DE1267453B - Regler mit Rueckfuehrung und einer Umschalteinrichtung von handgesteuertem auf automatisch geregelten Betrieb - Google Patents

Regler mit Rueckfuehrung und einer Umschalteinrichtung von handgesteuertem auf automatisch geregelten Betrieb

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DE1267453B
DE1267453B DE19611267453 DE1267453A DE1267453B DE 1267453 B DE1267453 B DE 1267453B DE 19611267453 DE19611267453 DE 19611267453 DE 1267453 A DE1267453 A DE 1267453A DE 1267453 B DE1267453 B DE 1267453B
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amplifier
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auxiliary timer
feedback
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Application number
DE19611267453
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Hans-Juergen Gevatter
Dipl-Ing Werner Rosenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schoppe and Faeser GmbH
Original Assignee
Schoppe and Faeser GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B7/00Arrangements for obtaining smooth engagement or disengagement of automatic control
    • G05B7/02Arrangements for obtaining smooth engagement or disengagement of automatic control electric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

  • Regler mit Rückführung und einer Umschalteinrichtung von handgesteuertem auf automatisch geregelten Betrieb Bei der Regelung von Prozessen oder Anlagen mit Hilfe automatischer Regler ergibt sich zuweilen die Notwendigkeit, die Stellgröße von Hand zu steuern. Regeleinrichtungen sind deshalb häufig mit einer Umschalteinrichtung ausgerüstet, welche es gestattet, das Stellglied wahlweise mit dem vom Regler herrührenden Stellsignal oder mit einem von Hand eingestellten Signal zu beschicken. Dabei kann in der Zeit, in welcher die Regeleinrichtung nicht mit dem Stellglied verbunden ist, ihre Ausgangsgröße einen beliebigen Wert annehmen. Dieser hängt von dem Verlauf der Regelabweichung ab. Wenn bei der Umschaltung von handgesteuertem Betrieb auf automatisch geregelten Betrieb das Stellglied mit dem Reglerausgang verbunden wird, so ergibt sich in vielen Fällen eine plötzliche Veränderung der Stellgröße, welche der Regelstrecke einen unerwünschten Stoß 'versetzt.
  • Es sind bereits Regeleinrichtungen bekannt, bei welchen der Schalter zur Umschaltung auf handgesteuerten Betrieb eine Zwischenstellung aufweist, in welcher von Hand eine Übereinstimmung des Reglerausganges mit der vor der Umschaltung vom Stellglied eingenommenen Stellung hergestellt werden kann. Weiterhin sind Schaltungen für Regeleinrichtungen bekannt, bei welchen während des von Hand gesteuerten Betriebes das von Hand eingestellte Stellsignal oder die Differenz zwischen dem Istwert der Regelgröße und dem von Hand eingestellten Signal auf den Regler aufgeschaltet wird. Dadurch folgt das Ausgangssignal dem von Hand vorgegebenen Stellwert, so daß bei der Umschaltung von handgesteuertem Betrieb auf automatisch geregelten Betrieb das Stellglied in Ruhe bleibt, wenn die Regelabweichung am Eingang im Augenblick des Umschaltens gleich Null ist.
  • In der deutschen Patentschrift 964 997 ist eine Regeleinrichtung beschrieben, bei der im Handbetrieb das Ausgangssignal des Reglerverstärkers dem von Hand eingestellten Signal für das Stellglied nachgeführt wird. Die Differenzbildung zwischen beiden Signalen erfolgt durch eine Vergleichseinrichtung, deren Ausgangssignal auf das integral wirkende Glied des Reglers - eines pneumatischen Verstärkers mit PID-Rückführung, bestehend aus der Hintereinanderschaltung eines verzögernden und eines nachgebenden Anteils - geschaltet ist. Gleichzeitig ist auf den Eingang des Reglerverstärkers auch die Regelabweichung nach Art einer Störgröße wirksam. Eine etwa anstehende Regelabweichung ist aber trotzdem im Augenblick des Umschaltens im allgemeinen wirksam, weil das integral wirkende Glied gleichzeitig innerhalb der Rückführung des Reglerverstärkers tätig ist und einen vollen Ausgleich der Regelabweichung verhindert. Besteht jedoch beim Umschalten noch eine Regelabweichung, so erfolgt eine stoßartige Verstellung des Stellgliedes, welche für viele Regelstrecken unerwünscht ist oder sogar schädlich, weil ein zu scharfer Eingriff des Reglers in die Regelstrecke häufig zu Störungen Anlaß gibt.
  • Um diese stoßartige Verstellung zu vermeiden, ist es bereits bekannt, einen Regler mit Rückführung mit einer Umschaltvorrichtung für Handsteuerung und mit einem Zeitglied zu versehen, welchem bei Einstellung des Umschalters auf Handsteuerung ein der Regelabweichung proportionaler Wert anliegt, der beim Umschalten auf selbsttätige Regelung der Regelabweichung zunächst entgegenwirkt und diese entsprechend seinem Abklingen wieder wirksam werden läßt.
  • Von einem solchen Regler geht die Erfindung aus. Sie besteht darin, daß bei Verwendung eines gegengekoppelten Verstärkers zum Bilden der Rückführgröße diese nach Umschaltung auf Handsteuerung unwirksam gemacht ist und am Ausgang des Verstärkers eine Ersatzlast und eine die Differenz zwischen der Reglerausgangsgröße und der handgesteuerten Stellgröße bildende Vergleichseinrichtung liegt, welche auf den Verstärkereingang wirkt, und daß ein die Regelabweichung speicherndes Hilfszeitglied mit dem Verstärkereingang verbunden ist.
  • Demgegenüber weist der bekannte Regler, von dem die Erfindung ausgeht, keinen gegengekoppelten Verstärker zur Bildung der Rückführgröße auf, sondern die Rückführgröße wird aus der Stellung des Stellgliedes gebildet, das von einem Stellmotor bewegt wird. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß eine einwandfreie Nachführung der Reglerausgangsgröße zu der handeingestellten Stellgröße bei Verwendung eines gegengekoppelten Verstärkers erreicht ist bei gleichzeitiger Ausschaltung des Einflusses der Regelabweichung. Ein besonderer Vorteil liegt in der Möglichkeit, die Zeitkonstante des Hilfszeitgliedes den jeweiligen Verhältnissen anpassen zu können.
  • Die Erfindung soll im folgenden am Beispiel eines elektronischen PID-Reglers näher erläutert werden. A b b. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Reglers nach der Erfindung. Die Regelabweichung Xw wird über einen Widerstand R2 auf den Eingang des Gleichspannungsverstärkers 1 gegeben, dessen Ausgangsspannung mit YR bezeichnet ist. Dem Widerstand R2 ist zur Vorhaltbildung ein Kondensator C2 parallel geschaltet. Die Ausgangsspannung YR wird über einen Rückführverstärker 2 mit dem Verstärkungsfaktor V,. sowie über den Kondensator Cl und den Widerstand Rl auf den Eingang zurückgeführt. Durch Verstellung des Verstärkungsfaktors V,. läßt sich der Proportionalbereich des Reglers verändern. Die Werte von Cl und R1 bestimmen die Nachstellzeit und die Werte von C2 und R2 die Vorhaltzeit des Reglers. Es ist ein Umschalter 6 vorgesehen, welcher in der mit »Regler« bezeichneten Einstellung auf automatisch geregelten Betrieb die Verstärkerausgangsspannung YR auf den Stellantrieb 5, beispielsweise ein elektrisch gesteuertes, pneumatisch betätigtes Ventil, aufgeschaltet, welches eine der Reglerausgangsspannung proportionale Stellung einnimmt.
  • In der mit »Hand« bezeichneten Einstellung des Umschalters auf handgesteuerten Betrieb wird der Stellantrieb 5 mit einer von Hand einstellbaren Spannungsquelle 4 verbunden, welche eine einstellbare Stellspannung Y3 abgibt. Gleichzeitig wird der Verstärkerausgang mit dem Ersatzwiderstand R5 abgeschlossen. Weiterhin wird Cl rasch auf die Spannung YRVr aufgeladen. Dies geschieht vermittels eines Schaltkontaktes am Umschalter, welcher in der Stellung des Umschalters auf handgesteuerten Betrieb den Verbindungspunkt zwischen dem Rückführwiderstand R1 und dem Rückführkondensator Cl mit Masse verbindet. In einer Differenzschaltung 3 wird die Differenz zwischen der am Handsteuergeber 4 eingestellten Spannung und der Ausgangsspannung des Reglers gebildet und diese Differenzspannung Y8-YR über das aus dem Kondensator C3 und dem Widerstand R4 bestehende Hilfszeitglied auf den Eingang zurückgeschaltet, wobei sich der Kondensator C3 rasch auf eine Spannung auflädt, die der am Eingang liegenden Regelabweichung das Gleichgewicht hält, und zwar so, daß die Spannung YR nur wenig von Y$ verschieden ist. C2 lädt sich in der Schalterstellung auf Handbetrieb ebenfalls auf die Spannung Xw auf. Wird nun der Schalter in die Stellung »Regler« umgeschaltet, so verändert sich die Reglerausgangsspannung YR zu- nächst nicht. In dem Maß, wie sich der Kondensator C3 über den Widerstand R4 und den veränderbaren Widerstand R3 entlädt, beginnt die Regelabweichung Xw zu - wirken. Regelabweichungsänderungen, die nach dem Umschalten von der Regelstrecke her auftreten, werden davon nicht betroffen. Für sie ist der Regler mit seinem PID-Verfahren wirksam. Es ist vorteilhaft, beim Ändern der Nachstellzeit mit R1 gleichzeitig R2 mitzuverstellen, damit das Verhältnis zwischen R1 und R3 und damit der Proportionalbereich konstant bleibt. Verändert man nach einer Ausgestaltung der Erfindung auch noch den Widerstand R4 mit, so kann der von Y$-YR am Verstärkereingang wirkende Spannungsanteil konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck sind die Verstellorgane der Widerstände R1, R2 und R4 in der durch die Zeichnung angedeuteten Art miteinander gekuppelt. Dadurch wird die Entladezeitkonstante von C3 und R4 der Nachstellzeit automatisch angepaßt. Bei trägen Regelstrecken wird der Einlauf des Reglers dadurch stärker verzögert als bei schnellen Regelstrecken. An dem Widerstand R3 kann die Ent-Ladezeit noch herabgesetzt und die Verzögerung mehr oder weniger aufgehoben werden. Um zu verhindern, daß sich Eigenspannungen des Kondensators C3, wie z. B. Kontaktpotentiale, auf den Verstärkereingang auswirken, ist noch eine nichtlineare Widerstandskombination vorgesehen, welche aus zwei gegenparallelgeschalteten Dioden bestehen kann.
  • A b b. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reglers nach der Erfindung. Die Schaltung entspricht im wesentlichen der Schaltung nach A b b. 1, sie unterscheidet sich von dieser jedoch dadurch, daß das Hilfszeitglied C3, R4 hier in der Einstellung auf handgesteuerten Betrieb mit der negativen Regelabweichung aufgeladen wird. Die Differenzspannung Y8-YR wird über einen weiteren Widerstand RB auf den Eingang des Verstärkers geschaltet. Werden jetzt R3 und R4 gleich groß gemacht, so heben sich, sobald das Hilfszeitglied auf eine Spannung -Xw aufgeladen ist, die Wirkungen von Xw und X_w am Eingang des Verstärkers auf und die Spannung Y$-Yx wird praktisch gleich Null. Der Verstärkerausgang YR nimmt selbsttätig den von Hand eingegebenen Wert Y$ an. Gleichzeitig wird der Kondensator Cl über den Kurzschluß an Masse rasch auf den YR entsprechenden Wert aufgeladen. Nach dem Umschalten auf die Stellung »Regler« sind die Vorgänge die gleichen wie bei der Anordnung nach A b b. 1. Die im Hilfszeitglied gespeicherte Spannung hebt zunächst die Wirkung der Regelabweichung auf, und das Stellglied bleibt in Ruhe. In dem Maß, in dem sich der Kondensator C3 über die Widerstände R4 und R3 entlädt, beginnt X" zu wirken.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Regler mit Rückführung, der mit einer Umschaltvorrichtung für Handsteuerung und mit einem Zeitglied versehen ist, welchem bei Einstellung des Umschalters auf Handsteuerung ein der Regelabweichung proportionaler Wert anliegt, der beim Umschalten auf selbsttätige Regelung der Regelabweichung zunächst entgegenwirkt und diese entsprechend seinemAbklingen wiederwirksam werden läßt,dadurch gekennzeichnet,daßbei Verwendung eines gegengekoppelten Verstärkers (1, 2) zum Bilden der Rückführgröße diese nach Umschaltung auf Handsteuerung unwirksam gemacht ist und am Ausgang des Verstärkers (1) eine Ersatzlast (R.) und eine die Differenz zwischen der Reglerausgangsgröße (YR) und der handgesteuerten Stellgröße (Y8) bildende Vergleichseinrichtung (3) liegt, welche auf den Verstärkereingang wirkt, und daß ein die Regelabweichung speicherndes Hilfszeitglied (R4, C3) mit dem Verstärkereingang verbunden ist.
  2. 2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Einstellung auf Handbetrieb auf das Hilfszeitglied (R4, C3) ein Wert gelegt ist, welcher der negativen Regelabweichung entspricht, während das Hilfszeitglied zusammen mit der Vergleichseinrichtung (3) auf den Reglereingang geschaltet ist (A b b. 2).
  3. 3. Regler nach Anspruch 1 oder 2 mit elektrischem Verstärker mit PI-Wirkung, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladewiderstand (R4) des Hilfszeitgliedes (R4C3) mit dem Widerstand (R1) des Nachstellzeitgliedes (RSC,) gekuppelt und gemeinsam verstellbar ist.
  4. 4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Speicher (C3) des Hilfszeitgliedes (R4C3) parallelgeschalteter Einstellwiderstand (R3) vorgesehen ist, welcher eine zusätzliche Beeinflussung der Entladezeitkonstante des Hilfszeitgliedes zuläßt.
  5. 5. Regler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Entladewiderstand (R4) des Hilfszeitgliedes (R4C3) ein Schwellen bildender, nichtlinearer Widerstand bzw. eine Widerstandskombination (D) zur Unterdrückung von Eigenspannungen des Kondensators des Hilfszeitgliedes (C3) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 964 997; USA: Patentschrift Nr. 2 679 022; Regelungstechnische Praxis, 1960, Heft 4, S.161 bis 164.
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