoord:lg bl,i c.v.-lnntH.ll/ltle in huin-

In ele

II:uLlI'rll p;eLJrL.1i. k to

LOILlpora l.LlurOpnl'lrnIH'Il.

111 Legonstellinp; LoL den,e, wLLurblJ hot omsluan van de balans gebeurt

door een bimetaalspiraal, liet Appold de balans in zijn opnemer omslaan door ether, welke verdampte en daardoor de balans

fig 3,8 UREs Thermostat. uit Rorentrop.

{

24

J

(

fig. 3,9. APPOLQ~ Temperaturregler. uit Rorentrop.

waarin zich ook kiJik bevond, naar de andere kflnt deed omslaan. Zijn systeem is een tweepuntsregeling. De verschillende systernen, speciaal die van Bonnemain en e Ure werden tegen het eind van de 1g eeuw regelmatig toegepast, ook in industriele en hui3houdelij lee toepassingen. \)0 andere syntemen waren to inp:cwll;kelri. te vnel p;evoelig voor otoring'tl en der~elijkH (Urebbel e.v.) of waren meer speelRoed voor de uitvinder (Appold).

25

HOQli'DS'rUK 4:

Inleiding. De oudst bekende drukregeling (Papin) is niet een werkelijke regelaar, althans in die zin, dat de druk in een ketel geregeld wordt. Het veiligheidsventiel zorgt aIleen, dat de druk in een tank een maximale waarde niet kan overschrijden. AIleen in het geval. dat de druk in de tank deze maximale waarde zou gaan overschrijden door te grote stoom-toevoer, is het systeem een regeling met terugkoppeling. Bij lagere stoomdruk in de tank werkt de regeling in het geheel niet. Het veili heidsventiel van Pa in 16 -1712. In 1 81 werd Denis Papin opgenomen in de Royal SocietYiter gelegenheid daarvan publiceerde hij de beschrijving van een overdrukkookpan. De druk in de pan werd geregeld door een ventiel, dat met een gewicht belast was. De pan is afgebeeld in fig 4,1. De werking van het ventiel is uit de tekening duidelijk. In 1707 werd een dergelijk ventiel door Papin voor het eerst toegepast ter beveiliging van i I de hogedrukkamer van een door hem gebouwde II stoommachine. Na 1717 werd het ventiel toe~c c gepast op elke door Desaguliers gebouwde machine. Tekeningen van het ventiel worden daarna zonder beschrijvende tekst gegeven.Het ventiel isals een 'gebruikelijk' apparaat door de technici geaooepteerd. Bij het drukventiel, zijn evenals bij de niveauregelingen uit de oudheid funoties gecombineerd in een onderdeel, de afsluiter. ( meten en regelen van de drukl). Het patent van Robert Delap (1799) in Ierland. In fig. 4,2, is het gedeelte ABDEF de boiler van de stoommachine. G is de doorvoerpijp van de boiler naar de cilinder van de machine. De stoom moet met behulp van de regelaar 123H5 met constante druk worden toegevoerd. fig. 4,1 Papintscher De verschillende onderdelen zijn: Topf mit Druckregelung. 1= balansarm; uit Mayr. 2= cilinder met zuiger, waar de stoomdruk wordt gemetenr 3= afsluiter in de stoomdoorvoerpijp; H en 5 = gewichten. De werking is als volgt: Als de maohine wordt gestart, moet de afsluiter (3) worden gedraaid. Stoom vloeit nu naar de machine. In (2) wordt de druk gemeten. Is deze iets ~roter dan de met behulp van (H) en (5) ingestelde tdruk', dan zal de zuiger in (2) gaan stijgen, en daardoor de afsluiter () sluiten. Weglaten van (H) en (5) levert een stoomdruk van 1 Atmosfeer.

26

fie. B.

fig. 4,2. Druckregler von R.Delap. uit Mayr.

4.4.

Het systeem heeft technisch een belangrijk gebrek en zal daardoor waarschijnlijk nooit zijn gebruikt, een geringe overdruk in G zal de zuiger in (2) doen stijgen, net zolang tot (2) volledig gesloten is, waarna de druk in G snel wegvalt. Nu zal (2) volledig openen enz. Het systeem is dus een tweepuntsregeling, hetgeen niet de bedoeling is. Een verend element, ingebouwd in (2) zou dit probleem opgeheven hebben (Het wordt dan een p-regelaarl). De p-regelaar Van Murrey (1799).

, I

I I

I

!

I

I

r

.

i

I

fig. 4,3. Druckregelung von M.Murrey. uit Mayr.

C·

Ll~l_.~~,·'

..-.------~----.J

I ,

27

4.5.

Slechts drie maanden na het patent van Delap kreeg Mathew Murrey in Engeland een patent, waarvan het principe geschetst is in fig. 4,3. Het apparaat regelt de druk in de boiler zelf, door vermindering van hat Vtlur, als de druk te hoog wordt. Stijgt de keteldruk boven een ingestelde waarde, dan stijgt een zuiger B in de ciUnder A. Deze lineaire beweging wordt door B en C omgezet in een roterende en weI van de as D. Aan D bevindt zich een spiraalvormige schijf G met een gewicht H, waardoor de beweging van B wordt tegengegaan, en zich, doordat op de as D ook een rookgasklep E bevindt in de sohooTsteen F, een evenwicht instelt. De regelaar werkt goed en is praktisoh toegepast bij stoomketels. Een probleem was nog weI de grote dode tijd van het systeem. De eerate combinatie van twee regelsystemen.

i I

i

,j

fig. 4,4 Druckregelung von Boulton und Watt. uit Mayr. I

, I J

,I / i

:

f/ . /

t, II I

, ,

~ \.

"

'\ .''!

.~

'v.--,

'. .j'. ,

;

/

\

h

In 1803 verscheen in tekening Tan de firma Boulton en Watt een gecombineerde waterniveau en stoomdrukregelaar voor een stoom-

28

machineboiler. ( fig. 4,4 a en 4,4 b). De werking van de waterniveauregelaar is uit de tekeningen niet geheel duidelijk, maar beruatte op het 'normale' principe met een drijver en een daardoor bediende afsluiter van de watertoevoer. De dampdrukregelaar had hetzelfde principe als die van Murrey, waarbij de keteldruk niet direkt werd gemeten door een zuiger, maar door een drijver op een waterkolom in een buis, welke in het water van de boiler stake Een grot ere druk in deze boiler stuwde de waterkolom omhoog, en sloot daardoor een klep in het rookgaskanaal. Bovenstaande combinatie is bij verschillende machines aangebracht o.a. in 1820 door William Brunton.In 1922 bleek zelfs uit een onderzoek door het Engelse Lagerhuis, dat de regeling vrij succesvol functioneerde. Een andere drukregelaar, waarvan Rorentrop alleen een aanduiding geeft (blz 26) is een in 1849 door Burgess gebouwde drukregelaar voor waterleidingen, welke werkte met een veersysteem. De gasdrukregelaar van Murdoch en Clegg (1820). In 1808 werd door William Murdoch voor het eerst een complete straat verlicht met behulp van gaslicht, en wel Pall Mall in Londen. Bij de opslag van het gebruikte stadsgas, was een drukregeling noodzakelijk, welke in eerste instantie op dezelfde manier geschiedde als in Nederland gebruikelijk was, voor de invoer van het aardgas, bij de gemeentelijke gashouders. Zie fig 4,5. Door het gewicht van de bovenste cilinder bleef de druk van het opgesla~ -----,.----., gen gas, onafhankelijk van toe - of afvoer constant. E~n afwijking treedt wel opr Doordat , als de hoeveelheid gas in de houder vermindert, een groter deel van de wand van de boven"ste cilinder in het water verdween en daar~'-···777 door een 'gewichtsvermindering' onderging, ~ welke gelijk is aan het volume van d!t deel, / / / / .' . . . ///;X/5 .... / dat in het water gezakt is. De druk neemt daardoor iets af. (Prooentueel maar wei/ ./ ~///. / nig). ,/ :L'-LLL/ / In 1815 yond Clegg een drukregelaar uit fig. 4,5. welke bij de gebruiker werd geplaatst. Daardoor werden alle drukschommelingen uit het leidingnet opgeheven, ook die welke optreden door stromingsweerstand in de aanvoerbuizen. De regelaar van Clegg is geschetst in fig. 4,6. Een precieze beschrijving ontbreekt in de geraadp1eegde 11teratuur. Voorzover de tekeningen duide1ijk zijn, lijkt hat op het principe van de gashouders, de druk van het uitstromende gas wordt n.l. bepaald door het gewicht van een gasgevulde cilinder, welke nog met een extra gewicht is verzwaard.

/--:;:-
29

(I :..

_

-.,-------

fig. 4,6. Clegg's automatic valve designed to maintain constant pressure at the consumer's meter. uit: "The evolution of engineering" _ Braunholtz - 1964

30

HOOFDSTUK 5.1

5.1.

5.2.

Inleiding. In dit hoofdstuk worden verscheidene regelingen behandeld, welke bij het molenbedrijf gebruikelijk waren, hoewel niet alle regelingen van een duidelijke teru~koppeling waren voorzien. Speciaal de vele molenaars, welke in de beschouwde tijd ook vaak ambachtl'll :Loden waren, en zeIt' hllJl mollHlfJ bouwden on onclerhielden, ontwikkelden steeds weer nieuwe, ingenieuze, toestellen, welke de werking van de molen verbeterden. Uiterlijk hebben, waarschijnlijk, molenaars de stoot gegeven, tot de allerbelangrijkste uitvinding in de regeltechniek, de centj;fugaalregelaar, later toegepast door James Watt. De 'RUttelschuh'.

fig. 5,1 RuttelBch'u,h 6-7 Ruttelschuh,an Seilen aUfgehangt k rotierender MUhlstein i festgelagerter MUhlstein a stange, welche die stosse von MUhlstein auf den Ruttelschuh ubertragt uit riJayr.

Een 'Ruttelschuh~)voorziet de molenstenen van koren, en weI op een zo gelijkmatig mogelijke wijze, zodat het koren goed gemalen wordt. De afbeelding van deze 'Ruttelschuh' staat in fig 5,1 •

Een primitieve vorm van de Ruttelschuh is beschreven door Herrad von Randsperg, on~eveer 1200. Ramelli (1588) geeft de eerste volledif, uitgevoerde beschrijving. e De uitvoerin~ volgens fig 5,1 ontstond in het be~in van de 113 eeuw. Doze figuur geef~ alJeen heL principe weer, er zijn n.l. zeer veel verschillende uitvoerin~en van bekend. Het is cen los opgchangen trechter, waaruit het koren in het 'oog'(een gat in het midden) van de bovenste molensteen vloeit. Op de7.e steen isexcentriaoheen pin gezet, die elke omwenteling

~

, . •

I

I

In het Nederlands: schoentJe of schuddebak

31

tegen de onderste klep van de Ruttelschuh slaat en daardoor de koornstroom onderhoudt. Het karen kan gedoseerd worden door de Ruttelschuh meer of minder schuin te stellen. Bij het maalproces wordt de Ruttelschuh ingebouwd om: 1. De korellBtroom telaten I.oenemen bij stijf~end toerentlll en andersom. ?. Uo korenBtrooIll r;eli~lklllIlLir; to laLen lopeno 3. De korenstroom ook l!let de hand te kunnen regelen. Bovenstaande eisen beschreven in de 'Encyclopadie fur Muller, W~llen - und Maschinenbauer' van K.W.Anton (1871) hielden geen enkele eis in t.a.v de regeling van het toerental van de molenwieken (en dus - stenen). Enige terugwerking valt misschien niet te ontkennen, maar het gaat te ver de Ruttelschuh als een toarentalregelaar op te vatten, veoral omdat dit neoit een doel ervan is geweest. D~ RU~lschuh is dus een regelaar zander terugkoppeling. Het gehele draaiende gedeelte van de melen kan wel opgevat worden als een sYstaem met terugkoppellus en wel het volgende:

+ wind kracht

-

traagheidsweerstanden

~

t oerental

"----------

rem moment

._wrijvingsweerstander: fig 5,2.

Een ~cht regelsysteem is dit echter ook niet, het is een evenwichtssysteem. Bij stijgande windkracht, neemt het toerental toe, daardoor ook de wrijvingsverliezen, en er stel t zich eon nieuw evenwichtf~­ toeruntal in, h6r;er dan het bor;lnLoerontnl. ]jet systeorn is in principe een normnal, ongeregeld,stabiel verlopend proces,(waarbij de dissipatie hat evenwicht bepaalt), zoals de meeste 'natuurlijke' processen! De zelfkruiende molen. korte sprult of wolfsbalk.

/

/

lange sprult

/

\

~taart!Jalk

fig. 5,3. De staart van een (stenen) bovenkruier, van achteren gezien.

lange :>chl)or krulrad of krulwlel

32

stoart~~

fig. 5,4. IJet kruirad of kruiwiel.

~\,. ,,-,~~. ... ,

~~I~l . . bl!zetke~tonll__

.

/\

.

'

ri~. 5,5. Windrosette nach Lee's Orir;ina.lz ei c11l1ung.

u.i t ;jlnyr.

.......

" i

, I

"

",,-

33

5.4.

Om van een molan maximaal rendement te verkrijgen, is het nodig dat de wieken steeds 'in de wind gericht staan (longtc - as van de wieken loodrecht op de windrichting). Van oudsher werd daarvoor een kruistelling gebruikt, welke met de hand werd bediend. (zie fig. 5,3 en fig 5,4). In 1645 kreeg Edmund Lee in Engeland een patent op zijn zelfkruiende molen (een molen, waarvan de kap, met de wieken, draaibaar is en die zich~elf in de wind richt.) Lee's originele tekening is weergegeven in fig 5,5. Ala de wiekon van de molen zich niet precies in de wind bevinden, vangt een kleine roz,et wind, gaat daardoor draaien, en richt de kap van de molen (met de wieken) in de wind. Lee's molen is het vroegst bekonde volgoysteem. De zelfzwichtende molen. Om de snelheid van de molenwieken, welke zoals begrijpelijk is aan een maximum is gebonden, onder contrale te houden, worden sinds het ontstaan van de molens drie systemen gebruikt en weI: 1. Een vang: dit is een mechanische rem op de wiekenas in de molen. Bij kleine molens werd deze rem simpelweg meer aangetrokken, naarmate de windsnelheid toenam, waardoor de wiekensn~lheid beperkt bleef. Bij grote molens, zoals die sinds de 15 eeuw in Europa voorkwamen, was dit niet meer te verwezelijken, de rem brandde na korte tijd kapot. Bij deze mol ens werd de vang dan ook aIleen gebruikt om de molen volledig stil te zetten en te houden. Was de molenaar te laat met 'vangen' dan was het gevolg, dat de molen kapotwoei.

2.

fig. 5,6 An advanced desi,o:n these roller reefing sails were equipped with airbrakes to prevent excessive speeds. uit: "The evolution of engineering" - Wailes.

- 1964

Een luchtrem op de wieken; zoals te zien is in fig. 5,6, in 1860 voor het eerst toegepast door Catchpole, een molenaar te Suffolk. ])e~e, dwurs or de wieken geplaatste plankon werkten effectiever naarmnte de wieksne1heid toenam. Daarom werden 7,0 flteed~l ann lwl; uitfJinde geplulltst. Om de effoetiv:l.teLt van do wicken bij lage onelhed'n te verbeteren.werden de luchtrernmen later draaibaar gemaakt en op dezelfde manier als de zeilen op de wieken, van binnenuit de molen bedienbaar (zie punt 3).

34

h~t werkzame oppervlak van de wieken (zwichten). Sinds de 15 eeuw gebeurde dit in West-Europa met behulp van zeilen, welke over het latwerk van de wieken waren gespannen. Bij de oudste molens moest de molenaar, als hij de zeilen wilde 'verzetten', de molen stilzetten en in de wieken klirnmen. Daarna ontstond er een systeem, waarbij aIle (vier) zeilen tegelijk konden worden bediend, door middel van touwen of kettingen, welke, via een holle wiekenas, de molen binnenliepen. De molenaar kon nu op de bovenste verdiep1ng van binnen uit de zellen verzetten, terwijl het malen doorging. Bij Lee's patent in 1745 behoorde tevens het eerste ontwerp van zelfzwichtende wieken. Oak deze zijn te zien in fig 5,5 op. bIz 32. De touwen, welke door de wiekenas de molen binnenliepen, werden niet maer bediend door de molenaar. Aan het einde van de touwen kwam een gezamelijk gewicht te hangen,en de wieken waren vrij draaibaar om hun hoofdligger. Bij de oude types wieken zou de volle windkracht opgenomen moeten worden door dit gewicht, wat daardoor weI erg groot zou worden. Daarom werden bij Lee's patent, balanswieken toegepast, waarbij een gedeelte (ca. 45%) van het werkzame gedeelte der wieken voor de hoofdligger werd geplaatst (gezien in de draairichting). Ook Lee's zelfzwichtende wieken vormen niet een volledig regelsysteem met terugkoppe~ing. Er blijft sprake van een evenwichtssysteem, een verhoging van de windkracht geeft een nieuwe hogere wiekensnelheid, aIleen de mate van verhoging is veel minder. Bij Lee's systeem vindt ook geen meting van de wieksnelheid (de te regelen grootheid) plaats.

3. Verkleining van

AIle gebruikte wieksoorten v66r 1759 hadden een platte oppervlakte, dat wil zeggen dat de instelhoek ten opzichte van de wind vanaf de basis van de wiek tot aan de top dezelfde was. In dat jaar ontdekte John Smeaton experimenteel een veel bet ere vorm, welke nog steeds gebruikt wordt. De instelhoek varieerde bij 0 0 deze wiek van ca 7 aan de top tot 18 a 20 aan de basis. Echter door deze wiekvorm, welke zeer anel ingang vond, werd de bouw van balanswieken zeer ingewikkeld. Omdat veel molenaars en molenbouwers de voorkeur gaven aan effectieve wieken, welke dan met te harde wind maar moesten worden stilgezet, is Lee's patent de eerste jaren maar weinig toegepast. Pas toen Andrew Meikle, een Schotse molenaar, in 1772 de jalouziewieken ontwikkelde, (zie fig. 5,7 en 5,8)kwam de uitvinding van Lee opnieuw in de belangstellins fig.5,7. Waltham Mill with patent sails. uit "The eVllllution of engineering" - Wailes - 1964.

35

fig. 5,8 Weatherboarded post-mill, with round-house built round the substructure. Note fantail on tailladder and 'patent' sails. Friston, Suffolk. uit Singer - 1957.

Bij deze wieken, was het binnenwerk ervan niet vast, maar bestond uit dwarsgeplaatste, draaibare schotten van geschilderd canvas op een houten frame. Bij de hoofdligger werden deze schotten met een ketting verbonden. Evenals bij Lee's vinding werden de uiteinden van deze ketting door een holle w1ekenas de kap van de molen b1nnengevoerd, waar ze met behulp van een veer aan een vast punt waren gekoppeld. Ook kwamen u1tvoeringen voor, waarbij de aaneengebonden jalouzien, met behulp van een verend element, buiten de molen, aan de wiekenas waren beveatigd, zie de foto in fig 5,9. De combinatie van de vindingen van Lee en Meikle 1s hierna veelvuldig toegepaat. In 1789 patenteerde Captain Stephen Hooper een nieuw systeem jalouziewiek. (fig.5.10 en fig. 5,6) De jalouzien bestonden hier uit stukjes zeildoek, welke naar believen opgerold konden worden om aasen, gelegen in de dwarsrichting van de wiek, die opnieuw vanuit de molenkap bedienbaar waren. Veelvuldig kwamen ook molene voor met het zwichtingssysteem, weergegeven in fig 5,12. Dit is de voorloper van latere systemen, waarbij de zwichting niet meer met de hand gebeurde, maar met een oentrifugaalregelaar.

fig. 5,9. uit Mayr.

Hooper's Drehzahlregelung.

37

fig. 5,.10. Chillenden Mill, Kent, 1868. This is a late example of the open trestle post mill, powered bij spring sails and equipped with two pairs of stones,mounted side by side in the breast and driven b7"spur gearing from a main vertioal shaft. The brake wheel is of oomposite construction, but the windshaft and the bulk of the machinery is of iron. The stones are under~driven, mounted on iron bridge trees,and fitted with independent governors. Power for the aaxiliary machinery is transmitted by an inclined shaft (left) from a face wheel mounted under the spur wheel. The mill, wich was last at work in 1948,stands on an ancient site and incorporates timber an earlier building. Scale in metres. uit Reynolds - 1970

)8

-

II

(~~

J

I ' ,-

I>

~/

I ••

•• •

fig. 5,12. tekst op bIz. 39. Renre Mill. Kent. uit Reynolds - 1970

39

tekst bij fig 5,12. Henre Mill, Kent. The drawing shows the arrangement of the principal machinery in a large Kentish smock mill. Power is suppleid by double shuttered patent sails (right), with a span approaching 70 ft. The existing sails are not identical, two having been salvaged from another mill. They are mounted on an inclined iron windshaft, through the centre of which passes the striking rod. The striking rod carries, at its forward end, the spider (top right)whichaotuates the shutter bars through iron bellcranks or 'trianglee'.The iron windshaft is a replacement, and the wooden brakewheel (oentre) has been modified by the insertion of an iron frame. The wooden bandbrake around its rim is operated by the horizontal lever or brake staff ( oentre foreground). On the oentre line of the mill is the original main vertioal shaft, oarrying at its upper end the wallower, and at its foot the great spur wheel, both of traditional timber construction. The spur wheel supplies power to three pairs of over-driven millstones, through stone nuts mounted on long iron quants. It also drives an iron countershaft through a fourth pinion (centre foreground). Below each pair of stones can be seen the bridge tree, brayer, and steelyard, the system of levers which supports the spindle and permits automatic tentering by means of the governor. In one case (bottom left), this linkage remains intact. Below the other stones it is shown restored. Automatio 'winding' is effected by a fantail (centre left) linked through gearing to an iron worm, whioh meshes with the cogged wooden curb on whioh the cap revolves. An iron crank handle allows manual operation from within the oap. The hoist bollard (partly obscured by the curb, right) is powered by a simple friction drive from the underside of the wallower. Scale in metres. 5.5. Het ptobleem van de onderlinge afstand der molenstenen. 1. Een goede molenaar is diegene die een goede kwaliteit meel aflevert. Dit betekent dus dat de korrelgrootte van het meel moet overeenkomen met de wens van de klant en beslist niet mag varieren, afhankelijk b.v. van de windkracht. Een goed werkende Ruttelschuh bewijst hierbij een grote dienst, maar is niet voldoende. Sneller draaiende molenstenen moeten n.l. niet aIleen meer koren toegevoerd krijgen, om 'drooglopen' en daardoor verbranden van stenen en koren te voorkomen, maar ook met een iets grotere druk tegen elkaar geperst worden om de korrelgrootte van het meel hetzelfde te houden. Voordat Robert Hilton in 1785 een automatisch werkend systeem daarvoor uitvond, ward de afstand der stenen geregeld met handbediening, en was het geoefend oog van de molenaar onderdeel van het korrelgrootte-regelcircai'. Om een automatische instelling van de steenafstand te verkrijgen, was een vrij nauwkeurige meting van de draaisnelheid noodzakelijk. Hilton kreeg een Engels patent op z'n in fig 5,13 afgebeelde snelheidsmeter. In deze figuur is N een wrijvingswiel en F de bovenste molensteen, welke zakt bij stijgend toerental. De werking spreekt veer zioh.

40

fig. 5,13 Hilton's Verfahren zur Drehzahlmeseung. uit IV1ayr.

N.B. eigenlijk zakt de steen niet, maar de afstand tussen de stenen moet door grot ere druk constant gehouden worden. 2.

fig. 5,14 The centrifugal governor, as at Bourne Mill, Lincs, was designed to ensure uniform grinding of te grain. uit "The evolution of engineering" - Wailes - 1964.

In 1787 patenteerde Mead .en nieuwe oplossing voor hat probleem van de afstand der molenatenen. Behalve enige oonstructieve verbeteringen is er in dit pa- . tent een bijzonder belangrijk nieuw element n.l. de centrifugaalopnemer, waarvan een foto in fig. 5,14. Mead was echter niet de uitvinder van de centrifugaalopnemer, daar ook Hooke en Huygene reeds ermee hadden geexperimenteerd (ca 1670). Zij gaven ook al theoretisch beschouwingen ( Zie hoofdstuk 7). Meed zag de praktieche toepasbaarheid van een waarschijn·

41

lijk ook bij hem bekend idee in. Mead's oorspronkelijke tekening is, verbeterd, weergegeven in fig 5,15.

I, :

r

,f

','j

I'

:i"

:/

\;.

'~1

';/

I'j,'

)

!

I

1 "

.II

)

"'Il.." , 1'1

:

Jll

fig. 5,15 Mead's Anordnung der Fliehpendel. uit Mayr.

r r G • ro,

I

~r:~,~ Ie'

-,,~I, ~,

T'J

,1,\ "

-------_.

--

-..---.. ---- ~--~

--------.~--i\.-"

\\

I

\.

o ," \. ••• J

5.6

Bij toerentalverhoging, gaan de gewichten 3 uit elkaar, waardoor de trommel D wordt opgetild en , via een mechaniache versterker tevens de bovenste molensteen F. De speciale constructie van de opnemer is bedoeld om de kwadratische karakteristiek van de, draaiende kogels te lineariseren, zodat de afstand tussen de molenstenen recht evenredig is met het toerental. 3. Beide regelingen van Hilton en Mead hebben geen terugkoppelIus, de korrelgrootte van het meel heeft geen invloed op het toerental van de molenstenen (of de wieken). De eerate oentrifugaalregulateur m~t terugkoppeling. Het patent van Mead uit 1787 behelsde niet aIleen de in de vorige paragraaf genoemde toepassing, maar 66k een toerentalregeling van de molenwieken, schematisch afgebeeld in fig 5,14. Hierbij werden de jalouzie-wieken van Meikle gecombineerd met de centritugaalopnemer, waarvan de werking blijkt _it de figuur.

42

fig. 5,16 Mead's Drehzahlregelung. uit Mayr.

5.7.

Het grote belang van deze vinding zal blijken uit het volgende deel van4tt verslag.Bij molens werkte deze regelaar voldoendej toen Watt echter in 1788 de oentrifugaalopnemer combineerde met de door hem in 1783/84 gebouwde stoommachine deden zich nieuwe problemen voor, welke in het begin aIleen experimenteel werden opgelost, doch die in latere jaren de eerste aanzet ware~tot de eerste diepgaande theoretisohe beschouwingen in de regeltechniek. Verdere ontwikkeling van de snelheidsregulataur bij molens. Ook Hooper paste in 1789 bij de verstelling van de zeiltjes van zijn wieken een centrifugaalopnemer toe, die vrijwel overeenkwam met h(~t door Mead ontwikkelde type. Het patent werd Hooper dan ook voornamelijk toegekend om z'n nieuwe s7steem van zwichting in de wigken. In het begin van de 19 eeuw werd de centrifugaalregelaar toegepast bij watermolens, waarvan afbeelding 5,17 getuigt. Bij een grotere watertoevoer of kleinere belasting van de machine werd het waterrad door de opnemer enigszins opgelicht nit de waterstroom.

43

1

_

fig. 5,17. Whitchurch Silk Mill, the principal machinery. The basic layout closely resembles that of the traditional corn mill. Power was transmitted through the building by lay shafts mounted beneath the ceilings. The governor (bottom centre) is linked to an intricate cluteh mechanism designed to raise or lower the hatch, and thus control the speed of the machinery. Scale in metres. uit Reynolds - 1970.

44

HOOFDSTUK 6.

6.1.

Inleiding. Ook dit hoofdstuk wordt begonnen met een toerental'regelaar' voor een stoommachine, welke nog geen terug-koppeling bevat. Het is due eigenlijk een toerentaletuursysteem. Hierna kornt een van de meest belangrijke vindingen uit de geschiedenis der regeltechniek, de centrifugaalregelaar van Watt. In de verdere paragrafen wordt een beschrijving gegeven van de pogingen deze regelaar te verbeteren. Ook worden veel 'nieuwe' typen regelaars gelntroduoeerd, welke eohter in principe gelijk waren aan die van Watt. Uitvoerig wordt ook een beschrijving gegeven van de vele pogingen om de regelaars een integrerend karakter te geven. Een regelaar uit de tijd v66r Watt. Tot het moment dat Watt de centrifugaalopnemer op z'n stoommachine aanbracht bestond er ook al een apparaat, dat de snelheid van de machine bepaalde, de Katarakt van Gesanne~1744. (fig. 6,1). Het apparaat bestaat uit een hevel U met daaraan bevestigd het vat Y, waarz in vanuit de regelbare kraan z water stroomt. Als het vat leeg is, staat de hevel in z'n onderste stand. Als het met water gevuld wordt, verplaatst het zwaartepunt zich nllar rechts. Op een bez , paald moment zal het vat omvallen en ,, leegstromen, waarna de hevel weer naar :, z'n onderste stand terugkeert. Dc hevel ,, '' , 18 is met het stuurmechanisrne van de 22 .. stoommachine verbonden, Met het water ! uit Y wordt aan het einde van de expan:0) \ .... sieslag de cilinder van de machine ge" ,,:: ... koeld, zodat de zuiger aan z'n uitlaat'18 '---:~>_: ~ slag begint. Met 18 wordt de stoomtoevoer afgesloten. Bovenstaand systeem is opnieuw een regelaar zonder terugkoppelfig. 6,1. Katarakt. lus. De snelheid van de machine wordt beuit Mayr. paald door de kraan Z. De origine~e regelaar van Watt. (1736-1819) ( de 'Governor'). Zoals eerder vermcld bouwde Watt in 1788 een centrifugaalopnemer op z'n stoommachines, ter regeling van de stoomtoevoer naar de cilinders (fig. 6,2). Zoals uit oorspronkelijke geschriften van Watt blijkt had deze totaal geen idee van de dynamische (regel)eigenschappen van de 'Governor'. Hij echrijft:" the speed of the engine and theopeningof the valve come to a maximum". Hij dacht waarschijnlijk, dat het systeem monotoon zou varieren, had ook geen idee van overshoot en dergelijke o I

I

I

•

I

I

I

I

I

I

6.3.

\

. '<::--.

45

fig. 6,2. Watt'sche Dampfmaschine (1189-1800) mit Fliehkraftregler. uit Mayr.

6.4.

Watt zelf leverde geen enkele bijdrage tot de regeltheorie, zijn 'Governor' gaf w~l een enorme stoot tot de opbloei ervan. De ontwikkeling en het gebruik van stoommachines nam een e grote vlucht in Engeland in het begin der 1g eeuw. In 1868 waren er 75.000 machines met regulateurs in dat land! De ontwikkeling tot 1834. In 1790 ontwierpen de gebroeders P~rier een bijzonder inter••sante toerentalregeling, deze was n.l. niet zoals die van Watt aIleen proportioneel, maar ook integrerend. Echter door de grote ruimte, die de regelaar innam is hij nauwelijks gebruikt. Bovendien was het apparaat nogal teer en niet zo bedrijfszeker. Sommige machines werden ook in~tabiel door grote 'dode-tijden'. Daarbij was de regeltheorie ook nog nauwelijks ontwikkeld, zodat de voordelen van deze regeling ook niet daaruit bleken. Het principe van de regelaar is weergegeven in fig 6,3. Water uit de condenser werd door de te regelen machine opgepompt naar een hoger gelegen bassin. Het debiet van deze

46

fig. 6,3. DrehzahIregeIung der Gebr. Perier. uit Mayr.

pomp was evenredig met het toerental van de machine. Hieruit kon het water via een drijver met daarin een syphon teruglopen naar de condenser. Doordat dit syphon een constant hoogteverschil in stand hield tussen de vloeistof-spiegel in het bovenste vat en de uitstroomopening ervan, is de waterstroom erdoor constant van grootte. (Zie Hoofdstuk 1-Heronf). Bij te snel Iopen van de stoommachine zal het waterniveau in het vat stijgen en omgekeerd. Via de drijver van het syphon wordt dit niveau doorgegeven aan de stoomklep van de stoommachine,

47

die dan slui t respectievelij.k opent. De proportioneel- integrerende werking uit: dh Qin - Quit • dt x A

Q

in

Q uit

van het systeem voIgt

• waterdebiet in vat • waterdebiet uit vat

of h. waterhoogte in vat A= grondoppervlakte vat Een beschrijving van waarschijnlijk precies hetzelfde apparaat, geeft Prony. eveneens in 1790. De gebroeders P~rier hebben in Parijs n.l. een stoommachine gebouwd met deze regaling. Nogmaals vermeld wordt hetzelfde systeem door Preus (1815) fig. 6,4.

fig. 6,4 Hydraulisoher RegIer nach PREUS. uit Rorentrop.

In 1822 maakte BruneI waa~sohijnlijk voor het eerst praktisch gebruik van een veer, in plaats van d. zwaartekracht, om een evenwicht te krijgen met de oentrifugaalkracht op de gewichten. Behalve bij stoommachines is de gouverneur ook toegepast bij astronomische telesoopen. De bekende astronooa Joseph Praunhofer (1787-1826), ontdekker van de donkere lijnen in het zonnespeotrum, regelde de snelheid van een telesooop te Munchen met een gouverneur (1824). Deze was, wat betreft de praktische uitvoering vrijwel gelijk aan die van Watt, Praunhofer omgaf zijn gouverneur echter . met een trommel, waartegen de ballen bij een bepaalde snelheid schuurden. Dit gaf een maximum omwentelingssnelheid, waardoor hij de volgsnelheid van de telesooop regelde naar debekeken ster. De gewenste draaisnelheid van de telescoop werd verkregen door de 'regelaar' te plaatsen in een conische remtrommel (fig. 6,5)

48

fig. 6,5. Fliehkraftregler nach FRAUNHOFER. uit Rorentrop.

Door de introductie van wrijving had hij een 87steem met evenwichtssnelheid gecreeerd. Dit idee had Fraunhofer waarschijnlijk gekregen door het werk van Thomas Young,die wrijving in 1807 gebruikte bij de snelheidsregeling van een opnameinstrument. In 1834 ontwierp Airy ook een regeling ala bovenstaand voor de telesooop van Cambr1dge•. Van hem kwam ook de aerste grote aanzet tot de ontwikkeling van de regeltheorie (zia hoofdatuk 7). In 1826 ontwierp Ponoelet ean snelheidsregelaar, welke door hem niet is toegepast, althans niet als regulateur bij stoommachines. De vinding berust op het feit dat een evenwicht in koppels ontstaat. Het eerate koppel wordt uitgeoefend door ean gewicht P. Het tweede is een w~ijvingskopp.l ontstaan door turbulentie in de lucht. (fig. 6,6).

fig. 61.6. Windflugalregler naoh PONCELET. uit Rorentrop.

I h

49

6.5.

Tegenwoordig wordt een dergelijke snelheidsregeling nog steeds toegepast bij de kiesschijven van telefoontoestellen. Het gewicht is daar vervangen door een spiraalveer. Airy en de ontwikkelingen na 1834. A1~ had in z'n pUblieaties van 1834 en vooral van 1840 voor het eerst een fu.ndamentele algebralsche aanpak van de regeltheorie gegeven. Hij vestigde vooral de aandacht op twee problemenl i. Het probleem, om die condities te vinden, waarbij dynamische stabiliteit van het teruggekoppelde systeem gegarandeerd is; ii. Het probleem, om regelaars te ontwerpen, die de offset elimineerden, indien verstoringen met een vaste waarde optreden. (offset- de afwijking tUBsen de werkelijke waarde van de geregelde grootheid en de gewenste waarde hiervan). Voordat in 1868 de publieatie van Maxwell verscheen werkten veel uitvinders aan probleem ii en maakten integrerende regelaars, zonder dat deze mens en precies de theoretisohe aohtergronden begrepen. Door veel experimenteren venden ze vaak regelaars, waarmee de offset verdween. Tot deze uitvinders behoorden aohtereenvolgensl a. Louis Molinie (1837) Hij bedacht een regelaar welke in principe dezelfde was als die van de gebroeders P~rier (zie blz.45), waarbij hij als medium lucht gebruikte in plaats van water, fig 6,7.

fig. 6,7 Pneumatiecher RegIer vOn MOLINlt. uit Rorentrop.

Een luchttank balg werd met een snelheid die afhankelijk was van het toerental van de stoommachine volgepompt. De lucht kon weer uit de tank ontsnappen door een ventiel, dat met een gewicht werd geregeld, zodat de uitgaande luchtstroom ingesteld kon worden, en daarmee de draaisnelheid van de machine.

50

Om dezelfde reden ala de r~gelaar van P~rier, heeft ook deze een proportioneel-integrerende karakteristiek. Molini~ ontdekte echter, dat zijn systeem de offset niet volledig elimineerde. Daarom braoht hij een tweede regelaar aan, naar hij eohreef, om de gevoeligheid te vergroten. De grootte van de uitetroomopening van het ventiel werd ook nog afhankelijk gemaakt van de hoogte van het gewicht. Bij goede aanpassing van beide systemen aan elkaar werd de offset van de regaling nul. In feite kwam de tweede regeling erop neer dat Molini~ over de normale regelaar een tweede terugkoppellus aanbracht met positieve terugkopp~ling.

Zoals vrijwel aIle regelingen uit deze tijd, was ook de hier beschreven regelaar, volledig experimenteel bepaald, zonder enige kennis van theoretische achtergronden. Het niet volledig elimineren van de offset ontstond in zijn regelaar door de veerkracht van de balg en de samendrukbaarheid van de lucht (zie hoofdstuk 7). Omdat de regelaar constructief erg degelijk kon worden uitgevoerd en daardoor betrouwbaar werkte en bovendien een behoorlijke kracht kon leveren is hij in Frankrijk zeer veel toegepast ter regeling van machines, aangedreven met waterrader,n.In 1841 waren meer dan 400 van deze regelaars in Frankrijk ingebruikbij waterkraoht-machines. In dat jaar deed Combes voor het eerst metingen aan machines en regelaars, speciaal daze van Molini'. Hij mat vertragingstijden en resulterende offset, nadat hij stapvormige veranderingen in de belasting van de machines aanbracht. Soms kwamen vertragingstijden voor van vele minuten, waaruit blijkt, dat Molini~'s systeem erg dicht op de rand van instabiliteit werkte. b. Hick (1840). De regelaar van Hick was een oentrifugaalregelaar , echter van een ander type, dan die van Watt. zie fig. 6,8.

NUT

fig. 6,8 Hick's governor. uit l~ller - I.

- 1976.

51

De regelaar bestond uit een as, met daarop schroef~raad met grotespoed, waarop een zware kogel kon draaien. Aan deze kogel waren twee vanen bevestigd die een bepaalde maximale draaisnelheid van de kogel toelieten, het gevolg van een evenwicht, dat ontstaat tUBsen de zwaart'ekracht, welke op de kogel werkt, en de wrijvingakracht van de lucht op de vanen. Ala de stoommachine nu met de goede snelheid draai t, blijft de kogel op dezelfde hoogte, wijkt de machinesnelheid af, dan Bohuift de kogel omhoog of omlaag, welke beweging wordt doorgegeven aan de stoomschuif. De integrerende werking berust op het feit, dat de verticale snelheid van de kogel evenredig is met hetsnelheidsverschil tussen machine en vaan. Daardoor is de verticale verplaatsing van de kogel, en daarmee veranderingen in de stand van de atoomschuif, de integraal van de fout in de maohinesnelheid. Het grote 'gat', dat rond deze tijd bestaat tussen Theorie en Praktijk blijkt eens temeer uit een opmerking van Bourne. In 1846 kwam van hem een boek uit, waarin hij behalve de regelaar van Hick, ook een verhandeling gaf over een groot werk van Tredgold (1827), handelend over de mathematische achtergronden van stoommachines met de tot die tijd bekende regelaars. Bourne schreef:" Tredgold's work is chiefly made up of mathematical sublimities, which have but little relation to practice". c. Charbonnier (1843) Deze maohinebouwer zag in dat bij de ori~ineleoentrirugaal­ regelaar van Watt, de positie van de kogels moest veranderen, afhankelijk van de belasting van de machine. Hij zag in, dat bij deze regelaar, werkend bij normale snelheid, de hoogte h van de ballen aIleen maar constant kan blijven bij e~n bepaalde waarde h • o Voor h

> ho

domineert de zwaartekracht de centrifugale

kracht en de ballen zakken, voor h

<

h

o

is de situatie

andersom. Om een 9venwichtssituatie te verkrijgen bij aIle waarden van h, voegde Charbonnier een extra verticale kracht toe aan de ballen, waarbij deze kracht dUBdaDig met h varieerde, dat hij het verschil tussen het verloop van centrifugaalkracht en gravitatiekracht als functie van h ophief, voor alle waarden van h. Hoe Charbonnier deze kracht aanbracht blijkt uit fig.6,9.

c ) fig. 6,9. Charbonnier's governor. uit Fuller - I - 1976. RENT LEVEll __

WEIGHT_

52

Het gewicht G moest, met behulp van een spec1aal gevormde arm, ondersteund in een vast punt, de bedoelde kracht verzorgen. d. E. Werner Siemens en Wilhelm Siemens (1845) Het principe van de regulateur, mntworpen door deze gebroeders, was hetzelfde als dat van Hick: de regulateur vormde het verschil tussen de machinesnelheid en een constante referentiesnelheid, en opende of sloat de stoomschuif, eve~~edig met het resulterende snelheidsverschil. Daardoor was de positie van de stoomklep steeds de integraal van de afwijking in de snelheid van de machine. Bij Siemens, werd de referentiesnelheid gevormd door een conische slinger, welke door middel van een vallend gewicht werd aangedreven, en die bij een bepaalde uitwijking, werd afgeremd, aan een omhullend remoppervlak, zodat een evenwichtssnelheid ontstaat (schema zie fig. 6,10). De praktische uitvoering van de regelaar, zoals deze door Siemens is gebouwd is getekend in fig 6,11.

fig. 6,10. Siemens I chronometric governoll. ui t Fuller - I - 1976.

CONICAL II~'~""" ----~Ir,1 'I; PENDULUM 1'/(

-, CfJ

fig. 6,11. Differenz-Regler von SIEMENS. uit Mayr. uit Rorentrop.

/ /

/.

,

.' I

'.' I

I

'..\~

( .',

\'-¥

53

Het verschil tussen de machine-, en referentiesnelheid werd bepaald met een differentieel. Indian de machine met normale snelheid draait, blijft het tussenwiel in het differentieel op z'n plaats; de kracht om de slinger te bewegen wordt dan uiteindelijk geleverd door de machine. Noodzakelijk voor een goede werking van de regulateur is, dat de wrijvingskracht, afhankelijk van de hoek van de uitslag van de slinger, scherp toeneemt. In 1853 beschreef W.Siemens een constructief verbeterde versie van de regulateur. Tevens gaf hij in die publikatie de eerste vrij preciese besohrijving van de offset, die het oorspronkelijke systeem van Watt introduceert. Hij schreef: " It cannot regulate, but only moderate the velocity of the engine; that is it cannot prevent a permanent change in the velocity of the enr,ine when a permanent change is made in the load upon the engine •••••• ". Beide bovenstaande regulateurs hadden twee nadelen: a. Doordat bij de regelaars gebruik werd gemaakt van frictie, ontstond warmte- ontwikkeling, hetgeen in combinatie met de normale slijtage, de instelling van de regelaar deed verlopen, waardoor het toerental van de machine, naarmate de regelaar ouder werd, steeds hoger ward. b. Zoals uit de analyse's van Airy van 1840 bleek is de conische slinger, met snelheidsbegrenzing door frictie, instabiel. In 1866 schreef Wilhelm Siemens dat de conische slinger:" is apt to fall into elliptioal rotation". De bijbehorende oscillatie, welke een vrij hoge frekwentie had, gesuperponeerd op de referentiesnelheid, was echter nauwelijks van belang bij toepassing op stoommachines. Maar bij toepassing in de astronomie (telescopenl) was de slingering ongewenst. Hierbij paste Airy dan ook een hydraulische demper, op het tussenwiel van het differentieel toe, om de oscillatie om de vertieale as tegen te gaan. Airy daoht hiermee dit probleem te hebben opgelost. Als gevolg van veelvuldige contaoten met Airy, construeerde Wilhelm Siemens in 1866 een rem, welke volledig hydraulisch werkte, en waarbij de demping was ingebouwd. (zie fig. 6,12).

STATOR BLADES

\

fig. 6,12. Siemens' hydraulic brake. uit Fuller - I - 1976

ROTATING

CUP

FIXED TANK

54

De conische slinger uit fig. 6,10 werd hierbij vervangen door een meedraaiende kom in een bak water. Hierdoor liep het water tegen de wanden van de kom omhoog; bovenaan gekomen werd het door cer-trifugale werking weggeslingerd en opgevangen door in de bak geplaatste stator bladen, waarna het terugvloeide in de bake De arbeid, verricht door de kom, om het water omhoog te brengen en te versnellen tot de benodigde centrifugale snelheid om de rand van de kom te bereiken , gaf de benodigde remmende werking. Om de offset te vermijden, die dit systeem zou geven, construeerde Siemens de regelaar z6, dat bij toenemende remkracht, de kom dieper in het water gedornpeld werd. Hierdoor ontstond een extra remrnende werking. Hij had dus, evenals Molini~ een positieve terugkoppeling aangebracht om zijn regelaar. De verticale verplaatsing van de korn werd verkregen, door deze te monteren op een schroef4raadvormige as, waaromheen de kom vrij kon draaien. De kom ward met een veer aan de as verbonden. Bij toenemend remmend moment roteerde de kom om de as, totdat het moment, uitgeoefend door deze veer, gelijk was aan het remmoment. De draaiing Tan de kom om de as deed de kom naar beneden verschuiven. Tenslottea De gebroeders Siemens hadden een belangrijke karaktertrek v66r op vele van hun tijdgenoten/uitvinders: Zij waren niet aIleen technici, die hun vindingen technisch zo mooi mogelijk wilden maken, maar zagen ook het economische belang ervan.De regulateurs werden daarom ook zo goedkoop mogelijk, sterk en bedrijszeker gemaakt. Wilhelm wees ook op de betekenis van de regelaar voor grote produktie, en verklaarde dat die aIleen bij hoge teorentallen van de machine te bereiken viel. Hoge toerentallen zijn echter aIleen bij een goede regeling mogelijk, tenminste bij een g~ote bedrijfszekerheid. Mede door beschouwingen van deze aard,werd het noodzakelijk om meer aandacht dan voorheen te richten op een snelle ontwikkeling van regelaars.' Bij de langzaam draaiende machines waren de oude regelaars voldoende, volgens oudere machinebouwers werken de vroegste regulateurs dan ook 'probleemloos'. e. Marie Joseph Denis Farcot. Deze Fransman was de vader van Jean Joseph Leon Farcot, uitvinder van een eenvoudige servo-motor, tevens diegene, die de term ~ervo-motor)introduoeerde. (1873). In 1854 patenteerde Parcot senior een centrifugaalregelaar, waarbij de gewichten in het verticale vlak een parabool beschrijven. De techniek was dezelfde ala die van Huygens (zie hoofdstuk 7). De paraboolvorm werd verkregen door de gewichten op te hangen, aan koorden gespannen langs de - EVOLUTE van de parabool. (zie fig. 6,13). In 1862 patenteerdendeFaroota een modificatie van hun regulateur. (fig. 6,14).

55

CIRCLE .I~---

EVOLUTE

Y

\

\

o/.~/.'.

• /1.

'//I/'

-)I, "~ ,

/'

//

:/~ PARABOLA

Fig. 6,13. Farcot's adaptation of Huygens' governor.uit Fuller - I - 1976.

fig. 6,14. Farcotts crossed-arm governor. uit Fu~~er - I - 1976.

Door de gewichten gekruisd op te hangen werd een goede benadering van de benodigde parabool verkregen, in het werkgebied. Bij sommige machines ontdekten de Farcots, dat hun systeem 'gek' werd, dat wil zeggen, ging oscilleren. Dit ontstond door een overheersend integrerend karakter van de regelaar, wat ze in 1864 verbeterd hebben, door in navolging van Airy een demping (met behulp van lucht) op hun regelaar toe te passen. (het integrerend karakter ontstaat door de parabolisohe curve der gewichten - Zie hoofdstuk 7). f. Jean Bernard L&on Foucault (1819-1868) Deze Franaman, welke in 1868 overleed ten gevolge van een verlamming, voornamelijk ontstaan door zeer veel overwerk, dat hij moest uitvoeren omdat een oentrifugaalregelaar op de Wereldtentoonstelling van 1867 niet goed werkte, is vooral bekend geworden door een experiment uit 1851. Met behulp van een slinger bewees hij dat de aarde draaide. Later deed hij dit nog eens met een gyroscoop. Fouoault patenteerde zeer veel vindingen met toerentalregelingen met centrifugaalopnemers tussen 1862 en 1868, het waren echter aIle slechts variaties of verbeteringen op al reeds bestaande regelaars. Het lijkt echter weI zo te zijn, dat Foucault de meeate Vindingen weI zelf heeft gedaan, zonder kennis van voorgaand werk. g. Henry Charles Fleeming Jenkin. Ook zijn regulateur was in prinoipe niet nieuw, eerdere uitvoeringen berustten op hetzelfde idee. (zie fig 6,15).

56

AXLE

/

fig. 6,15. Fleeming Jenkin's governor. uit Fuller - I - 1976.

r

u

HORIZONTAL WHEEL

Door de wrijving van een met een veer san de as van de stoommachine opgehangen gewicht, werd op een horizontaal wiel, afhankelijk van de machinesnelheid een wrijvingskoppel uitgeoefend. Een tegengesteld constant moment werd veroorzaakt door een aan dit wiel hangend gewicht, dat in een bak water is gehangen oro dempi~ te verkrijgen. Bij nominale snelheid heffen de momettten op het wiel elkaar Ope Maar a18 de machinesnelheid toeneemt, zal het wiel gaan draaien met een snelheid, die bepaald word door het wrijvingsmoment, uitgeoefend door het draaiend gewicht en de visceuze wrijving van het gewicht in het water, waardoor de stoomtoevoer van de stoomketel naar de machine werd geregeld. Jenkins regulateur heeft dus een integrerende karakteristiek. Enige tijd later heeft Jenkin nog een verbeterde versie van zan regulateur gepubliceerd (fig. 6,16.)

fig. 6,16

"".",---~--

Jenkins compound governor. uit Fuller-I. - 1976.

AXLE

Fleemin~

CORD

\

HORIZONTAL WHEEL

57

Het praktische nut van de~e vinding is vrijwel nihil. De regulateur is geb~uwd door Jenkin en vrijwel niet gebru!kt. Hij is bewEard gebleven in het 'Whipple l\iuseum' van Camb~idge University, Het grote belang van deze regelaar is echter, dat het ~pparaat model he eft gestaan voor het bijzonder uitvoerige werk van James Clerk maxwell: "On governors" uit 1868. Dit werk is v81e jaren lang de basis geweest van aIle theoretische beschouwingen over regulateurs en de wiskundige achtergronden ervan. De publiklltie is een van de basiswerken van de re~eltheo­ ria. 1868 Kon het geboortejaar der regeltheorie genoemd worden.

HOOFDSTUK 7.

7.1 •

Inleiding. In dit hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van de theorievorming achter de rozoltechniek; de regeltechniek zelf is in de praktijk ontstaan: "Die Regelungstechnik war bis zur Wende zum 20.Jahrhundert auf Empirie und Konstruktionstalent gegrUndet, die Mehrzahl der damals gebEauchlichen•• und auch nach heutip;en Gl'lsichtspunkten zweolanassip,en Gern.te wU.r nuf bootilmnte rVlarlOhinen und Anlu.gen 'mnfiogeochneldert'" Geleitwor.t a.Schafer in Rorentrop :"Entwicklung der modernen Regelungstechnik" (Rorentrop - 1971). Halverwege de vorige eeuw ontstond de behoefte om het gedrag van regelaars te beschrijven en te voorspellen. Vanuit verschillende praktijkgebieden zijn dan ook bijdragen geleverd aan de theorie van de regelingen, m.n. uit de mechanica (toerentalregelinp;en, vermogensregelingen), astronomie ( toerentalregelingen)en in deze eeuw vanuit de electrotechniek (teruggekoppelde versterkers). De jaartallen in onderstaand overzicht verwijzen naar de eerste of belangrijkste pUblicatie van de erachter vermelde persoon. Robert Hooke (1635-1703). Behalve met werkzaamheden op allerlei verschillende gebieden (astronomie, de golftheorie van het licht, gravitatietheorie) hield Hooke zich in het bijzonder bezig met uurwerken en de regeling daarvan. Hij Yond bijvoorbeeld de 'onrust' met het erbij behorende 'echappement' uit. Hij bouwde 6~n van de eerate slingeruurwerken. In 1666 demonstreerde hij een conische slinger. De oorspronkelijke bedoeling daarvan was om gebruikt te worden in een model, dat de beweging van een planeet rond de zon Inoest voorstellen, daarbij Hooke's beweringen stavend over de aantrekkingskracht tussen lichamen. In 1667 stelde hij het gebruik van een conische parabolisohe slinger voor om de snelheid van een klok onafhankelijk te maken van de aandrijvende kracht. ("ie Huygens blz.59) In 1674 pUbliceerde Hooke een werk over de regeling van de snelheid van een astronomisohe telescoop. Voor de (rotatie)- beweging hiervan gebruikte Hooke een soort klok, en om de stapbeweging van een 'echappement' te vermijden introduoeerde hij een (normale) conis~e slinger, ter regeling van de snelheid. Hoe de regeling precies werkt beschrijft hij niet, hij wist het waarschijnlijk zelf niet. Uit tekeningen blijkt dat de terugkoppeling in de regelaar weI haast zeker bestaat uit inherente wrijvingskrachten in het apparaat. Eveneens in 1667 beschreef Hooke de toepassine van veren bij de centrifugaalregelaar, in plaats van de zwaartekracht. Hij dacht in staat te zijn de veerkracht hetzelfde te maken als de gravitatiekracht bij de parabolische slinger. Door z'n vele experimenteerwerk met veren, ontstond de nu bekende "Wet van Hooke". Het belang van Hooke voor de regeltheorie is niet zo groote Het

59

703.

eerate werk, ooit verschenen over regeltheoretische aspecten is echter van hem. Christiaan Huygens (1629-1695) Evanals Hooke was Huygens een all-round wetenschapsman. Hij hielp mede de ideeen over ~nergie te ontwikkelen evenals over centrifugaalkrachten. Hij deed berekeningen Han de ringen '·'an Saturnus, besteedde veel tijd aan het :nauwkeurig-doen van tijdmetingen en plaatsbepalingen, ontdekte de spiraalveer. Zijn grote interesse in klokken en dergelijke leidde hem naar een snelheidsre~elsysteem. Huygens realiseerdezich, dat bij een normale conisohe slinger, waarbij het gewicht een oirkelboog beschrijft in een vertikaal vlak, de periode van een omwenteling afhankelijk is van de amplitude. Hij wou de tau~ochrone vinden, dit is de curve, welke het gewicht moest beschrijven om de periode onafhankelijk van de amplitude te maken. Dit bleek een cyclolde te zijn, een opmerkelijke wiskundige prestatie van Huygens. De cyclolde bleek ook de brachistochrone te zijn, dit is de curve van de snelste afdaling tussen twee punten. (Berno~lli). Om een oycloidale baan van het gewicht te krijgen bevestigde Huygens dit, zoals in fig. 7,1 aangegeven wordt.

fig. 7,1. Huyp,ens' cyoloidal pendulum ui t l·'uller - I - 1976.

K

K B

Fig. 7,2. Huygens' conical pendulum. uit Fuller - I - 1976 0

60

7.4.

7.5.

De lijn ABC is de cycloide. De metaalstrippen AD en CD zijn zo gevormd, dat ze de ~V0­ lute zijn van de cycloide. Zelf zijn ze e,eneens cycloides. Huygens ontwikkeld.e de theorie van evolutes en involutes, om de problemen van snelheidsregeling bij klokken de baas te worden. Verder construeerde hij nog een andere slinger, welke eveneens een periode had, onafhankelijk van de amplitude, de parabolische slinger, (fj.g. 7,2) die hij ook praktisch toepaste. Als het gewicht in het verticale vlak een paraboolbaan beschrijft blijkt de periode constant. Om deze parabool te krijgen bevestigde Huygens een metalen strip aan de as van de regelaar, waarlangs het koord met het gewicht gespannen was. De vorm van de strip bleek opnieuw de evolute van een parabool. Het is waarschijnlijk, dat Huygens onp,eveer als voIgt dacht dat z'n regelaar werkte, waarbij de aanname is, dat naarmate het gewioht een grotere cirkel beschrijft, het benodigde aandrijfmoment groter is, om het gewicht in de betreffende baan te houden. Veronderstel, dat door een verhoging van dit aandrijfmoment de begin-(hoek)-snelheid van het gewicht groter is dan norrnaal. Dit zal nu een grotere cirkel gaan beschrijven, waarvoor een groter moment nodig is om in die baan te blijven, zodat een nieuw evenwicht ontstaat, waarbij de omwentelingssnelheid weer tot de normals waarde teruggevallen is. De aanname is echter aIleen waar, als er wrijving aanwezig is in het systeem. Dit echter heeft Huygens waarschijnlijk niet ingezien, de begrippen massa en koppel waren in deze tijd ook nog niet duidelijk bekend. (Newton pUbliceerde z'n wetten pas in 1686!). Hij stelde zelfs voor om lagers van diamant te maken, am de wrijving tot een minimum terug te brengen! Als men de wrijving ziet als een onderdeel van de regeling, dan is Huygens' slinger een regelsysteem met terugkoppeling. Bovendien was het het eerste, waarbij de offset naar nul teruggebracht werd. Het systeem heaft dan ook een integrerende karakteristiek, zoals uitvoerigwordt aangetoond in het artikel van A.T.Fuller in II Journal of dynamic systems, measurement and control", (Fuller - I - 1976, blz.117). Regeltheorie na Hooke en Huygens tot ca 1800. Na Hooke en Huygens is ar bijna twee eeuwen lang volkomen stilstand in de regeltheorie. Zoals al meer vermeld, is dit hoogst waarschijnlijk te wijten aan het ontbreken van toepassingsmogelijkheden voor de regelaars. Bovendien zal de werking ervan allerminst bevredigend zijn geweest. Beide heren waren veel meer theoretici dan praktische uitvoerders van hun vinding en. Daarbij kwam ook nog dat de technische vaardigheden en vaak ook de materialen in hun tijd nog grotendeels ontbraken; De ontwikkeling tot 1834. J826 Poncelet. Poncelet maakt in zijn boek 'Cours de Mecanique applique aux Machines' een 1ndeling 'in verschillende regelaars: - rem inrichtingen (II mod'rateurs") regelaars ("regulateurs") vliegwielen - aandrijvingen

61

7.6.

Men treft hier aIleen een statische beschouwingswijze aan, t~rwijl voor iedere regel-construe tie als hat ware een eigen Itheorie l ontworpen wordt. Eenzelfde regelaar cleek namelijk verschillende resultater te geven bij verschillende systemen (stoommachines, waterrad, turbine). Aangezien de oorzaak van dit verschillend gedrag niet gezien werd, bleef het gedrag van de regelaar onduidelijk. Pas in 1859 gaat R~uleaux het totale systeem van regelaar en geregelde machine bekijken, waar dan weI iets over te zeggen val t (zie blz.62). 1827 .John Farei'. In 1827 publiceerde Farey een uitvoerige verh~ndeling over stoommachines, en bij hemkan de eerste bespreking van het gedrag van een teruggekoppeld regelsysteem worden gevonden. Hij schrijft, dat de Watt-regelaar specifiek een foutsignaal moet hebben om te kunnen werken. (dit is offset). Hij geeft ook aan, dat het systeem tijd nodir, heeft, om op een verstoring te reageren, en dat hieruit overshoot kan voortkomen. In moderne terminologie vertaald zou zijn verhandeling hebben ingehouden, dat de lU6-ver5terkin~ verminderd zou moeten worden, om de overshoot te verminderen. De ontwikkelingen tot 1868. 1834. George Biddel Airy ( 1801-1892) was professor in de wiskunde en astronomie bij de Cambridge University van 1326-1835, en na 1835 tot zln dood de 'Astronomer Royal" bij Greenwich Observatory. In 1834 kwam zln eerste grote boek uit, dat handelde over de constructie van regulateurs bij astronomische telescopen. I . 1840 kwam het vervolg op bovenstaand boek: "On the Rep;ulator of the Clockwork for effecting uniform li[ovement of Equi torials". Hierin stelt Airy als eerste differentiaalvergelijkingen op voor de beschrijving van het dynwlisch gedrag van de centrirugaalregelaar,hetgeen tot een beter kwalitatief inzicht leidde dan aIle andere eerder gebruikte beschrijvingen. Het boek vormde het beginpunt van een nieuwe ontwikkeling in de theorie. Airy begint met cen beschrijving van Fraunhofers regelaar (bIz. 47), zodat z'n analyse voornamelijk betrekking heeft op de regelaar van Watt. IIij richt zln aandacht vooral op de dynarnische instabilitait, denkt zelfs dat instabiliteit normaal is: " Whenever the equilibrium. of forces requires that a free body is brought to a determinate position, we must not expect that the body will remain steadily in that position of equilibrium, but that it will oscillate on both sides of that position, and that it will have no tendency to settle itself in the position of equilibrium: and we must take account of this possible oscillation in planning any mechanism- ••••• In practice there always exists one cause which tends constantly to reduce the oscillation •••.• , namely friction". Daar Airy ervan uit-gaat, dat de oscillatie onvermijdelijk is, dlilet hi,i twee voorstellen om de invloed daarvan te verminderen: i. Ik oscillatio-frequentie to verlagen, 2'.odat de telescoop slechta Innp:zaam van z'n ideale nnelheid afwijht. Daartoe bevestigd h:i.J ()cn vlie[;wiel 8.flll de as van de regulateur.

62

De oscillatiefrequentie te verhogen, zodat de &~plitude ve:rwaarloosbaar wordt. Hiertoe hangt hij de gewichten op aan een dwarsgeplaatste stang aan de hoofdas van de regulateur. In "oornoemde publicatie van Fulle:::' (b1.z. 60) is de volledige theoretisc~e beschcuwing 0pf,e~omen welke Airy aan de centrifugaalregelaar heeft gewijd. (Fuller - I - 1976). . In 1851 publiceerde Airy een aanvulling, waarin bij claimde, het probleem van de oscillaties opgelost te hebben. IIij brncht bij }LCt apparant eon hydraulische damping aan, deoscillatiebeweging werd op deze manier tegengegaan door een koppel, evenredig met de snelheid. Rij beschrijft ook nog enige regelaars die goed werken, zonder oscillaties, waarbij er 6en, ter regelinr, van een recorder, zeer veel overeenkomst vertoont met het Huygens' systeem, bij welke de lucht de wrijvingskracht verzorgde. De methode van Airy om regulateurs met behulp van differentiaal vergelijkingen te beschrijven werd niet overgenomen bij beschouwingen over regelingen van stoommachines omdat er geen aandacht geschonken werd aan de literatuur op astronomisch gebied, waarin Airy zijn beschrijvinf,en had gepubliceerd. 1858 Krause. Mathematische aanpak van een regelaar met extra gewicht en gekruiste stangen (dit laatste om de invloed van de excentrische ophanging van de stangen met de kogels te kompenseren). 1859 Weisbach + Herrmann. gaven mathematische afleidingen voor de parabolische regelaar (verg. Huygens, bIz 59). 1859 Heuleaux. In een publicatie van Reuleaux doemt een duidelijk nieuwe gedachte op: De beoordeling van regelaars, is op zichzelf onmogelijk. Het is van essentieel belang, dat het gehele overdrachtssysteem in de beschouwing wordt betrokken, dus regelaar plus geregelde machine. Reuleaux geeft ook een indeling van regelaars in twee groepen: de tachometrische en de dynamometrische regelaars. De tachometrische soort zijn die regelaars, welke door 'de opgetreden snelheidsverandering werkzaam worden'. De dynamometrische vallen uiteen in twee groepen, nl. 'It Regulatoren, die door dezelfde oorzaak in werking worden gebracht, als die welke de belasting verandert" en "Regulatoren, welke door de bereikte verandering van de belasting in actie komen. 1t Helemaal duidelijk zijn de definities niet, maar het lijkt dat met de eerate de echte regelaars worden bedoeld, en met de laatate categorie, de snelheidssturingen, afhankelijk van de belasting, zander terugkoppeling dus. De opmerkinr~en van ReuleaUZ leidden echter al vrij snal tot een inzicht in een van de grootste problemen bij de toen in gebruik zijnde krachtbronnen: de stoom - en waterradmachines. De laatste ondergaan hoogsten8 een snelheidsverhoging van 200300% als plotseling, uit een vollastsituatie, aIle belasting wordt weggenomen. Een stoommaahine zonder regelaar echter blij~t bij nullast in snelheid toennemen, en heeft dUB zelf een integrerende karakteristiek tegen een proportionele van de waterradmachines. 21.

e~V3.n

63

Lu<'lers 1861. merkte op dat tot dan toe aIleen statische bes0houwin~en van regelaars gegeven waren. Het komt erop aan de beweging bij verstoord evenwicht te beschouwen: het overgangsverschijnsel. Luders 1865. stelt de energievergelijking van een machine op:

iM( v 2 - v; ) =

(Pp dp

)p

"

./q

" waarin M: traagheidsmoment v, v 6 : hoeksnelheden dp: arbeid van de aandrijvende machine dq: arbeidsverbruik door de belasting. Voor verschillende machines gebruikte hij verschillende integranden. De oplossing van deze vergelijking lukte niet maar weI gaf Luders kwalitatieve beschouwingen en diagrammen waarin de overgangsverschijnselen benaderd worden. Ontwikkelingen na 1868. 1868 James Clerk Maxwell ( 1831-1879). In 1868 publiceerde Maxwell, waarschijnlijk om z'n hoofd te bevrijden van de problemen rond de regulateur, en zich te kunnen wijden aan het grote werk over elektrische en magnetische velden, zijn boek "On governors". Dit boek kan, zoals eerder vermeld(zie bIz. 57), als de geboorte van de regeltheorie worden beschouwd. Al in 1857 kreeg Maxwell de Adams Prize voor een verhandeling over de stabiliteit van de ringen van saturnus, welke ook al bij Huygens aanleiding waren geweest tot ontwikkelingen in de regeltheorie. Maxwells techniek bestond daaruit, dat hij de differentiaal-vergelijkingen van de beweging van de ringen benaderde en lineariseerde, waarbij hij eigenlijk een soort karakteristieke vergelijking verkreeg, welke slechta van de vierde graad was en kon worden opgelost. Maxwell had dus enige ervaringen met stabiliteitsproblemen, toen hij enige jaren later in contaot kwam met (de) regulateurs. In 186) en 1864 spendeerde hij veel tijd aan de regulateur van Fleeming Jenkin (zie bIz. 55, 56). Hij stelde differentiaalvergelijkingen van de derde orde hiervoor op en bedisoussieerde de oplossing, afhankelijk van de verschillende parameters. In "On Governors" vertelt hij, dat de condities voor stabiliteit wiskundig gelijk zijn aan de conditie dat aIle reele delen van de takken van, een zekere vergelijking negatief moeten zijn. Oscillaties, na een verstoring, zouden optreden als het (reeele) gedeelte van een van de (complexe) takken positief wordt, bij variatie Tan de parameters van het systeem. U1tvoerige theoretische beschouwin~en over Maxwell zijn gegeven in dee I II van de publikatie van Fuller - I - 1976. Tot slot een opso~~ing van Maxwellts belangrijkste bijdragen tot de regeltheorie. i. Hij lineariseerde de bewegingsvergelijkingen direkt, terwijl Airy een ingewikkelde vorm van linearisatie had gebruikt. ii. Hij verkreeg stabiliteitscriteria in de vorm van coefficienten van de karakteristieke vergelijking voor derde-ordesystemen.

Jp

fQ

7.7.

- ( \ clq

64

iii. Hij v8stigde de aandacht op het feit, dat het belangrijk was ook voor hogere-orde-systemen dergelijke criteria or te stellen. iY; Zijn voorbeelden bewezen, dat regelaar~ de o!feet (zie blz. 4~) konden elimineren, zonder de instabiliteit te vergroten. v. Zijn publicatie was het eerste werkelijk systematisch onderzoek naar he't dynamisch eedrag van regel technische systemen. Met dit werk heeft Maxwell de grondslag gelegd voor de verdere ontwikkeling van &lgebr&rsch~ stabiliteitscriteria. Hij zette via de London Mathematical Society en het voorstellen van het onderwerp voor de 'Adam's Price' van de universiteit van Cambridge in 1877 verscheidene mensen aan om criteria te ontwikkelen om vergelijkingen met wortels met negatieve reele delen te kunnen v&statellen. Met name Routh kw~n hier met bruikbare resultate~ voor de dag Czie blz.67). 1870 Rolland. (Fr.) geeft combinatie van toestandsvergelijkingen voor astatisch gedrag en de energievergelijking van een regelaar. Hij onderzocht wanneer een verstoring van een evenwichtstoestand met maar kleine schommelingen uitdempt. De massatraagheid van de regelaar blijkt het uitdempingsproces te vertragen. Een belangrijke figuur in de Duitse ontwikkeling is Kargl die in het duitstalige gebied het werken met differentiaalverlijkingen invoerde. 1871/72 Kargl. "Zur l~sung der Regulatorfrage". Hierin bouwt Kar~l voort op het werk van LUders (1861. 1865) - hij ging echter niet vande energievergelijking uit, maar stelde de differentiaalvergelijking op van Watt's en Porter's (met extra gewichten) centrifugaalregelaar. differentiaalvergelijking zonder demping: 2 d x :: -A:J:. + C 2 dt x verplaatsing van de huls; A,e: constanten afhankelijk van de constructie;

-

bewegingsvergelij~ing van

T-W

pi ::

r.M

stoommachine:

d{j-

-2

dt

p'

: hoekversnelling van de aangedreven as;

T W r

gemiddelde tan~entiaalkracht; tangontiele woerstand; : straal van de 'krukas'; massatraagheidsmoment van roterende delen; hoek van de I krukas' ;

iii

-tt :

Kargl beschouwde nu overgangsverschijnselen zowel getalsmatig als grafisch.

65

1872 Worms de Romilly (Fr.). toont aan dat: a) astatische regelaars zonder 01iedom~ing aanlei~ing geven tot opslingeringen; b) statische reg~laars zonder oliedemping moeten ook fout gaan. Dit was in tegenspraak met de praktijk, wat hij verklaarde uit de verwaarlozing van de altij~ aanwezige wrijving. 1873 Kargl. "Beweis der Unbrauchbarkeit samtlicher astatischer Regulatoren" waarin hij evenals Worms de Romilly aantoont dat astatische regelaars zonder oliedemping opslingeringen geven. 1873 Tschebyschew(Rusland). In een in Frankrijk gepubliceerd werk lukte het hem ook niet om een duidelijke uitspraak over astatische regelaars te doen. WeI werden er verschillende constructies aangegeven, o.a. de later door Gruson (1877, Duitsland) geconstrueerde cosinusregelaar. 1873 Farcot (Fr.). "Le servomoteur ou moteur asservi". Hierin wordt de benaming 'servomotor' ingevoerd, alsmede een aantal toepassingen gegeven voor scheepsbesturing waarin ook duidelijk terugkoppeling besproken wordt (stuurbekrachtiging - hiervoor waren elders al eerder patenten uitgegeven: USA: Sickel 1853, 1860 en Engeland: Gray 1866). Deze toepassigen komen uit het gebied van de hydraulische overbrengingen - een vrij op zichzelf staand onderzoeksgebied. Weer terug bij de stoommachines wordt een hoogtepunt bereikt in het werk van Wischnegradsky: 1876 Wischnegradsky (Rusland). Zijn werk wordt in verkorte vorm in Frankrijk gepubliceerd en een jaar later in Duitsland: "Ueber direkt wirkende Regulatoren". De differentiaalvergelijkingen van regelaar en machine worden via een tussenstap aan elkaar gekoppeld: - c..:>. ( 1) regelaar: d 2 u + M. d u + N.u = K.g. c..> w.

W

d,-,

dt

(2) machine:: I Odt =

(

P -

+

(

)

R' + R" ;

Q).r - L.u;

waarin u : afwijking van de huls van de regelaar; K,L,M,N : van de constructie afh. constanten; I : gereduceerd traagheidsmoment; P,Q : aandrijf- resp. remkracht aan straalf w,wo : hoeksnelheden van de regelaarsas. Differentiatie van (1) en samenstellen met (2) levert: d 3u

dB'

2

d u . du M· dt " + N·crr +

+ \

...

~ !ow. = I:~"" (p - Q) • f

K.g.L

;

-'

~oliedemping waar apparaat mee uitgerust moet zijn.

66

De belangrijkste resultaten waren: a) astatische regelaars (N=O) zijn voor de regeling van een macnine niet ~ruikbaar, met welk katara~t ze ook uitge~ust zijnj b) statischv regelaars zonder katarakt (M=O) zijn niet bruikbaarj c) voor iedere sta tische regelaar 5.s zod·anig ka tarakt te vinden dat deze regelaar in verloop van tijd zijn slingeringen niet zal vergroten. De onderzoekingen van Wiscl,"1egradsky geven dus de eis van oliedemping weer - in tegenstelling tot de praktijk waar veel machines zonder oliedemping goed werkten. Dit werd veroorzaakt door de zware constructiea on de droge wrijving daarvan, iets waar de nog te behandelen Stodola in 1893 op weeSe

~liS.e!2.rai~c!!.e_sia!2.iliieit~c!:.iie!:.i~. Rond 1~50 waren er al criteria van Lagrange (beschouwt alleen statisch geval) en Laplace (uit de astronomische hoek - te veel omvattend). De hier te bespreken criteria werden ontwikkeld voor gevallen van stationaire bewegingen en aIleen kleine schommelingen rond een evenwichtstoestand. De bijbehorende differentiaalvergelijki~g heeft dan constante coefficienten en is lineair. Als variabele wordt niet meer de oorspronkelijke grootheid genomen maar alleen nog de afwijking daarvan. Instabiliteit wordt gezien in het geval dat afwijkingen na kleine verstoringen uit de evenwichtstoestand groter worden - in de oplossingen van de differentiaalvergelijking komen dan met de tijd toenemende elementen voor. Blijvende trillingen met constante amplitude worden meestal ook hiertoe gerekend. Stabiliteit: afnemende trillingen na verstoring. Uit de differentiaalvergelijking kan de z.g. karakteristieke vergelijking afgeleid worden: diff .verg.:

dnx d n - 1x dx a o •dtn + a1.dt n _1 + • • • + an-1.dt + an.x

=C

De algebraIsche stabiliteitacriteria geven aan hoe de wortels van de karakteristieke vergelijking in het complexe vlak liggen, afhankelijk van de coefficienten a o tim an. Het technische systeem is stabiel als de wortels allemaal een negatief reeel deel hebben. 1877 Routh. Zijn werk "A treatise on the stability of a given state of motion" won de "Adam's Prize" uitgeschreven door de universiteit van Cambridge - de keuze van stabiliteitscriteria als onderwerp voor deze prijsvraag is hoogstwaarschijnlijk van Maxwell afkomstig. Het artikel van Routh is integraal afgedrukt in het door Fuller verzorgde werk "Stability of motion" (Fuller IV - 1975). Routh geeft de cerste systematische uitwerking van stabiliteitsvoorwaarden voor systemen waarvan het gedrag onder aanname van kleine trillingen door lineaire differentiaalvergelijkingen met constante coefficienten weergegeven wordt.

67

Hij grijpt terug op een werk van de wiskundige Cauchy die in 1837 een uitdrukld.ng had afgeleid V00r he'.. aantal nulpunten van ee.l complexe functie blnner. een gebied waar die regulier is. Cauchy had dergelijke uitdrukkingen met zuiver wiskundie oogmerk afgeleid, Routh geeft er nu een fysische interpretatie aan op het gebied van de regeltechniek. Criterium van Routh: ----------

Een polynoom is als volgt te schrijven: fCy)

= ao.YU

+

a1.yn_1 + • • • • + an_1cY + an;

orden de coefficienten als volgt: ao

a2

a4

a6

a1 a1· a 2- a o· a 3 a1

a3 a a1· 4- a o· a 5 a1

a5

a7

• • • • • •

• • • • • •

.• • .

•

.• .

·.. • •• ·..

kruiswijze vermenigvuldiging der elementen van beide voorgaande rijen en delen door het eerste element van de tweede rij.

Noodzakelijke en voldoende voorwaarde dat de algebraIsche vergelijking fCy) = 0 alleen wortels met negatief reeel deel heeft, is dat bovenstaande coefficienten allemaal positief zijn. Een Duitse vertaling van het werk van Routh verscheen pas in 1898, nadat Hurwitz aldaar zijn criteria gepubliceerd had - zie blz.68 •. 188J "Schweizerische Bauzeitung" opgericht - publiceert het werk van Stodola - zie onder. Naast de algebraiache stabiliteitscriteria werden er ook grafische methoden ontwikkeld om regelaars te ontwerpen, m.n. toerentalregelaars. 1886 Hermann: wijst op het belang van grafische constructiemethoden.

1892 Ljapunov: de onderzoekingen van Ljapunov houden zich bezig met niet-lineaire systemen, een deelgebied van de regeltechniek dat wij hier verder niet behandelen - zie opmerking aan het eind van dit hoofdstuk. Ljapunov wees weI met klem op de voorwaarden waaronder een nietline air syateem gelineariaeerd kan worden en gaf daar ook stabiliteitscriteria voor. 1893/94 Stodola: bekeek het geheel van turbine, rep,elaar en de kolom water die de turbine aandrijft; dit leverde een stelael van 7 lineaire differentiaalvergelijkingen, waarvoor hij geen oplossing kon vinden, maar Waarover hij weI uitspraken m.b.t. de stabiliteit kon doen op grond van door Hurwitz afgeleide criteria. Stodola's probleem was aanleiding geweest voor Hurwitz om zich met dergelijke criteria bezig te gaart~houden. De resultaten van Stodola met daarin de criteria van Hurwitz werden eerder p,epublioeerd dan het werk van Hurwitz zelf.

68

stodola voerde tevens tijdoonstanten in in de rege1teohniek daarbuiten waren ze a1 eerder door Helmho1tz gebruikt. 1895 Hurwitz: "Uber die Bedingungen unter welchen eine G1eichung nur Wurzeln mit negativ-ree11en Tei1en besitzt". Hurwitz wist a1 dat het prob1ee. prinoipiee1 op10sbaar was (Sturm, Cauchy, Hermite) maar vond de methode te oms1aohtig. Q.rit~riU!!! !.8.!! !iu~it.!: De noodzake1ijke en vo1doende voorwaarden dat de verge1ijking

f (y)

n

• ao.y

n-1

+ a 1 .y

+ ••••• + a n _ 1 .y + an

=0

waarin de coeffioient a positief veronderste1d wordt, a11een worte1s met negatief rele1 dee1 bezit, is dat de waarden van de determinanten H1 , H2 , ••• , H a11emaa1 positief zijn. De determinanten Hi worden ale vo1gt berekend: a

Hi •=:

1 a3 a5 a0 a 2 a 4 0 a a 1 3 0 •

a _ 2i 1 a _ 2i 2 &2i-3 i

= 1,

2,

.. , n •

a1 A1s de index van een ooefficient negatief of)i is, wordt die coefficient 0 genomen.

1895/96 Tolle: werkt grafisohe oonstructie voor centrifugaalrege laar ui t, de z. g. C-Kurve U'Charakt eris tik"): vanui t het zwaartepunt van verschi11ende de1en van de oentrifugaa1rege1aar worden onder1ing 100dreohte kraohten ingetekend; - krachten naar buiten: centrifugaa1krachten; - krachten naar binnenl terugwerkende krachten t.g.v. gewicht van onderde1en - afzonder1ijk intekenen. De uiteinde1ijkeC-kromme oatstaat door de afzonder1ijke ordinanaten op te te11en. fig. 7.. 3. C-Kuryen nach To11e. uit Rorentrop.

N

69

stabiele rep,eling: Rrotere uitslag van de ko~els moet overeenkomen met een hoger toerental - de hoek ~ tussen de C-kromme en de x-as moet bij toenemende uitslag ook tcenemen. 1897 Steinmetz: invoering van vectornotatie van complexe grootheden in de electrotechniek. 1,'39RB.outh: Duitse vertaling van zijn werk "Dynamics of a System of rigid Bodies" (1811), wanrin ook de wezenlijke delen van zijn stabiliteitsonderzoekingen opgenomen zijn. 1899 Heaviside: "Electromagnetic 'rheory", waarin hij ui tgebreid gebruik maakt van operatorenrekening, i.h.b. voor berekeningen van inschakel- en uitdempingsverschijnselen in electrische leidingen. 1901 Schenkel: "Geometrischo Orter an \iechselstromdiagrarnmen". ::Jchenkel wij st op de mogelij kheiel van vectoriele voorstelling van rechte en cirkel in het complexe vlak. Deze methodiek heeft hij echter nog niet verder ontwikkeld. 1911 Campbell (USA): idem als Schenkel (1901). 1911 Bompiani (It.): wijst op de equivalentie van de criteria van Routh en IIurwi tz. "'/egens het noodzakeli.i k en voldoende zijn van beide criteria moeten ze wel gelijkwaardig zijn. Pas in 1941 geeft Bilharz aan hoe de relatie precies is, -zie aldaar. VerdeI' zijn er in de loop del' jaren diverse po~ingen gedaan om de criteria in eenvoudiger vorm te gieten, d.w.z. gemakkelijker te berekenen en anderzijds om ze uit to breiden tot niet-lineaire systemen. Vanaf 1912 wordt er in de zich snel ontwikkelende electronica terugkoppeling toegepast. Aangezien het hier om een bij uitstek practische ontwikkeling gaat, duurt het tot in de twintiger jaren dat men hier de optredende instabiliteiten vanuit theoretisch gezichtspunt te lijf gaat en aldus bijdragen aan de regeltechniek levert in de vorm van stabiliteitscriteria - zie verderop en ook het hoofdstuk over regeltechniek en electronica. 1911 Bloch: "Die Ortskurve del' grafischen Elektrotechnik, nach einhei tlicher fJlethode behandelt": theorie van de "Ortskurve" de voorstelling van grootheden in het complexe vl~k (impedantie, admittantie, ovnrdrachtsfunctie, ('nz.). Rloch komt hierbij niet tot stabiliteitsc1'itcria. 19?2 Carson: "'1'he Jleaviside Operational Calculus": hierin voert hij de z.g. Carson-transformatie in: pt C{f(t1 = p. [ret) .e dt = P• o = p.Laplacegetransformeerde Tevens doet Carson pogingen om de operatorenrekening te funderen m.b.v. de Laplace (1812)- en Fourier (1822)- transformaties.

.({f(t~

1923 Black: ook al volgt zijn publicatie pas in 1934, vanaf begin del' twintiger jaren was Black al bezig met terugkoppeling van telefonieversterkers. ~r ~ij speciaal op gewezcn dat
'(0

logssituatie; 80ms ook omdat het belang van een ontwikkeling niet gezien wordt.

no~

19?1 !l'ostpr: in de Ilynthese van YJuLwel'ken met voorgeschreV8'l eigenschappen worden bepaalde eigenschappen van terugkoppelin~ I:n de berekening d.aarvan beschouwd; later hield ook Cauer zich daarmee bezig (1939/40).

1924 Doetsch: pORingeD am operatorenrekening te funderen met Laplace- en Fouriertransformatie.

11?7 rnack: introliuceert vUY'flterkerr: Iii-\) bmvunt 7,0 gebollwli zi;jn (lat ze een veol t(~ r:rot8 venltcrking hebbon. D.m.v. negaLieve terup:koppeling,lord.t die dan weer tot normale proporties teruggebracht waarbij G.an de bijkomende voordelen van die negatieve terugkoppeling de versterker bruikbaar maken voor de cascade:3chakeling in telefonieverbindinp:en zonder dat de andel's A.anWQzip,e vervorminp; aIle signaaltransmissie onrnogelijk maakt. 1928 Kupfmuller: "Uber Beziehungen zwischen Frequenzkarakteristiken und Ausgleichvorgane;en in linearen Systemcn". Via de F'ouriertransformatie le8t Kl1pfmuller de verbinding tussen het tijd- en het frequentiedomein. Hij steunt op het werk van Wagner (1916) die als een der eersten gebruik mA.akte van Heavisideo operatorenrekeninr;. - Toepassing van 8uperpositieintegraal (Carson 19"16) in berekening v~n dempingsverschijnselen. - f3ep;ripp61. "Uebertragunp,sfaktor" en "Uebertragungswinkel" voor "Amplitudengang" en "Phasengang". - M.b.t. frequentiefilters gebruikte Kupfmuller het causaliteitsprincipe en het naar hem genoemde theorema: inslingertijd = 1 1 bandbreedte.

1929 Bush: ?9 van d e Po1. . 19 ,__

tPOgingen om operatorenrekening te funderen met Laplace- en Fouriertransformatie.

1930 Strecker (Dld.): twee jaar voordat Nyquist ~ijn criterilun

publiceerde, had Strecker in Duitsland (Siemens) al een analoog criterium ontwikkeld dat echter nog niet gepubliceerd werd. Pas in 1947 is het op grote schaal bekend geword8n. 1931 Jt'oster en Ca.mpbell: "Fourier-intep:rals for practical applications". Deze pnblicatie deed de fouriertransforrnatie in,~anR; vinden in de rep:eltechniek en met name in de electrotechniek. lCJ3;! Nyqll~flt: "Her;eneratton 'I'hoory": publicaLle in de "13011 ;5ystems Technical Journal" die noodzakelij k en voldoende voo!'waarden voor teruggekoppeld systeem afleidt uit het open systeem. Pas in 1934 krijgt het werk van Nyquist algemene bekendheid na de publicatie van: (voor Nyquists publicatie, zie ook bIz 80 en 81).

1934 IJeterson, Kreer en ':lara: "Regeneration theory and experiment": llierin \Vordt verband ,o;elep;d tussen Nyquists resultaten en het algemeen bekende Houthcriterium on bovendien wordt aan de hand van practische onderzoeksresultaten de correctheid van Nyquists ondoorzichtige wiskundige manipulaties bevestigd, waarna het criterium hruikbaar en geaccepteerd wordt. 1~14 VRhlen: al nit oudere onderzookingen was bekend dat de wortels van een polynoom die bij cen stabiele regelaar hoort

71

links vetn de imaginaire as moeten liggen. Vahlen geeft een methl)de om dit gebied scherper te begrenzen: wortels links van een lijn evenwijdig aan de imaginaire as. 1934 Black: "Stabilized Feedback Amplifiers"~ publicatie in de "Bell :lystem Technical Journal" van de resul taten van zijn onderzoekingen (zie 1923 en 1927 Black) aan terucckoppelinp; bij telefonieverflterkers. Dit artikel wordt weI aangeQ1erkt als het begin van de moderne reg~ltcchniek{~ie ook bIz 82 ~n 83). 1937 Doetsch: "'l'heorie und Anwendung dar Laplacetransformation". Dit werk vormt de grondlegging van het rekenen met de Laplacetransformatie en bevat tabellen met Laplacegetransforrnoerden. (Later zouden m.n. Grunwald-1941, Tischner-1941 en Gork -1942 zich hierop baseren - zie onder)~ Doetsch geeft verder een uitbreiding van de Laplacetransformatie zodat het hem lukt Heavisides operatorenrekeninp.; daarin onder te brenp,en. Voor de variabele vetn de Laplacetransformatie gebruikt Doetsch de letter s, zoals ook in de amerikaanse literatuur gedaan wordt; voordien werd meestal de letter p gebruikt (Heaviside, Carson). 1938 Michailow: introduceert het werk van Nyquist in Rusland. In 1936 had hiJ zelf al onafhankelijk van Nyquist een p,rafischanalytisch crit€rium ontwikkeld dat analoog was aan dat van Nyquist. 1939 Feiss: eerste toepassing in Duitsland van het Nyquistcriterim·buiten de electrotechniek. 1940 Bode: "Relation between Attenuation and Phase in Feedback Amplifier Design". In dit werk introduceert Bode de naar hem genoemde Bode-diagramrnen: amplitude - frequentie en fase - frequentie diagrwrunen, waarbij, behalve voor de fase, logarithmische schalen gebruikt worden. Vervolgens geeft hij de 'wet van Bode', die de samenhang tussen de fase en amplitude aangeeft voor lineaire overdrachtssystemen met geconcentreerde parameters onder de voorwaarde van minimale fasedraaiing: 1'0

S(f c )

= ~i f~~

.

log

cothl~ldU

()

waarin B(f ) : fasedraaiing bij willekeurige frequentie fc; A :camplitude als funetie van de frequentie f; u : log f/f • Tenslotte introdu0~ert Bode de begrippen ~ase-margel en 'ver~ sterkingsmarge', die minimumwaarden geven onder de stabiliteitsgrens: bij overschrijding van een bepaalde fasedraaiing mag een zekere waarde van de versterking niet overschreden worden, en omp.:ekeerd. 1940 Leonhard: opdeling van een te regelen systeem in deelsystemen en op die deelsystemen Nyquistcriterium toepassen. 1940 LUdwig: zijn werk vormt samen met dat van Doetsch-1938, GrGnwald-1941, Tischner-1941 en Gork-1942 de duitstalige grondslag van de regeltechniek. Uit het Nyquistdiagrwn dat op zich aIleen een uitspraak doet over weI stabiel of niet stabiel zijn van een systeem leidt

72

Ludwig een maat af voor de demping: een quantificering tussen d~ uitersten st~tiel en onstabiel. 1941 Bilharz: inaakt de samenhang duidelijk tUBsen de functies in het criterium van Routh en de determinanten van Hurwitz: R

n

H

=-.r n-1

1~41 Grunwald: "Losungsverfahren der Laplacetransforrnation fur Ausgleichsvorgange in linearen Netzen, angewandt auf selbsttatige Hegelungen".

1941 Tischner:"Darstellungen von Hegelvorp;angen". 1942 Gork: "Gesetz.rnassigkei ten bei Hegelvorgangen". Met de vermelding van deze laatste drie werken en dat van Doetsch en Ludwip, zij aangetoond dat de grongslagen van de regeltechniek niet enkel en aIleen in de USA ontwikkeld zijn, zoals door de grote stortvloed van pUblicaties vlak na de oorlog gesuggereerd zou kunnen worden. Hiermee willen wij ons overzicht van ontwikkelingen besluiten. Op sommige puntan zal r~en zeggen dat er te weinig gegevens vermeld zijn - wij pretenderen echter geen volledir,heid, het is slechts de bedoeling geweest enige hoofdlijnen aan te geven; voor nadere informatie wordt men verwezen naar het boek "Entwicklung der modernen Regelungstechnik" van Klaus Rorentrop waaruft dit overzicht is samengesteld. (Rorentrop-1971). Op andere punten lijkt het misschien dat er te veel op details ingegaan wordt en er te veel namen opgesomd worden - dit is slechts gedaan om een indruk te geven van de veelheid van de ontwikkelingen en personen die zich daar tot vrij recent mee beziggehouden hebben. Vooral in en na de veertiger jaren wordt de stroom publicaties zo overweldigend groot dat het bijzonder moeilijk wordt om daar een helder over~tcht van te geven: diverse lijncn uit hat v~r­ leden worden doorgetrokken of met elkaar doorverbonden (b.v. Frey 1946: criterium om m.b.v. instabiel open systeem een stabiel gesloten systeem te construeren; Theodorchik 1946: toepabsing van Nyquistcriterium op niet-lineaire systemen), terwijl daarnaast nieuwe ontwikkelingen in gang gezet worden (b.v. rootlocus-methode, Evans 1948/50 en optimaliseringsmethoden, Pontryagin 1956). In dit hoofdstuk is de geschiedenis van de regeltechniek bekeken voor zover het theorie m.b.t. lineaire systemen betreft (Rorentrop) hoofdstukken 1 t/m 7). Andere aspecten van de regeltheorie zijn buiten beschouwing gebleven; door Rorentrop worden nog behandeld: - rekenmachines; - rep.:elaars lllOt discontinue wcrJ,inp; (l3amplinr: - b.v. radar); - relainre~elinr:on; - systemen met me,:rdel'c T'c:'gelgroo'theden; - niet~lineariteiten; - optimaliseren.

73

HOOFTJS'l'UK 8.

8.1.

lnleiding. Bij een onderzock naar de geschiedenis van technische vindingen stuit men op een markw8.a.rdig verschijnsel: terwijl men vanuit de huidige tijd en hedendaagse stand van de techniek op zoek gaat naar principeo en ideeen ( en met name wanneer deze voor het eerst gerntroduceerd zijn), blijkt uit literatuuronderzoek dat in vroe~ere tijd niet zozcer het principe van belang werd peacht, als weI de practiHchfl llitvoerin,o: hiervA.n. Iltv8rse "uitv:LndLnf"on" ntaan op nrtarn van bepualde perDonen ( die daardoor veelal ook beroemd ~eworden zijn), maar blijken al veel langer, soms in een iets andere vorm, te bestaan, of het principe ervan is al jaren eerder doo~ een andere onderzoeker beschreven. Degene die de uitvinding technisch vervolmaakt, bruikbaar maakt of op de markt brengt, wordt als de uitvinder ervan aangemerkt, ook al is het eraan ten grondslag liggende idee van een ander afkomstig. Om een voorbeeld te geven: de gloeilamp, waarvan algemeen wordt aangenomen dat Edison de uitvinder is. Uit "geschiedenis van de electrici teit ": 1820 De Engelse sterrenkundige en uitvinder Warren de 1a Rue vervaardigt een lamp met een platina gloeidraad. Deze werd in een glazen buis door koperen dopjes aan beide zijden afgesloten. Dit is de eerste bekende poging om een gloeilamp te maken. (Canby - 1964). Of de glazen buis ook vacuum gepompt was, wordt niet vermeld, doch dit is niet waarschijnlijk, zoals blijkt uit de volgende opmerkin~, afkomstig uit een levensbecctlrijving van Edison: "Frederick de Moleyns in England ••• took the first decisive step in the development of the incandescent lamp: he enclosed a metallic-wire conductor in a glass bulb from which he had exhausted most of the air (1841 )". (Bryan - 1930). Na diverse pogingen in de daarop volgende jaren (gebruik van het vacuum boven een kwikkolom in een barometer - starr en King, 1845; r:ebruik van verkoold papi.er (iets waar Edison later weI succes mee had) -Swan, 1860; vulling van een glazen ballon met enkel stikstof - Sawyer en Man, 1878) begint dan in 1818 Edison aan het 'uitvinden' van de gloeilamp. Dit kan men dus nauwelijks 'uitvinden' noemen in de betekenis van: 'een lumineus idee hebben', maar het komt erop neer dat Edison gedurende meer dan een jaar stug doorgaat met het onderzoeken van duizenden (l) materialen (voornamelijk verkoolde vezels van de meest uiteenlopende plantensoorten en daarvan ~eproduceerde materialen, zoals karton en naaigaren). Uiteindelijk lukt het in oktober 1f319 een lamp te produceren die 40 uur blijft branden. Latere cxemplaren met een r:loeidraad van een bepaalde soort ,Tapans bamboe worclen tot 600 uur gegarandeerd. \Jo7oe vr:1j uitr:ebreide beschri,ivinp; van di t on twikkelingsproces is tussengevoegd om enip; idee te r:even van de ontwikkelingsgang

74

van technische vindingen in de vorige eeuw. Een bepaald principe is al lamg bekend, maar voordat het praktisch gerealiseerd kan worden, moet er eerst jarenlang geexperimenteerd worden met allerlei rnaterialen voordat er iets bruikbaars uitkomt. Terwijl wij nu terugblikkend geneigd zijn te kijken naar ~a! er toen in-p~igc1P~ mogelijk was, was het toen meer een kwestie van ho~ het ge~e~li3~e~G moest worden. En de man die het uiteindelijk l~aliseert, die Een apparaat in elkaar zet dat werkt die wordt voor vol aangezien, en niet de theoreticus die aIleen maar zijn idee en ergens gepubliceerd heeft. In 1883 ontdekte Edison het later naar hem p;enoemde Edisoneffekt: "~ltll experimenting with his lamp, Edison waf! worried by the appearance of a black deposit on the inside of his bulb. Frequently the discoloration was brokon by a line which was not bJackened, something which looked like a shadow of one leg of the filament. He noticed that the le~ casting the shadow was always the one connected with the positive side of the circuit. It appeared that the negative leg was throwing off tiny carbon particles which traveled past the positive one and deposited themselves on the glass. He set plates between the two legs and extended wires from them to learn what was going on inside the bulb. He found that when he connected a galvanometer between its end (de aansluiting van de extra plaat - P.J.) and the positive leg, a current could be detected ••••• His final conclusion was that negative charged particles were being given off by the hot filament at its negative end ••.•• It was not until after wireless was discovered that professor J.A. Fleming recognised the effect of the effect and adapted it in the socalled Flemingvalve as a radio-detector (1904)". (Simonds - 1935, pp 227/229). Hiermee zijn we bij het ei~enlijke begin van de electronica aangekomen. Electronica die overigens nog hernelsbreed van de huidige verschilt: terwijl men nu gewoon onderdelen (al of niet in gelntegreerde vorm) uit de kast kan pakken, was het vroeger zo dat men, net als bij de ontwikkeling van de gloeilamp, zelf allerlei materialen, schakelingen, apparaten en technieken moest ontwikkelen, construeren en uittesten op hun bruikbaarheid. Er was nog niets gestandaardiseerd, de onderdelen niet, de telminologie niet; er bestonden nog maar nauwelijks voorbeelden van schakelingen. Tegen deze achtergrond is het niet zo verwonderlijk dat er nieuwe effecten ontdekt worden: in 1907 ontdekte Lee D~ Forest (die zijn radiolampen ook weI zelf gemaakt zal hebben) dat een derde electrode bijzondere invloed heeft op de stroom door een diode. 'ilaarschijnlij k is di t (naderhand zo genoelJlde) "rooster" in eerste instantie een tweede anode geweest, die dan bijzondere eigenschappen blijkt te hebben als hij niet als uitgangs- maar als ingangselectrode gebruikt wordt. Uit vele schakelingen van iets latere datum blijkt n.l. dat "radiobuizen" met meerdere roosters lanp; niet aI ti.1d op de standaardmaniei" aanp;eeloten waren: sturinp; van een tetrode met de anode en het schermrooster als uitgangselectrode is niets bijzonders, net zo min als "diodes" met een kathode en vier anodes (wat heet diode ••• ). Zoals al eerder opgemerkt: er was nog weinig tot niets gestandaardiseerd, of,

15

8.2.

naar ana10Rie van de termino1ogie va.n Thomas Kuhn: er had zich nog geen paradip~a gevormd, noch wat betreft de theoretische gronds1agen, noch met betrekking tot de praktische constructie van de onderde1en en apparaten. (Kuhn - 1962). Terugkoppeling in de electronica. In 1912 ontdekten Lee De Forest en Edwin Armstrong onafhanke1ijk van e1kaar het principe van terugkoppeling in de e1ectronica. 'l'erugkoppeling op zio', bestond a1 lang en werd toegepast in mechanische apparaten (stoommachines, windmolens), en er was a1 gerekend aan stabili tei tscri teria (Routh en Hurwitz, zie bl.z 67 en 68). Over de manier waarop terugkoppe1inp, in de e1ectronica ontdekt is, heb ik geen gegevens kunnen vinden, maar ik kan me zo voorstel1en dat in de warwinkel van ondel'delen en draden wF.l.aruit de toenmalige apparatuur bestond toevallig een draad zodanig is komen te liggen dat hij een "terugkoppe1leiding" vormde ~n dat de desbetreffende onderzoeker het effect ervan opmerkte en niet direct verwierp als "onmogelijk" of "niet in de theorie passend". B1ijkens de 1iteratuur hebben dus De Forest en Armstrong vrijwe1 gelijktijdig in de gaten gehad dat het onder controle krijgen van positieve terugkoppe1ing de versterking van een buis aanzienlijk kan doen toenemen. Dit hebben zij toegepast in apparatuur waar ze mee bezig waren: radio-ontvangers (in eerste instantie aIleen voor telegrafiesgna1en). Armstrong l2 ) in ] 9] 2 realized that. if the positive feedback could be controlled, the amplification of the tube could be greatly increased. By coupling the output from the plate circuit back to the grid circuit of the triode in the correct phase. one could introduce controllable amount~ of positive feedback. causing the circuit to "regenerate", The resenerative receiver became one of the most popular receivers in the early days of radio. The amount of feedback was enough to increase the amplification a great de ..l. but was not enough to oscillate. In understanding the nature of regeneration. the explanation of the nature of positive feedback was clearer. and was the basis of the increasing use of the triode as a generator of oscillations. or as a transmitter, There was an enormous amount of patent litigation relative to the priority of Armstrong or DeForest as inventors of the triode regenerator and the triode oscillator. and while the Supreme Court decided in favor of DeForest in 1934, it is likely that Armstrong understood the potentialities of feedback at an earlier date than DeForest.

Milsurn - 1968 pp.15.16.

THE

DE

FOREST

REGENERATIVE

OR

FEEDBACK

METHOD

Fig. 151 is a reproduction of a sketch ot'ili-e oscillation circui: as drawn by Dr. Stone two years after D~}~()rest first conceived the idea. This played an important part in the litigation which took place subsequently over the reaction patents. I

76

FIG.

151 IS B

reproduction of Dr. Stone's skelch of De Forest's reaction circuit.

Blake - 1928 pp.260,261.

Dat er meerdere onderzoekera op hetzelfde gebied bezig waren, blijkt uit het volgende: E. H. ARMSTRONG Between J91 J and 1923 E. H. AnnstroDll;'(;I'itrlhllted a numher of vcry important papers to the American ITlstitutioTl oj Radio Engineers. Armstrong filed the patent fur his" RegcncratiYe " circuit in October, 1913. On January 31st of that same year he had previously had his diagrams witnessed officially by a notary. At this date he was about 22 years of age. A. MEISSNER (6oS).-A. Meilmer· made four German patent applications in 1913; these are now embodied in his German patent 291604, of June 23rd, 1919 (605), which covers a regenerative circuit for the production of oscillations by means of a valve for transmitting purposes. ROUND'S AUTO-DYNE, OR AUTO-HETERODYNE METHOD.B. 1. Round'. patent No. 28413 of 191 ~ already referred to is of fundamental importance not only In so far as it relates to valve construction but also in regard to methods of employing three electrode valves for reception. Fig. 152 is taken from the drawings accompanying the patent. Fig. IS2A represents an arrangement for selfheterodyning, usually spoken of as the Auto-dyne or AutoHeterodyne method .

aerlaf'

. The 'grid circuit Li ~., 'is Inductively coupled to, the

and tuned to the incoming 'wav~, while the plate' circuit L.C.

is,, inductively coupled to. the grid:' cirquit, and tuned to a By choosing 8wtable .coupling between these two circuits the valve will generate osctllations of the latter frequency and " beat notes II of audible frequency can. be produced and heard in the telephones. ' .U~htly higher or slightly lower frequency.

,I

'.

"

FIG. 1~2

Blake - 1928 pp.261,262.

77

De termen Auto-dyne en Auto-Heterodyne zijn gevormd naar analogie van de heterodyne-ontvanger voor telegrafiesignalen: FESSENDEN'S HETERODYNE RECEIVER.-Another of Professor Fessenden's inventions for the rtception of radio-telegraphic signals was his" Heterodyne" receiver, shown in diagram 43A. This is made up into similar form to an ordinary" Bell " tdeJ:-hone rceiver This method of reception was Froposed hy Fessenden in '902.

I t consists of two bobhins of wire Band C wound round a fixed iron wire core, in [runt of which is arranged an iron diaphragm. The received oscillations which arrive at a frequency above audition pass through coil B to earth. Coil C is supplied with a high-rr~qlJcncy aItcrnatirlg current, from a local source V, the frequency of which can he varied in order to produce audihk heal IlOles of any dcsirl'(1 freqllency. Fessenden has termed the little generator which he uses for this purpose a " Heterodyne." A

1D

B

c v

E

Blake - 192~ pp.74,75.

R. A. WEAGANT'S REACTION CIRCUIT. {4S6).-Fig. I S~ ahows a regenerative (or reaction) circuit, due to Roy A. Wearant. The special feature of the circuit lies in the method of int!oducin.g and .£.ontr2llin.&.~~ti0Q.which is effected by choosmg a SUitable coupiingbetween rand L) , and ad,Wst1'!l.ent th£. ~Q9wser £. An application of this method IS found m tlie now welr-known Reinartz reaction circuit.

!t

Fie;, ) 53.

A circuit due to Roy A. Weal/ant, in which rea"tion " conllolltod by adjustment of the condenser L.

Blake - 1928 pp.262.263.

78

Enige jaren later wordt een iets andere toepassing van de terugkopPp.ling gevonden, wederom door Armstrong (192?): In further investi~:ltic;}s of rege.1eration. Armstrong discovered super-reaeneration. a technique by which it was possible to allow the circuit to go further into the unstable region with greater amplification than in ordinary regeneration. but to cut it off before it actually went into oscillation, A "quenching" tube was used which turned the circuit on with a very hiah value of positive feedback but turned it off before oscillation commenced. This was repeated at a frequency that was hijh enough to be inaudible to the listener. Mi~sum

- 196~ Po16.

In

principe IS een su erre eneratieve ontvan er een ontvangapparaa:, waarin zich een trI lOgs rmg evm t, waarvan de demping periodiel wordt gevarieerd tussen positieve en negatieve waarden. Deze dem pingsvariauc geschiedt daarbij met een frequentie, die groter is dan de hoogste modulatiefrequentie van het te ontvangen signaai. In dez,: algemene vorm dient E. H. Armstrong als uitvinder van het principe te worden beschouwd, hoewel uit zijn eerste publicatie over dit onder, weep (1922) blijkt, dat het idee is voortgekomen uir een vroegere vinding van L. B. Turner. De werking berust op het feit, dat :z;ich in de trillingskring gedurende de perioden van negatieve demping te1kem vrije trillingen ontwikke1en, waarvan de amplitude aanvanke1ijk be paald is door de amplitude van de in de kring momentee1 aanwe:z;ige signaalspanning.

INDio. 'Panru",v. Qe",.,.IOr

J. Pnnclpeschema van un superregeneratieve ontvan~er. De terugkoppelbulS ~ordt gevoed door een blokspanningsgenerator. waarvan de frequentie hager IS dan de hoopte modulatiefreque.ntie van het signaal, doch belangrijk lager dan de signaalfrequentie zel£.

Fi,.

E

t

I

I I

Fig. a. In

Gedrag van de vrije trilling een periodiek ontdemptt trillingskrina·

.,.

or

-1-1 I

1'---,--...... -.:....-.J T

Rens + Rens - 1950 pp.458.459. De tot nu toe genoemde terugkoppelingstoepassingen waren steeds gevallen van positieve terugkoppeling; al vrij gauw werd echter ook negatieve terup,koppeling toegepast - z.o.z.

79

During this same period of history, neaative feedback was also beginning to be applied. This application came about because, althougn it W
Milsurn - 1968 pp.16.17. Naast toepassingen die direkt te maken hadden met radio-onvangsttechnieken, worden in de tWintiger jaren ook toepassingen van terugkoppeling gevonden op andere gebieden van de electrotechniek, m.n. automatische versterkingsregeling (AVR - AVC - Automatic Volume Control), die in eerste instantie nog wel in radio-ontvangers ward toegepast, maar in principe los daarvan in versterkere bruikbaar is, b.v. in telefonie..versterkers. While the advent of single-dial control of tuning \I,'as f1dvantageous. the problem remained of the varying signal strength with tuning. As stations were successively tuned in. one might be of excessively low volume and the next excessively loud. Wheeler. in 1926, invented automatic volume control (A VC) which is a regulatory device whereby the gain of the radio frequency (Rf) amplifier of the receiver is automatically adjusted to maintain the average output intensity constant. With AVc, single-dial tunint: of the neutrodyne receiver was thoroughly practicaL the dial could be readjusted from station to station with the volume essentially constant across the dial. However, it must be understooathat AVe differs from the paradigmatic feedback as defined in the beginning of this chapter inasmuch &S the output signal does not go into a comparator in which it is added to or subtracted from the input signal. Instead. the equiyalent comparator is essentially one in which the averaged value of the output signal can either multiply or divide the input signal. since the gain of the amplifier is varied in accordance with the strength of the output signal. Thus in Ave the comparator is essentially a divider, in that the gain is reduced as the signal strength goes up. Of)

Milsurn - 1968 p.17.

80

IHld fi I

Bl()('k~('hl't11fl

('lneS

i\.undfun! ~,~IHtf'S ;SlljlPrhl,tt~m}l"jll~t'r)

11111 IIlltornnti!1mflr Ver9tark~~n'~ld\lnlot

'J "I"dl" (,,/ ZII,,,d,w',;g d,,1' g"'UI,'t"dilIJSI'IWII loll d.'11 W~I'IIJII~:'

Hegn/f"1l h"j dlJl1l Hng"lkr"IS 10111' IIU!V'II'JlJsdIlUI Vnrsluriwllgswgtdllllg ill HlIndlunkgeriil,:n

t"ChIlISl'/i"1I

Regel un gstechni sche I' Begriff

~::~:,~·I~:(~d\~,---·

I I

EnlsprclmendpI' geriitetemnischer Begriff

----.-- -\--~~:~,~11I1to

.--. _._--_ ... - --_._-------_.. - . lIud Z[-Vmlul'kPl'

Siellgliedf'r

gnregp,]te Transisturen odeI' Riihrf'u In Mischstufe und Zf-Versliirker

Regeleinrichtung

Demodulator

Aufgabengro13e

Lautstiirke des Rundfunkgeriiles

Regelgrii13e

Z[.Spannung UZf am Ausgang des Zf· Versliirkers

Fiihrungsgrii13e

Lage des Arbellspunktes del' Demodulator· odeI' Regeldiudp

StellgriiBe

Regelspannung UI:

Wichligste StorgroBen

Hf.Eingangsspannung des Empflingers, Betriebsspannung, Alterung von Bauelemenlen

Schweigert - 1971 pp.112,113.

In 1932 publiceerde H. Nyquist zijn onderzoekingen naar de stabiliteit van teruggekoppelde systemen, waarin ook de bekende naar hem genoemde Nyquist-diagrammen geintroduceerd worden. Bovendien komt hij via een andere weg dan Black twee jaar na hem tot dezelfde overdrachtsfunkties voor teruggekoppelde versterkers.

Regeneration Theory By H. NYQUIST Regeneration or feed·hack iR of eonsi
W

HEN theoutput of an amplifier is connected to the input though a transducer the resulting comhination may be either stable or unstable. The circuit will be said to be stable when an impressed small di!'turbance, which itself dieH out, results ill a response which die!' Ollt. It will he said to he unst"hl" II'hen such a disturhance results in a response which Roes on indelinit('ly, cit her staying at a relativ('ly sl11all value or increasing until it iH limited hy the non--linearity of till"

81 amplifier. \\'hl'1I thlls limited, the disturbance does not grow rurl!ll'r. Th(, lIet gain or the round trip circuit is then zero. Otherwise slatl'd, till' more til(' ("('spollse increases the more does the non-lincarity dl'rn';l~(' the J.,(l1ill IIl1lil al til(' poilll or oll('ration ill(' J.,(a;n or tIl(' amplifipr i!-' jll'" e'lllal !:, lht· ioss ill tho rl'cd-hack ,d:nilt
hr~l,

a discus::;ion will be made of certain ::;leady-state theorie:l; and why thl'Y are ullsati::;ractory will be pointed out. The most ,,1,\'i(llJ~ lIlt't hod may l,e referred to as the series treatment. Let the I 1111I pll'x (lua III it y t1.l (iw) represen t the ra tio by which t ht, a mplifler and 1l'l'd,back circuit modify the current in one round trip, that is, let lli(' llIill,:nillldp of A J represent the ratio nUIll('rically and let the angle "f .1.1 r('pITst'nt the phase shift. It will he convenient. to refer to AJ a~ an admittance, although it does not have the dimensions of the qllantity u::;ually so called. Let the current f(,,!-o(lIlS

1 {I = cos I,,' illlplC'ssl'd ou the circuit.

wt =

real part of e'wt

The first round trip is thcn rcprescnted hy

II = real part of A.le'wl ,{lid

(a)

(b)

the nth by

f,. = real part of A·J"e'w'. (c) Till' lotal current of the original impressed current and the first n 1IIIIIId trips is

I. = real part of (1

+ A.l --/-

A 2J2

+ .. , A .. .J·)e'wt.

(d)

II i111' l'xpression in parentheses converges as n increases indefinitely, du' I'onclusion is that the total eurrent equal:l the limit of (d) as 11 11I,'II'ase::; indelini tely. Now

1 -/ A J

+ .,.

A· J.

1 - A·+I./"+1 1 -- AJ

= ----- .

(e)

If 1.1.11 < 1 this converges to 1/(1 - AJ) which leads to an answer "hieh accords with experiment. When IAJI > 1 an examination of tht· numerator in (e) shows that the expression does not converge but 1.111 he fllade as great as desired by taking n sufficiently large. The 11111,,1 obvious condu::;ion is that when IAJI > 1 for some frequency 1111'1(' is a runaway condition. This disagrees with experiment, for ill,,1.llIce, in the case where AJ is a negative quantity numerically ~n'dllT than olle. The next suggestion is to a:lsume that somehow the nl'ression 1/(1 - AJ) may be used instead of the limit of (e). This, Iill\\('\ocr, in addition to being arbitrary, disagrees with experimental 1I".lllts in the case where AJ i:l positive and greater than 1, where the nprl'ssion 1/(1 - AJ) leads to a Jinite current but where experiment illdiciilCll an ullslable condition.

B.S.T.J. - 1932 pp.126,127.

82

Dc l:Ltttste toupassing van terugkoppeling in de electronica die wij hier bekijken, wordt vaak aangemerkt als het begin van de eigenlijke moderne regeltechniek: het gebruik van terugkoppeling in ~erst~rk~rs met geringe vervorming. Iiier moet va oral het werk van Black gencemd worden dat in 1934 tot ean publicatie in de Bell Systems 'rechnical J'ournal leidde, waarin de voordelen van negatieve terugkoppeling onderkend worden:

We now can consider the other path of development of negative feedback by the electronic ensineer, that of the communication engineer concemed with lo"'-distonion amplifier~. This path originated in the problem of using very many amplifiers in cascade on long-distance telephone lines. Black commenced work on this problem in 1923, resulting in his famous patent on negative feedback, filed in the U.S.A. in 1932. He showed that by the use of a high-gain amplifier with sufficient negative feedback. it was possible to maintain the gain constant to any degree necessary. in spite of variation~ in components In fact. the gain could he maintained very cklsely as a given function of the passive element;, in the feedbad: path only. and be very lillIe affected hy change ... in the vacuum tube characteristics or the power supply in the forward path (JJ. in Fig. 2.1 J. Furthermore. any distortion occurring in the amplifier proper could he reduced to a very great degree hy the ne~ative feedback. Thus. by the use of large amounts of negative feedback it was possible to have hundreds of repeaters (amplifiers) in a transcontinental telephone line and still maintain a constant high-quality signal.

I*"

NH. S. B~k, Stabilil.ed feedhack amplillen.

11/34, Vol. l3,pp. 1-18.

Brll Sy,fl"n T",hn;(,QI JOUrflQ~

Milsurn - 1968

The Bell System Technical Journal January, 19J4

Stabilized Feedback Amplifiers· By H. S. BLACK This pitper d,'scrilws itnd ,·xplai.'~s tilt' thcor~ of th .. fe"c1hack I'r~llt'ipl(' ,lilt! th"11 d"n,ollslrall'o how stalllhty of alllpliheatltll' alld rmlndlon of II,wlnlatioll ,.,rodnC!a, aa well as ct'rtaill ut.her advantages, follow wlwll slal,ilil.eel ft"'dba"k ia applied to an amplifit'r, The underlying principiI' of d"sign hy mealls of which singing is avoided is next set forth, The paper colldnd,·. with some cxamples of results obtained on amplifiers which have 1""'11 huill t'mployiu& this lIew prineiple. TI\l' t'uri,'r·ill-e,lhl.. "yat"1II dealt wit h in a cOlllpllnion paper I illvolv,'s 'Ilany a,"plili.'rs in litlld"111 wit h mallY tdt'pltollt' challnt'ls 1)l\8Silll$ thronllh "'lcl, an'\,litit'r aud ,~onstitllt('., th"I'<,iurt', all id,'al tidel for apphcatioll .of 'hi. f."'d Jilck prillti,,],·. A lit'ld trial of this syst,'m waH made at MornslOWII, N"w Jerscy, III which SCVl'uty of these amplifiers were operated in !an,h-III. The rt'sulls of this trial wen' highly satisfactory and demonstrated t"llndu.ivt'ly th" correctness of the theory and the practicability of its eoullllt'f!'ial application,

pp.17,1~.

e---~

>----t_E

+ N +0

F[ EOOACt< CIRCUIT

t'

leiI-(. t -Amplifier system wil h feedIJdl:k. Sil-(nal inpnt vollage. I' I'r<)pa~ation of amplifier circuit. 1''' Sil(nul ontpnt voltage without feedback. 11 Noise output voltal(e without feec.lhack. d(l';) Distortion onl put voltage without feedback. /"l ·I'ropagat ion of feedback circuit. g . Signal output voltage with feedback. N--Noise output voltage with feedback. D··-Distortion output voltage with feedbiick. The 11111 pnl \oll.ll(c wilh feedback i~ I,; + N + j) allli is the SUlII ofl'~ -I- " I he \'.lIne 1\.lllllllt feedback plus 1'/:1[/,; + N + OJ due to feedback. f

I~

+ " +- dW) + 1'~[/i + N + DJ - I'fj) ~ I't + " t (l(li) + N + ;) I!'!. _ + _t~, ... +- .d(Ji)

+N +D [I·;

8 II 11'1i1

»

I, I'; '". -

+ d(Jo:).

~

I't

+ N + 1)J(1 ;0

6'

_

t ..

I'~

1 - 1'/:1

1 -

I'~

Under (his eonc.lilion the aillplilication is independent of

I' hut dllt.'s depend upon~. Consequently the over-•• II c.haracteristic will be controlled by the feedback circuit which may include eqnalizers or other corrective networks.

nit is echter zeker niet de eerste keer dat or theoretische beschouwingen aan terugkoppelingen gewijd worden, WeI is het zo dat in de derti~Br jaren theoretische beschouwin~Rn los van eni~e praktische uitvoeringsvorm opp,esteld worden: de blokschemals doen hun intrede.

Jt is interesting that before Black arrived at his negative feedback configuration, he explored a type of feed-forward comparator. J t is desirable to mention feed-forward here because it may sometimes be confused with positive feedback. Feed-forward occurs when a part of the input signal is also fed around the amplifier and is in some way combined with the output of the amplifier for further processing, in such a way that the output signal is not recirculated through the amplifier. In AlaCK" ca,e. he subtra.:ted the fed-forward input signal from a fractillO 01 the output ~i~nal. thus ideall~ being left with only the distortion l'llmponent of the output. He then amplifIed thi~ a~in so that h~ clluld suhtra.:t the di~tortilln from the original output ,ignal. HoVl ever. it turned out to be too difficult to maintain the nece'\sarv halances in pra.:ticc. so he w~nt on to invent thl' nelliltive-feedhad, amI'Iiticr which solved so elegantly and economicall\ no! onl\ the . • distortion rroblem. but also others. '71

84

Several decides later Brockway Macmilhm invented a ncgallve feedbad. amplifier "~I with compcn~alion which succes~,full~ combines feed-forwarc with negative fe",db~k in a wm that reduces the effect of distortion to a lower level than that of negative feedback alone (Fig. 2.6).

FIG. 2.6. Macmillllll'~ nellative-feedback amplifier with feed-forward.

Milsurn - 1968 PP o 18,19.

85 HOOFDSTUK 9.

Inleiding. De ontwikkeling van rek~nmachines staat miss chien niet in direct verband met de ontwikkeling van de regeltechniek, maar verschillende punten vormden weI aanleiding om i::l hat kort aa~ldacht ta besteden aan rekenmachines: - al vrij vroeg werd ill rekenmachineB terugkoppeling toegepast, m.n. in de analoge rekenmachinevan Lord Kelvin (1875 - zie bIz 87, en Scott - 1970), waardoor een rekenmachine te zien is als een teruggekoppeld regelsysteemj - toepassing van rekenmachines in regeltechnische problemen; vooral vanaf de dertiger jaren, als er snellere rekenmachines ontwikkeld worden, kunnen deze als een soort procescomputer als actief element in de terugkoppeling opgenomen wordenj - invloed van de rekenmachine en zijn toepassingen op theorievorming, b.v. de harmonic analyzer van Michelson, die daarmee berekeningen aan allerlei golfverschijnselen kon uitvoeren (zie Eames - 1973, pp.4o-41)j - persoonlijke belangstelling, ontstaan bij een vluchtig onderzoek of rekenmachines 'meegenomen' zouden moeten worden.

Hieronder volgen dan enige korte overzichten van ontwikkelingen in de rekenmachinetechnieken. I.v.m. beperkte tijd is geen poging gedaan om een lopend verhaal samen te stellen, doch worden slechts enige, elkaar gedeeltelijk overlappende overzichten weergegeven. Uitgebreidere informatie is te vinden in de vermelde literatuur, m.n. in 'A computer Perspective' van Charles en Ray Eames (1973), dat een soort catalogus is bij een permanente tentoonstelling van I.B.M. in New York en vooral veel namen- en illustraties bevat: 'The book identifies and traces the history of three major classes of innovation (whether of concept and theory, or practice and device) that have interacted and fused to create the computer in the 1940's. Designated "logical automata", "statietical automata" and "calculators", these keywords (with some variations) occur throughout the text, enabling the reader to trace the historical evolution of the concept or practice of automated or self-controlling and self-regulating devices; of machines that sort or process information; and of instruments of calculation' - Introduction by I.Bernard Cohen, A Computer Perspective, Eames - 1973.

86

9.2.

Analoge rekenmachines. Om te beg1nnen een definitie en een indeling van analoge rekenmachines: Zwei physikalische Systeme heillen zueinander analog, wenn sich fur wenigstens €line Zu"i",andsvariable d~s gleiche mathematischtl Model! herleil:.2'l Jji,l3t. Da viele phYflikalische Vorgiinge als Analogproze88e verwendet werden konnell, gibt efl such die verschiedenartigsten Analogieprinzipien und Analogrechner. E."i ist daher zweckmii13ig, eine Einteilung der Analogreohner vorzunehmcn. Die "\rbcitswei:'lc cines Analogrechnem :coil ma'hemalisck-a oder indil'ekf. I/Iudo genannt wen!(ln, wenn zur LORung einer u ga €I eme €I €I analog arhl'!' tt'n, er Rpchf'lll'illlH'it.en so zllsarnmenge,..:haltet werden. dall die mathl"matischell Be7.iphun)st, in<.lem Integrier. und Summiereinheiten >;0wie f"estwertgeher /leeignet verkoppelt werden

Adler-Neidhold - 1974 pp.14,18.

9.3. Overzicht van de geschiedenis van analoge rekenmachines. Der lo~:rithmische Reohenstab ist zugleich der alteste und einfachste AnalogrechnerEDMUND GUNTlilR 1620). Die mathematische Operation Addition wird Ilonalo~ durohgefiihrt in Form eines Aneinanderlegen. von Htreoken. DaB dieSf' Strecken die Markierungen logarithmischer Skalen tragen. ist fiir das benutzte Analogieprlnzip von nebensii.chlicher Bedeutung. 1m neunzehnten Jahrhundert wurdell verschiedene Integriermechanismen erfunden. Dabei entstanden auch die erllten Plane, Differentialgleichungen auf mechaniache Weise zu losen, indem W. THOMSON [I]. [2] im Jahre 1876 das Prinzip der Ruokkopplung (vg1. 2.1.) aufsteUte. Den AnlaB zu diescn bedeut· samen Oberlegungen gab JAMllS THOMSON, der Bruder von WILLIAM THOMSON, mit der Erfindung eines Integriermechanismus. Diese Analogrechner zur L08ung von Differentialgleichungen werden 17W!rieranteven genannt. Auf der Grundlage cneses RiickkOPPungsprlllzlps wurden in verschiedenell I.indem mechanisch arbeitende Integrieranlagen gebaut. Dabei fand vor aUem der Integrator von GONBLLA - vgl. etwa H. D. HUSKEY und G. A. KORN [1] Anwendung, dessen Wirkungsweise an Hand von Abb. 1.3 leicht zu ersehen ist. Auf das proportional zur unabhangigen Variabien x getriebene TeUerrad T, dllll mit der Welle WI fest verbundcn Uit, wird das Abtriebsrad A geprel3t. Die Drehbewegung von A wird auf die Welle W2, die iiber einen Durchmesserdes TeUerradefl T gelagert ist, iibertragen. Durrh eine besondere Einstellvorrichtun~ wird del' .\bstllond dell Abtriebllrade!l A yom Mittelpunkt des Tellerrade!l proportio.

~.kJydx x Wl

Abb. 1.3. Zum IntegriermE'ohanisnlu8

von Go NELLA

87 nal zur ahhlingigen Vo.ria.blen y gehalten. Indem y kontinuierlich einstellbar iat, ergibt sieh iiiI' Jen Abtrieb

z "" Icfyd:;t, wie aus Jz

=

!r

yAx bei konstantem y.

dflm Antl'ieh Jx lIno mit r als Radius deo Abtrirb!'l",der, dllrch eille~ Grenzlibt>rl(ang folgt . .E ine hohe technil'lche VollkolJ"menheit und fine groBe Gena.uigkeit wurdt' bei del' von V. BUSH 1101.1 S. H. CALDWKLL [l] wiihrend des zweiten Weltkrieges fertiggesteTI'ten Maschine !lowie lwi piner Reihe weiterer Ma.schinen erreicht. die 1I00I'h 1»4;, gebaut wunlpll (VIl:I. etwo. H. HOFFMANN [tl). Sic enthalten eine Reihe Ilw(:hl\nisl'hel' 1nt{'gri<>r., Addiel·., Multiplizicr. lind Ji'unktionstriebe, die bei iiltt'I't'lI Anlagen mechaniseh. hei neut'rell Anlan·n ebenfa.lls el<>ktromechanisch hzw. E'lektronisch gekoppelt werden. Rei all dit'sell Anlll.j.(en ist die Arbeitswei.'ie iliathe mat ii'll'h'811alojl,'.

Adler-Neidhold - 1974 pp.14,18,19.

The success of the Bush integrator was largely due to its use of an ingenious torque-amplifying mechanism that enabled the integrator output shaft to drive other loads without slipping. This amplifier is less interesting for our present purposes, however, than the principle on which the integrator operates. The Bush integrator is actually an adaptation of an integrator invented by James Thomson, the brother of Lord Kelvin, about 1875.'21 Kelvin, in applying the integrator, was led to set forth the fundamental philosophy upon which all differential analyzers now operate. He was working upon the differential equation

d [ I dY ], dx P(x) dx --<- Y. = 0

( 1.2)

When inlegrated twice, this equation yields ( 1.3)

In Kelvin's words, Now let my brother's integrator be applied to find c-- J~"l dx, and let its result feed, .. continuously a second machine, which shall find the integral of the product of its result into P(x) dx. The second machine will give out continuously the value of "II' Use again the same process with "II instead of "I' and then with Us and so on. After thus altering into", by passing it through the machine, then U 2 into Us by a second passage through the machine, and so on, the thing will ... become refined into a solution which will be more and more nearly rigorously correct the oftener we pass it through the machine. If I does not differ sensibly from IIi' then each is sensibly a solution. So far I had gone and was feeling satisfied, feeling I had done what I wished to do for many years. But then came a pleasing surprise. Com el a reement between the function fed into the double mal.:hine an that given out y it.

"I

"i.

It is this last statement that sums up the basic philosophy of the method of interconnecting computing elements to solve differential equatIOIlS. At the beginning of a succession of integrations. the unknown variable that is sought as a solution is regarded as an available input. The output of the last integrator, which would be the desired solution if the first integrator had been fed the solution, is then applied to the first integrator as its input in order to "compel agreement between the function fed in ... and that given out." Kelvin goes on to say, Thus I was led to a conclusion which was quite unexpected; and it seems to me remarkable that the general differential equation of the second order with variable coefficients may be rigorously, continuously, and in a single process solved by a machine.

Scott - 1970 pp.5,6.

88

1-2. History af Analog Devices. Perhaps the first analog computation was the Il:ruphic Holution of surveying prohlemR. The firHt actual analog computeI' WL.S probably the slide rule, which was developed about 1600. This device is Still used a great cieal by engineers. It involves a slidei' in a frarr.c, with logarithmic, Bcales ihscribed on both. Twc numbers can be multiplied simply by adding the logarithms of the two numbers and taking the antilogarithm. Therefore multiplication or division can be accomplished quite simply by adding or subtracting the distance on the frame from that on the slider. The next analog computational device of importance was the nomogram. A nomogram is a chart on which some functional relationship of three or more variables is represented in such a way that it is possible to determine the values of one variable corresponding to given values of the other variables. Descart,es was apparently the first to use graphs to represent functional relations between two variables. Margette extended the idea to three variables in a set of longitude and horary tables for the guidance of mariners published in 1791. In the late nineteenth century, D'Ocagne made a thorough study of the subject and coined the name nomogram. The nomogram has found useful application in many fields in which rapid and not too accurate solutions to complicated functional relations are needed. It is a widely used analog~omputing aid. Another analog-computing aid is the planimeter, which was developed about 1814 by J. H. Herman. The planimeter 18 an integrating device used to mensure the area boundtld b'ya closed curve on a two-dimensional plot such as a map. It W&8 improved in 1854 by Jakob Amsler's invention of the polar planimeter. This rolling-wheel integrating device led to the later invention by tames Thomson of the ball...and-diek integrator. In 1876 Lord Kelvin (Thomson's brother) applied the ball-and-:-disk integrator to the construction of a harmonic analyzer. This machine was used to analyze and predict the height of tides in VariOU8 ports. Invented independently by Abdank Abakanoviez in 1878 and C. V. Boys in 1882 is the integraph, another integrating device of the eame family, which can be used to obtain the integral of an arbitrary function from a two-dimensional plot. By proper manipulation of the integral ourve and by suoce8l!Jive approximations, it is possible to solve certain cIlU!8es of differential equations with the integraph. In 1927, Vannevar Bush at MIT started work on the first differential analyzer. At first he used watthour meters to integrate electrio power a'&orbed by electrio cirouits. Later he used mechanical integrators of the wheel-and-disk type to build an elaborate mechanical differential analyzer. Bush's machine was improved by the addition of servomechanism devices, and later models have been in successful use for more than 15 years. The mechanical differential analyzer is a rather slow TAB~ 1-1. Tell ANALOG-COMPUTEB FAMILY

Device. Slide rule Nomosram Planimeter Integraph Spirule

Speclal-purpolle maohine.

Gener&1-purpolle computers

Harmonic analyrer Mechanical differential analyzer Power-network analyzer Electronic analog oomputer Electric&1-network analogs Mechanical and hydrauUc analogs Pipeline analyzer Electronio analog limulato/'ll

89 machine but is capable of five-significant-figure precision and good accuracy. It has the disadvant9g~ of being rather large in size and fairly difficult to program. Such machines are still being made to a limited extent and are quite useful in Borne problem applications. Other types of analog computer equipment include electrical networks, electrolytiC' gloti..i.og tank..1, 'p"ow€r:!letwork hna:.,,~ ..r!!; Quid-~!, yip",iinc analyzers, and many other special-purpose computers such as those used for fire-control work and for control of automatic machine tools. During the Second World War many special-purpose electronic analog computers were bljIilt, and components were developed that made possible the construction of general-purpose analog computers. The most significant development perhaps was that of the voltage operational amplifier. Designs came out, of the war that allowed the construction of an amplifier with extremely high gain and input impedance and near-zero output impedance. This made possible the construction of a quite accurate analog computer in 1947. Since that time many developments have taken place. The general-purpose computer has been improved with respect to accuracy, preciseness, and ease of problem setup. Machines have grown from 20 amplifiers to 500 and 1,000 amplifiers.

Jackson - 1960 PP.3,4.

9.4. Mechanische analoge rekenmaohines. De voorlopers van de hUidige analoge rekenmachines worden wel door diverse auteurs genoemd, maar bijna nergens beschreven. De enige beachrijvingen die wij hebben kunnen vinden betreffen twee machines van bepaalde merken; in hoeverre het hier om algemene principes gaat, kan dan ook niet gezegd worden. OroDrechcnnnlu!!,c llllllNDEN" OrolJreohonanlagell "MINDEN" simi ml~ vOl'sohilJdoller Allzahl VOII H'lehlJlll1ill' helton von Schoppe & }f'ue8er i'llI' 11M NUlio"'ll ['hysical L/lbornloril. Tuddlll~t"l1 (IJlnl(land), ml' IIa8 Rheilli8ch· Wesllmi,.dle ,11l8/UUt Iilr l:,I.lrlllllelllel!c M"rhclllfllik /III "er Univeraitiil Bonn und CUI' dus Mtttltem
ROIIII SSW

Diu lutogl'lol'''l' slll[1 00I101lLL. HoiuI'uelgl1LI'ioho (Ilild Ii), III 1I01'lIuII<", V"I'WI'11lI \lllg II'h'd dill gl'oUo kroisWI'llIlgu HolbR"holbo VOIl dol' \lllllhhllllgi/olI'11 VOl'nll,I",'lit'h"1I ,I' 1\11jl;'" t,l'illhou; ~ul(h'll\h wirelillo L·'\lllltt.lllll 1/(,1') HIllll' ,,1I1l1 Hl'llId,,) .,III/o11l/l;oholl. ,II., IIUA HI,lh. I'IIlI Il\UgR oinus ])\ll'ohll1uss(lI'S dOl' Holhe('\lt,n", t,"llIlHl'nl'tlul'L I'llllt' 1.loh", 1Jl'ohlll1/o\ d x dur AuhRO dnt' Holbeoholbo I'un ,Inhol' uln HI.lhrud 11illl' WllIkolilllllol'ulll( ,L~ htH'· VUI', tllo 1\11 !I d ,., IJI'ojJortlOlml let. Ilill l'lhll(Ilul(o ll1'Culjl;ull Hbl'l' HtuC"Ill(l't,!'i"he mit l'bt'I'HOtV.I1III(HV(ll'hl.\\l.1I18Rtlil O,O~::, 1I ~~ 4 1'111' dt'll AlItl'iub tlllr HolbHl'holuu \Illtl (l.U:.//) , :! fill' ,h'lI f'll'ill1lllhIJlll'il'\J, AI1I';\UHl(llIl/oII'I'H[lhollll '" e1111'j(IlHt,,1I1 UIH /),'(.11. \\'llIluoi . tlnH Illtnl(l'nl

'I '..;

t

(x)

fib!

0." ---

100

'I

'

II or

l"ill' ItlvnrHo Vorwondullj( wOl'don Spinel"l utili HI111J1'IId WlIl!iillj,(o. tlill A"hso dOl' Bulb. AUHgllng d... 1' He"'lonoltthlllt, An !IuU 11111, dol' llo7.oi[dIIlUllj:{ linch Rib I 'i' dae ltd ('\lItl~1

1I~1l(l11",

90

,\ 11.•1'11 II rll 111/ fiI &

OI'II"lIl11t.1.,·I,

~.

otZtlUjo(t wil'tl. Die Fuldol'Ol1 a (Iii ~Lllfon) lind b (80 I:'Luflln) ol'moglicholl dOoR All· /'ItMen del' Intcgtiorel' an die tlal'lIuMtollonden FlIl1ktlnnBbo1'l'ieho, BO dllD tlie boo Ilronzto Helbllcheibo Illlllrolcht. Dol' Antl'lob dol' gl'ol3oll RolbBuhoibo kann duroh jodo 1m Hochonnetllwerk erzougte Funktloll orfolgon, so tlnf3 Blo aiM r ntogratioIlRvorilnrlol'Hoho wlrkt, Hirmnlt lll.Llt B1ch bolBplolRwolse dQ8 Multlplizloroll von zwolI·'unktlonon nnch dor Formo/ fUr partiollo Intogratlon

V, II. mit 7.woi Int,ugl'iol'OI'll und l.inom Adllior(lilTorontial BURrllltron. D10 hAufig gultl'Oouchten Winkolfunktlonon sin y, oos y, sinh y, cORh V 1lonnon obenfal1s mit IIwol Intogricl'ul'n alB Vi. sungon dol' Diffurontialgloi. "huug a" (11) :1: a(y) = 0 or· hulton wordon (BUd 7). Obortl'ugungon von l r uuk· t1ollon mit kOllBtantell Ko· ofLiziontoll wordun durch Htufougotriobo orhnlten, woo b,,! die 1,'0.1((,01'011 0,000 biM 1,110 ill Atufon von 0,001 "illsl,,,lIbar sind. Mit Ad· diul'dilTurontiulon Wordull hio1'l1us Summontl'iobketton mit, hiB zu 10 Summandon OJ 111 lIusllmmongoschaltot, wohoi AUSgltllgo fUr aUe MIlI1llllOllul'80hlllUo vOl'flli!' bOor sind. In denF·TIsoholl naoh BUd 8 1st. lias Zoiohonhlatt (50. flO 0111) auf oinom Aufspl1nnwl1gon befest.igt. dol' dumh dOll Abszlssonoingl1l1g t,rallSpOl'tlel't wlrd. DOl' Ol'liinu· tonwlll(on dlollt IIllt SlIhl'olb. stlft ~.nll1 AlIl'lr.o!llhnon 0111· I(nMuhllnol' OI·dhmtl1l1. Inn I'hot,oulo/d.I'IHtdlOlll Allt.llst,· IWl'f "lIlIl Abgroifen olnor Bllr lIus I\.lIrvollbll\tt !l0' v.oillhnuLllU 1"lIlllttioll l' (It), Ho llaD bel AbH1.lssonallLl'\11b r1uroh 11(:1:) diu Ausgungs. rWlktion F (11) erhalten wir!!.

=

fill d II.

+ f II. d II.

e

$-- '--&~ ~ 'I

"

0,,/

MIdi"·

""'.,.nl,O'

0", +01 '1

Sum",Pnrrl,blt.".

,tul,nQ.t".b.

~b" 1f.lbJeh"bMonlrl.b

'n"g"N'"

, I

I'

G?7Y7l I~' o ,,,,

I ,COJ It

G) "mh • ,eoJh • Prodult'

DopP,''''nltt'MII••eh

Hlld 7.

!\(OhcmILtl~"hc

lll"ololll1l1l/ ""II llc"h,'\wlllhcllcn IUcchlllll.,'hcl' AIIlllol!lc·R"l'hl'UlIlIlICI,lllCh

/.'~!

!llId ll. 1'·ullklloll~ll.ch (Fulo 8& f')

l~-

Handbuch der Automatisierungstechnik - 1959 pp.241-243.

91

Mit Kugolgo!tioben kijllllen dlo Gruudroohonurton 8Owlo Intogrioron, Di/Toronziol'on unci II11Su,mmI1ll!!<18otzto Hooho.lOpOru,tiollen 80 uusgomhrt wordor., du.Ll u.n ullon Vbo~. gangt.telleu nul' Rollon ohn" Glulton 8tuttflnd"t [10]. Sclcho Ootriobo, von donull elni~e l ")hetnatI8c~ lrn flil,l 12 gozolgt 8lnd, findon in apoziollon RuchollvGl'richtungon und In H~glol'kOllBttult1~ul1o~~llor FIrma Atlllier vio)80itille Anwendungon. III rlor InlPi!l'inranlago "MIA 850" wi I'd nino unA nild 12 horvorgolloJl(lo JlIlo!/;l'ioroinhoit lilt<' h lJild 1 J vorwl'ndoL lli,' Al'hS('n Vow"i"r Rollloll .lJ und : ullIl d,,1' Kug"I"liU'.]l'unld, Ii"gon ill nin",' Ebpue, I>i" I\nriihrungspunkte dol' Hollon mit, d"r Kugol liogon ill di"sor Ebono Uln oill \'i,'rt,,1 dos KUKo]ulnfnllgcs uusoimllllinr', lin "Pol" dnr 1<:h"lIo wird dill Kugol von "illl'r dritl<'n Hollo !>orUhrt, doron l-It"lIullK ,Iln'"h "iuo '"'' Hpilldl.ltl'ipb 1/1I1it. S"hlit,. 1"nt'uhrunK bOHI,,,holldo "'I'l\lIglH1Lonrno,,hullik" bOHt,illlllll, wird ("illo viol't" Hollo Rorgl, dllfilr, ,lalJ d"r }(IIK"ltnit.tolpunltt ralllllfoRl hl"i"! IlIIlI hnl, illl i'lbrip:,'" uuf dill 0,,· l,'i"I,owil'ltulllol ](nit"'I' !I:intluU), Die }(Ullollumllol i~I .. Dio 'l'an~(,11 tOllnw"hulllk Ill'flndot Hlch ill dol' d lIreh II \./LII Q: 11 g"I,ollll",oidlllOLoll Stollullg Hilld dann ,. und R dio Halbrn"~sor dol' Roll,'" un, I dol' KlIgol, so bowirkt oine Drehung d X del' x-Rolle eino Drobl1ng dol' }( 1Il/:"] drp ~nmti{.) ,. d x 0= R "OSIX d rp, und hiordur"h orflibrt dio z·Rolle eine Drohung d z gnmiLf3 r d z =~ R Min ex drp, so dalJ sich ,lurch Eliminioren von drp dio

Bo~iohung (~llXz ,,= tan ex

=

1l ergibt, Dahor wirl" das

a

Ootriobo mit Eingang .1:, Y und Aue!!an~ z intogl'ioroml IIl1d klmn normul in dol' ~kizVoierton Anordnung odeI' invors mit, VOI't.ulI~"holl von x und z bOllul.zt wordon. ]n dol' lntegril'reinheit orfolgen die ,J<:inglLlllolll libor Ht.uf'''I~ot.riohlJ. deron Vb"," I18tzungs\-erhll.ltnllllle im Bereieh 0,01 ... 1,19 in ~tufon VOIl 0,01 oingostollt wor,lon k~nnen. Die Summiereinhelt enthlUt Vowei obellRolche SI,ufollgetrinbo und droi Differentiale, 110 daO mit vier Eingtingon YI' Ya' 1Ia. Y~ ,Iroi AURgltllge

%. = 11. -I ray.:

%. " Ya 'f by.:

%3

%.

I

%j

erhl\ltoll werden.

J111t112. ](lI~,'I~,.I.I'I"I,,' CUr Jteehellelllhe\lNI

J

11"1'' "ri.1I11111n

Handbuch der Automatisierungstechnik - 1959 pp.246-248.

92

Elektronische

Intllgril~ranlogen lind

hybridll Analo/rrerhner

In der Zeit wiihrend und n8eh delll 1.W('lk'n \\eltkrieg sdztr (li(' Entwi('klulI).: \"lm lnt~~rieranlagen auf e!<·ktroni:·;ch('T Basi" cin, Del1 Gnmdbestandteil die,,(·1' R~'rhner "ilden Operati(jn.~v(,(8!ijrk::::. die erstTnalig \'on PHILLrlRICf\. und L(WELI. illl .Jahre 1931\ \'erwendet wurden Die Entwieklung dektronischer lntegrieranlagen setzte in del' Zeit nach 1945 ein und ist heute so weit fortgeAchritten, daB sie in vielen Landern indust,riel! Keferti~t wl'niPn. Wurden unfii.nglich die verschied(~llartigskll Hclll1ltuIlK('n Zlll' Bildung del' einzelnen Redwnopel'ationen untemucht, so ist heute di(> geriitc. technische Ausfuhrun/o( weitgehend vereinheitlieht,. Auf Grulld del' mathematisch.analogen Arbeitsweisc bt'steht <.lit' J ntegrier. anlage aUR einzelnen Reehenclementen. Deshalb wer<.len i"erienanla!Zen gewohnlich nach dem HaukaRtonprinzip aufgegliedert, und es konn('1l Anlagen, ausgehend von einer Min<.leRtauHAtatt.ung, jllderzoit erweitcrt werden. AlB unahhiinl/;ige Variable und somit aueh als IntegratioIHlVariable dient st,pts die Zeit, 1m Gegcnsatz Zll rnechaniRehen Jntegrieranla~en ist, dcshf\lb fill' clek· tronischc Intcgrieranlagcn cine StieltjeB.lntegratioll nieht moglich, was "eMonders im Hinblick auf eine sonst leichter rcalisierbarc Multiplikation einen Kachteil darsteIll. Die abhiindigen Varia bIen werden durch zeitlich veranderlicbe Span(lngen dargestellt. ie Reehenzelten liegen zwischen Brucht.eilen von Sekullllen urzzeitrechnung) und einigen Minuten (Langzeitrechnung). In den sechziger Jahren traten Rechner mit stark erweiterterSteuerung auf. Anfangs in sehr unterschiedlichen Formen ausgebildet und iterative odeI' If()( ramm( f8teuertl' Anal rechner genannt, hat sich heute eine relativ einheitit (' . us iI rungs orm iiI' lese echner ergeben. die hybride Analogrechner ge. nannt werden sollen. Sic bcsitzen eine digitale 1..ogik, mit del' Rechenelemen1t' (·jlm'ln Oc!t'I' in Gruppen 80 gesteuert w('1'(lell konnen, daB sich ein serielll'r 1:"('hnllll~Kllblnuf l'1'~iht. ,It-r Ahnliehkcitl'll mit t!pm Pro~l'nmmf\bl11.\lf in eint'1I1 I )ll.!illll ... ·dlllt'1' IIl1hn·j",t,

Adler-Neidhold - 197 4 .pp.19-22 o

9 0 6 0 Algemeen overzicht. Tot slot van dit hoofdatuk een overzicht waarin diverse ontwikkelingen naaat elkaar gezet worden. In de rechter kolom wordt aandacht gesch~nken aan digitale rekenmachines, een gebied dat in het kader van dit onderzoek niet zo interessant was, daar het niet expliciet met de regeltechniek en de daarin centraal staande terugkoppeling te maken heefto Voor een algemeen inzicht is het toch weI aardig om het er bij te hebben.

IJiyi/ali

. \ IIgpllll'illl'

HI'l'lu'nhilfHm illl'l.

t h,·cm·t i,dit' XI'I II' l'l 111 I,!I' 11

Hl'l'ht'lllll":-Of·hinc'll. B,l't'IIf'nH1I111111alt'll

1100 \. II. Z. .\1Iakll" ill Chltla

~ .. Ihd.

\"trohd,illlll

\'011

('TOI. DI AI'"

(t';;

IHO)

jm .\Imag""t bp. 't'hril'l)1'1l

Hi. J hl!.

arllhis,'}l<' Ziff,'rn ill Ellmpa 1.;, Jhd.

nl'llbi""h,' Zifh'1'Il 1l1'11t,.. hlllllcl ,,111,!1'1I1(';11 i'd>lil'il

111

L'>1t'

allft ill'" Lillil"'I" \'IIl ,\11 \ \1 HII:" (1-!!I;!-!.',.-,!11

uHI'I'IIIll'lI

IliO:l, :!-! L"~i1l'ithlll('lItilf,'I"

vUII.I.Hi'Il!:!..!. \,', l'lm 111111

H.

BHl
93 (Fortsl'tzuJlg'l ,·\llgl'Jnpine th(>orl'tisdIC .:\'pIi('[llllb en

AI/olllfff

J{edwnhilfslIliikl, Ana !og1'l'( ·111\('1'

.\ Ilgflmeinc rec·hnisl·Jw .:\'euerungen

I

~

liiffillllaSe JlmPll, . Ped"'"11U(Olllat,-1

---r--------.-------.l-l-t-i;..-.;-I-,-.'-----Iii:!.! II '~llrithmisl'l](' I:p('hl'nsknll'lI von

JlH'..J IlIlIisd", H·PI·hl '111ll1l Sf ·1111" '11 VOII \I'. Sn!I< (;ll'.iI. B. 1',1'<1'11, 11112:\ I" .. 1H1i:!). (;. \\', 1.1.111·

11111

I

E. (:n;n:1t Ili:,7 !-techl'nstltb mit eill~l'fi"lllt('r Zlmlll' \'011 S. I'AHTlUDI:E

l If>,O;'MIl I

G, W.

In,., 1808 J, M. J,H:Ql"ARil (1752-1834) Stanzbleche zur \rebstuhlsteul'rllng

:-;IZ (11i-!1;·-I'II;,

l>llnlzllhlen bei J. CAltAMU f;L und LEIBNIZ

Infiniksil11alrephnungvon]. XEWTO:-; (164:~-17:!7) lind U. \\" Lt;IB~IZ

181H',S 1 :,00 Stiil"l, Ll'ilJlIII· sdll' Staffelw,dz('Jllll11s"hinen Vl'rk'lIlft (CHR,

X,

THmL\s)

11:\2:1 IS:!.! I rlt .. ~ral ionsgetril·l", \"on UO~ELLA

I'll. B,\BB\(;[

(Jill:!

!S;,4

1854

1', dlll'plllil ill\('t,'r \"1111

lK711

'ldiff<'rl')Wl' ell!.!ill('"

IK3:!

All/ehrll dl'r ull/ik I\""I.~; (I Kl.-, I Kli4) Il:
"'"I (:,

.1, .blSLIr,1I

W.

('Jl,

B \ 11I1..\(a.

"llIlUI,\'IH'1I1

t'IlJalIlW'

Illl! J.~('QI·Alw·I'r". gralllll\sJlCi"hl'/'

THOMSON (LORD

KELVIN;

1842-19(7):

Hi"'kkopp... 1prinzip zlir mpchani81'hpn J IItl';!rn t ion ", Dgln. lili7

St nhilit litsk rit,>rilllll

1883

lKKti

lH'IIZPltlieh('r lnh'graph \'Oll ,\IlDAJ\J\·

Tn. ..\. EDISO~ (1847 -Uj31) ('ntdl'ckw G1lih· l'miS8ion

\'011

E. J.

HOl"Tll

11'I1:<4.'K;, BI';!rill1dllJl;! dpr :'\olllOl!rn!'hie dllreh 1\1. U'U"A<;SI: Ililli:! hi~ W:1K I

..\llAK.~ SOWH'Z

1912/14 lnt.egrll.ph hlr Fahl" 1,lllllhl'rl'('hnllllgell d,·1' It, lil~O) Ill'ginnt, BllIl IIwl'hn· llisl·hl·/, 11l!t'gri,'r. Illlhlgl'J\ (US.\)

1905 ~ll'rcl'll<·,,·Ellkl id t'fste \'01101\11 amolisiprt(' \' iCI'f'lX'zi<>;.. HI'Chl'llIIlRSI·hil1l·

1906 Triode von Ln:

IlE

FOREST

(I K73 ·--19fi1) HlllJ .FI ip- Flop von

W. H. ECCLES lind .F. W.Jonll~s

111:!:i

1\('zl'i"hllllll;! ,) IJifferCllt.illlnnoly. sat,of« von V. HUSH ver\\'endet

Lodlkal't('J1T1l11sl'hiIll' \'011 H. HULL£kITH flllliO-1929l

(~tADBR·OTT)

11l90-1950 Entwicklung nnltloger Spezialrechnl'r

18RlI

IlJ:{:! ~t.llbil

it iLl sk rit ('ri 1111\

nm H,

:'\YQI'lST

94 (Fortsptzullg)

Analoge Rt'ehenhilfsmittel, _\nalogreehner

Allgemeine t~chnischp Neuerungen

Allgemeine theoretiRehe Neuerungen

1934/3;'

Digita/f Hpehenhilfslllittel. ]{echenmasehinen, }{('ehenautomalell llJ:~4. 41

Hl:lli Tlworil' opr Tt'Rl N';- :\\;l
Ret'hl"nsta b ~S~'stem Darmstadt" von A, WAI.TIUm

1938/47

11I3~

clpktro-'llechanisehe Int~."riernnlal!(' IPM-Ott in Darmstadt Io1:phaut VOII

erslN OJ)('ral ion,,,'prstarker VOII PHILBRICK lind LO"EI,I.

HE HEAI'CLAIR

111:111 H. H')};LZER !lI'lIl1tzt plpktrisl'h" Xl'tz\\'crkp zur LOHung ,'on nO'ln, 2. Weltkricg (1939/45) ('!ektro.meehanische .lnalogbausteil1l' in Fpllerlcit· uno Zil'llZl'rat('n l!l42'44 mpehllnische lnt~­ ~\'i('ranlal!e von ~,H- ER und POSCH bei _lskania·Berlin

"I">,t pr pr0i!rl1I1lI11~1',1"IIPr1<'r

H"I"i,\{"..!ll'nlllllOIlW t \'(JIl K, Zl' ,<}; (gl'b, 1\Ito) mit Dual,y,ll'lll 1!l3'44 prHtl'r Rt'lais]{""henautomat ,kr l'SA (Mark 11 "Oil H. AIKEN mit Znh, lenspciehN ulld Lo('h !>lIl1d,tpuerulli!

1942 clektro-mechanillche lntegrieranlage mit zentralem Programmfeld fiir (;esehoBbahnen ,'on

1946 interne Programlllspeicherung nach J. Y. NEUMANN (1903-1957)

Y. Bnm 194. \-(·n'ffPlltlit'hunj.! von H,";AZZINI, I{.ASll.'L1. und HUllIl~;LL (l"S.\) li.iIlte Ell! "il'klungsallf8"h\\'lInlo1: hei elek· 11'1lIliR")WIl

Hl47 MlIKnpttrornmp!speieher von Bn" LING lind BOOTH

1943/46 erster digitaler Riihrenrechner EXIAC (Ele('tronk Xumerical Integrator and Compukrl von MAUCHLY und ECKP;nT (llSA)

Analo~.

rt,,'hllern aus 1948/55 uwehanische lnt!'grieranlagp .»)llNDEX« mit GONELLA-Getriebe

194M Transistor von BARDEEN und BRATTAIN

1949 elpktronisdll' Multiplizierer mit Diodenstre('ken 1950 Zerhaekerstabilisicrt.cr Uleichspannlll1KHVorstiirkol'vou

E. A. 1952 t'r"II'R lunfILsHolld,·s i'ltlllldllrdlehrbllt'h zlIr Analogrt,e1ll'utechnik (KOIu<,j KORN)

(lOLIlIH:RO

19fi2 ~'"rritk('nIHI'('i,'IH'r

194H N. Wn~N~;R (IH94 bis 19(4) ,)Cybernetics,( 1948 CL. SHANNON (geb.hI16) begriindet Informntionstheorie

1949/50 Reehnerder 2. GelH'ration mit Halbleiterdioden

1950 Magnetic Drum Digital Differential AnalyzN

(MADDIVA)

95 ( FOrl"... tzullg)

Alialogc R~·t·henhilfsmittel.

Anll.logrechner

Allgemein l' thooretischc

AlIgllmeinl' technischl' Xeuerungen

~euerungen

])i(/i/,,{.

Hl'chenhilf,''''ll,·I, Hechenrnasehint·n, Rechenautoma \en

1!153/56 Signalflu13diagnuum und Pfad·Schleifen· Regel yon S, J. MA· so~

1954

19:,4

1955 Griindllng de\';\ \( :.\ in BriisBeI (Association Int,·f· 11Ittionltlc pour It' I :lllclli .\nalofodqlle)

maschinelle Text· iibersetzung bei IBM (t'SA) HI51', bl
Pro!lTllmmierllllg vo" Iligita 11'l'('hnpl'II (H, (;. SELFRIIl(a:.

1'1'.\ I

erst('r transisluri. siert('r Digitalrech. ner (THAIJIC) lO!'IS Udu ierl'('hlll'r O}lj{EJ1A ill .hlla J056 ]'\'!'It kUlll Ill.,·

}(i',llrt'llrt'I'1t11' { II I ill lln'!-<\"ll

Ill.ili SO H,'rst"llt'r ell,k· troniHclll'r Anlllog· fl'",lllw\' in ul'n l'SA to.i7

1!I:)~

UlilMAR 1 nul Leipzl~rr )le88e

filHHI

Oigitaln...hllt'r

:11100 AnaloflTl'dmpr III {"SA. im Eillsa t 7.

19"H n utomatischl'r

Optimisator von FELDBAUM

19l.iO preteI' serienma13iv; gefertigter trallsi. storisierter Priizi. siollsanalogrechner (HA 8(0)

1960

19UO

prohlemoril'lIticrt (. Prograllllll iersprarhp .\ LeOL lill

HHil

1)::: mit }\\·III'r...pciC'lll'rlllll! WId litweg]i('!lPIIl 1\.('111111[1

In6\ :--l'ritnllrIIlIIlKI j, 'IL

ZHA 1 ill

,i('~

,l!'1101

prster iterativer .\nalo!(\'{·chn,·r II)\,ST:\(') illll..n L'SA l()n210~

Produld lUll lie8 I'ntlhn :!OOU (llllhren. n'dmer, 7.. T. fl"f'l .. !t'w·rlJar) ill Ina!'4ho.Uc

1!11.2 '(j;,

H"l'hlll'r ,1,,1'

:t

(:('IH'ratiull 11111

Diinnschit·ht - lind )1 ikrolll()(IIII1<'d III ik

Schwarz - 1974. Op de volgende bladzijde tenslotte een overzicht van ontwikkelingen die al in bovenstaande tabel genoemd worden; uit dit schema blijkt echter nog eenB duidelijk de verwevenheid van analoge technieken en de daaruit voortgekomen electronische digitale rekenmachines.

20s I:nd early 30s

!lOs and 60s

-----------Industr'-I process control

liM

nner

Blind f1yinc trainers

------===---.l--~

IEEE spectrum'~I Computer milestones

Froght simulators

.

~

... '

.~

J. Fo,rester (1918-)

Howard Aiken (1900-1973)

....

Early computer developments Events on this chart depict the story of early computer developments-in the United States-following closely the story told in the article, "The emergence of the digital computer" by Henry Tropp, in this issue. Names of many of the significant contributors and builders of these machines are shown, and some placenames are used to further identify the developments. The chart is by no means intended to give a complete picture of early developments-many machines of the period are not shown at all. In fact, a complete presentation would be too complex for pUblication here. A number of computer people who participated in the developments of the period were asked to comment on the chart~ Some pointed out that the chart ignores important work outside the U.S., such as the fact that Maurice Wilkes had the EDSAC machine operating in England before any stored-program machine in the U.S. Names not mentioned on the chart were cited as very important to early cQJJ1Pufer -development. These included: Harry Huske~l woo worked on ENIAC. EDVAC, SWAK, and_ith Sam Alexander-on the SEAC machi"e; Louis Fein and the RAYDAC machine; Julian Bigelow, who worked with Von Neumann at Princeton; and a number of early machines at IBM like the Electronic Multiplier, the SSEC, and the IBM 603. Prepared by the IEEE Spectrum staft

-

• •-

~

~_I_~_bs -.".J!l,~--~-I_la_c:"-put-._rs-----------------~~ ...

__

ILUAC IncI other machines

John Von Neum ...nn (1903-195 71

Herman Goldstine (1913-)

IEEE Spectrll.ln -

febr.1974.

97

HOOFDSTUK 10.

10.1. Inleiding. In dit hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van een aantal op zichzelf staande onderwerpen die gevonden zijn bij de bestudering van op de T.H. aanwezige litcratuur, maar die verder buiten de categorieen vallen die in de voorgaande hoofdstukken behandeld zijn. Wij hebben gemeend dit hocfdstuk de titel "Follow-up" te moeten geven omdut over diverse onderwerpen beslist meer gegevens to vinden zullen zijn. Dit wordt dan overgelaten aan anderen die de draad van het verhaal kunnen oppakken aan de hand van gegevens in dit hoofdstuk. Een aparte lijst met boeken en tijdschrift-artikelen waar nadare informatie in gevonden kan worden, is toegevoegd. 10.2. Onderwerpen met beschrijvi~g en literatuurverwijzing. -S~anningsregelaars.

Rorentrop geeft in paragraaf 1.9. (blz.46 e.v.) een korte beschrijving van spanningsregelaars werkend m.b.v. een soleno~de, ontwikkeld door Kalb (188'n en Siemens (1906). D.m.v. een mechanisch contact wordt een gedeelte van een draadgewonden weerstand kortgesloten. In dezelfde paragraaf worden ook regelaars van Thury (1889) en Schwaiger (1909) kort behandeld. In het boek van Fraunberger (1967) wordt in paragraaf 1.21 bij fig.3.1. gesproken over spanningsregelaars, gebouwd door Siemens (1886) en Tirrill (1902). -H drauliooho en neumatische sturin en. Lincke 1 79 heeft een z.g. "Stellantrieb" uitgevonden, waarnaar verwezen wordt in Fuller II - 1963 (p.293) en Rorentrop (pp.42,157)

.r

fig. 10,1. Hydraulische "Stellantrieb" volgens Linoke. uit Rorentrop.

S

E

In het artikel van Oldenburger in "Regelungstechnik" - 1965 wordt een vrij uitvoerige beschrijving gegeven van de ontwikkeling van de hydraulische toerentalregeling in het begin van de twintigste eeuw.

98 In een artikel van Rickert i., "Hegelungstechnik" - 1967wordt ee diepgaande beachouwing gewijd aan een met een muziekband bestuurde piano, wB.arin,rele pneumatische ter.ugkoppe]~ngen voorkomen. -Torpedosturir~.

Whitehead (18 9) ontwiY~elde een besturingsmechanisme voor torpedo's (zie fig.10,2). Literatuur in R~rentrapi pp~62,15~; Fuller I - 1976, p.293; Eames - 1973, p.60.

fig. 10,2. Torpedo van Whitehead. uit Rorentrop. -IIPendule symp<.l.thique". Mayr (p.113 e.v.) behandelt de "pendule aympathique" van A.L.Breguet (1795), een 6y£,ceem waarmee m.b.v. een hoofdklok andere klokken gesynchroniseerd kunnen worden. Het geheel werkt met mechanische overbrengingen, waarbij een duidelijk regelsysteem te onderken,en valt - zie fig10,3.

Mitnehmer, MinutenzeigerFiihler hebel n Mitnehrner, Greifer

Hebelverh.

Unruhe, Uhrwerk

Abtastvorrich tung

a .. gewUnschte (synchrone) Geschwindigkeit (Sollstellung des Minutenzeigerhebels: senkrecht nach unten) fJ = tatsachliche Stellung des Min.zll. f = a - {1 = Abweichung

b = Winkelkorrektur des Min.7 .h. ep = Stellung des Minutenzeigers (j = Winkelkorrektur des Segmenthebels r = Winkelkorrektur der Unruhe n = Geschwindigkeit der Uhr u = Stbrgr6&n

fig. 10,3. Blokschema van Breguet's regeling. uit Mayr.

99

-"Project Pigeon". Een bijzonder geval van een teruggekoppeld systeem wordt gevormd door het geleide projectiel van B.F.Skinner. Hierin fungeert namelij~ een dier als opnemer, (meetinstrument) in de ter1J.gkoppelluB. i!et gehc!el klin gezien ~{orden alB ~en voorloper van de huidige 'cruiseraket'. Project Pigeon During the war, behavioral psychologist S, F, Skinner demonstrated an automatiC homing system which would guide a bomb directly to Its target Skinner's control system used a lens in the nose of the bomb to throw an image of the approach-

mg target on a ground giass screen, Inside, a PlgfJOll trained to recognize tile desl red Idfget pecked at II wiH} ItS beak, If the target's irri,oye moved off center, the pigeon's pecking tilted the sCreen, which moved the bomb's tail surfaces, which corrected the bomb's course, To improve accu-

racy, Skinner used three pigeons to control the bomb's direction by majority rule, According to him, the system was resistant to jamming, simply built, and needed no materials in short supply, Despite these advantages, the military review board would not let the idea get off the ground,

Motion plclur. frames 01 a pigeon making a simulated bombing approach toward a ship It six hundred mile. per hour

fi~o 1c.4. Project Pigeon. uit Eames - 1973. Demonstration model 01 the three-pigeon guidence system

100

-Vuurtoren van Dahlen. De Zweed Dahlen (ook geschreven ala Dal~n) heeft een systeem uitgevonden voor de regeling van aoetyleenbranders, toegepast in vuurtorens en lichtboeien, waarvoor hem in 1912 de Nobelprijs is toegekend. In 1907 had hij een lichtgevoelig element ontwikkeld, waarmee acetyleenbranders overdag uitgeschakeld konden worden en aldus el::n aanzienlijke branc':!tofbesp,lring bereikt kon worden. Het element was tevens zo gevoelig dat het ook op het licht van de vuurtoren of boei zelf reageel'de en aldus i.p.v. continu-branden ook periodieke flitsen mogelijk maakte, waarmee enerzijds een verdere brandstofbesparing optrad en anderzijds betere signalisering en dus grotere veiligheid mogelijk was. Zie Rorentrop, p.58 en onderstaand knipsel, afkomstig uit IEEE Transactions, Vol AC12, no.6, dec.1967, p.797. A Historical Note

and at the same time improved their light;llg efficiency, thereby providing a significant improvement in the safety of maritime navigation. I'urther details of Dalen's engineering career and his inventions may be found in the book Nobel Prize Winners in Physics 1901-1950, by Heathcote (New York: Schuman, 1953). RonERT N. CLARK Dept. of Elec. Engrg. University of Washington Seattle, Wash.

A fact of some historical interest to automatic control engineers, but one which is apparently not widely known, is that the Swedish engineer Nils Gustaf Dalen was awarded the Nobel Prize in Physics in 1912 for the invention of an automatic control system. Dalen's invention was an acetylene gas accumulator and a regulating valve which together formed a system for automatically lighting signal beacons and buoys. Dalen's system greatly reduced the cost of maintaining remote, unmanned lighthouses,

-Gyroscoop. gyrokompas. gyrostabilisator en de daaruit voortgekomen traagheidstechnieken zijn in dit verslag niet verwerkt. Foucault had in 1852 al een gyroscoop geconstrueerd, maar of hij hem ook uitgevonden had en of hij er toepassingen voor gevonden heeft, is (ons) niet bekend. Rond 1896 begon Elmer Sperry de eigenschappen van gyroscoop te onderzoeken en ontwikkelde hij stabiliseringen voor schepen en vliegtuigen; zie Eames - 1973, pp.61,62 en Hughers - 1971: "Elmer Sperry, inventor and engineer".

7

-

In 1914. Ihe lI,ero CllJb of France announced an II1!fHnrilllJfll1l r,l1mpolltlon, wIth a prIze

or

SO,OOO

rr.!rH;q for d ';;JltJ plnno E'lmor'$ 'lon L awrnncn SraHry IJn'Orf~d.1 CI:rtl~9 ,1Irpl,lnp. lilted With 1t11S qYlo;'\.r)pic "ltabillNH

Leon Foucault'!I l'JVfO,lIGOpe. 1~';2

As he flew by tho ludge\) stand, he stooo IJp ,1nd wavco both arms, whIle his 170~pound rnechalllC walked 01/1 ';IX fOf3t on the winq DH~IJII(l Ihl1 IJrllnt ImllnlMH;n the airnlnn(' Qll1y,"l nllQllllJh.ly 'llntllfl Thll dl'WlllY wnQ r'rlflvtrp 11HI

',PI'ny 1/01'"1 'If"!l Iql/Il

fig. 10,5. Gyroscoop en gyrostabilisatie. uit Eames - 1973.

101

-Openbare tijdaanwijzing. In bijlage 2 wordt een beschrijving gegeven van een kloksysteem waarin een terugkoppeling te vinden is - zie aldaar. -pcheepssturing. John H.Hilsum vGrtelt in zijn 1c,ek, dat Nicolas Mino:sky een belangrij~e stap deed in de analyse van terugkoppelsystemen voor de automatische koerssturing van schepen. Minorsky wordt ook behande2d bij Rorentrop op p.63,156. 10.3. Overige onderwerpen. In hoofdstuk 2 van het boek van John H.Milsum wordt door M.D.Rubin op pagina 11,12 vermeld dat Humphrey Potter de eerste meohanische terugkoppellus aanbracht voor de snelheidsregeling van een etoommachine (1713). Verder geen informatie. Voor de booglamp of koolspitslamp, in 1801 door Humphrey Davey vervaardigd, zijn in de loop van de vorige eeuw systemen ontwikkeld om de beide koolspitsen op constante afstand van elkaar te houden en aldus de lichtboog in stand te houden. Het is echter niet dui.delijk of het hier om een eenmalig afgesteld systeem gaat of om een teruggekoppeld systeem dat de afstand steeds meet en naar aanleiding daarvan bijregelt. Meer dan aIleen een vermelding van het bestaan van dergelijke systemen is nergens gevonden. Bij de besturing van zeilschepen wordt weI windvaansturing toegepast om een schip t.e.v. de wind in een bepaalde koers te houden. Het vermoeden bestaat dat dit al een oud principe is, maar in Op de T.H. aanwezige literatuur is er niets over te vinden. De sociale achtergronden van de geschiedenis van de techniek in het algemeen worden in vele boeken uitvoerig behaadeld door J.D.Bernal. 10.4. Literatuur bij hoofdstuk 10. Boeken en tijdschriftartikelen waaruit materiaal gehaald is voor dit hoofdstuk en die niet in de uitvoerige literatuurlijst (bijlage 3) zijn opgenomen; tevens boeken en artikelen die nog niet gebruikte gegevens bevatten. 1. Auslander, D.M. Evolutions in Automatic Control. Transactions ASME, serie G. Vol.93, 1971, maart, no.1, pp.4-9. 2. Barschdorff, D. en Oetker, R. Mess- und Regelungetechnik - heute und morgen. Regelungstechnik und Prozess-Datenverarbeitung. 22. Jahrgang, 1974, Heft 5, Seite 129-160. 3. Bartles, E.C. Closed loop control. Advances in instrumentation. Proceedings of the 25th annual ISA conference - 1970. part 4, pp.829,830.

102

4. Bennet, S. The emergence of a discipline. Automatic Control 1940-1960. ,ll,ntor:a.+'ion, Vcl."!2, 1976~ pp.113-'12'1. 5. Clark, R.N. A historical note. IEEE Transactions on Automation and Control. Vol.AC12, no.6, dcc.1967, p.797.

6. Cs!1d, F. A survey of previous and recent trends in oontrol engineering. Period.polytechn.elec.eng. (Hungary). journal paper Vol.17, 1973, no.2, pp.99-119. 7. Davis, J. Distributed and centralized control. l\.utomation, may 1973, pp.LJ2-45. 8. Ershov, A.P. A history of computing in the USSR. Datamation, Vol.21, no.9, sept.1975, pp.80-88. 9. Fruh, K.F. Neue Verfahren der Regelungstechnik. Regelungstechnik und Prozess-Datenverarbeitung. 22. Jahrgang, 1974, Heft 6 Seite 161-165. 10. Friih, K.F. -Gerhard Ruppel und die Griindung der IFAC, eine Beitrag zu seinem 70. Geburtstag. -Georg Vafiaclis 65 Jahre. Regelungstechnik und Prozess-Datenverarbeitung. 20. Jahrgang, 1972, Heft 8, Seite 354-356. 11. Harmon, M. Stretching man's mind - a history of dataprocessing. Hason/Charter New York. 1975. DAZ 75 HAR B::m. 12. Henn, V. The history of Cybernetics in the 19th Century. in: Pattern recognition in biological and technical systems. edited by O.F.Grusser. proceedings of the 4th congress of the Deutsche Gesellschaft fur Kybernetik, held at Berlin Technical University - 1970. Springer, 1971. PL 7151 BSW / DGR 70 ZEI BSE.

103

13. Hughers, T.P. Elmer Sperry, inventor and engineer. John Hopkins Press Baltimore and Lond~n. 197'i. NV 7105 BLU. 14. McDonald, E.H. F-15 Eagle fligh·c control systems. AGARD conferenoe prooeedings, no.137, 1973. 15. Mosely, M. Irascible genius,A life of Charles Babbage, inventor. H tchinson + Co Ltd. London. 1964. NV 6414 BLU. 16. Oldenburger, R. Eine Weiterentwicklung des hydraulischen Drehzahlreglers. Regelungstechnik, Heft 4, 13. Jahrgang, 1965, pp.176-184. 17. Polak, E. A historical survey of computational methods in optimal control. SIAM Review, Vol.15, no.2, april 1973, part 1 and 2. 18. Petternella, M. La Robotica. Not.lnt.Autom.Univ.Roma(Italy). Vol.4, dec.1973, no.2-3, pp.2-19. 19. Rickert, F. Das Regelsystem des Reproduktionsklaviers. Ein Beitrag zur Geschichte der Technik. Regelungstechnik, Heft 8, 15.Jahrgang, 1967, pp.362-365. 20. Schulz, W.C. Control System Performance Measures: Past, Present and Future. IRE Transactions on Automatic Control. february 1961, pp.22-35. 21. Siemaszko, Z.A. Control before the 20th century. Control and Instrumentation. August 1969, pp.45-47. 22. West, J.C. Control's limitations. Proceedings of the institution of electric_I engineers. Control and Science. Vol.118, no.1, jan.1971, pp.225-231.

23. Williams, T.J. Applied digital control - Borne comments on history, present status and forseen trends for the f 11ture. Advances in Instrumentatiol', Proceedings of the 25th annual ISA conference. Conference paper, 1, 26-29 october 1970, pp.504(1-14).

105

BIJLAGE 1

bd.l1wlt'lt did IJUU

('II

fit: ua,.,/I'

,:Nt

ltd idn'

ti"

OI'!Jt'l"'

('i~/(·'I.'lt'hlippell

IIlIlftllf'I'/

I",,'jl.

Uilbel'/ ollldeklp dllt ()(Ik antleTI~ nu,k(i.~ :.i"'c a.18 v,ulilll2eu f/f'dro~~!1 .Cff"'l~:P" ze 1L't~rd, ",~~lI'rf/l'en ('11

·'teJt:ln.'j~

,(( .A: slo/Ien

hij

·el(~cll'it.'J'·

ell de kracht ',,/.• elf/'trim', N i('('olo Cabeo, ec" 1101 i'lll II,~ Jezuiet, 1'01l"latcerl ,Iut uekuiel1 Iir/ulIllell elk,mr zowel aantl'ekken al~ alH/olen, t860 Otto von Guericke lIil Jlaa!ldellbur!l bOllwl ric eersle //lachine ,Joor het opweJ.:kel~ 'Van efl. elektl'iadlC ladi1l!/. zwal'eUwl Il'~ op cen (lS mel e(!" ::u1et"!ll'l worfU aangedrevell ell o!'f/elcuLell wordt door u'l'ijviny lIIet d" h4nd, rOil GUfJfi"kc kon hiermec Iult beyinsel vIlststellel1 va1l rle e/ektrisclul ulstoliny. tlDe Dc Bnge/sman Francis lIau'kf,abee bouwl tell verl,etllrde marhi.. Il "001' wrijlJ'inyH elekl-rieiteil,

t8Zl.l

£,,,.

lIOO

'/'".rl"M V(Jtl M'il"le }"o/,c",t een verklnr'rl!/ tl' (let'ell '/'Iln de aantrekkinyNJ.:rach/, ,'an burn· steell en maurlce/,ijzerstee.,.,

n.ehr.

:soo tMt

IJ et kompaN ZOI/ om.•treek" deze tijd {II Chilln zij" uityevotl//ell. Geboortejlml' VII" Roger Bal'Oll, die "",/ zijn waarnen&inyen

ahronologleah ov....loh.

t28ll

t578

,';('!'!'

!HI,ma/een en "//lu,//wetijzersteen een voorlopa WUN I'/ln de geleerden 'u'it de ""(1{' iNsuna. PetrUB Pereyl'ilWN, ,iloNool en inuenieur in het le!lCl' vun Karel vun Aujon. I,esch,..ijlt een priTllitiell~o/ll/'"N, Dood van ,II',/,/)me ('arda", die Iielrler de ','"r.-clt'illcn tUNsen de aa"'I'"kki"!lNkmdlt van ba,.rll~/ccu "II ,,,urtrwfJ/i jZI~rHfl'('Ii

tllOO

AumlXllf, 1r.1',,"'i~llj'f' II

Williulil Uilb"I'/. 11j /,//'Is '?'U'lt kUI1i1l,yiu /f)lislllJ"'h. lJublil'('t~rl

z,j", l)e i

""'111

i'l'elt;:;'" It'.

t18

luayl1dicusqteC /'orjwl'ibus', waal'in kij liet //laylleti,."", en de eirlenseliupjJell "llll de aalllrekking t't:m bal'//,8/Ben

Dr.

}I}IIr/t':ld'U(IU Sll:ph"/l Ol'lIlI

ontdekt de f/eleid'i"f/' drl':, rlt:

IIw"lLe/f~t

e.I~ktriHehe ~11'UOI/I,

t733

t745

'1'wee F''IlMen, Charles..Fran,ois de CislenlU!J Dulay ell de abbe Nollcl, ontdekken dat el' twee 8001'1I'n elek"'i"""it zijn ,-- harM(ncUlllict'e) elektricildl I'll !!la~. (positieve) -- CIl lonnulerl'n de grond1l'fl : 'yelijkc ladillye" sloll'lI cll",al' al en Otlyelijke I",L'inyen Irekk.1I elka"r aan'. E.G, /JOIl Kleist, du,nht~" ill l)olltmert'li. 01 Pell'''s 11!u8Sehl'llbrod', een Hollo",I••" ",iaklt1oli!le, onlrlfkkr", onlllhllllkdijk .""n eu"aar hd prim'i}). "II II d" L,'iriHe II"N, /)"Zl' b,.••'olld uil e"l1 fll' .• , dl' i.•ollll"I', met "'tlll'l'. ,I" !leleida, Cl1 kOIl £Iekll'i""he 1,.. Ii"!!"fl OphOI'''"' zodll/ ze de ""'H/" (~on(I('''','I(l/or 'WllS.

t748

De A merilm/l'llHI' ••'a/llslI/an. li/oNool ell tlitllincler Benjlllllm j,'/'a"klt'll zet ziin Ihe/ll';e ,'Iln CI'II e1lkel el"kll'iNl'h

106

I II I

....

'~~"'-"'-~1'! I

I J" l ull, II,; ,'kklri,wht:

/IIUI1I1I11 lIit""tI ('U "OfTI d,' i/l'!IOlifT4

'141

t7S2

l

I~O.'1/:( i"I't' ('"

II/'!/I II;)/' "

,.fr{,/rin:I,'"

itt.

(J!llmhl,"kkdij~'(~ (J've,.b1"~"!J'iny. .\'u :;'lj'lI Iwr()(~mdl~ I'll

mtl ti,' '1Jli."Hc'r (h 8hul,'1 't,i'lfll F'ru/j,khn

dl...'

1,1:/'.';(1' ed,lf~

bl-iksNlllllleider

uil. I if> /)lIil.
1)f;

"I'

dt~ktI'L'H'Ju:

;;I'!JI

"f'I'"dI1:jll8d,:n,

"ij. klJ",en I'oor' 'fl,i,

ullr,dijl.." m~,,.dd(·1LY

/llIullll1l ':11 , f'U.

/w"O,/"I'IIiI/ 1114

I'U'I

l'UU

lid

lit·I""",. 01 "it l,,,!/dijk

!/d"dl'll/,dHlJIIOI. 1,"Hllyt' ... /1/, ,,,, Ihn,I"I' f'I'n IJ,.,,,,i,il'11t: IdqJ"w~1 0/1 md ;! J d"UfII~'~ -i.", u/zuwlerUjke ylll'::l:n hu';';:t'I&..

1775

,,,I,',.

..11"J'il 1·"tI", hooylerrlur in dl' .",llIurlijh 11 i...' 1lorie t~t( 11- tll~ '1t7l10i'l'lIi/f;1 NUl. j'luriu, ,)'iudl dt' dl~klro· IouI' uit, de el',.... tl~ elck,,.o'tli',t~r fU

1~I'Hht'id fttiU HIUI'II.:ui"f!.

"t'W "f~""'f'Itf'~lfH~fl, tol afj" to" ,mlJl'h,ltie .I.menletl I. Waleren door ",el IfI'll'/ltp """

elf'

Id

'liWU'

h{~n~ yll'Iwf;'md.

n" /<;"!!I'/SIH(UI, trill-Lal1/. Il'at.... olL !It'lt~,i"l ~e", dekll'iHche llldtll!! door i'tlt :; k,u klnyc drawl f'1I ,'Ofj8f.fltecrt, elm.

LI/WI'ilJil'II'

1759

I

et:U pluulcol.. lf/u,utar ler

v"",,,mying vfln d,. l,w'd.I' (II's,

1785

elekl·rilJclu~ Hh'oUI" 1Je.rbin·

( /711 J ). I1ll11 1'il.eriuH O""IIItO pulJli"""rl ,'"" Y/lHcliilldetli", i!Ufl III' el_kI.,'idleil. ill (/r,,"
clinge" If. untlede.t. Andrt! Mur·ie A,,,.ptre, FratlB ·oo.luurkurni'ye, onl, ',vikkelt "'" lerminoloyle van de ele.klr'cileil en publicurl sludics ,He de naluur tKm de eleklr·iseht Hlruum en zijta relalic 101 hel muynetilm.e t,erk/aren, llij 'vand oak een aolenolde "it om magnetwcAe veldell 01) Ie llIekken, De uml'tre, de cleklruche alroottl· eenheid, 'is nUllr hem ge'lOemd, De f)eense .",I/l'/lrkundige HUnl/ OhriMlw'" fjraled onl.· ""kl dill "Iln el.klrisl'he alro"". rJ,,1&. mll(/ I..,~l uwl. ltdrl o'PW"J",t . OU""'''''/'''I' ~'.a·'lj)aiM J enn A ruyu, p"r",,,, ,,,.tuurkundige, macd.1 mllynelell cloor iize.en vf .tulen slm)en in hel midden van een t',m Ampere'. aoletWJ· de .. Ie pl,mlHen lerwijl ar .en sh'oom door/••·.n gaat, Oko Ou"Y olltdekl de magne· liBerend" werkiny vaft8leA:lfj. ache 81room 01' iizeren De lCngelse aterrenkundig~ en uiltrinder Warren de ia RtH

I Ie p'rrm,," !/d"',"'/" ('/lu.l,s A "!/"HI'," "e ()/n... lo"," bewijsl dul de ",mlrekkiny (of ,,/sloli.,!!) v..., Iwee I",! ,nr/e" rechl "·v""·,,,,i'y i" fIIel Iwl produkt VIl" de ludi"lIef/ "" otrlr!eke",.d ":"M,,'ediy is /"el /11'1 kWildraal vl/n h"" ,,/slund, De ec"heid eleklr",,,"e howeelheid is "",,, hem ye"ae,"d, 1786 De J luliau..n l.u·'y" Oulvu"i ollldekt dal hii kikkerJlolen krm doen allmenlrekke" 'Wfmnter hij ze u"nmakt mel /·..,.,e ,'e,'s"hitll'lltlc "'e/uletl lJ.i(~ tnrl dkulI'r in 11r.rt,."'MI.fLf/

1120

'Ja',

1_

•'flOUf'. 1)11 (lr;:" uUI,lrk. 1k"1I0

I'"",rl'''' h'ij zijn

tI,tW'''';~

11'11'."""1,, eld'iril',/I'il

t'C'"

1110

1_

1_

.'aol,

107

'134

'131

1137

1131

vervaartliyl cell, lamp mel ee" pl,,'irla gloeidraad. Doz" "'nl in een glazen buia" door J,;opuen dopiea aa,. beide zijdcn o/(/68lole,.. Dil ill de eersle, bekende, poginy am een yloeilamp Ie maken. 1821 Michael Faraday, Engela achei· Ilt> naluurkundige, conslaleerl dal een lading uon de 01'pcrvlakle oon cell, ge.lolen geleider geen eleklriBch vdd e'l rleen slroolll binrlen de ydeider opwckl. 1l1Z3 De Duilse natuurkundigen Johann Schweigger en Thomaa Seebeck doen beluligrijke onldekkingen: Schweir/Ycl' villdt de eerale !lalmlllon/etcr (g,bruikl vaal' hd /lIe/ell I>lm de .Iroom· HI,.,.klc ill een slroomkring) /Iii . 8""I'erk o'ildeki de elt'klfi,,,},e Ihcrlllokmehi. 1127 (}f'W'f/ 8·imon Ohm, Duita nuluIlI'A·tl,uli!l('.• "(liJr wie de H'f't'r.'1(fJ#({tJt'cu}"c·id ill yf1KJelltd,

/or//lldecrt de wet dal i'/I ee" gcge"cll .'roomkring de .'rooll/.'erkle ill amp~rC8 reehl eveltredil/ i. aa,l de ap"mning in vall MI ollluekeerd evenredig oan de weer.land in ohm.

Fom
1.... 1141

1150

1158

1157

1158

11511

1113 1115

UM5

•Rltktrullu:r(Jl}j~'

1171

1171

"'erken el'n ,1,A'lroIllU!/,,,,,itI"/1 Iclel/l'a,,/syHleel/l "it. Jl Ulllalln .J "wl,i boull'l un grate elektromal/neliarlte I mcultille, lI'aal'lnee Itii taler {I.'J i) een raderbuol va n de !I
d"",,-

nieu14'::ilt'f,J' I" ltd u'flter 1lcll nl" "e,.hillinlls el"lIlerll.

till

Tho",,,s AII"J /<,'dililln t'(!rt'fllt'rdiyt ct:n

d,I!IU'UI,V

voo,' "lociIClm1""'rli,·h1i"". Op 4 'IOvember vraagt hi] 'P0tenl ann op eerl yloeillllllp die be-ataal uil een p!.llina draad ill eerl I,,,,h/I,-/li,, "tall.

1/00"' ron n.lI. """/,,

"''''ovn. lIJ1f1 108

( I

i

\

\

,

\

,

\

"

.-1'

rP T I

...

',11 ;

J.,i-~&

'I

.'.,.A~~'"

:u d.cember demonalr,'crl f:d i"Of' in hel ill eilio Park /'Our hel fer,,1 :ijll ylodlamp 'il/ IIel 0p"lIbal1l'. 1811 II"UIl" /'011 Siemens jll't'"clllt'erl de ferRle yei'll'klri· li"eerd. Rjloonl'e9 op d.. 1I".'nse eleklri"ilcilsle'l1loon· "II'!/il/!I' 1.1 VI' "I'I'81e deklri..ehe Irom I/'ordl i'l1 de I)//I/rl t'an BcrUjn door :->ieme'll,' 'in bet/riiI yesleld, [,'dison hijyl'perwicrl Hd,soll hI'! nl/Y nooil llereikle ,","lal t',m !Ol),'j !x,lenlen. 1883 111',1" l'IeHrieileilslenloon. "r,·llilly il/ lI',,"erl lI'O'7'den 01'

1..

I1m/OTt:'1/ "11 d!I?~a."w·R

l...11n

6ledJk ~S.l.

1...

1'" 1'"

1887

1887

f/Cllc-

ulOn"lreerd mel pk's rlie 1'rrr1'iiren l'an 1(j lot 240. 1883 j)e eer.le tlcklriache apoo'rlijn t'''" de J',:->. toordl gedemon· "Irecr
DR.SCOm

1884

1S88

/Illd olltdekl. de baais van de moderne clektroni/w. De cersle ol,eubare eleklriache "'sin 'lVordl in C/,o"e1anll in bedriiI rlealeld, William Stlillleybout,·liulIfaa. aac/lUlI.IIs de eerale eommerciile lichl,:etlll'Ule''mcl wis<elalroom, D" II' cflinf/house ]f](cclric Com· lJ<1ny I/Out/ll/wl eerstc rendabele hafhlslaliO'll in Btl//alo, JI'.J. Spray'Uc ele~'lr'ificcerl de paardclramliin van Rich· mond iTI )'il'flinia over een alaland van 21 km, Geor!lc We;ilinyho(/,.. ! ti;'<1t pet/tnt 0]1 zijn irtJ,'U/"jOi'H'larO'r die tltollU"e
1113

IBM

1.5 1985

1117

1"

Kroalii'. publiceul een lOer· handeliTlg over zlin onldekking van /reI principe van hel rolerende maglle/ische veld. Tesla had oak pal,enl op melhoden om 'lV,isselslrooUl Ie dislribul'ren. 01' de wereldlentoonalelling Ie Chicago t,. cen eleklrische keuken Ie zien compleel mel elektriaehe kot/icpOI, !frill en komloor, die mel 1c nil· alalling van On!le..,eer 92.000 eleklrische lampcTl aan· lonen hoe:eer de eleklriache indUlllrie zich hcell onlU'ikkcld, Sir Oliver L()([rle I!eschriil! en demonalreerl h/Ot eersle draadloze ByaleeTll, De llu" A lexantler Popo/I alelt ccn r/I'aadloze teleyraa/ in werkiny. Guglielmo Marconi, die in 1892 palent had gekregen 01' ziin uilvinding t'an een draadloze leleyraal, brengl draadlooa over ecn a/Bland van 1,5 kill, aignalen 0'11"', Joaeph John Thomaon lormuleerl de eleklronen· Iheorie. LodfJe oTllwiH:elt %ljn ayBleem van apoden en draaicondenaa-

109

torrn rinl III haR';'" "t1rmt ,'U1J dr, r(win. ,.., M ",,'oni %pmlf dmmlloo" II, ""iI/It'lrml.Hflllanlisch_ ""du'8i1!""I"n .",an Po1
,.

,ltJ

fl.Ut

,It.

[Iardiuy (H'rr JI",,,'

'125

~olfl.fl:r,,,.,',f('.,.ifl.'"

rik"o'llf in-f/f'nt:,'ur. "0118f"""",.f ('en I'i""ffl,mlulHp m,~f f'f'"

tl2l

I,,'f

I'nlla"",

kunafll. 111'1,''''f romnfor,:u, he(licu,,1t Ri"iZf~"',

""11I"""11

tl3l "ff':.

1944

'958

.;fr('(IR m,('('f ",',.,Irinrtf, I" ('"Id,.r /C'I/(/,·/,,,,,I, "'''I'd' d,' l'I'r,~f(' ,-""n/f'Hf'/"';1 l'I'IItr,,'" /Ii'O/Il"IIII 1,1,·" (PI ('ill'if "flnllll'f"'''' II"" 1II'IIItI" /"In h'1'IU~I,lir'~'''II!I' 1)(0 .11II('I'1~b,,, Him,,,,

""ll,

"'f'

J 'II il,,"d I,It h,. O"rf"f"""

1n"

11,'f IW~rl:'H "'HI ,'omnwrt·j"/,, t,},,/';Hi,',"il::nlrli"yrn ,:." dt' '·01.. .'. 1/1 M /"",1/'/ ,',' "lr'kl /,()1/I(·"I",· lIiRrlw rrkr,naufo'mnnt

f/'lr,,,,rd Mark /, onlworpen door pr"fcs8or Hrnmrd Aiken 'Jan HaTt'ard. De elektroniRr.he rekenmnchine komI "a rie 7'weede IV err/doorlorT 101 rcn ,,".clle ontw;'kkcling. '948 l),. ll,'/l-Iaboralnria ko"d;1/en hun "iI,.indi"fl "an rir, tmnRi",for ".an. ,/1:('. tI" 1'(""lliimb"i,!,'", ill d('/,"frnn':R(,I", nplmro(('11

:lO" Jon 'fit"', /11 "rl, 1"llOmtorium "'1n

d(''''f.ri,~,·'' rl'ui,ljf,·r.rr:n

1m

,'Ull

1941

Irnlth,:1J·rlfou

u'01.,if fwn 11/""10,[('. ,mnr hrt

in dr "'d'l,.i",,"'r, ind"HI,.il', Willi",,, n, C'oolidf/I', ",,, :1"".-

(),)rwiuff

flfJ.fl,

dc Il"ll '/','Ir,"w"e (Jomfl-/l1l JI

f/l""ik"'h,,,'" "In / 00.1/111I ".,,", tl14

'rt~/(' "'·"I'm,."t! 20 .-t'('r~ -:; j" ,I!8 rllr".ilflHl,,,,,I,

A mprUal" "I,R f,~I"1,iIriepinnirr t

brrn(/! brr,I""1I nrm prr-Ridr,,'

,.,u. r(/d~()Niff1l(llf'n.

/.w II,nd,.irk lJ"e"'''""I, /lr"I;.''''' ,.-II"jlmndi!!" ,'i",11 hrl I,,,hlirl ",:,, d,,' fI"b""ikl ,,~r"f

f)r Jr" .. I"" /Clr,,'rir 'I'rlfT,hone, ." '['rlerlraph (10"'1"''''!! hre'/l(/t radi". 1_I"foni",,'" ('""In.rl 101 "I,wd t1(lA Vp",nonf nu.n,r 1"'an Ilranciltco. na..nr /lnuJfI1:r en over dr A !/an/.isr,he ()ccnan naar ParijB. aeot'fle S, Claude uil P"rijR kriigl een A merik"(u,,, 1)alent op zijn t1,eonhuis. ,tao Op"ning van hel eer81e A merik_nRe mdio"talwn me! re(/elmr
llt5

1962

,"'f('

'If<"""f

:1101';"''1' II "',ynn/, II ()/"'r ,1/1.0" ,it' r'ft,d,' (lIR /lij .'j.\' 'HiljrwIl ~'''' ,,/'ql'''1,/ "1111 ,1,> ""rd,' 1'(,,,,,.'1 I,,~ ..· o.wrrf, I n ,If 11/,.,,,/'.·1(,, s","'li"/"1I 11'111'111 y,'hl'lIi1,' ~'f'/lHf"k' "1/11

",""id 1I'/1!1"l·("'H/,~n.

"I'

f'f'Tt.d,'.lrfllllltl,ll,tnf':Rf'I,,' Idf'('JO",lil'II.,'JI. Of,:I ,1//,/,ik",IIIH('. rfl.diou'1J.r1eT II'(~ \' """,1, hd ,'''r81,,' ",1",";·

::;()"nt'f,(,lln'I

'J)(,

flil'

,":OHHt"';)/""!fi,'

,'fr'""'",'",!",,, oJII-:""n,

lH:"NI"k 1111

ill

lld"',,i'"

,/,11,(''''.'1 ,'" (III""""

1',,.,,, /""H'(~!U'r1','ndfl

lrl",,"'fl ,Ii,· "ij 11",.::1'1/,1,' ",'af.

I,'n

1'(11/

on/.

i" ... /r""um·

,It' ,'/o/dlid If> "(I(,d,lI.

, wi."

fl.orlf 1.'1/ 111

BIJLAGE 2

110

GESCHIED}jNIS DER

OPENBARE TIJDAANWIJZING, DOOlt

F. A. ·HOEFER, UI::I'. OF·...ICIEIl BER ARTIl,l.Imm, IIiRECTIWR BEll MAATSCIIAPPIJ VOoR TIJDAANWIJZING.

MET EEN VOORREDE

VAN

DII. P.•J. KAISER. v t:RII'ICA1't:1JII VAN ·s RIJ KS Zl!m-1NSTIIUMI'.N'fEN.

Bijlage 2.

LEI DEN. - E. J. B R ILL. ]887.

In het bcekwerk "Geschiedenis van de openbare tijdaanwijz:'ng" (Hoeffer 1887) troffen wij een beschrijving aan van een uurwerk waar een heuse terugkoppeling in blijkt te zitten, zonder dat die door de Bchrijver als zodanig onderkend en vermeld wordt. Om tevens een voorbeeld te geven van de vaak bloemrijke taal in oudere geschriften hebben wij daze beschrijving hier als bijlage toegevoegd.

111

ELl~CTRlscnE

UURWERKBN.

Ofsehoon men thuns uurwerken kan vervaurdigen, die den juisten tijd met zeer gt~ringe ufwijking uanwijzen, zoo zijn de kosten van uanschutting zoo hoog, dut zij sillehts billllen het horeik vlln enl\elen vullcn. Hovelldiell zijn deze ulIrwel·kclI ZOI) gcvooJig, dut zij llIet de gl'Ootste wrg UUII storenue illvlocdclI onttrokkon lIIoetell wordell, WIIlIl'doOl' hun gchl'Uik steml:; lwput'kt wi blijven. Milar al werdon deze hezwaren opgehevl:lI, uan zou toch nog geen eenheid in tijdaanwijzing te vet'krijgen zijn, Olllllllt ()lIdl~rlillge verschillen Llijven be:;taan. Van claar het denkbeeld, onl, tel' olltwijkillg VllU groote kosten en ter verkrijging vun eenheid vun tijdopgaven, vele uurwerkcll afhallkc· lijk te IImkell VUll cl;n ulIrwerk, waarallll luell de 11Oo~:;te eisehclI kUll stdlell. Ollder de Illiddclcll, die tel' hcrl~ikillg VUIl dit. dod WOI'lII~1l aallgl~wer1l1, IwllOort de dcclril'itl:it. I let. ~whi.il)t. dat Sl(~illhl~il dl~ c(~rstc wus, dill ill IS:l9 [let lkllkbedd vcrw\,zI:llli.iktl:, 0111 IIH:I'nkl'l~ 11111'1\1'1/\('11 door dl'lI 1~lc:dl'isl:hl'lI SII'OOIlI to drijvell. Nu Ilc\II WCl'lkll Zl:t:J' vl:!e st.dsds uitgl'dacht, dio lC~ll iSlu!tl: lllll~ lot dr'il~ hool'dgl'Ocpell terllggebrucht kunllen wordell I). Tot. dl: cl'riSlc g'rol'l' I)(~h()orl\n de wogellulllilde IIllIecgunnde uurwOl'keu", of ch:dl'isehc wljzl:l'llll'ichl,illg'ell, die, gowoollli.ik wnder tusiScllCllkolllst vun eClIc veer of vun cen gewicht, den ttjd VUll het hoofd uurwcrk unn wijzen. De twcede groep bevut de uurwerken, die geheol zelfstandig kunnen loopen, maar wuarbij een elcctri"che stroolll, van het hoofduurwerk uitgaande, op bepaalde tijden den stund der wijzers regelt. De IUl1tste grocp betltaat uit elcctrische slingeruurwerken, waarbij de electrische stroom de dl'ijl'kruclrt is. Oppel'vlukkig besehouwd bicdt de eerste groep vele voordeelen aan, vooral daar de inrich I i fig dezer' II urwm'ken zeer een voudig zijn kall. Het hoofduurwerk sluit binneD IwpallJdc korte tijdl'uilllten rncestnl clke minuut, een stroom, die door magnetische werking de lIIinulltwij~crs van de 1llec~allllde uurwerken voortbeweegt. Op dcze wijze il:l I

I) Dio olokLrischeD UhreD, Dr. A. 'roUlor.

112

het lIlogelijk. vele wijzers door een hoofduurwerk te drijven. Daar echter de goede gnng van deze llurwerken zeer afhangt van de geJeidingma, zoo moet aan doze de grootste zorg besti 'cd worden. De uurwerken der tweede groep zijn minder afhankelijk van de geleidingcn. /IInar bij hen lIIoeten de eischen van goode uurwerkcn vervuld WOrdell. Bij 80lllUlige stelsels regelt de slroolll vun het hoofduurwerk olke twee sceundclI, maar over het tllgemenll is aile uren voldoende. De denie groep on
DE UURWEltKEN VAN IIIPP

J).

Deze Ilurwerken hebben de grootste vcr~preidtng gevonden, en worden door eell elect.l'ischen stroom, die telkens van richting verandert, gedrevcn. De weekijzercll kernen 1Il en m', Plaat 1[, Fir{. 9, zijn met c1e pool P van een pernlUlwnten Illagneet 1\1 vcrhonden en onder diens invloed steeds \11llgllctiseh. In de onmiddeIlijke nahiJ heid Villi de andere pool van P bevindt zich het weekijzeren anker A, dat OIIJ eelle vertikulc as kan dranien. Onder den invloed van den lIlagneet is A, zoolang er geen slroolIl door de eleklrolllagneten gnat. ongelijknamig rnaglletisch met m en 7ft'. De eigcnnardi~e vorlll von het anker, dip. uit Plllnt 1 J, Vig 10 blijkt, stelt in stoat, 0111 zelf~ I!let. eell kll:;lIt' krneht cen groote uitwerking te verkrijgen. Lungs den arm, Wlillrvan !let anker voorw~n is, kiln een gewicht versehoven worden, om het snker in even wicht te stdtell. Door werking en vorrn onderscheidt zich dit anket van .all~ andere stelsels, en moet de on~e­ stoordl1 Io(an~ van deze uurwerken hoofll1.aknlijk hieI'aan toegeschreven worden. De groote hOt~k , dien het lelkens. wanlleer ocn stroolll door de eleelro'llIaKrJetl~n gllllt, doorloopl., IS oorzllnk dat het uurwerk alln tltorende invlomJen Vlln lIreunen ell vlln zwnkkc indllctiestroolllen ontlrokken is. Deze groote bOllg veroorlooft !evens het gcbrnik vlln eene spil, voorzien van insnijllingen, die het schakelrad voorwuarts heweegt, waardoor, hehulve dat de spil zich zeker en gemnkkelijk beweegt, verkregen wordt, dat lie wij7.ers zon vast staan, dat een vooruitbewegen in staut van rust niet te vreezen is. auk is de gang van de wijzers rustig, en zijn zij zeIt's bij groote Ilt'metingen niet onderhevig aan terugspringen Door den vorrn van het anker is het mogclijk, de kracht. waarruede het in be weging gt~hracht wordt, zoo over de verschillende phases van beweging to 'lerdeelen. dat 1) Dio o!t'clriMcbon Uhren, I1r. H. Schnellheli.

113

Itet dl'lllliiugslllOllll:Ut in dezelfde vel'lIoudillg tOI:- of ufncclIlt, uis het 11I001I1:nl. van den te oVI:l'willlll:n wct:rsl>.lllii. Bij lid begin del' bewe;;iug IS dus de hewecgkl'ucllt het groutst, uilldat dan lIet tl'llllghcidslllOUlt:llt OVCI'WOlll"" mod wordell. Dour zijn \'ul'Ill is venier cell geringe stroolllsterkte VOOI' cell regellliuligl'n guug volducllde, waurdoOl' het uJUgclijk IS, OUI vele uurwcrken gelijktijdig door c(~n bron van electricitcit te bewcgcn. De twee stuufJ"es Ie ell 11: , Pluat II . Fillo· i (J , die [)IeL t1uwecl beldeed ziju, beletten, dat lid ullker . tegt'll de kernen kOlllt. ~ij VOl'lllell teven., <.lIs het ware kussens, om het llanslaan van het aukel' zllellt en Wilder geJlIid te tluen pL1'!tS hehbcn. llet schakdrad is vuu etlll duhlll'll: rij loudl'echl. op clkuur sl.uundc tanden voorzien. In de celie rij gri,ipt de ;;pil, die Iwt nlll vool'llitdriJft, in de undcrc een kleine licht hew~eghure pal, die het tcruggllun van het rad belet. Dc ovcrige rudereu dicnen 0111 de wl.Jzers in bewcging tc brcngen. Elkl: Illillllut zClldt het hoofduurwerk een cleetrischell stroom, die teJkens van riehtiug vCl'auderl , door de olliwindingen vun de c!celro-fJIugneten. Een vun de kernell verlil:st het IlIagnl'tislIll:, dut zij door iuductie bezal, eu -wordt in tegcnovergestelden zin lIluglJdisch, tet'wljl il~ de undere kern het IlI1lgncti8111e versterkt wordt. Het anker wordt dUll door de ulIgldijkualllige pool uungetrokken en duor de gelijknalllige afgestooten. In de vol~endl: IlIillllllt wordt de stl'UOlll omgekeerd, en beweegt het anker zich naur de undere pool. Hike Illilluut draait dus hot sehukclrud een tand verner. Vuor perroll::>, strateu ell ill groote gebou wcn is het SOl/l8 noodig. dut de uurwerken van dubhelc wijzcl'ptuten voon:iell zijn. Naur gelang van de ligging kOlllcn hiervoor uurwI:rk(:1I in Ulllllllcl'king, wuurbij de wljzt'J'platell evellwijdig loopen of llIet elkaar cen huck makl:lI. WiJ kUIIIH:1l vul~tllUII 11Ie!. t:l'll uurwerk lIlet twee evenwijdige platen te uesehrijVI'II, dual' de stulld del' beidl: unllen /1/, 71, Plaut JI, ViI{. II, aileen verulldcrt, WUllllecr til' "lilll'lI CC/I IlOck IUut dkullr IIlUk()II. OVI~r hel IllgclIleell kOlllt de illl'ichting lIlet de hOVl'1I lllll:·;clm:vclw OVprl'I:II. lid allkel' werkt eehter niet onmiddellijk op het sdlllkeirad, IIlilii/" 1/1'(: II gl. ~Ijllc lJew':ging Ill' hut kW(jurad I: over. In dit rud VllttCII de tundell Villi tie bcidl: I'lldel'c/I r', wici' lISSell ollllliddellijk de wijzerillficltting bewegen. Venier is Ilog op te Illcrkell dut het unkel' zich ineen vertil\ual vlak beweegt, en lIut de invloed van de zwalll'Le door cen tegellgowicht, dut aun heL unker is aangebracht. wordt upgcltevell. Wllulleer de wijzl~rpillte/l elm grootere middellijn dun l,i5 M. hebben, of wUllneer dl: w1.lzcrs /liet uchter gll.lsplllteu zittell en dus uun de buitenlucht ziju bJootgesteld , is het wen:.-e1I1'I'.lk, dut de wijzers /liet oflllliddellijk door dell electrischen stroom bewogen worden ullIdat daurvour een te sterke bulterij lJoodig ziju zou. In deze gevallell bezigt llIen uurwI·/"kell, die dour gewichten gedreven worden, ell b. v. aile acht dagen opgewonden moetl:1I wllrdl:lI. De dectro-lIl11gneet, v(Jorziell vun e(~n anker, zooals wij boven beschreven. dll~JJL dUll ulleen 0111 het work aile lUinuten Hij te maken en de wijzers t:en miuuut te duell versilringen. Op deze wijze is het mogelijk het grootste torenuurwerk even goed als uct kleinste uurwerk tot regelwatige tijdllRuwijzing te dwingeD. I

J

114

De inrichting voor tOl'cnllurwerken wordtin Plant. n, Fig. 12 voorgest.cld. 01' lid hekendc nnker zit de as tJ, die met een hlllfeirkelvonJige sehijf a verbondcn is. Op dl'W sehijf rust cen van de arrnen cener vork, die om (lc spil c knn drallien. Bl,weegt het linker :t:ich onder den invloed van den electrisehen stroom van het hoofduurwcrk, dnn vilit dew arn~ dcr vork, over de sehijf glijdende, naar beneden. ic:rdoor vnlim;t hl'l uitcillde vall den zwaren gehroken hnfhoolU d zijn stl:IJn, en valt zijn hl~llPlkllafll\. drnuiende O!ll de nf; e, nllur bcncddi, tf'rwijl de hc Vl'llllrm ~,i('h o(lWl'llrts bcwccgL I ).'<',c laatste lieht dan den ollliersten arm van den b,;hro\wn !tl'fhoom .r; lIit ceno illsllijdillg ill i, en duwt den bovenarll1 van .r; nliar link:;. Ilil~rdool' kllillt de hd' boom h, dil~ VlIst 111('1 den windvlcugel vel'bonden is, vrij, en kon de windvkugd lIich hewl:gcn. Jkt gl'Ial'I'II' raderwerk st.dt zich in he\Vcging, en de wi.izen' vlm,prillgen een lllinllut. Dn s('hijl' I IIll1akf ectw gchedc oUlwentdillg, tcrwijl de onderal'lll van den hd'boolll /1 over hn:1l oppl'l'viak sh~cpt. Wllnneer i hurc Olllwclltl)lillg vollll'lteht hCIJI, vall/I Wl'l'r in dl~ insll'.lding van i. Vooruf stuittc ceht.l'r Cl~1I stit'l, dit' [Olll["'C!tt op i ~tllat, 01' dl'n IHlVI'IIfil'ln vall d, en dU\\'lle helll nUllr berwdl'lI, wll:lI,dool' !II' andere Ill'lll \\'I'l'd 0Jl~('IIl'\('rl. ell tl'll slotte het geheelc Slllllenstei VOII hl{ !lollllll'lI \\'1'1')' dl'II ~t lind VlJr',,. de bt'\\I';.;ing' inne(,lllt; lllet dit verschil dat. thans de llndl~I'" UrlIl Villi dn VOl'k OJ' de hlilfeirkelvol'llligl' st~h iJ f fl rust. 0111
'I

ue

115

1:1/ Iwstllat lIit l~ell stalen slullg, die ollgev('er ill bct IIlidden vier IIlllul reehthoekig- o Illgehllgl~1I i~. Ollder dt: vrij ZWUI'C lells ill de slillger van een ullker VILli week i.iZI~" VOllrW~II. III de ollillidddlijkc llllhijhcid VilU dit allker stuut cell t.wl~eIH:l'llige e1ectro-IIIIlC;IH:el, Op he~ olllgehogl:1I ged'lelte \llll den slinger :tit l~eH IlIcssillgcll urw wuarlll' el~1I kleill stuk glushllrd slaul of agaut is uungelJl'lJL:ht. 1>e vcnlere heselll'ijving ell het doel vall di!. gl~deeltc zlll hlijkcll bij Je behulldelillg vun de cOlltllcl-inrichtillg. Wallue'lr Ill' !:lIillgor uit dell evellwil'hlsstund gebrucht \Hmlt., cn hij vrij kun slingcrclI, zul de ullIplitude gaalldllwl:!-\" ulllellll:ll, ell tell slou!: nul worden, Om dell slinger in lWWllgillg te ltolldl:lI, is IIlCII dus verplicltt IWIII tclkl:lIs nu elk.e slingering een kleille illJpulsie te gl~vcll, of van tljd tot tijd, wodl'u de Ililiplitudc lJillllell bcplluldc grenzcll lieeft ufge1I01lieil. f fipp heeft lllill de lllatste wijze dc voorkeur gpgevcn. llij gl'el't nun Jen slillgcr sh:<'ills eell illlpliisic, wUllncer :l.ulk:; lH'pllUld Iloudzukelijk ill, LJe illJpulsie krijgt de !'Iingl'r dOllr de uautl'l~kkiug, die de clectro.llIuf.(lwet op het anker op het gUllstigste 1l0gcllblik UIIUl:kllt. I>e fUllctic 0111 den electro.llwgneet in werking te laten kouwlJ, wanrleer Ilet. 1I0111lig- is, venult de contuct-iurichting De cOlltaet.illrichting is op Plaut LI J, I"ig, 14, ge8cnetst. Een stalen veer (Ie is ill • Iwt pUll t II gehed olluf hun kdlj k van dCII :;liuger bevestigd, en llCcft uan het uuderll cilltle cell puntje van plalillu, dnt ~ich dicht ondcr het puntje c' vun plutina bevilldt. De Vl~I~I' is lJij e VUII cen fijue liS vool'~ictl, waU1'011l cell IIlCsvofluig stalclI l)lilutje, lit: "palelle", :lieh ZCCI' geulllkkl'!ijk kllu bl:WI'~I'U. I>aar (' zijwlIl!rt:; ligt vall deu SlilUd, dil'lI til: "lill;';C!' III :-ilunt vall I'ust illlll'I:J1d, i:; d,' slall,:.!, vall dl'll "liugl~I' dalll' 11~1' fllnnlsl' 1l11l;.!;clIO;';"11 up dt: wi.lZ\', :wonls \Vii hovcu J1I'.'dl~,II,,'I,ll'll. Ilt: i1l'stillld tussl:IIl'1I hd IWIII (' "II d"l1 sl:tlld '1,111 dCII "lillg,,1' III 1'1I,,1 f!;,:dt til' kl,·ill"I,' :t,,'plil utiI' aall, dil~ til' sllll,:.!,1'I' IIln,:.!, lidl11"11. Z"lIllra Iwt puut VlllI tcl'llg-k"I'I'l'1I VlIII dl'll "lill,:.!,TI' Illet dit pUllt salllO:lIvalt kl'lJ.:.!,1 dl~ .,llrl~"l' l:l:ll lIicu\Vc illipulsil:, ZllOI:tll,:.!, dl) slill,~l~nvijtlt.c lIog zoo groot is, dal. :lij !Il1it"11 til'l pUllt (' vlllt, glljdt de Ililletl.l: hlj l:lk 1)(:1'11- en Wlll'l'gllllll 0\'1'1' lid "tllll'lI St.II"jl~ WI'!-\", "II 1111.11'1 de Stllll~1I vOU!' 1/(' III 1'liSI. Malll' glllllllll~weg IlI'Clllt dl: Ililiplitlldc Ill'. 1~1I 1:1' k01l11. ':cll oogcublJk dut de uitert;te sllugel'ing uugcuoeg lllct het puut e SUlllCllvult. III dit oogenblJk bevindt zich de palette 110111' buit.en gericnt op het sll.llcn :;tuk d, wiens oppervlak eenige illkeepillgen hceft. WUllneer nu de slinger terugguut, drukt de ~ich vcrhdrl~lIde ell tell slotte naar binnen gekeerde palette de veer opwaurts, ell llIaakt contael. Op dllt oogen blik ill !Jet unker, dllt aun den slinger zit, ~ij waarts van den electromagneet, en stuat uus niet allecn onder den invloeJ uer zwaartekraeht, maar wordt bovcndiell dllor de IIl\lltrekkingskracht vun den eleclro-lIluglleet in den vert.ikalen stund getl'ukken, I.ijlle slIelheid ell dlls ook zijllc ulllplit.llde worden daurdoor vergroot. Zllodra het stulen "lllkjn de PUlllltU verlnllt. ill d(~ :;1"Olllll verlJrokon, Do slinger hedt (len Ililmwo illlfllllsiu g,:k n:gc'll, ~:.J1l umplitudc ill vergroot ell t.·Vt~1I111:; vroeger glijdt de palette ovel' het :;tulen ~lllkjc heen, Zoodra de slingerwi.Jdte Linnen een bepuRlde grens it! afgellollwn, herhaalt zieh het sluiten van den strooUi. Eenc groote zehrheid wordt hiel'bij verkregen, want

116

WllOlIl.lPr om dB eeno of lIn dnt oog('nblik verlutl'n de vcel'l~n r: e1knar. Met deze inrichting wordt lid vOI'IIl(~n vlln vonl"'11 g(~h~d V(Ju!'kolllen, In Oitenedl~IIt'illde is de het' boo III Villi ceno inriehtiRg voorzien, die bij elke terugbewnging Villi den Iwfboom het schakelrad een tand voorwanrts 8chuift. De pal !J betet dat het. sehnkdrad ternggant, en de pals rlat het meer dan cen tand te~elijk verspringt. Op de gewone manier wordt verdeI' rle beweging van het sehnkelrnd overgebraeht 0)1 de wi,izers. Ilet (Ioel vnn het vierde onderdeel van dezc 800rt von hoot'dunrwerken i8, niet. ulleen om elke III in Ullt. een stroom door de lijnen , waarop de Juei')gnllnde llIHW(~rkell staan, te brengen, maar dezcn stroom bovendien iederen keer van riehting te verunderen. rl'wee deelell zijn dus ann deze inrichting te ond(~rseheiden: ten eerst.e den cOll1ntutat.or, din clke miJluut de riehting vall den stroom verandert j en ten tweede de contnct.-inrichting, die icdore llJinuut voor kort.en tljd den strooll1 sluit. De commutator hestnllt nit (~ell dnbhelcJI herhoom, die om de us f, Plnut. Ill. Fig. 17 en IS, knn drnllien. Dr. bovenste bcide arIntlD hebben een eigennnrrliwm vorrn, en ru!\t.(!n afwiliselend op stiften, die op de spakell

117

I'ad. tint doOl' hd ~t:hlllwh'ud llt'wllg(~11 wordt, gl'pluuLs ~ijn. Dc onderste IUlll IIl'l~ft tWl~C geisolccl'dc vct'l'en, die gedurcnde de beweging Villi het I'ud 1\ over de dri,.~ eUlltadl'U a IJ c skepen, Afwis:,clcnd liggen zij elke IlJiiluut op IJ b of IJ c. De beide uilerste cOlltadell (l ell c zijn llJet elkuar vCl'bondclI, ~tel lIat de hefboulll den stalld van Plaut I [I, Fig. j 7 illnecillt, dan kan de stroolO dell vulgcllden weg vulgcn; VI'Il de koperpool lIfiar A, OVL1' (l ill de lijn, en vlJIgl'TJ::; de I'icltillg dool' den pijl aangegeven, door de electl'O-llIl1gnetcn VUlI de Jlleegll.UlllW uUl'werken terug nll.ur ue zinkplJul. Uedurenllc de volgellde Illilluut ,it het rad in dll richting vlln den pijl j()O, eo du",t de slift 8 den hefboulII VUIl den (:O/llluututor 1I11Ur beneden, ullldut hij op de vel" hoogillg schuift. Op het eillde vall de lllinuut liggen de beide veercolltaeten op de cootucten IJ .en c. De strooluloop is dlln als voigt: koperpool, A b ill de lijn, en d Ul:I io oUlgekeerde richting Ills voorheen, duur de electro-IJluglleten van de Illeegaullde uurwllrkell, ell over' c en B terug IlIlUr de I'.illkpool. De eOlltlld.illrichtillg ib lIJollls lIit. '\1: Plull! III, Fig. l(j blijkt I rechts geplaatst. Op hd schukelrlld zil (:ell 11r111, die 11<111 :l.ljll mtcillde uulI beide zijde vun een contact vall pLltillu voor:l.iell is. Willlllel~l' het sellllkell'lld :!.idl b(~\Vl·I';.\l Sc.:hlllfl del.l~ 111'111 elkl~ lIIilllllll tussehclI dc twce t:lJlltlll:lclI C ell c', Pillat III, Fir;· , I\), WI tl:rwljl 11Ij beidl~1I llllllrullkl stllil hlj dl'lI SII'OOIIl, I)ll beide cOlllactpullteu c ell (i :l.itlclI up hdbuolllCn, die duor veereu IC~I~1l elkllllr gedl'Ukt wordell, Jl un gewolle ufstulld wOl'dt oour eell stdschruef zoo gcrq~dd, dill dll uri II itall Ilet scllllkeirad. bij Iwt dOOl';;ul1l1. dc l:IJllliidell cell weillig vall elkl1ar Ill' Illlld dllWCII (Ip dl':!.l: wlj:l.e kOlut, steeds eell goede VCI'Ililldlllg tot stalld, dllar de cOllludplllllel1 door dell arlll vall slof ell OXydll gC:l.lllvcrd 1\'111'(11:11, Bij dl'ze illrichting geschiedt hel vl'rbreh.I'1l vall dl~1l strollill i:!tceds IIp eml lllllll:n: plilllts VUII ltd cOlllllctpUIlt. /)allr up lie plaat::. waal' de slnHHlI vel'brokell wordl, dOlir lid vonuen vall vonken uxydalie lJlltl:ltaat. WUl'llt dl~ slruolIl een volgende kecr reeds Vl)()r dll:e plallts vCl'bruken, en schuif!' op deze wlJze hd pUllt vall verbrekell steeds Illcer Hllar vorell, totdat tell slotte de sJeepende wrijvlllg de oxydelaug verwijderd heeft. WUllllrler gedureude de beweging VUII den urm tusschen de beide cOlltuctpunten i:!lol\leclljes of gooxydeerde plaalson dell 1:11.1'00111 verbreken, on helll duurnll wftcr sluilcn, dun Iweft dit geeu invlueu op de mellguunde uurwerken op de lijn, ollldat de stroolll niet van riehting veraodert. Bij mecgaando uurwerken zonder gepolllriseerd anhr kunnen hierdool' stUl'illgell ont~llllln, die :i:eer llloeillJk op te sporen zijn. ~ooals later blijken zul, kunneu slechts :20 tot 25 meegoande uurwerken op cell lijll ~eplal1lst worden. l\1oeten dUl:l llIeer uurwerken gedreven worden, dan lIIoet llIen hen in gl'Oeprn verdeelen en den stroom opvolgend door de verschillellde groepen Juten gauo. Voor dll doel :tijn rJleerdere van de bovell beschreven contact-inrichtingen, Plaat Ill, .Fig. 'W, uchter elkllur geplalltst, eo schuift de arm opvolgend tusschen de contactpunten. Ve wij:i:crs van eeo zelfde groep verspringeD duardoor gelijktijdig elke minuut. maur die cler vun

l~ml

I

I

118

versehillende groej)en opvolgend twCtl seOllii,l,m Inter. Wnnncer men to veel (Iergdijkn contl\cton llehtcr elkaur plimt~to, zou de gOl"ogCld(, gnng vlln het hoofdullrwcrk cr ondr.r lUden. Wallneer het een uurwerk WU!'l, dat gedreven ';,'i',rd door een vni'~ of een gewil~ht, wu het lien tijd slechts ten naastcbij aanwijzcn, ollldat de weerstand, die het tc over· willnen heeft, dour de con lacl punten te veel Ilfwisselt. Bij cell electrisch U 1Il'werk bestnat dit bczwaar niet. dllar door den te oVI~rwinnl~n wecrstllnd allecll de impnlsics vermeerderen, en zijn gang slechts in zeer geri'1ge llJllt.e den in\'h~d cr van ondervindt. Wanneer Inen den eisch stelt, dill hl~t hoofdumwtrk llleL astronolllische nlluwkellrig. heid de tijdaanwijzing aan d(~ mel\~allndn uurwlTkr,n 1I1cdcI\r,elt, dlln verdil'nt de inrichting de voorkeur. ZQo;ds zij in grooter!:: steden ~ooIlL; Bm'lijll, MilIlAn, 1Jiirieh, (;I~IIl\V(: en~. gel>ruikt wordt. Plnat rv, I"ig. 21 en :2"2, stdlell hct. hoofdllllrwl~rk 1,1001'. 0- is het schakelrad, Ii het anker. \k II~ vfln het, Rchnkdffld it' achier vOl)rzil~n vnn (,en ron08nl c. Dc tandl~n Villi IIC~t rlld d I/llt.t.\m alln do I~OIlO 1.ijde in het ronlhwl (. (1I1 Ililn de ulldere zijde in hl~1 rllllds\·1 I' I)" as VlIll het gctullde md d zit 0(1 con vork, die om do Il~ f kiln drlluicn. Nallr H('hloren is de york vlln een arm voorzien, nnn wiens uit.einlle (It: steh\('hl'oef // ~it. (;c~dll J"endc de b(~weging van het s(:hakelral\ en Vlln Iwl l'ollclsd c, dat \lIet dit ra(l vast. verhon het t'e!takell'lld is lIrulgl:!lfl\C'!tt, rust.. I)c heiclc Iwfho()jll('n /, (~n Ie zijn hijna in evenwicht, en hohhen ul\':en cen kkil)(~ nciging 0111 te drnlli(:n in dpll .zin \IPr wijzers vlln cen hor!ngc. Hij
I

119

as I III Iwt mcl'll'wel'k, ell druait Illet de lwwcgint\' vall Iwt radc:rwerk den trollllllci vall dl:1I l'Ollllllututor ••:11 de HWt tWill verlJolldll1 a~ It ~ell IlUlvl~1l :slug 01iJ. Zooals tilt tie teet-cllillg'CIl hlijkt, hcvindt ziclt uan lwt einde vall It de hollc tl'OllIllICI v. wier vrije ralld tWCl' schuillc vlakken vormt, walHvatt de lellg'le v:~;. il~dl~r cell ltabell olll~rek lJedraagt. Zooals reeds vCl'lucid werd, Zijll loodrccht op dc us p de Ul'luell d' en .II aangeuracht; lJij het druuien van de as bcweegt ,v dc stlLiij q in de richti:lg van dell l1ijl ell valt ,IJ, die van voren vall eene kleine 1'01 VdUI'liu.l it>. ill den trollllilel v. Zoodra de uitllCttiug hedt plants gehad, ligt dus de kleine w~'ijvillgsrol Z op een vall de beide schuine vlakkell. 1:11 klilllt zlj tijdens het druuioll VUll tlml tl'Ollllllei lallgs het scltuinl' vlllk op; de UI'lIi IJ dl'Huit de as iu huul' oorspronkdijkell stuud 01 wd iets over lhen .~tllud; de stllng IJ beweegt 'lwh c1ielltellgevolge in de tegellovel'gl)::ltelde I'ieltting VUII den pijl. ell heft den Iwf boom JJl op. Dc huuk Villi IU kUlI nll do ::lchijf 8' vun dell hef [WOtll i vouruij, dllar hij lIog gedl'l1uid Is, 'l'crwijl uldus de heflJooIII ,W ~ijn functie vervult, werkt g-clijktijuig de as It, door Illiddol Vtlll het vast op hem verbondcll kroolll'ud I, OJ> Iwt kleine tundrad :.!, dat Clm gplwde Ol1lwl1l1teling maakt, ('II op wHms as het bovenvcl'Iuelde ronusel e bovestlgd is. Ik"c liS Iweft tWI~e fllllCtii~lI te vCl'vullell. III de eel'ste plants stoot, legen Ilet eil1llp vall d(: hc:wI~g'illg". til' srift ;~, dip loodl'eeil! op het rlld :2 stallt. tegoll dt~1I gc!lU1-\1l1l Mill Villi dl'lI W:hl'ukl:1I IICI'lW!l111 ,., ell tlIlW!. hl'lIl Im'llg'; zijll alldere 111'111 wurdt daar,!lIlJl' ~dlcllt I'll ~TI.il)! III .11'11 IId11UlJ111 It, dc,clti,lf ,,' kOlll! ill 11<11'1'11 Ih)rSprollkdl,lkl'lI "Laud IlTU;£, 1:11 IllaL d(~11 hl,!'lwOlli III. di,' hilal' vlJul'lllj gegaall I". nie! 1I11:,:r 1"I'lIg" C;HiIIl; dillll'(lool' Villi Iii, wodra d(' I'll I .: /;III~' lIel schllille \'lak upklillllll'~IIIII' dil Vl'I'lal,:11 IlI'dl. lip til' ~I'hi.Jf 8' "11 WOl'dl ~i1"I:-;.'I\·rid ()/I dat IIlJ;,;"lIlllik 111.111,'11 all,' 11""11(1111111:11 1111111\1' :lHIIVHllkdr.ikl' ..;lallde'll III, ,'II /'1.111 ,:.;erl,(:d !rullnl' t'lItwli"1l "all VIII','I1 ill aall \VITI' 1(' 1l"hllll\l'II, III dl: twued(: plaah 11I'f1 lid rondsul I' gudlln:lldl: :tI,lIW IH'\V",~III,.~ 11,'1 c.;dHIIiL rad ,I" dal 'lIs vOOl'tdl'ijveud gUWIl:llt van dell I'egulateut' diclls! duct, III til' IlolJgl.c, 1.(~l'wijl hel. dit ..ud lJlIl Iwt /'olllhwi (' voel't., ell het op dcze wljze III 1.1.111 oot'-;pl'lJllkdl.lklln ::ltlllld terugbrellgt. Door de hulve omwentcling van de Ull It worden dws niet aileen de hefboomcn 111 hUll oOl'spl'Onkelijken Iltund gebracht I gereeu om hunne functien weer te verrichteu) IUaUi' gelijktijdig wordt ook de reguluteul' welJr opgetrokken, Hetzelfde spel lterhaalt zich elke mirlllut, en begint jUilit op het oogenblik dat de secundewijzer op de zestigste secUlldc springt, wllnt op dat oogenblik verlul1t de stift 1" op het schukelrad oevestigd, lIen Iwfboolll Ie, I

120

Pl..!

rl

I

p

---1limlll_

Q

R ......

,.,-;;-,.

~~~~-------

PL.n.

122

~:~I" ~tl_._

I~L.m.

_.

1"8 14 . t\j I;;.

("kj

..

:llfiT4: : __~~I , . . .Q>(Q) ....

123

BIJLAGE 3

Onderstaande literatuurlijst is alfabetisch gerangschikt op naam van de auteurs. Behalve boeken en artikelen waaruit bijgaand verslag is samengesteld, zijn ook een aantal werk~n opgenomen w~arin men nadere inf~~m~tie over bepaalde onderNerpen kan vindan. Voor zover mogelijk is de coderin~ van de boeken in een van de T.H. bibliotheken gegeven. De laatste drie letters geven aan in welke bibliotheek het boek te vinden is. BLU Centrale leeszaal - Hoofdgebouw. BLZ Idem. ESB Studie bibliotheek Bouwkunde - HGB, vloer 3. BSE " Elektrotechniek - E-hoog, vloer 1. BSK " Bedrijt'skunde - pavijoen. BSN " Natuurkunde - N-Iaag. BSR " Rekencentrum. Artikelen uit ingebonden jaargangen van tijdschriften zijn in de bibliotheken alfabetisch gerangschikt op de titel. De meeste in deze literatuurlijst genoemde tijdschriften zijn te vinden in de bibliotheek Elektrotechniek. "De traditie in ons land bij de vermelding van boeken als bron slechts het jaar van uitgifte en niet de uitgever te vermelden, is verouderd en kan voortgang van wetenschappelijk onderzoek vertragen. Vermelding van de uitgever dient daarom algemeen te worden." - Stelling 7 bij proefschrift van G. Hupkes: "Toekomst scenario's voor one vervoersysteem", Uitgever: Kluwer - Deventer, 1977 ( SMR 77 HUP BSB ).

1. Adler, H. en Neidhold, G. Elektronischer Analog- und Hybrid rechner. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften - Berlin. 1974. DKB 74 ADL BSR. 2. Black, H.S. Stabilized Feedback Control. Bell Systems Technical Journal. American Telephone and Telegraph Company. jan. 1934, pp 1-18.

3. Blake, G.G. History of Radio Telegraphy and Telephony. Arno Press - New York. 1974. Reprint of the 1928 edition published by Chapnlan + Hall- London. LRZ 74 BLA BSE.

124

4. Bennet, S. The search for uniform and equable motion. A study of early methods of control of the steam engine. International Journal of Control. 1975 - Vol. ?1, No.1, pp 113-147. 5. Bryan, G.S. Edison, the man and his work. Alfred A. Knopf - London. 193G. NV 3002 BLU. 6. Canby, E.T. Geschiedenis van de eldctriciteit. Scheltema en Holkema - Amsterdam. 1964. GLZ 64 CAN BSE. 7. Diverse auteurs. Engeneering Heritage, Vol 1+2, The evolution of engeneering. A. Hoofdstuk door Wailes, Rex: Windmills - their rise and decline. - pp 9-16. B. Hoofdstuk door Braunholtz, W.T.K.: Gas Engeneering. - pp 56-61. Heinemann - the institution of mechanical engeneers - London. 1963. NV 6401 BLU. 8. Diverse Gelders Walburg 1969. KB 6918

auteurs. Molenboek. Pers - Zutphen. BLU

I KB 6918 BSB.

9. Diverse auteurs. Handbuch der Automatisierungstechnik. Verlag fur l~adio-Foto-Kinotechnik. 19~9.

( page 247 eVe mechanische analoge rekenmachines. ) GK 5902 BLU / DGB 59 HAN BSN. 10. Diverse auteurs. Lexicon der Technik. Alfred Kuhlenkamp Herausgeber - Deutscher Verlags Austalt Stuttgart. 1968. 11. Drachmann, A.G. Grosse Grichische Erfinder. Artemis Verlag A.G. - Zurich. 1967. NV 6703 BLU. 12. Eames, C. en R. A computer perspective. Harvard University Press - Cambridge, Mass. 1973. BP 7322 BLU I DAZ 73 COM BSR.

125

13. Me. Fairlane, A.Q.J. en Fuller t A.T. Routh Centenary Issue. International Journal of Control. 1977, Vol. 26, No.2, pp 167-168. 14. Feldhaus, F.M. Die Maschine im Leben der Volkel. Verlag Birkhauser - Basel - Stuttgart. 1954. NV 5404 BLU. 15. Freese, S. Windmills and Millwrighting. South Brunswick and New Yurko Great Albion Book 3. 1972. :~V 7208 BLU. 16. Fraunberger, F. Regelungstechnik - Grundlagen und Anwendungen. B.G. Teubner - Stuttgart. 1967. DPG 67 FRA BSE. 17. Fuller, A.T. ( I ) The early Developement of Control Theory. Journal of dynamic systems, mesurement and control. Part 1: june 1976 Vol. 98 pp 109-118. Part 2: sept. 1976 Vol. 98 pp 224-234. 18. Fuller, A.T. ( II ) Directions of Research in Control. Automatica. Pergamon Press Ltd. 1963, Vol 1, pp 289-296. 19. Fuller, A.T. ( III ) Edward John Routh. International Journal of Control. 1977, Vol. 26, No.2, pp 169-173. 20. Fuller, A.T. ( IV ) and Routh, E.J. Stability of motion. Taylor and Francis - London. 1975. DPP 75 ROU BSE. 21. Groot, P.S.A. en Eykhoff, P. History and developement in control and computer techniques. Literatuuronderzoek BSE 77-05. 1977. 22. Hazen, R.A.G. 'Fifty years of Electronic Components 1921-1971. Publication Department of Product Division Elcoma of N.V. Philips gloeilampenfabrieken - Eindhoven. 1971. LMB 71 HAZ BSE.

126

23. Hoeffner, F.A. Geschiedenis van de Openbare tijdaanwijzing. E.J. Brill - Leiden. 1887. NV 188701 BLU. 24. Hussey, M. Automatic Computation. The

Open-University-Techaolog~-Fo~ndat~on,Course

1, Unit 12.

1972. AD 7202 BLU / BMC 72 OPE BSN. 25. Jackson, A.S. Analog Computation* Mc Graw-Hill Book Company - New York - London. 1960 DKB 60 JAC BSR / DKB 60 JAC BSN. 26. Johnson, C.L. Analog Computer techniques. Mc Graw-Hill Book Company _ New York _ London. 1956. DE 5602 BLU / DKB 63 JOH BSR / DKB 63 JOH BSE / DH 6317 BSN. 27. Klemm, F. A history of western technology. M.LT. Press. 2 1 1954 ( Verlag Karl Alber ), 1964 , 1968 • NV 6413 BLU. 28. Kuhn, T.S. The structure of scientific revolutions. University of Chicago Press. 1962. BKE 70 KUH BSK / BKZ 62 KUH BSS / mv 7202 BLU. 29. Mackensen, L.v. Ein wiedergefundenes Zwischenglied in der Gesohichte der Regelungstechnik. Regelungstechnik und Prozess-Datenverarbeitung 1971, 19. Jahrgang, Heft 10, Seita 425-428.

30. Mayr,

~.

Zur Fruhgeschichte der Technisohen Regelungen. Oldenburg - Munchen - Wien. 1968. GK 6901 BLU / DRZ 68 MAY BSE. 31. Mayr, Otto. The origins of feedback control. Scientific American. Okt. 1970, Vol. 223, No.4, pp 111-118.

127 32. Milsum, J.ll. ed. Positive Feedback - A general systems approach to positive/ negative feedback and mutual causility. Pergamon Press - Oxford - London.

1968.

EC 6823 BLU / DPB 68

pas

BSK / DPB 68

pas

BSE.

33. Notebaart, J.C. Windmuhlen: der stand der Forschung uber das vorkommen und den Ursprung. Mouton Verlag - Den Haag - Paris.

1972. NV 7206 BLU / RWT 70 NOT ESB. 3L:.• Hyquist, H. Regeneration Theory. Bell System Technical Journal. ~merican Telephone and Telegraph Company. Jan. 1932, pp 126-147.

35. Ramellis, Augustini de. Schatzkammer Mechanischer Kunate. Curt R. Vincentz Verlag - Hannover.

1976.

Nachdruck aus dem Jahre 1620 NV 7606 BLU.

36. Rens

+ Rens. Hannboek ler radiotechniek. Deel 2: Radiotechnische grondslagen. Deel 3: Ontvangers en versterkers. Kluwer - Deventer.

1952.

EL 5210 BLU / EL 5210 BSN / LTP 50 HAN BSE.

37. Reynolds, J. Windmills and Watermills. Davenport Askew and Co Ltd - London.

1970. NV 7007 BLU / RWT 70 REY BSB. 38. Rorentrop,

~.

Entwicklung der modernen Regelungstechnik. Oldenburg - Munchen - Wien.

1971.

DPB 71 ROE BSE.

39. Schweigert, H. Regeltechnik fur Radio- und Fernsehtechniker und Elektroniker. Franzis Verlag - Radio-Praktiker-Bucherei - Munchen.

1971.

LND 71 SCH BSE.

128

40. Schwarz, W. Analog Programmierung. VEB Fachbuchverlag - Leipz1K. 1974. DKH 74 SCH BSR. 41. Scott, N.R. ( I ) Analog and digital computer technology. Mc Graw-Hill; Kogakuska ~C)mp - New Yor:~ 1960. EO 6015 BLU.

London.

42. Scott, N.R. ( II ) Electronic Computer Techno~ogy. Mc Graw-Hill - New York - London. 1970 DDB 70 SCQ BSE / DDB 70 SCO BSR. 43. Simonds, W.A. Edison, His life, his work, his genius. George allen and Unwin Ltd. - London. 1935. NV 3502 BLU. 44. Singer, Charles. A History of Technology. Volume III; From the renaissance to the industrial revolution. pp 89-109. At the Clarendon Press - Oxford. 1957. NV 5501 BLU. 45. Smith, D.E. History of methematics. Volume II; Special Topics of elementary methematics. Dover Publications Inc - New York. 1958 ( 1925 ). BK 5801 BLU. l~6.

Tropp, H. The effervescent years: A retrospective in IEEE Spectrum, Vol 11, No.2. The Institute of Electrical and Electronics Engeneers. Febr. 1974, pp 70-81.

47. Visser, H.A. Zwaaiende Wieken. Elsevier - Amsterdam. 1946. NV 4602 BLU. 48. Wiener, Norbert. Cybernetics or control and communication in the animal and the machine. M.I.T. Press - Wiley. 1961. DPB 61 WIE BSE / DPB 61 WIE BSK.

129

BIJLAGE 4.

Abdank Abakanoviez - 88. Airy - 48,49,53,55,61,62,63. Al Gazari - 16. Amsler - 88. Anton - 31. Appold - 23,24. Armstron 6 - 75,76,78. Ballantine - 79. Becher - 20. Benu-Nusa - 16. Bernouilli - 59. Bilharz - 69,72. Black - 69,70,71,80,82. Bloch - 69. Bode - 71. Bompiani - 69. Bonnemain - 21,22,23,24. Boulton - 27. Bourne - 51. Boys - 88. Brahmah - 17. Breguet - 98. Brindley - 17. BruneI - 47. Brunton - 28. Burgess - 28. Bush - 70,87,88. Caldwell - 87. Campbell - 69,70. Carson - 69,70,71. Catchpole - 33. Cauchy - 67,68. Cauer - 70. Charbonnier - 51. Clegg - 28,29. Combes - 50. Commandino - 16. Cumming - 17. Dahlen - 100. Davey - 101. Delap - 25,26,27. Desagulier - 25. Descartes - 88. Doetsch - 70,71,72. Drebbel - 18,19,20,21,24. Edison - 73,74. Evans - 72. Eykhoff - 1,5,8.

Fabri de Peiresc - 18. Farcot - 54,55,65. 3"bl;..'ey - 61. Feiss - 71. Fessenden - 77. Fischer von Erlach - 16,17. Fleeming Jenkin - 55,63. Fleming - 74. de Forest - 74,75. Foster - 70. Foucault - 55,100. Fourier - 69,70. Fraunhofcr - 47,48,61. Frey - 72. Fuller - 59,60,62,63. Gassiot - 23. Gesanne - 44. Gonella - 86,89. Gork - 71,72. Gray - 65. Grunwald - 71,72. Gruson - 65. Gunter - 86. Hartley - 79. Hazeltine - 79. Heaviside - 69,70,71. Helmholtz - 68. Henry - 20,21. Herman - 88. Hermite - 68. Heron - 12,13,14,46. Herrmann - 62,67. Hick - 50,52. Hilton - 39,40. Hooke - 20,40,5 8 ,59. Hooper - 35, 42. Huber - 1,8. Hurwitz - 67,68,69,72,75. Huygens - L~O, 55, 58,59,60,62,63. Jenkin - zie Fleeming Jenkin. Kalb - 97. Kargl - 64,65. Kelvin - 85,R7,88. King - 73. Krause - 62. Kreer - 70. Ktesibios - 10,12,13. Kuhn - 75. Kupfmuller - 70.

130

J,agrange - 66. Laplace - 66,69. Lee - 32:33,34,35. Leonhard - 71. Lincke - 97. Ljapunov - 67. Lovell - 92. Luders - 63,64. Ludwig - 71. Macmillan - 84. Man - 73. Margetts - 8Q. Maxwell - 49,57,63,64,66. Mead - 40,41,42. t<~jJde -

34,35,41.

Meissner - 76. Michailow - 71. Michelson - 85. Minorsky - 101. de Holeyns - 73. Molini& - 49,50,54. Murdoch - 28. Murrey - 26,27,28. Newcomen - 16,17. Newton - 60. Nyquist - 70,71,80. d'Ocagne - 88. Papin - 25. de Peiresc - zie Fabri de P. P~rier - 45,46,47,49,50. Peterson - 70. Phillbrick - 92. Philon - 11,13. v.d.Pol - 70. Polsunow - 17. Poncelet - 48,60. Pontryagin - 72. Porter - 64. Potter - 101. Preus - 47. Prony - 47. Pseudoarchimedes - 16.

Ramelli - 30. Randsperg - 30. Reaumur - 20. Reuleaux - 61,62. Rice - 79. Ridwan - 16. Rolland - 64. Round - 76. Routh - 64,66,67,69,72,75. dela Rue - 73.

SaV{l.er - 73. Schafer - 58. Schen.i-cel - 69. Schwaiger - 97. Schwenter - 20. Sickel - 65. Siemens l E.Werner - 52,54,97. C.Wilhelm - 52,53,54,97. Skinner - 99. Smeaton - 34. Sperry - 100. Starr - 73. Steinmetz - 69. Stodola - 66,67. Stone - 75,76. Streoker - 70. Sturm - 68. Swan - 73. Theodorchik - 72. Thomson,J. -86,87,88. W.(=Lord Kelvin) - 86. Thury - 97. Tirrill - 97. Tischner - 71,72. Tolle - 68. Tredgold - 51. Tschebyschew - 65. Turner - 78. Ure - 23. Vahlen - '10. Wagner - 70. Ware - 70. Watt - 27,30,42,44,47,50,51,53,61,64. Weagant - 77. Weisbach - 62. Whitehead - 98. Wischnegradaky - 65,66. Wood - 17. Worms de Romilly - 65. Young - 48

. 6OOv.c.

o I

5OOn.C. 1000

~200

1400

iboo

noo

. i800

1950

~850

2.000 19H

I

I

-. X

x ~.. X

x

-.- -- X..... _.

x xX XXX

X

:Pt'lA.K-

~~~

1-

I---------------------------'-~-------_._---_._----_._--

..- -- .

~...~.-

X·.·.-·- -.....

.. X· .... X

X .-.- .-.

X

.

xX

X X

\xX

X XX

X

X

M.Qt~e. £htck("wei~rt.

I-----------------------------_--£~""----------_._._---

x···

.X

- X)( x)<

X

X X X

XX

Xxx

GLOBALE VERDElING VAN

De ~chaoJ.

DE VERMELDINGEN Ln

het s1tuj~roPt'tlrt a.ls e",cle aanzet tot een in.deU.rtg voor een Il'Lwele pre.sentn.t:e..

~ h~perbolUe.h verdeelcL, wQ.Q.~ de. Lo.a:tste iwe£ eeu.we.n de he1ft

VQ.I'l

de .sdu:ta.U.ettfi!re l:ll2:J:.r~ke.n.

J/dL/CH-sept.'1e