DE1299450B - Digitaler PID-Regler - Google Patents

Digitaler PID-Regler

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DE1299450B
DE1299450B DE1959L0042079 DEL0042079A DE1299450B DE 1299450 B DE1299450 B DE 1299450B DE 1959L0042079 DE1959L0042079 DE 1959L0042079 DE L0042079 A DEL0042079 A DE L0042079A DE 1299450 B DE1299450 B DE 1299450B
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DE
Germany
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value
main counter
memory
proportional
pulses
Prior art date
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Pending
Application number
DE1959L0042079
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English (en)
Inventor
Fritzsche
Dr-Ing Wilfried
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs 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
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Proportional-Integral-Differential(PID-)-Regler.
  • Bei den bekannten PID-Reglern erfolgt die Darstellung der proportionalen, integralen und differentialen Anteile der Regelabweichung durch elektrische Analoggrößen. Werden sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Bestimmung dieser Größen gestellt, so wächst der Aufwand für die Gewinnung der Analoggrößen erheblich an. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, die Gewinnung der genannten Größen auf digitalem Wege durchzuführen.
  • Hierzu kann ein digitaler PID-Regler, bestehend aus einem Hauptzählglied, das mit weiteren Zählgliedern sowie Speichergliedern verbunden ist, wobei dem Hauptzählglied in aufeinandeufolgenden Meßperioden als Maß für den Istwert eine istwertproportionale Impulsfolge zugeführt und diese mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, nach der Erfindung dienen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß a) die Bildung des Proportionalwertes der Regelabweichung mittels eines Speichers erfolgt, indem am Ende einer Meßperiode von der in einen Analogwert umgeformten und auf den Speicher übertragenen Zählerstellung des Hauptzählgliedes ein Analogwert subtrahiert wird, dessen Größe der Impulszahl des maximal einstellbaren Sollwertes entspricht, wobei die Stellung des nur vorwärtszählend ausgebildeten Hauptzählgliedes die Summe darstellt, die gebildet ist aus dem Istwert und der eingestellten Differenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und der einem maximal einstellbaren Sollwert entsprechenden Impulszahl, b) die Bildung des Integralwertes der Regelabweichung mittels eines Speichers erfolgt, indem in jeder Meßperiode der überschluß der istwertproportionalen Impulsfolge über den im Hauptzählglied vorgegebenen Wert addiert und indem danach die Differenz aus der dem maximal einstellbaren Sollwert zugeordneten Imzulszahl und dem vorgegebenen Wert des Hauptzählgliedes subtrahiert wird, c) die Bildung des Differentialwertes der Regelabweichung mittels eines weiteren mit dem Hauptzählglied verbundenen Speichers erfolgt, indem in jeder Meßperiode die Differenz zu der Regelabweichung in der vorhergegangenen Meßperiode gebildet wird.
  • Ein derartiger Regler läßt sich rein elektronisch aus den an sich bekannten elektronischen Zählstufen und Speichersystemen aufbauen.
  • In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß eine Eingangstorschaltung 2 von einer Impulsfolge konstanter Frequenz f, die der Eingangsklemme 1 zugeführt wird, beaufschlagt wird und daß sie über die Eingangsklemme 5a für istwertproportionale Zeitintervalle aufgesteuert wird. Eine i andere Lösung besteht darin, daß die Eingangstorschaltung 2 für konstante Zeitabschnitte aufgesteuert wird und die die Eingangstorschaltung beaufschlagende Frequenz istwertproportional ist. Ein grundsätzlicher Unterschied zwischen beiden Möglichkeiten besteht nicht, denn in jedem Fall wird während einer Meßperiode einem Hauptzählglied 3 eine istwertproportionale Impulszahl zugeführt. In der Figur wird durch eine Rückstelleinrichtung 5 b am Ende einer Meßperiode die Eingangstorschaltung 2 noch für einige Perioden der Impulsfolge geschlossen gehalten. In dieser Zeit findet eine übertragung der Stellung des Hauptzählgliedes 3 mittels einer übertragungseinrichtung 8 auf den Speicher 9 statt. Das Hauptzählglied 3 zählt stets nur in einer Richtung.
  • Die Sollwerteinstellung erfolgt über den dekadischen Sollwerteinsteller 4. Durch ihn wird zu Beginn einer neuen Meßperiode das Hauptzählglied 3 mit einer Voreinstellung (Nullpunktverschiebung) versehen. Diese Voreinstellung ist gleich der Differenz zwischen der dem einzustellenden Sollwert entsprechenden Impulszahl und einer festen Impulszahl, die dem maximal einstellbaren Sollwert zugeordnet wird. Diese feste Impulszahl entspricht also 1000%o der Regelgröße. Die am Ende einer Meßperiode im Hauptzählglied 3 auftretende Zahl wird über eine übertragungseinrichiung 8 auf den Speicher 9 übertragen und in einen Analogwert umgesetzt. Von diesem Analogwert wird ein Analogwert subtrahiert, dessen Größe der Impulszahl entspricht, die dem maximal einstellbaren Sollwert zugeordnet ist. Auf diese Weise erhält man eine vorzeichengetreue Darstellung des Proportionalwertes der Regelabweichung; der über ein Potentiometer 15 einem Summierungspunkt 105 zugeführt wird.
  • Die Bildung des Integralwertes der Regelabweichung erfolgt durch Summenbildung der Regelabweichungen aller Meßperioden in der Weise, daß über ein Tor 13 a die einfallenden Impulse auf einen Speicher 13 geleitet werden, sobald der Zählerstand des Hauptzählgliedes 3 einen bestimmten Wert überschritten hat. Die Größe dieser Zahl, von deren Erreichen an das Tor 13 a aufgesteuert wird, hängt von der Größe des einstellbaren Sollwertbereichs ab. Während jeder Meßperiode wird der Speicher 13 um einen Wert zurückgesetzt, der gleich ist der Differenz aus der dem maximal einstellbaren Sollwert zugeordneten Impulszahl und dem Zählstand des Hauptzählgliedes 3, vor dem das Tor 13 a aufgesteuert wird. Der Integralwert der Regelabweichung wird nach Umformung in eine analoge Größe über ein Potentiometer 14 dem Summierungspunkt 10 zugeführt.
  • Der Differentialanteil der Regelabweichung wird in einem Speicher 12 durch Differenzbildung der Zählerstände zweier aufeinanderfolgender Meßperioden gebildet und nach Umformung in eine analoge Größe über ein Potentiometer 16 dem Summierungspunkt 10 zugeführt.
  • Um die Wirkungsweise des Digitalrechners nach der Erfindung zu verdeutlichen, wird ein willkürliches Zahlenbeispiel angenommen. Das Hauptzählglied 3 möge vier Dekaden besitzen, und dem maximal einstellbaren Sollwert, d. h. 1000 %o der Regelgröße, werden 3500 Impulse zugeordnet. Nimmt man an, daß der dekadische Sollwerteinsteller 4 auf Null steht und auch keine Regelabweichung vorhanden ist, dann werden in einer Meßperiode 3500 Impulse dem Hauptzählglied 3 über die Torschaltung 2 zugeführt. Es wird angenommen, daß die auftretenden vorübergehenden Regelabweichungen und der Bereich, in dem der Sollwert verändert wird, so klein sind, daß die Berücksichtigung der drei unteren Dekaden des Hauptzählgliedes 3 ausreicht. Die Speicher 9, 12 und 13 enthalten also nur drei Dekaden. Es erscheint am Ende einer Meßperiode im Speicher 9 die Zahl 500. Dieser Wert wird in einen Analogwert, z. B. einen Strom, umgewandelt, und sodann wird von ihm ein konstanter Wert subtrahiert, dessen Größe ebenfalls 500 Impulsen entspricht. Der einem Summierungspunkt 10 zugeführte Proportionalwert der Regelabweichung ist also voraussetzungsgemäß Null. Tritt eine Änderung des Istwertes ein, so wird die dem Hauptzählglied 3 eingegebene Impulszahl von 3500 verschieden sein und am Ausgang 11 des Reglers ein vorzeichenrichtiger Proportionalwert der Regelabweichung auftreten. Soll die Drehzahl z. B. um 2%o verändert werden, so wird das Hauptzählglied 3 über den dekadischen Sollwerteinsteller 4 auf die Zahl 2 - 3,5 = 7 voreingestellt. Die am Ausgang des Reglers auftretende Regelabweichung wird über das Stellglied die Regelgröße derart beeinflussen, daß die in einer Meßperiode über das Tor 2 einfallende Impulszahl den Wert 3443 annimmt, so daß die Regelabweichung am Ausgang des Reglers wieder verschwindet.
  • Bei dem gewählten Zahlenbeispiel wird der Zählerstand des Hauptzählgliedes 3, von dem an die einfallenden Impulse zur Bildung des Integralwertes der Regelabweichung verarbeitet werden, auf 3000 festgelegt. Erreicht also der Zählerstand des Hauptzählgliedes 3 den Wert 3000, dann öffnet das Tor 13 a, und alle weiteren Impulse dieser Meßperiode gelangen auch auf den Speicher 13. Nach Schließen der Eingangstorschaltung 2 wird ebenfalls die Torschaltung 13 a geschlossen und der Speicher 13 um 500 Einheiten zurückgestellt. Dies erfolgt in der Weise, daß nur die dritte Dekade um fünf Einheiten zurückgestellt wird. Die erste und zweite Dekade werden hierbei überhaupt nicht betätigt. Der in dem Speicher 13 verbleibende Wert wird in eine Analoggröße umgeformt und dem Summierungspunkt 10 zugeführt. Zur getrennten Einstellung des Proportional-, Integral- und Differentialwertes der Regelabweichung sind vor der Sumrnierungsstelle 10 die Potentiometer 14, 15 und 16 vorgesehen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Digitaler PID-Regler, bestehend aus einem Hauptzählglied, das mit weiteren Zählgliedern sowie Speichergliedern verbunden ist, wobei dem Hauptzählglied in aufeinanderfolgenden Meßperioden als Maß für den Istwert eine istwertproportionale Impulsfolge zugeführt und diese mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, d a -durch gekennzeichnet,daß a) die Bildung des Proportionalwertes der Regelabweichung mittels eines Speichers (9) erfolgt, indem am Ende einer Meßperiode von der in einen Analogwert umgeformten und auf den Speicher (9) übertragenen Zählerstellung des Hauptzählgliedes (3) ein Analogwert subtrahiert wird, dessen Größe der Impulszahl des maximal einstellbaren Sollwertes entspricht, wobei die Stellung des nur vorwärtszählend ausgebildeten Hauptzählgliedes (3) die Summe darstellt, die gebildet ist aus dem Istwert und der eingestellten Differenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und der einem maximal einstellbaren Sollwert entsprechenden Impulszahl, b) die Bildung des Integralwertes der Regelabweichung mittels eines Speichers (13) erfolgt, indem in jeder Meßperiode der überschuß der istwertproportionalen Impulsfolge über den im Hauptzählglied (3) vorgegebenen Wert addiert und indem danach die Differenz aus der dem maximal einstellbaren Sollwert zugeordneten Impulszahl und dem vorgegebenen Wert des Hauptzählgliedes (3) subtrahiert wird, c) die Bildung des Differentialwertes der Regelabweichung mittels eines weiteren mit dem Hauptzählglied (3) verbundenen Speichers (12) erfolgt, indem in jeder Meßperiode die Differenz zu der Regelabweichung in der vorhergegangenen Meßperiode gebildet wird.
  2. 2. Digitaler PID-Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Speicher (9, 12, 13) kleiner als die Kapazität des Hauptzählgliedes (3) ist und eine übertragung der Stellung des Hauptzählgliedes (3) nur für die unteren Dekaden erfolgt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2848910A1 (de) * 1977-11-10 1979-06-28 Ncr Co Antriebssystem zur steuerung der bewegung eines gliedes

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DE2848910A1 (de) * 1977-11-10 1979-06-28 Ncr Co Antriebssystem zur steuerung der bewegung eines gliedes

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