DE2401622A1 - ADAPTIVE CONTROLLER WITH VARIABLE STRUCTURE - Google Patents

Description

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233-22.Ο19Ρ - 14. 1. 1974233-22 19Ρ - January 14, 1974

Ceskoslovenska akademie ved, Fr a ha (CSSR)Ceskoslovenska akademie ved, Fr a ha (CSSR)

Adaptiver Regler mit veränderlicher StrukturAdaptive controller with variable structure

Die Erfindung bezieht sich auf einen adaptiven Regler mit veränderlicher Struktur, der seine Parameter und seine Struktur plötzlichen, großen unvorhergesehenen Änderungen der Dynamik der geregelten Regelstrecke und der Störungserscheinungen anpaßt und nahezu optimale Bedingungen für gesicherte stabile Regelung ohne Entstehen eines Grenzzyklus gewährleistet und seine Wirkungsweise selbsttätig dem Charakter der Störungen anpaßt, so daß er sowohl auf häufige Störungen, wo kein Beharrungszustand erreicht werden kann, als auch auf einzelneThe invention relates to an adaptive controller with variable Structure, its parameters and its structure sudden, large, unforeseen changes in the dynamics of the controlled system and the disturbance phenomena adapts and almost optimal conditions for assured stable control without the creation of a limit cycle guaranteed and its mode of action automatically adapts to the character of the disturbances, so that it responds to frequent disturbances where no steady state can be achieved as well as on individual

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Störungen, wo Vorteile eines Regeins mit veränderlicher Struktur zur Geltung kommen, richtig anspricht; mit einer Parallelschaltung eines Integrations- oder I-Zweiges und/oder eines Proportional- oder P-Zweiges und/oder eines Differentiation-(Vorhalt) oder D-Zweiges, wobei jeder Zweig seine eigene Adaptationsschleife zum Einstellen seines Verstärkungsfaktors und einen eigenen Schalter für die Strukturänderung besitzt.Disturbances where the advantages of a rule with a variable structure Come into play, address properly; with a parallel connection of an integration or I-branch and / or a proportional or P-branch and / or a differentiation (lead) or D branch, each branch having its own adaptation loop for setting its own Gain factor and its own switch for the structural change.

Bestehende Regler mit veränderlicher Struktur sind verhältnismäßig einfach, jedoch nur für eine sehr beschränkte Gattung von Problemen anwendbar. Ihr Aufbau bedingt eine verhältnismäßig genaue Kenntnis der Dynamik der Regelstrecke und ein bestimmtes Eingangssignal. Der Hauptvorteil eines Reglers mit veränderlicher Struktur ist die Möglichkeit, eine hochwertigere Reaktion der Regelung mit. einfacherer Struktur als bei Reglern mit konstanten Parametern zu erzielen. Dieser Vorteil wird dadurch erzielt, daß der Regel Vorgang in mindestens zwei Schritte aufgeteilt werden kann: Im ersten Schritt, wenn die Regelabweichung entsteht und ansteigt, besitzt der Regler eine einem instabilen Regelvorgang entsprechende Struktur, die üblicherweise durch einen hohen Verstärkungsfaktor charakterisiert ist, dessen Wert auch ein Mehrfaches des kritischen Wertes sein kann, so daß die Regelabweichung wesentlich früher unterdrückt wird und ihr Höchstwert niedriger als bei einem klassischen Regelverfahren sein kann. In einem geeigneten Augenblick muß jedoch eine solche Struktur geschaltet werden, die einem stabilen Abklingen der Reaktion entspricht.Existing controllers with a variable structure are proportionate simple, but only applicable to a very limited class of problems. Their structure requires relatively precise knowledge the dynamics of the controlled system and a specific input signal. The main advantage of a variable structure controller is the ability to a higher quality response of the scheme with. simpler structure than can be achieved with controllers with constant parameters. This advantage is achieved by making the rule process in at least two steps can be divided: In the first step, when the control deviation arises and increases, the controller has an unstable control process corresponding structure, which is usually characterized by a high gain factor, the value of which is also a multiple of the critical value, so that the control deviation is suppressed much earlier and its maximum value is lower than at can be a classic control procedure. At a suitable moment however, such a structure must be switched that corresponds to a stable decay of the reaction.

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Ein Nachteil ist, daß ein Regler mit veränderlicher Struktur nur für Fälle vereinzelter Störungen einer bestimmten Form geeignet ist, deren Vorkommen so selten ist, daß die Regelstrecke im Zeitintervall zwischen den Störungen einen stationären oder Beharrungszustand erzielt. Dieser Umstand schränkt schon an sich den Anwendungsbereich ein. Falls die Störungen diese Bedingung nicht immer erfüllen, keine bestimmte Form haben und öfter auftreten, ist das Regeln mit veränderlicher Struktur schlechter als das übliche Regeln, und seine Vorteile treten dann in den Hintergrund. Für eine allgemeine Anwendung in der Praxis ist es jedoch nötig, daß der Regler sowohl in Fällen, wo zufällige Störungen der Form und des Zeitpunkts des Erscheinens vorkommen, als auch bei ungenügenden Kenntnissen über den Zustand der Regelstrecke sowie bei Änderungen von dessen Eigenschaften richtig anspricht. Es ist somit nötig, daß der Regler die Fähigkeit besitzt, sich genügend schnell den gegebenen Umständen anzupassen,· um die Vorteile der veränderlichen Struktur ausnutzen zu können, woraus die Notwendigkeit eines adaptiven Algorithmus des Umschaltens der Struktur und des Einstellens der Parameter des Reglers folgt.A disadvantage is that a controller with a variable structure is only suitable for cases of isolated disturbances of a certain shape. whose occurrence is so rare that the controlled system is in the time interval achieved a steady state or steady state between the disturbances. This fact in itself limits the scope of application a. If the disturbances do not always meet this condition, do not have a specific form and occur more often, this is regulated with variable structure worse than the usual rules, and its advantages then take a back seat. For general use in practice, however, it is necessary to use the regulator both in cases where accidental disturbances of the shape and the timing of appearance occur, as well as inadequate knowledge of the state of the controlled system and changes in its properties correctly appeals to. It is therefore necessary that the controller has the ability to adapt quickly enough to the given circumstances to be able to To be able to take advantage of the variable structure, from which the need for an adaptive algorithm for switching the structure and the setting of the parameters of the controller follows.

Bestehende adaptive Regler allgemein und um so mehr Regler mit veränderlicher Struktur haben jedoch manche Nachteile, welche ihre allgemeine Anwendung unmöglich machen. Falls man nur solche adaptive Regler betrachtet, die im wesentlichen nicht komplizierter sind als klassische Regler mit konstanten Parametern, erübrigen sich sehr wenige anwendbare Schaltungen. Es sind dies meist Schaltungen, die mit Rücksicht auf bestimmte Regelstrecken in Betracht gezogen wurden,However, existing adaptive controllers in general, and all the more controllers with a variable structure, have some disadvantages, which are theirs make general application impossible. If one only considers adaptive controllers that are essentially not more complicated As classic controllers with constant parameters, very few applicable circuits are unnecessary. These are mostly circuits that have been taken into account with regard to certain controlled systems,

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wo üblicherweise nur ein einziger Parameter, z.B. die Verstärkung oder die Zeitkonstante, adaptiert wird. Derartige Einzweckschaltungen sind zwar genügend einfach und verläßlich, können jedoch nur unter Bedingungen arbeiten, für welche sie in Betracht gezogen wurden, wobei verhältnismäßig gute Kenntnisse der dynamischen Eigenschaften der Regelstrecke vorauszusetzen sind. Kompliziertere Schaltungen, z.B. mit einer Identifikation der geregelten Regelstrecke, sind wesentlich teurer, und ihre Arbeitsweise ist außerdem normalerweise schlechter, da die Geschwindigkeit des Adaptierens von der Geschwindigkeit der Identifikation abhängt _? wodurch die erforderliche Elastizität verlorengeht. Bei einem Einstellen auf nur solche adaptive Systeme, die zu ihrer Arbeitsweise weder ein Modell der Regelstrecke noch ihre Identifikation oder ein besonderes Prüfsignal benötigen, verengt sich die Anwendbarkeit der Schaltung noch mehr. Zu diesen Systemen gehört z.B., wenn die Regelabweichung durch zwei Filter mit verschiedenem Durchlaß geleitet und anhand des Vergleichs der Ausgangssignale dann das Einstellen des betreffenden Parameters des Reglers abgeleitet wird.where usually only a single parameter, for example the gain or the time constant, is adapted. Such single-purpose circuits are sufficiently simple and reliable, but can only work under the conditions for which they were taken into account, with a relatively good knowledge of the dynamic properties of the controlled system. More complicated circuits, for example with an identification of the controlled controlled system, are much more expensive, and their mode of operation is also normally worse, since the speed of adaptation depends on the speed of identification _? whereby the required elasticity is lost. If only those adaptive systems are used that do not require a model of the controlled system or its identification or a special test signal for their operation, the applicability of the circuit is narrowed even more. These systems include, for example, when the control deviation is passed through two filters with different passages and the setting of the relevant parameter of the controller is then derived from the comparison of the output signals.

Es ist auch ein anderes Verfahren entwickelt worden, welches den Grenzzyklus mit Schwingungen kleiner Amplitude im Regelkreis ausnutzt, wobei der Verstärkungsgrad im Regelkreis stets auf dem kritischen Wert gehalten wird. Die Adaptationsschleife arbeitet hier gemäß dem Prinzip einer selbsttätigen Amplitudenstabilisation von Oszillatorschwingungen, was an sich schon längere Zeit bekannt ist. Dieses Verfahren wird mit Erfolg für manche Autopiloten verwendet.Another method has also been developed which uses the limit cycle with oscillations of small amplitude in the control loop, the gain in the control loop always being kept at the critical value. The adaptation loop works here according to the principle of an automatic amplitude stabilization of oscillator oscillations, which has been known per se for a long time. This procedure is used with success on some autopilots.

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Andere Verfahren nützen die Korrelation der Regelabweichung mit dem Steuerwert aus. Sie sind üblicherweise aufgrund mathematischer Beziehungen für eine Minimierung der Regelabweichung abgeleitet und haben als schwerwiegenden Nachteil, daß die Dynamik der Adaptationsschleife die Dynamik der Regelstrecke einschließt, so daß eine Stabilität der Adaptation bei größeren Änderungen in der Regelstrecke nicht verbürgt werden kann.Other methods use the correlation of the control deviation with the control value. They are usually due to math Relationships for a minimization of the system deviation are derived and have a serious disadvantage that the dynamics of the The adaptation loop includes the dynamics of the controlled system, so that the adaptation is stable in the event of major changes in the controlled system cannot be guaranteed.

Ein gemeinsamer Nachteil der Mehrzahl der erwähnten Verfahren der adaptiven Regelung ist die Adaptation nur eines Parameters, üblicherweise des Verstärkungsgrades- Falls sich außer dem Verstärkungsgrad auch manche Zeitkonstanten der Regelstrecke ändern, genügt die bloße Adaptation des Verstärkungsgrades des Reglers nicht für eine Regelung hoher Güte.A common disadvantage of the majority of the adaptive control methods mentioned is the adaptation of only one parameter, usually If, in addition to the gain, some time constants of the controlled system also change, it is sufficient the mere adaptation of the gain of the controller not for high quality control.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile derzeit bekannter und angewendeter adaptiver Regler zu beheben und eine möglichst einfache Schaltung zu schaffen, die die Vorteile beider Typen vereinigt, nämlich der Schaltung eines adaptiven Reglers mit veränderlicher Struktur, die immer stabil bleibt, eine hohe Adaptationsgeschwindigkeit besitzt und in der Praxis allgemein anwendbar ist, ferner eine Proportional-Integrations-Differentiations- oder auch eine kompliziertere Struktur hat, wobei alle ihre Komponenten adaptiv sein können; insbesondere eine kostengünstige Lösung zu finden, die aus handelsüblichen Bauteilen ohne besondere Anforderungen an Genauigkeit, jedoch aus modernen und zukünftigen Bauteilen ausführbar ist.It is therefore the object of the invention to make the disadvantages currently known and applied adaptive controller and to create the simplest possible circuit that combines the advantages of both types, namely the circuit of an adaptive controller with a variable structure, which always remains stable, has a high adaptation speed and is generally applicable in practice, furthermore a proportional-integration-differentiation- or has a more complicated structure, all of its components being adaptive; in particular To find a cost-effective solution, which is made from off-the-shelf components with no special requirements for accuracy, however modern and future components is feasible.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jeder Adaptationsschleife eine nichtlineare Rückkopplungskette geschaltet ist, bestehend aus einem Teiler und einem Addierer, wobei verbunden ist der erste Eingang des Teilers mit dem Ausgang des Integrators, der zweite Eingang des Teilers mit einem Anschluß einer Quelle konstanter Gleichvorspannung und der Ausgang des Teilers mit dem zweiten Eingang des Addierers, der mit seinem zweiten Ausgang an den Eingang des Integrators angeschlossen ist.This object is achieved according to the invention in that a non-linear feedback chain is connected in each adaptation loop, consisting of a divider and an adder, the first input of the divider being connected to the output of the integrator, the second input of the divider with a connection of a source of constant DC bias and the output of the divider with the second input of the adder, whose second output is connected to the input of the integrator.

Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, daß in jedem Regelkreis-Zweig vor dem Ausgang des Zweiges der zugehörige Schalter für die Strukturänderung geschaltet ist, der durch ein nichtlineares Glied mit symmetrischem Unempfindlichkeitsband und ein Glied mit Proportional-Integrations- oder lediglich Integrations-Kennlinie gebildet ist, wobei verbunden ist der Eingang des nichtlinearen Gliedes mit dem Ausgang eines Multiplizierers zum Steuern des Verstärkungsfaktors und der Ausgang des nichtlinearen Gliedes mit dem Eingang des Gliedes mit einer Proportional-Integrations- oder lediglich Integrations-Kennlinie, dessen Ausgang gleichzeitig der Ausgang des betreffenden Regelkreis-Zweiges ist.The invention is further developed in that in each control loop branch the associated switch for the structural change is switched in front of the output of the branch, which is switched by a non-linear A member with a symmetrical insensitivity band and a member with a proportional integration or only integration characteristic is formed, the input of the non-linear member being connected with the output of a multiplier for controlling the gain factor and the output of the non-linear element with the input of the Element with a proportional integration or only integration characteristic, whose output is also the output of the relevant control loop branch.

Ferner ist es zweckmäßig, daß der Multiplizierer und der Teiler aus einem Paar von Photowiderständen bestehen, die gleichzeitig durch eine Glühlampe beleuchtbar sind.It is also useful that the multiplier and the divider consist of a pair of photoresistors that can be simultaneously illuminated by an incandescent lamp.

Als wesentlich für die Erfindung soll noch folgende ErläuterungThe following explanation is intended to be essential for the invention

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dienen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen adaptiven Reglers ist dann geeignet, falls die Änderungen der Regelstrecke so stark sind, daß ein konventioneller Regler mit konstanten Parametern unfähig ist, im ganzen Bereich eine Regelung genügender Güte zu sichern, ferner in Fällen, wo ein Einstellen eines konventionellen Reglers wegen ungenügender Angaben über eine Regelstrecke, welche sehr langsame Reaktionen hat, langwierig wäre. Die technische Ausführung der Erfindung ist sehr einfach.to serve. The use of the adaptive controller according to the invention is suitable if the changes in the controlled system are so great that that a conventional controller with constant parameters is incapable of ensuring a control of sufficient quality over the entire range, furthermore in cases where a conventional controller has to be set because of insufficient information about a controlled system, which is very slow Reactions would be tedious. The technical implementation of the invention is very simple.

Die Schaltung des adaptiven Reglers mit veränderlicher Struktur wird durch eine Parallelkombination von drei Zweigen gebildet, von denen einer als Proportionalglied (P-Glied), der zweite als Integrationsglied (I-Glied) und der dritte als Differentiationsglied (D-Glied) wirkt, wobei alle drei Zweige einen gemeinsamen Eingang haben, dem die Regelabweichung zugeführt wird, und deren Ausgänge an Eingänge eines ersten Addierers geschaltet sind, dessen Ausgang die Stellgröße des Reglers bildet. Durch Anschluß des Ausgangs des ersten Addierers an den Eingang der Regelstrecke wird der Hauptregelkreis geschlossen. The circuit of the adaptive controller with variable structure is formed by a parallel combination of three branches, of one as a proportional element (P element), the second as an integration element (I-term) and the third as a differentiation term (D-term) acts, whereby all three branches have a common input, the the control deviation is supplied, and the outputs of which are connected to inputs of a first adder, the output of which is the manipulated variable of the controller. The main control loop is closed by connecting the output of the first adder to the input of the controlled system.

Jeder Zweig des Hauptregelkreises besitzt seine eigene Adaptationsschleife zum Einstellen des Verstärkungsfaktors, welche in allen Zweigen ähnlich geschältet ist, so daß die Blockschaltung der einzelnen Zweige gleich ist und sich lediglich durch die Kennlinie der einzelnen Elemente unterscheidet, ggf. durch "Weglassen mancher Elemente.Each branch of the main control loop has its own adaptation loop for setting the gain factor, which is switched similarly in all branches, so that the block circuit of the individual Branches is the same and only differs in the characteristics of the individual elements, possibly by "leaving out some elements."

Die Schaltung des Zweiges mit Integrationswirkung besteht ausThe circuit of the branch with integration effect consists of

einem Glied mit Verzögerung ersten Grades, einem Multiplizierer zum Steuern des Verstärkungsfaktors, einem Glied mit einem symmetrischen Unempfindlichkeitsband und einem Glied mit einer Proportional-Integrations-Kennlinie. Die betreffende Adaptationsschleife besteht aus einem Filter zum Beseitigen der Gleichstromkomponente, einem Zweiweggleichrichter, einem Addierer, einem Integrator und einem Teiler. Das Eingangssignal, das die Regelabweichung darstellt, wird dem Eingang der Glieder mit einer Verzögerung ersten Grades zugeführt, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang des Multiplizierers zum Steuern des Verstärkungsfaktors verbunden ist. Der Ausgang aus dem Multiplizierer wird dem Eingang des Gliedes mit symmetrischem Unempfindlichkeitsband zugeführt, dessen Ausgang an den Eingang des Gliedes mit einer Proportional-Integrations-Kennlinie angeschlossen ist.a member with first degree delay, a multiplier for controlling the gain factor, a member with a symmetrical one Insensitivity band and a link with a proportional integration characteristic. The adaptation loop in question consists of a filter to remove the direct current component, a full wave rectifier, an adder, an integrator and a divider. The input signal, which represents the system deviation, is the input of the elements with a delay first Degree supplied, the output of which is connected to the first input of the multiplier for controlling the gain factor. Of the The output from the multiplier is fed to the input of the element with a symmetrical insensitivity band, its output at the input of the element with a proportional integration characteristic connected.

Der Ausgang des PI-Gliedes ist gleichzeitig der Ausgang des Zweiges mit Integrationswirkung. Die Adaptationsschleife ist an den betreffenden Regelkreis-Zweig über den Eingang des Filters zum Beseitigen der Gleichstromkomponente, der an den Ausgang des Multiplizierers angeschlossen ist, gekoppelt, wobei der Filterausgang mit dem Eingang des Zweiweggleichrichters verbunden ist. Der Ausgang des Integrators ist an den zweiten Ausgang des Multiplizierers angeschlossen. An den zweiten Eingang des Addierers der Adaptationsschleife ist der Ausgang des Teilers angeschlossen, dessen erstem Eingang ein konstantes Vorspannungssignal zugeführt wird und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Integrators verbunden ist.The output of the PI element is also the output of the branch with integration effect. The adaptation loop is at the relevant Control loop branch via the input of the filter for removing the direct current component, which is sent to the output of the multiplier is connected, coupled, wherein the filter output is connected to the input of the full-wave rectifier. The output of the integrator is connected to the second output of the multiplier. The adaptation loop is connected to the second input of the adder the output of the divider is connected, the first input of which is supplied with a constant bias signal and the second input of which is connected to the output of the integrator.

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Die Schaltung des Zweiges mit Proportionalwirkung ist ähnlich mit dem Unterschied, daß anstatt eines Gliedes erster Ordnung an den Eingang ein Glied mit Proportional-Kennlinie angeschlossen ist, und außerdem ist das Glied mit Proportional-Integrations-Kennlinie weggelassen und durch eine direkte Verbindung seines Eingangs und Ausgangs ersetzt. Die Schaltung der Adaptations schleife unterscheidet sich nicht.The circuit of the branch with proportional action is similar with the difference that instead of a first-order link the input is connected to a member with a proportional characteristic curve, and the member is also connected to the proportional integration characteristic curve omitted and replaced by a direct connection between its input and output. The circuit of the adaptation loop is different not yourself.

Die Schaltung des Zweiges mit Differentiationswirkung unterscheidet sich von der Schaltung mit Integrations wirkung dadurch, daß anstatt der Elemente mit Verzögerung erster Stufe am Eingang ein Element mit Differentiationskennlinie vorgesehen ist. Das Element mit Proportional-Integrationskennlinie ist weggelassen und ist durch eine direkte Verbindung des Eingangs mit dem Ausgang ersetzt.The circuit of the branch with differentiation effect is different from the circuit with integration effect in that instead of the elements with delay of the first stage at the input an element with a differentiation characteristic is provided. The element with proportional integration characteristic is omitted and is through replaces a direct connection between the input and the output.

Jeder Zweig ist dabei einer selbständigen Wirkungsweise fähig, so daß deren verschiedene Kombinationen gebildet werden können. Es ist auch möglich, einen Regler mit einer anderen Wirkungsweise zusammenzustellen, und zwar so, daß Elemente mit einer Proportional-Integrations- oder Differentiations-Kennlinie durch entsprechende Elemente anderer Art ersetzt werden, z.B. durch Filter mit Orthogonal-Kennlinien. Es ist so möglich, einen Regler mit einer größeren Zahl von Regelkreis-Zweigen zusammenzustellen. Eine größere Zahl von Zweigen kann auch dann verwendet werden, falls man außer einer Kopplung von der Regelabweichung auch Kopplungen von anderen Größen der geregelten Strecke hinnimmt.Each branch is capable of an independent mode of operation, so that various combinations thereof can be formed. It it is also possible to assemble a controller with a different mode of operation, in such a way that elements with a proportional integration or differentiation characteristic are replaced by corresponding elements of a different type, e.g. by filters with orthogonal characteristics. It is thus possible to have a controller with a larger number of control loop branches. A larger number of branches can also be used if, in addition to one Coupling of the system deviation also accepts coupling of other variables of the controlled system.

Der Multiplizierer und Teiler kann durch ein nichtlineares Glied gebildet werden, dessen Kennlinie durch eine Hilfsspannung oder durch einen Hilfsstrom gesteuert werden kann, oder durch einen durch das Licht einer Glühlampe gesteuerten Strom oder einen Photowiderstand und dergleichen.The multiplier and divider can be formed by a non-linear element, whose characteristic curve by an auxiliary voltage or by an auxiliary current can be controlled, or by one through the Light from an incandescent lamp controlled current or a photoresistor and the like.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des adaptiven Reglers mit veränderlicher Proportional-Integrations- und Differentiationsstruktur,Fig. 1 shows the block diagram of an embodiment of the adaptive Controller with variable proportional integration and differentiation structure,

Fig. 2 ein Beispiel einer detaillierten Schaltung gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 1, und2 shows an example of a detailed circuit according to the block diagram in Fig. 1, and

Fig. 3 Kennlinien des Kriteriums.3 characteristics of the criterion.

Fig. 1 zeigt das vollständige Blockschaltbild eines Regelkreises einschließlich der Regelstrecke. Der Regler besitzt drei parallele Zweige, die im Regelkreis ganz entsprechend geschaltet sind, so daß es genügt, für die nähere Beschreibung den kompliziertesten Zweig, den I-Zweig, zu nehmen. Die Struktur der anderen Zweige unterscheidet sich nur durch Änderungen der Kennlinien, ggf. durch "Weglassen mancher Elemente. Die Bezugszeichen entsprechen der Folge des beschriebenen I-Zweiges; die entsprechenden Elemente und Signale im P- und im D-Zweig sind entsprechend bezeichnet.Fig. 1 shows the complete block diagram of a control loop including the controlled system. The controller has three parallel Branches that are switched in the control loop accordingly, so that it is sufficient to use the most complicated branch for a more detailed description, take the I branch. The structure of the other branches is different can only be achieved by changing the characteristics, possibly by omitting some elements. The reference symbols correspond to the sequence of the described I-branch; the corresponding elements and signals in the P and D branches are labeled accordingly.

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Der Regelkreis-Zweig mit Integrationswirkung ist folgendermaßen geschaltet:The control loop branch with integration effect is switched as follows:

Eine Regelabweichung 1 wird einem Glied 2 mit einer Verzögerung ersten Grades zugeführt, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang 3 eines Multiplizierers 4 verbunden ist. Ein Ausgang 5 des Multiplizierers 4 ist mit einem Glied 6 mit einem symmetrischen Unempfindlichkeitsband verbunden, dessen Ausgang 7 an den Eingang eines Gliedes 8 mit Proportional-Integrations-Kennlinie angeschlossen ist. Der Ausgang des Gliedes 8 wird an den ersten Eingang 9 des Addierers 23 angeschlossen. Der Ausgang des PI-Gliedes 8 ist gleichfalls der Ausgang des Zweiges mit Integrationswirkung. Die Glieder 6 und 8 bilden eine Schaltungsanordnung 68.A control deviation 1 is fed to a member 2 with a first degree delay, the output of which is connected to a first input 3 of a multiplier 4. An output 5 of the Multiplier 4 is connected to a member 6 with a symmetrical insensitivity band, the output 7 of which is connected to the input a member 8 with proportional integration characteristic is connected. The output of the element 8 is connected to the first input 9 of the Adder 23 connected. The output of the PI element 8 is likewise the exit of the branch with integrative effect. The members 6 and 8 form a circuit arrangement 68.

Eine Adaptationsschleife beginnt mit dem Ausgang 5 des Multiplizierers 4, an den der Eingang eines Filters 10 für Gleichstromunterdrückung angeschlossen ist. Der Ausgang 11 des Filters 10 ist an den Eingang eines Zweiweggleichrichters 12 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang 13 eines Addierers 14 verbunden ist, dessen Ausgang 15 an den Eingang eines Integrators 16 angeschlossen ist. Der Ausgang 17 des Integrators 16 ist mit dem zweiten Eingang des Multiplizierers 4 verbunden. An den zweiten Eingang des Addierers 14 wird der Ausgang eines Teilers 18 angeschlossen, an dessen ersten Eingang 19 eine konstante Vorspannung über einen Anschluß 21 der Quelle dieser Vorspannung geschaltet ist. Der zweite Eingang 20 des Teilers 18 ist mit dem Integrator 16 verbunden.An adaptation loop begins with output 5 of the multiplier 4, to which the input of a filter 10 for direct current suppression connected. The output 11 of the filter 10 is connected to the input of a full-wave rectifier 12, whose The output is connected to a first input 13 of an adder 14, the output 15 of which is connected to the input of an integrator 16 connected. The output 17 of the integrator 16 is connected to the second input of the multiplier 4. At the second entrance of the adder 14, the output of a divider 18 is connected, to whose first input 19 a constant bias voltage a terminal 21 of the source of this bias voltage is connected. The second input 20 of the divider 18 is connected to the integrator 16.

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Die Schaltung des Regelkreis-Zweiges mit Proportionalwirkung unterscheidet sich von der Schaltung des Zweiges mit Integrationswirkung dadurch, daß anstatt des Gliedes 2 mit Verzögerung ersten Grades ein P-GIied 102 angeschlossen und das PI-Glied 8 weggelassen ist, dessen Ein- und Ausgang kurzgeschlossen sind. Die Schaltung der anderen Glieder in der Regelkreis-Adaptations schleife ist dieselbe. Der Ausgang 107 des Zweiges mit Proportionalwirkung ist an den zweiten Eingang 109 des Addierers 23 angeschlossen.The circuit of the control loop branch with proportional action differs from the circuit of the branch with integration action in that instead of the element 2 with delay first Degree a P element 102 is connected and the PI element 8 is omitted whose input and output are short-circuited. The circuit of the other links in the control loop adaptation loop is same. The output 107 of the branch with proportional action is connected to the second input 109 of the adder 23.

Die Schaltung des Regelkreis-Zweiges mit Differentiationswirkung unterscheidet sich von der Schaltung des Zweiges mit Integrationswirkung dadurch, daß anstatt des Gliedes 2 mit Verzögerung ersten Grades ein D-Glied 202 vorgesehen ist; das Glied 8 mit Proportional-Integrations-Kennlinie ist durch eine direkte Verbindung dessen Eingangs und Ausgangs ersetzt. In der Adaptationsschleife ist das Filter 10 zur Gleichstromunterdrückung weggelassen und gleichfalls durch Verbinden des Ein- und Ausgangs ersetzt. Der Ausgang 207 des Zweiges mit Differentiationswirkung ist an den dritten Eingang 209 des Addierers 23 angeschlossen.The circuit of the control loop branch with differentiation effect differs from the circuit of the branch with integration effect in that instead of the element 2 with a delay of the first degree, a D element 202 is provided; the link 8 with proportional integration characteristic is replaced by a direct connection between its input and output. That’s in the adaptation loop Filter 10 for DC suppression omitted and also replaced by connecting the input and output. The exit 207 of the branch with a differentiation effect is connected to the third input 209 of the adder 23.

Der Regelkreis ist durch Verbinden des Ausgangs des Addierers 23 mit dem Eingang 24 der Regelstrecke bzw. des geregelten Systems 25 und durch Verbinden des Ausgangs der Regelstrecke 25 mit dem ersten Eingang 26 des Addierers 28 geschlossen. Dem zweiten Eingang des Addierers 28 wird ein Führungsgrößen- oder Sollwert-Signal 27 zugeführt.The control loop is created by connecting the output of the adder 23 to the input 24 of the controlled system or the controlled system 25 and closed by connecting the output of the controlled system 25 to the first input 26 of the adder 28. The second entrance the adder 28 is supplied with a reference variable or setpoint signal 27.

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In Fig. 2 ist ein detailliertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt, das dem allgemeinen, in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild entspricht. Die entsprechenden Glieder haben dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1. Der Regler ist aus integrierten Operationsverstärkern mit symmetrischen Eingängen, z. B. vom CS-Typ TESLA MAA 501 Ms MAA 504, zusammengestellt. Die angewendeten Kondensatoren können elektrolytische Kondensatoren sein; soweit sie ohne Gleichstrompolarisation sind, werden Bipolarkondensatoren verwendet.In Fig. 2 is a detailed embodiment of the invention Circuit shown that corresponds to the general one shown in FIG Block diagram corresponds. The corresponding members have the same reference numerals as in Fig. 1. The controller is made of integrated Operational amplifiers with balanced inputs, e.g. B. of the CS type TESLA MAA 501 Ms MAA 504, put together. the applied capacitors can be electrolytic capacitors; as far as they are without direct current polarization, they become bipolar capacitors used.

Für eine kurze Beschreibung der Schaltung gemäß Fig. 2 genügt wieder die Betrachtung des Zweigs mit Integrationswirkung. Dem Glied 2 mit annähernder IntegrationskemiMnie nach Fig. 1 entspricht in Fig. 2 ein Verstärker 2. Der Multiplizierer wird durch eine Glühlampe und einen Photowiderstand 4 verwirklicht, durch welchen ein Spannungsteiler im Rückkopplungskreis des Verstärkers 2 gebildet wird. Der Ausgang 5 des Verstärkers 2 ist mit dem nichtlinearen Glied 6 aus einem Paar antiparalleler Dioden verbunden, das in Fig. 1 dem Glied 6 mit einem symmetrischen Ünempfindlichkeitsband entspricht. Der Ausgang des Gliedes 6 ta Fig. 2 ist mit dem ersten Eingang des Verstärkers 8 mit Proportional-lhtegrations-Kennlinie verbunden, dessen Ausgang 9 gleichzeitig der Ausgang des Zweiges mit Integrationswirkung ist. Das Signal am Ausgang 5 des Verstärkers 2 wird der Adaptations schleife über einen Kondensator 10, der dem Filter zur Gleichstrom unterdrückung in Fig. 1 entspricht, dem Zweiweggleichrichter 12 zugeführt, der durch zwei Dioden am Eingang desA brief description of the circuit according to FIG. 2 is sufficient again the consideration of the branch with integrative effect. The limb 2 with an approximate integration core according to FIG. 1 corresponds in FIG. 2 an amplifier 2. The multiplier is realized by an incandescent lamp and a photoresistor 4, through which a voltage divider is formed in the feedback circuit of the amplifier 2. The output 5 of the amplifier 2 is connected to the non-linear element 6 connected from a pair of anti-parallel diodes, which corresponds in Fig. 1 to the member 6 with a symmetrical insensitivity band. The output of the element 6 ta Fig. 2 is connected to the first input of the amplifier 8 with a proportional integration characteristic, its output 9 at the same time the output of the branch with integration effect is. The signal at the output 5 of the amplifier 2 is the adaptation loop via a capacitor 10, the filter corresponds to DC suppression in Fig. 1, the full-wave rectifier 12 fed by two diodes at the input of the

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Integrators 16 dargestellt wird. Am Ausgang des Integrators 16 ist ein Verstärker 17 in Emitterschaltung zum Speisen der Glühlampe 20 zum Steuern des Paares von Photowider ständen 4 und 18 angeschlossen. Der Teiler zum Erzeugender Vorspannung an der Stelle 22 der Adaptationsschleife wird durch einen Photowiderstand 18 erzielt, der durch eine Glühlampe 20 gesteuert und im Spannungsteiler am Eingang des Integrators geschaltet ist.Integrator 16 is shown. At the output of the integrator 16 is an amplifier 17 in common emitter circuit for feeding the incandescent lamp 20 to control the pair of photoresistors 4 and 18 connected. The divider for generating the bias at point 22 of FIG Adaptation loop is achieved by a photoresistor 18, which is controlled by an incandescent lamp 20 and in the voltage divider at the input of the integrator is switched.

Das Wesen der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen adaptiven Reglers mit veränderlicher Struktur kann folgendermaßen erläutert werden:The essence of the mode of operation of the adaptive controller according to the invention with a variable structure can be explained as follows will:

Der Regler ist eine Kombination von drei Zweigen, deren Struktur im wesentlichen dieselbe ist, die sich jedoch in der Kennlinie der Elemente am Eingang unterscheiden. Ihre Parallelschaltung und das Einreihen in den Regelkreis sind dieselbe wie bei üblichen Reglern mit konstanten Parametern.The regulator is a combination of three branches, their structure is essentially the same, but they differ in the characteristics of the elements at the input. Your parallel connection and that Classification in the control loop is the same as with conventional controllers constant parameters.

Der Integrationszweig des Heglers beginnt mit dem Verzögerungsglied 2 ersten Grades, dessen Übertragungsfunktion — r ist (p =The integration branch of the Hegler begins with the delay element 2 of the first degree, whose transfer function is - r (p =

Laplace-Operator). Dieses Glied integriert die an dessen Eingang 1 zu-' geführte Regelabweichung. Das Ausgangssignal des Gliedes 2 wird dem Eingang 3 des Multiplizierers 4 zugeführt, der dem selbsttätigen Einstellen des Verstärkungsfaktors mittels einer Adaptations schleife dient. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 4 wird weiter durch das nichtlineare Glied 6 verarbeitet, dessen Kennlinie ein symmetrisches Unempfindlichkeitsband besitzt, so daß es nur Signale außerhalbLaplace operator). This element integrates the input 1 to ' guided control deviation. The output signal of the element 2 is fed to the input 3 of the multiplier 4, the automatic setting the gain factor by means of an adaptation loop serves. The output signal of the multiplier 4 is processed further by the non-linear element 6, the characteristic curve of which is symmetrical Has insensitivity band so that there are only signals outside

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der Grenzen dieses Bandes durchläßt. Das nichtlineare Glied 6 hat zusammen mit dem Multiplizierer 4 eine sehr wichtige Aufgabe bei einer Arbeitsweise mit veränderlicher Struktur. Es dient zum Ausschalten des betreffenden Zweiges nach Erzielen des Beharrungszustandes , wo der Verstärkungsfaktor durch Wirkung der Adaptationsschleife ständig anwächst. Dadurch wird ermöglicht, daß der Verstärkungsfaktor auch über den kritischen Wert anwachsen kann, ohne daß im Regelkreis Schwingungen entstehen. Soweit die Regelabweichung gleich Null oder so klein ist, daß auch nach dem Verstärken im Multiplizierer 4 die Grenze der Unempfindlichkeit nicht erreicht wird, ist der betreffende Regelkreis-Zweig fortwährend unterbrochen. Falls sich eine neue Regelabweichung zeigt, überwindet das Signal am Ausgang 5 des Multiplizierers 4 die Unempfindlichkeit des Gliedes und die Verbindung wird erneuert. Das Wegregeln der entstandenen Abweichung ist in der ersten Phase sehr schnell, denn die Verstärkung in der Schleife ist groß. Die Stabilität des Regeins wird durch die Adaptationsschleife gesichert, welche auf die entstandene Regelabweichung durch Verringern des Verstärkungsfaktors auf die zulässige Höhe anspricht. Eine Bedingung der richtigen Wirkungsweise des nichtlinearen Gliedes 6 ist jedoch das Erreichen einer Regelabweichung gleich Null im Beharrungszustand auch bei unterbrochenem Regelkreis. Daraus folgt, daß in den Regelkreis noch ein Glied mit einer Integrationskennlinie eingeschaltet sein muß. Das kann jedoch nicht vor dem Eingang des Gliedes 6 angeordnet werden, z. B. anstatt des Gliedes 2 mit annähernd integrierender Kennlinie, dessen Ausgang gleichfalls gleich Null sein muß; es wird somit erst hinter den Ausgang des nichtlinearen Gliedes 6 eingeschaltet.the boundaries of this band lets through. The non-linear element 6, together with the multiplier 4, has a very important task a way of working with a variable structure. It is used to switch off the relevant branch after the steady state has been achieved , where the gain factor constantly increases due to the action of the adaptation loop. This enables the gain factor can also increase beyond the critical value without causing oscillations in the control loop. So much for the system deviation is equal to zero or so small that even after amplification in the multiplier 4, the limit of insensitivity is not reached is, the relevant control loop branch is continuously interrupted. If there is a new control deviation, the signal overcomes am Output 5 of the multiplier 4 the insensitivity of the link and the connection is renewed. The routing of the resulting Deviation is very quick in the first phase because the reinforcement in the loop is great. The stability of the regime is ensured by the Adaptation loop secured, which is based on the resulting control deviation responds by reducing the gain factor to the permissible level. However, one condition for the correct operation of the non-linear element 6 is that a control deviation is reached equal to zero in the steady state even when the control loop is interrupted. It follows that there is still a link in the control loop with a Integration characteristic must be switched on. However, it cannot be placed in front of the entrance of the member 6, for. B. instead of member 2 with an approximately integrating characteristic, its output must also be zero; it is only behind the exit of the non-linear element 6 switched on.

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Damit die resultierende Kennlinie des betreffenden Reglerzweiges nur rein integrierend ist, muß das am Ende des Zweiges geschalteteSo that the resulting characteristic of the relevant controller branch is only purely integrating, the one switched at the end of the branch must

Glied 8 der Übertragungsfunktion ^ sein, also eine Proportio-Member 8 of the transfer function ^, i.e. a proportional

nal-Integrations-Kennlinie haben. Die resultierende Übertragung des Zweiges, die durch das Glied 2 und das Glied 8 und den Koeffizientennal integration characteristic. The resulting transfer of the Branch through the term 2 and the term 8 and the coefficient

-cC pT + 1 -cC -cC pT + 1 -cC

oC bestimmt ist, ist — — · ^ = . Der Ausgang des oC is determined, is - - ^ =. The outcome of the

pT + 1 ρ ρpT + 1 ρ ρ

proportional integrierenden Gliedes 8 ist gleichzeitig der Ausgang des I-Zweiges des Reglers.proportional integrating member 8 is also the output of the I branch of the controller.

Die Adaptationsschleife wird an den entsprechenden Zweig des Reglers an den Ausgang des Multiplizierers 4 angeschlossen. Das Signal am Ausgang 5 aus diesem Multiplizierer 4, das ist das Produkt der ungefähr integrierten Regelabweichung und des Verstärkungsfaktors, wird vorerst von der Gleichstromkomponente mittels des ein-The adaptation loop is connected to the corresponding branch of the controller at the output of the multiplier 4. The signal at the output 5 from this multiplier 4, that is the product of the approximately integrated control deviation and the gain factor, is initially taken from the direct current component by means of the

fachen Filters 10 befreit, dessen Übertragung gleich -~ ist.times filter 10 freed, the transmission of which is equal to - ~ is.

pi + 1pi + 1

Das ausgefilterte Signal am Ausgang 11 wird durch den Zweiweggleichrichter 12 gleichgerichtet und durch den Integrator 16 integriert, dessen Ausgang den Verstärkungsfaktor oC mittels des zweiten Eingangs 17 des Multiplizierers 4 beeinflußt. Dadurch ist die Adaptationsschleife geschlossen. Die Kopplung in dieser Schleife ist negativ, was bedeutet, daß ein Ansteigen des Signals am Ausgang 5 des Multiplizierers 4 eine Senkung des Verstärkungsfaktors hervorruft. Die Adaptationsschleife enthält im wesentlichen ein einziges Verzögerungselement, den Integrator 16, was Stabilität und schnelles Ansprechen verbürgt. Dem Integrator 16 wird noch eine dem Verstärkungsfaktor indirekt proportionale Gleichstrom-Vorspannung zu- The filtered signal at the output 11 is rectified by the full-wave rectifier 12 and integrated by the integrator 16, the output of which influences the gain factor oC by means of the second input 17 of the multiplier 4. This closes the adaptation loop. The coupling in this loop is negative, which means that an increase in the signal at the output 5 of the multiplier 4 causes a decrease in the gain factor. The adaptation loop essentially contains a single delay element, the integrator 16, which guarantees stability and rapid response. The integrator 16 is also supplied with a direct current bias voltage that is indirectly proportional to the gain factor.

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geführt. Diese Vorspannung wird aus einer konstanten Vorspannung an dem Anschluß 21 der Vorspannungsquelle und vom Signal am Ausgang 17 des Integrators 16 mittels des Teilers 18 erzielt, wobei das Signal von dem Anschluß 21 in den ersten Eingang 19 als Dividend, während das Signal aus dem Ausgang 17, das dem Verstärkungsfaktor proportional ist, in den zweiten Eingang 20 des Teilers 18 als Divisor zugeführt wird. Die resultierende Vorspannung am Ausgang 22 des Teilers 18 wird im Integrator mittels des Addierers 14 addiert. Diese Vorspannung hat ein solches Vorzeichen, daß ein Ansteigen des Verstärkungsfaktors, also des Signals am Ausgang 17 des Integrators 16, erzielt wird. Auf diese Weise bildet der Teiler 18 in der Adaptationsschleife eine sehr wichtige nichtlineare Gegenkopplung, welche den ganzen Regelkreis wesentlich weniger empfindlich einerseits auf die Werte der Parameter der Adaptations schleife selbst, andererseits auf den Pegel aller Signale im Kreis gestaltet, also auch auf den Pegel der Vorspannung. Das ermöglicht unter anderem ein Parallelschalten der Regelkreis-Zweige ohne besondere Rücksicht auf ggf. unterschiedliche Pegel der Signale in den einzelnen Zweigen. Deshalb kann auch die konstante Vorspannung der Quelle 21 für alle Zweige gemeinsam sein. Die Wirkungsweise der Adaptations schleife beruht vor allem in einer selbsttätigen Stabilisation des Regelvorganges. Der Adaptationsprozeß ist sehr schnell und verschmilzt mit dem Regelvorgang . Er kann somit nicht als ein Prüfen oder Zurechtstellen betrachtet werden, wo die Ergebnisse fortlaufend proportional den wiederholten Versuchen verbessert werden, bis ein bestimmter stabilisierter oder Beharrungszustand erzielt wird; das würde wesentlich langerguided. This bias voltage is made up of a constant bias voltage at terminal 21 of the bias voltage source and the signal at the output 17 of the integrator 16 achieved by means of the divider 18, the signal from the terminal 21 in the first input 19 as a dividend, while the signal from the output 17, which is proportional to the gain factor, into the second input 20 of the divider 18 as Divisor is supplied. The resulting bias voltage at the output 22 of the divider 18 is added in the integrator by means of the adder 14. This bias has such a sign that an increase in the gain factor, i.e. the signal at the output 17 of the Integrator 16 is achieved. In this way, the divider 18 forms a very important non-linear negative feedback in the adaptation loop, which makes the whole control loop much less sensitive on the one hand to the values of the parameters of the adaptation loop itself, on the other hand designed to the level of all signals in the circle, i.e. also to the level of the bias voltage. This enables, among other things, a Parallel connection of the control loop branches without special consideration of possibly different levels of the signals in the individual branches. That's why The constant bias voltage of the source 21 can also be common to all branches. The mode of operation of the adaptation loop is based especially in an automatic stabilization of the control process. Of the The adaptation process is very quick and merges with the control process. It cannot, therefore, be viewed as an examination or adjustment where the results are continuously improved in proportion to the repeated trials until a certain stabilized one or steadiness is achieved; that would be much longer

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dauern als die für den Regel Vorgang erforderliche Zeit. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung erzielt der Verstärkungsfaktor keinen optimalen konstanten Wert, sondern gleitet sozusagen in weitem Bereich, was jedoch in Kombination mit der Unempfindlichkeit im Regelkreis eine Wirkungsweise des Reglers unter Bedingungen mit veränderlicher Struktur ermöglicht, wo die Ergebnisse meist besser ausfallen als mit einer optimalen konstanten Struktur.take longer than the time required for the rule operation. In the inventive Circuit, the gain factor does not achieve an optimal constant value, but rather slides over a wide range, so to speak, However, in combination with the insensitivity in the control loop, this is a mode of operation of the controller under conditions with variable Structure enables where the results are usually better than with an optimal constant structure.

Im Beharrungszustand, wenn die Regelabweichung sehr klein oder gleich Null ist, ist der Regelkreis unterbrochen, da das Signal aus dem Ausgang aus dem Multiplizierer nicht durch das Glied 6 mit Unempfindlichkeit läuft. Es läuft jedoch auch nicht durch den Integrator 16, da der Gleichrichter 12 eine gewisse Unempfindlichkeit besitzt, so daß in den Integrator lediglich die Vorspannung aus dem Ausgang des Teilers 18 gelangt, die dem Verstärkungsfaktor indirekt proportional ist. Diese Vorspannung wird im Integrator 16 integriert, wodurch der Verstärkungsfaktor am Ausgang 17 ansteigt, und zwar mit einer seinem Wert indirekt proportionalen Geschwindigkeit. Bei hohen Werten der Verstärkung ist das Ansteigen langsam, bei kleinen Werten schnell. Falls die Regelabweichung ungleich Null ist, überwindet das verstärkte Signal am Ausgang 5 des Multiplizierers die Unempfindlichkeitsgrenze des Gliedes 6, wodurch wieder der Regelkreis geschlossen wird und die Abweichung wieder unterhalb der Unempfindlichkeitsgrenze sinkt. Dieser Vorgang kann sich wiederholen, soweit der Verstärkungsfaktor nicht begrenzt wird. Falls eine neue Störung eintritt, schließt sich der Regelkreis wieder, und die entstehende Regelabweichung wird mit großer Geschwindigkeit unter-In the steady state, when the control deviation is very small or equal to zero, the control loop is interrupted because the signal from the output from the multiplier does not run through the element 6 with insensitivity. However, it does not run through the integrator either 16, since the rectifier 12 has a certain insensitivity, so that only the bias voltage from the output of the divider 18, which is indirectly related to the gain factor, enters the integrator is proportional. This bias voltage is integrated in the integrator 16, whereby the gain factor at the output 17 increases, at a speed that is indirectly proportional to its value. At high gain values, the increase is slow, fast for small values. If the control deviation is not equal to zero is, the amplified signal at the output 5 of the multiplier overcomes the insensitivity limit of the element 6, whereby the again The control loop is closed and the deviation falls again below the insensitivity limit. This process can be repeated as long as the gain factor is not limited. If a new fault occurs, the control loop closes again, and the resulting control deviation is reduced at great speed.

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drückt, da der Verstärkungsfaktor groß ist. Gleichzeitig beginnt jedoch der Segelkreis seine Wirkung. Der Einfluß des Signals am ersten Eingang 13 des Addierers 14 überwiegt vorerst den Einfluß am zweiten Eingang 22, denn diese Vorspannung ist klein - sie ist der Verstärkung indirekt proportional, die groß ist - so daß die Verstärkung sich vermindert. Dadurch wird der Regelvorgang stabilisiert; das Überregeln ist angemessen, die Regelreaktion endet üblicherweise mit einer oder zwei gedämpften Schwingungen kleiner Amplitude, ohne daß ein Zyklus mit Oszillationen ausgelöst würde, der die ganze Beharrung szeit andauern würde.because the gain is large. At the same time, however, begins the sailing circle its effect. The influence of the signal on the first Input 13 of the adder 14 initially outweighs the influence at the second input 22, because this bias voltage is small - it is the gain indirectly proportional, which is large - so that the gain decreases. This stabilizes the control process; the overregulation is appropriate, the control reaction usually ends with one or two damped oscillations of small amplitude, without that a cycle with oscillations would be triggered that would last the entire period of inertia.

Die Wirkungsweise des Reglers bei häufigen Störungen, wenn die Regelstrecke keinen Beharrungszustand erreichen kann, kann wieder an der Funktion eines Zweiges des Regelkreises erklärt werden. Der Verstärkungsfaktor ändert auch in diesem Fall seinen Wert, jedoch in engerem Ausmaß, so daß man seinen Mittelwert erfassen und für das Erläutern die Analogie eines Regelkreises mit konstanten Parametern anwenden kann.The mode of operation of the controller in the event of frequent malfunctions, when the controlled system cannot achieve a steady state, can be restored the function of a branch of the control loop can be explained. The gain factor in this case also changes its value, but to a narrower extent, so that its mean value can be grasped and used for explanation can apply the analogy of a control loop with constant parameters.

Im gegebenen Fall handelt es sich darum, zu zeigen, daß die Adaptationsschleife in genügend weitem Bereich der Signalpegel und Änderungen der Verstärkung und Dynamik der Regelstrecke Bedingungen aufrecht erhält, die den Optimalbedingungen nahe sind. Auch in diesem Fall - wie bei jedem Regelkreis - hängt die Güte des Regeins von der Dynamik der Regelstrecke, von den Parametern des Reglers und von der Beschaffenheit der Störungen ab. Das Kriterium der Güte, definiert hier als Mittelwert der gleichgerichteten Regelabweichung,In the given case, it is a matter of showing that the adaptation loop is in a sufficiently wide range of signal levels and Changes in the gain and dynamics of the controlled system maintains conditions that are close to the optimal conditions. Also in In this case - as with every control loop - the quality of the control depends on the dynamics of the controlled system, on the parameters of the controller and on the nature of the faults. The criterion of quality, defined here as the mean value of the rectified control deviation,

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weist in Abhängigkeit von den Werten der Parameter ein gewisses Minimum auf. Der Wert dieses Minimums ist allgemein desto höher und der stabile Bereich desto enger, je höheren Grades die Regelstrecke ist. Der Einfachheit halber sei wieder nur ein Zweig des Regelkreises und ein Parameter, nämlich der Verstärkungsfaktor, in Erwägung gezogen. Die Kennlinie des Kriteriums als Funktion dieser Verstärkung hat einen konvexen Verlauf, der sich durch steiles Ansteigen in der Nähe der Stabilitätsgrenze auszeichnet, wie in Fig. 3 ersichtlich ist. Der Bereich der Minima dieser Kurve ist üblicherweise genügend flach, so daß er von dem genauen Wert des Parameters nicht besonders abhängig ist; es kann gesagt werden, daß der Optimal wert des Parameters ungefähr dem halben kritischen Wert entspricht. Praktisch handelt es sich also darum, den Parameterwert unter allen Umständen, die vorkommen können, im erwähnten Bereich zu erhalten. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird dies dadurch erreicht, daß die ursprüngliche Kurve des Kriteriums künstlich deformiert wird, um den ansteigenden Teil noch mehr hervorzuheben und den sinkenden Teil zu unterdrücken. Falls die Kurve des Kriteriums mit einer geeigneten Kurve multipliziert wird, die eine monoton steigende Funktion des verfolgten Parameters darstellt, erhält man eine neue Kurve, die auch im Bereich des Minimums der ursprünglichen Kurve ansteigt, und zwar üblicherweise von Anfang an. Bei kleinen Parameterwerten steigt sie langsam an, bei großen steigt sie schnell und ist eindeutig im Unterschied zur ursprünglichen zweideutigen Kurve. Durch diese Transformation wird die Empfindlichkeit des Kriteriums für Änderungen des Parameters künstlich erhöht; diese Empfindlichkeit ist bei der ursprünglichen Kurve in der Umgebung des Kriteriums sehr niedrig. Die neuehas a certain minimum depending on the values of the parameters on. The value of this minimum is generally higher and the more stable the range, the narrower the higher the controlled system is. For the sake of simplicity, only one branch of the control loop and one parameter, namely the gain factor, should be considered. The characteristic curve of the criterion as a function of this gain has a convex course, which is characterized by a steep rise in the Characterized near the stability limit, as can be seen in FIG. 3. The area of the minima of this curve is usually sufficiently flat, so that it is not particularly dependent on the exact value of the parameter; it can be said that the optimal value of the parameter corresponds to approximately half the critical value. In practice, then, it is a matter of changing the parameter value under all circumstances that can occur to get in the mentioned area. In the circuit according to the invention, this is achieved in that the original Curve of the criterion is artificially deformed in order to emphasize the rising part even more and to suppress the falling part. If the curve of the criterion is multiplied by a suitable curve that follows a monotonically increasing function of the Parameter, you get a new curve that is also in the area the minimum of the original curve increases, usually from the beginning. It increases with small parameter values it increases slowly, with large it increases rapidly and is clearly in contrast to the original ambiguous curve. Through this transformation the sensitivity of the criterion to changes in the parameter is artificially increased; this sensitivity is at the original Curve in the vicinity of the criterion is very low. The new

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Kurve ersetzt so durch ihre Eigenschaften in gewissem Maß eine Differentiationskurve, die sonst für ein genaues Auffinden des Optimums nötig wäre. Falls man einen gewissen Bereich von Änderungen der Ordinaten der transformierten Kurve zuläßt, ist der entsprechende Bereich der Änderungen der Ordinaten der ursprünglichen Kurve kleiner , gleichfalls ist der Bereich der Änderungen des Parameters kleiner. Curve thus replaces a differentiation curve to a certain extent due to its properties, which would otherwise be necessary for an exact finding of the optimum. If there is a certain range of changes in the ordinates of the transformed curve, the corresponding range of changes in the ordinates of the original curve is smaller , likewise, the range of changes in the parameter is smaller.

Dies ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich, wo der Verlauf desThis is best seen in Fig. 3, where the course of the

absoluten Mittelwertes der Abweichung \ f (aC )\ in Abhängigkeit von der Verstärkung cC dargestellt ist. Ferner sind hier die transformierten Kurven oC\f( oC ) | und cC \ J ( cC ) ( eingetragen. Aus Fig. 3 folgt, daß große relative Änderungen der Funktion oC | ^P C °C-) j wesentlich kleineren Änderungen der Werte der ursprünglichen Funktion [ / (cC)| entsprechen, was desto mehr zur Geltung kommt, je größer die Ver-Stärkung oC ist. Bei der Funktion oC j *f ( oC )J ist diese Eigenschaft ' noch deutlicher. Es kann also gesagt werden, daß die transformierte Kurve cC \ Ϋ ( °0 ) J den Bereich des Parameters in eine Zone verdrängt, die nahe dem Minimum der ursprünglichen Kurve j j (oC )j liegt. Das Ausnützen dieser Eigenschaft der transformierten Funktion des Kriteriums in der Adaptationsschleife ermöglicht, den Verstärkungsfaktor wenigstens ungefähr in der optimalen Zone ohne besondere Rücksicht auf den Pegel der Signale zu erhalten. Diese Eigenschaft wird bei der gegebenen Schaltung durch gemeinsame Wirkung des Multiplizierers 4 und des Teilers 18 in der Adaptationsschleife erzielt.absolute mean value of the deviation \ f (aC) \ is shown as a function of the gain cC . Furthermore, the transformed curves are oC \ f ( oC) | and cC \ J ( cC ) (entered. From Fig. 3 it follows that large relative changes in the function oC | ^ PC ° C-) j significantly smaller changes in the values of the original function [/ (cC) | correspond, which is the more effective, the greater the reinforcement oC is. This property is even clearer for the function oC j * f ( oC) J. It can therefore be said that the transformed curve cC \ Ϋ ( ° 0) J displaces the range of the parameter into a zone which is close to the minimum of the original curve j j (oC) j. The use of this property of the transformed function of the criterion in the adaptation loop makes it possible to obtain the gain factor at least approximately in the optimal zone without particular consideration of the level of the signals. In the given circuit, this property is achieved by the joint action of the multiplier 4 and the divider 18 in the adaptation loop.

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Die Wirkungsweise der zwei restlichen Zweige mit Proportionaloder Differentiationswirkung ist ähnlich. Da sie gemeinsam mit dem I-Zweig arbeiten, entfällt bei ihnen die Notwendigkeit eines Gliedes mit Integrations-Kennlinie, das im Beharrungszustand auch bei unterbrochenem Regelkreis eine geringe Regelabweichung sichert. Die in Fig. 1 strichliert angedeuteten Elemente 108 bzw. 208 sind somit weggelassen, sie würden jedoch nötig sein, falls der betreffende Zweig allein wirken würde. Die gemeinsame Wirkung aller drei Zweige des Regelkreises ist ein PID-Verhalten. Die Verstärkungsfaktoren in jedem Zweig passen sich richtig sowohl den Änderungen der Verstärkung des Systems als auch Änderungen der Zeitkonstanten und Änderungen der Störungswerte an.The mode of operation of the two remaining branches with proportional or differentiation action is similar. Since they are shared with the I branch work, they do not need a link with integration characteristic, which in the steady state also with interrupted Control loop ensures a low control deviation. The elements 108 and 208 indicated by dashed lines in FIG. 1 are thus omitted, but would be necessary if the branch in question worked alone. The combined effect of all three branches of the control loop is a PID behavior. The gain factors in each branch adjust properly to both changes in gain of the system as well as changes in the time constants and changes in the disturbance values.

Die Wirkungsweise und Vorteile des adaptiven Reglers mit veränderlicher Struktur können kurz folgendermaßen charakterisiert werden:The mode of operation and advantages of the adaptive controller with variable Structure can be briefly characterized as follows:

Der erfindungsgemäße Regler vereinigt die Vorteile eines adaptiven Reglers und eines Reglers mit veränderlicher Struktur, ohne ihre Nachteile zu besitzen. Falls bei der Schaltung der Adaptationsschleife nicht ein Unempfindlichkeitsband im Regelkreis vorgesehen wäre, würde im Beharrungszustand ein Grenzzyklus mit andauernden Schwingungen entstehen, wobei der Verstärkungsfaktor einen kritischen Wert erhalten würde. Durch Anordnung der Unempfindlichkeit wird jedoch erzielt, daß der betreffende Regelkreis-Zweig im Beharrungszustand unterbrochen wird, wodurch ein Ansteigen des Verstär-The controller according to the invention combines the advantages of an adaptive one Controller and a controller with a variable structure without having their disadvantages. Unless an insensitivity band is provided in the control loop when the adaptation loop is switched would, in the steady state would be a limit cycle with lasting Vibrations arise, whereby the gain factor would receive a critical value. By arrangement of insensitivity it is achieved, however, that the relevant control loop branch is interrupted in the steady state, whereby an increase in the gain

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kungsfaktors auf ein Vielfaches des kritiscben Wertes ermöglicht wird, ohne daß ein Grenzzyklus entsteht. Die Unempfindlichkeit ermöglicht somit ein Umschalten der Struktur, und die Adaptationsschleife sichert sowohl das nötige Ansteigen des Faktors im Beharrungszustand als auch eine Stabilisation des Regelvorganges. Eine Wirkungsweise mit veränderlicher Struktur ist somit nur durch eine trennbare Wirkung der Adaptationsschleife und des Ünempfindlichkeitsbandes im Regelkreis ermöglicht. Dabei ist auch im Fall häufiger Störungen, wo Bedingungen für einen Regelbetrieb mit veränderlicher Struktur nicht erreichbar sind, die Unempfindlichkeit nicht nachteilig, denn sie verbessert die Stabilisationseigenschaften der Adaptationsschleife und so auch die Stabilität des ganzen Kreises- Die Wirkung der Adaptationsschleife allein beruht auf dem bekannten Prinzip der Amplitudenstabilisation von Oszillatorschwingungen; die Wirkung der Unempfindlichkeit im Regelkreis - an sich üblicherweise unerwünscht - ist gleichfalls bekannt. Durch Kombination beider wird jedoch eine vollständig neue Wirkung erzielt. Die Adaptations schleife ist außerdem durch einen sehr wichtigen Kreis der nichtlinearen Rückkopplung mittels des Teilers 18 vervollkommnet, wobei die Wirkung dieses Kreises gleichfalls neu ist und zum Erhalten der Parameter im optimalen Bereich beiträgt. Er ermöglicht, Parallelkombinationen einer größeren Zahl von Zweigen mit unterschiedlicher Wirkung, ohne Rücksichtnahme auf ggf. Pegelunterschiede ihrer Signale, zu verwenden. Die Schaltung kann sehr einfach und billig verwirklicht werden, hat eine Bausteinförm, und ihre Anwendung ist universal.factor to a multiple of the critical value is made possible, without creating a limit cycle. The insensitivity enables thus a switchover of the structure, and the adaptation loop secures both the necessary increase in the factor in the steady state and a stabilization of the control process. One mode of action with a variable structure is therefore only in the control loop through a separable effect of the adaptation loop and the insensitivity band enables. In the case of frequent malfunctions, it is also where Conditions for a regular operation with a variable structure are not achievable, the insensitivity not disadvantageous, because they improves the stabilization properties of the adaptation loop and thus also the stability of the entire circle. The effect of the adaptation loop alone is based on the well-known principle of amplitude stabilization of oscillator vibrations; the effect of the insensitivity in the control loop - usually undesirable in itself - is also known. However, combining the two makes one complete new effect achieved. The adaptation loop is also through a very important circuit of non-linear feedback means of the divider 18 is perfected, the effect of this circle also being new and for obtaining the parameters in the optimum Area contributes. It enables parallel combinations of a larger one Number of branches with different effects, without consideration to use for any level differences in their signals. The circuit can be implemented very easily and cheaply, has a building block shape, and their application is universal.

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Claims (3)

'Patentansprüche'Claims 1. JAdaptiver Regler mit veränderlicher Struktur, der seine Parameter und seine Struktur plötzlichen, großen unvorhergesehenen Änderungen der Dynamik der geregelten Regelstrecke und der Störungserscheinungen anpaßt und nahezu optimale Bedingungen für gesicherte stabile Regelung ohne Entstehen eines Grenzzyklus gewährleistet und seine Wirkungsweise selbsttätig dem Charakter der Störungen anpaßt, so daß er sowohl auf häufige Störungen, wo kein Beharrungszustand erreicht werden kann, als auch auf einzelne Störungen, wo Vorteile eines Regeins mit veränderlicher Struktur zur Geltung kommen, richtig anspricht; mit einer Parallelschaltung eines Integrations- oder I-Zweiges und/oder eines Proportional- oder P-Zweiges und/oder eines Differentiations-(Vorhalte) oder D-Zweiges, wobei jeder Zweig seine eigene Adaptationsschleife zum Einstellen seines Verstärkungsfaktors und einen eigenen Schalter für die Strukturänderung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Adaptationsschleife (z. B. 10, 12, 14, 16, 4, 20) eine nichtlineare Rückkopplungskette geschaltet ist, bestehend aus einem Teiler (18) und einem Addierer (14), wobei verbunden ist der erste Eingang (20) des Teilers (18) mit dem Ausgang (17) des Integrators (16), der zweite Eingang (19) des Teilers (18) mit einem Anschluß (21) einer Quelle konstanter Gleichvorspannung und der Ausgang des Teilers (18) mit dem zweiten Eingang (22) des Addierers (14), der mit seinem zweiten Ausgang (15) an den Eingang des Integrators (16) angeschlossen ist.1. JAdaptive controller with variable structure, which its Parameter and its structure adapts to sudden, large unforeseen changes in the dynamics of the controlled system and the disturbance phenomena and almost optimal conditions for assured Stable regulation is guaranteed without the occurrence of a limit cycle and its mode of operation automatically adapts to the character of the disturbances, so that it applies both to frequent disturbances, where no steady state can be achieved, and to individual disturbances, where advantages of a rule with a changeable structure come into play, correctly addresses; with a parallel connection of an integration or I branch and / or a proportional or P branch and / or a differentiation (lead) or D branch, each branch having its own has its own adaptation loop for setting its gain factor and its own switch for structural changes, characterized in that in each adaptation loop (e.g. 10, 12, 14, 16, 4, 20) a non-linear feedback chain is connected, consisting of a divider (18) and an adder (14), the first input (20) of the divider (18) being connected to the output (17) of the integrator (16), the second input (19) of the divider (18) with one terminal (21) of a source of constant DC bias and the output of the divider (18) with the second Input (22) of the adder (14), which is connected with its second output (15) to the input of the integrator (16). 409837/068?409837/068? 240Ί622240Ί622 2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Regelkreis-Zweig (2, 4, 6, 8) vor dem Ausgang (9) des Zweiges der zugehörige Schalter (68, 168, 268) für die Strukturänderung geschaltet ist, der durch ein nichtlineares Glied (6) mit symmetrischem Unempfindlichkeitsband und ein Glied (8) mit Proportional-Integrations- oder lediglich Integrations-Kennlinie gebildet ist, wobei verbunden ist der Eingang des nichtlinearen Gliedes (6) mit dem Ausgang (5) eines Multiplizierers (4) zum Steuern des Verstärkungsfaktors und der Ausgang des nichtlinearen Gliedes (6) mit dem Eingang (7) des Gliedes (8) mit einer Proportional-Integrations- oder lediglich Integrations-Kennlinie, dessen Ausgang (9) gleichzeitig der Ausgang des betreffenden Regelkreis-Zweiges ist.2. Controller according to claim 1, characterized in that in each control loop branch (2, 4, 6, 8) in front of the output (9) of the Branch of the associated switch (68, 168, 268) for the structural change is connected, which is connected by a non-linear element (6) symmetrical insensitivity band and a link (8) with proportional integration or only an integration characteristic is formed, the input of the non-linear element being connected (6) with the output (5) of a multiplier (4) for controlling the gain factor and the output of the non-linear element (6) with the input (7) of the element (8) with a proportional integration or just integration characteristic, its output (9) is also the output of the relevant control loop branch. 3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplizierer (4) und der Teiler (18) aus einem Paar von Photowiderständen bestehen, die gleichzeitig durch eine Glühlampe (20) beleuchtbar sind.3. Regulator according to claim 2, characterized in that the The multiplier (4) and the divider (18) consist of a pair of photoresistors which can be illuminated simultaneously by an incandescent lamp (20) are. 409837/0687409837/0687 . Leers.eite. Blank.page