DE2456599C2

DE2456599C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung eines Regelkreises

Info

Publication number: DE2456599C2
Application number: DE19742456599
Authority: DE
Inventors: Borivoj Prof. Praha Hanus
Original assignee: VYSOKA SKOLA STROJNI A TEXTILNI 46117 LIBEREC CS
Current assignee: VYSOKA SKOLA STROJNI A TEXTILNI 46117 LIBEREC CS
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1974-11-29
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE2456599A1

Description

nismus wäre an sich ein hoher Verstärkungsgrad des Regelverstärkers erwünscht. Bei einem solchen hohen Verstärkungsgrad üeten aber nicht erwünschte Pendelungen auf. Das vom Signalgeber kommende Signal wird in einem Filter verarbeitet und in einem Gleichrichter gleichgerichtet. Aus dem Gleichrichter wird das Signal als Rückkopplung einem Emitter des Transistors des Verstärkers zugeleitet, wodurch es die Änderung der Verstärkung bewirkt.

Die DE-AS 1763152 betrifft einen Zweipunktregler mit einer von Größe und Richtung der Regelabweichung abhängigen Auslösung des Stellbefehls unter Verwendung eines die Regelabweichung stufenweise erfassenden Diskriminators. Die Umschaltung der Stellgröße von dem einen auf den anderen Endwert geht auf der Fläche vor sich, die in dem Zustandsraum definiert ist. Dies verlangt die dauernde Erfassung der Werte aller Zustandsgrößen des Regelsystems, z. B. der Regelgröße und der zutreffenden höheren Zeitderivation dieser Größe. Es werden die Informationen mit der größten Abweichung der Regelgröße in der einen Richtung mit Umschaltung der Stellgröße derart genutzt, daß es zur Umschaltung bei Erreichen der bestimmten niedrigeren Abweichung der Regelgröße kommt. Zur Feststellung der maximalen Abweichung und der Abweichung, bei der es zur Umschaltung kommt, wird ein logisches Meßsystem angewandt.

Die DE-AS 1237 827 betrifft einen Schrittregler mit Rückführung, deren Eingänge mit dem Ausgang des Stellglieds oder des Schaltglieds verbunden und deren Ausgangsgröße der Regelabweichung am Vergleichereingang entgegengeschaltet ist. Es wird dabei das Problem eines Schrittreglers gelöst, der die Impulse auf den Motor des Regelorgans sendet, dessen Signale vom Signal der Abweichung der geregelten Größe und der Länge des absoluten Wertes der Abweichung abhängig ist. Bei diesem Prinzip der Regelung kann der Fall eintreten, daß der technisch kleinsten Verstellung des Regelorgans eine größere Änderung der Regelgröße entspricht als der Bereich der Unempfindlichkeit der Regelung ist und die Regelung gerät mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz ins Schwingen, wobei die Signale der nachfolgenden Impulse des Schrittreglers sich abwechselnd ändern. In diesem Fall wird der Bereich der Unempfindlichkeit der Regelung vergrößert. Die bekannte Lösung setzt Kippkreise für die Impulsbildung am Austritt des Reglers gemäß der abgemessenen Abweichung der Regelgröße und dem Rückkopplungskreis an KC-Giiedern voraus, dessen Eintrittsspannung von der Proportionalzeit der Ein- und Ausschaltung des Motors abhängt (durch Auf- und Entladen des Kondensators über die Widerstände) und der die Verstellung des Punktes der Umkippung des Kreises verursacht.

Die DE-AS 1523478 betrifft einen Regler, der eine Proportionalteil- und eine Zusatzvorrichtung zur Verringerung der bleibenden Regelabweichung aufweist, mit einem Stellmotor mit Ein- und Aussteuerung. Das Problem der Regelabweichung des Regelkreises wird dabei mit einem Proportionalregler gelöst. Es ist bekannt, daß unter der Voraussetzung eines statisch geregelten Systems bei einem großen Proportionalbereich der Regelkreis stabiler ist, jedoch die dauernde Regelabweichung größer sein wird umgekehrt. Bei Beurteilung der Qualität der Regelung ist die Regelabweichung nur in stationärem Zustand wichtig, während in dem Übergangszustand die Stabilität von Bedeutung ist. In dem stationären Zustand wird der Proportionalbereieh verengt und in den Übergangszustand verbreitert. Bei der technischen Durchführung erfolgt die Steuerung des Motorlaufs durch zwei Relaisschaltstücke (Dreipunktregler). In dei Ruhelage der beiden Kontakte ist der Heizwidersland eingeschaltet, in der Arbeitslage ist er ausgeschaltet. Durch die entwickelte Wärme wird der hochtemperaturempfindliche Widerstand erwärmt, wodurch sich der Widerstand des Transistorkreises, der parallel an den Rückkopplungspotentiometer angeschaltet ist, und dadurch der Einfluß der Rückkopplung ändert (ProportionaHtätsbereich). Dsr ProportionaHtätsbereich wird in Abhängigkeit davon betätigt, ob die Stabilisierung eingetreten ist oder nicht. Die bekannte Ausführung verfolgt die Erreichung der Größen und Genauigkeit der Regelung im stationären Zustand, die Dynamik der Regelung wird aber nicht verfolgt. Bei Bildung der Abweichung der Regelgröße verlangsamt sich die Erreichung des stationären Zustands und dadurch verlängert sich der Regelvorgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art dahingehend zu verbessern, daß die Einstellung der Regler erleichtert wird, wobei gleichzeitig eine schnelle Beseitigung von Störeinflüssen und eine hohe Regelgenauigkeit erzielt werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen. Die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungen des Verfahrens nach dem Hauptanspruch. In den Ansprüchen 4 und 5 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll hauptsächlich in der Wärmetechnik angewandt werden. In der Wärmetechnik sind die Frequenzpendelungen um einige Stellen niedriger als die Frequenzen des Servomotors. Die Diskretisierung des Signals der geregelten Größe, die Umänderung auf die Zweiwertsignale und ihre weitere logische und arithmetische Verarbeitung wird mit dem Ergebnis durchgeführt, daß sich eine wesentlich effektivere Wirkung, z.B. die schnelle Unterdrückung der Pendelungen im Augenblick des Auftauchens derselben und das langsame Anwachsen der Verstärkung nach ihrer Unterdrückung erzielen läßt. Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren höheren Anforderungen bei der Steuerung technologischer Prozesse gerecht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung eines Regelkreises mit einem beliebigen Regler ist einfächer als die bisher bekannten Verfahren, vermeidet eine gefährliche Schwingungserregung des Regelkreises und ermöglicht, beim Eintreffen einer einseitigen Störung für deren Beseitigung die volle Verstärkung des Reglers einzusetzen. Das Verfahren ist insbesondere für die Anwendung von Steuer- bzw. Prozeßrechnern für die Regelung geeignet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist billiger und einfacher als die bisher benutzten adaptiven Vorrichtungen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Regelkreis; und

Fig. 2 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des in Fig. 1 mitabgebildeten Filters.

Ein Regler 2 in Fig. 1 ist von beliebigem Typ. Ein Filter 3 i.t ein Proportional- oder P-G\\ed mit einer veränderlichen Verstärkung K. deren Größe nach der fol-

b") genden Beziehung bestimmt wird :

AT=Jf₀ «₁₊e₂'-L-

mil A₀ = konstante Verstärkung.

ίί,. U₂ = Koeffizienten mil «, + α₂ = I.
1'/ = Änderung der Stellgröße des Reglers beim vorangehenden /-ten Regelschritt, die größer oder gleich der gewählten Toleranz c, ist: Γ^γ/ξΔγ</-/)
IAr(V-Z)I^i',.

2^r/ = Änderung der Stellgröße des Reglers beim vorangehenden /-ten Regelschritt, die kleiner als die gewählte Toleranz «', ist:
2^ν/ΞΔ.ι(./-/)
IAr(V-Z)Kf₁,
sgn* = Vorzeichenfunktion:

sgn*(.v) = 1 für λ ^O
sgn* (.v) = — 1 für .v < 0. und
N = Anzahl der vorgenommenen Abtastungen. Die Funktion des Filters 3 wird weiter verbessert, falls man anstelle der oben eingeführten Verstärkung A' eine korrigierte Verstärkung K_kllr benutzt, die auf folgende Art bestimmt wird.

Falls A beim /-ten Regelschritt negativ wird, was bei der Wahl des Koeffizienten (/, =0 vorkommen kann, wird K_kllr bestimmt. Ansonsten wird, falls A beim /-ten Regelschritt gleich oder kleiner als K_kurU — 1) beim vorangehenden Schritt ist, dieses A im durchgeführten Regelschritt ohne Änderung benutzt. Falls A beim gerade durchgeführten /-ten Regelschritt größer als K_k„_r(i— 1) beim vorangehenden Schritt ist. wird im durchgeführten Schritt die Konvexsumme des berechneten A und des benutzten A^(Z-I) nach folgender Beziehung benutzt:

mit h_x+h₂=\. Λ,

b₂

Hinter das Filter 3 kann noch ein nichtlineares Glied 4 mit einer Lnempfindlichkeits(Totzeit)- und Einschränkungs-Kennlinie geschaltet werden (vgl. die sehematischc Darstellung im Block 4 von Fig. 1).

Ein Ausführungsbeispiel des Filters 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Werte der Änderungen der Stellgröße A r(/) werden in einem Schieberegister 5 für die N letzten Regelschritle gespeichert. !Bei jedem Regelschritt werden aus dem Schieberegister 5 Werte für eine weitere Verarbeitung ausgelesen, nämlich für eine Absolutwcrtbildung in einem Absolutwertbildner 7 und eine Vorzeichenbestimmung in einem sgn*-Funklionsglicd 8. danach werden sie um eine Stelle nach rechts verschoben. In das Schieberegister 5 wird ein neuer Wert eingelesen, und der älteste Wert gelöscht. Für jeden Absolutwert aus dem Absolulwerlbildner 7 wird in einem Vergleicher 9 für die vorgeschriebene Toleranz c; festgestellt, ob er der Bedingung |A.r(./—Z)| <<·, entspricht:

Wenn ja. wird der Absolutwert des zugehörigen sgn* in einem ersten Glied 10 gebildet und in ein zweites Addierwerk 13 eingegeben. Wenn nein, werden die zugehörigen sgn* in einem ersten Addierwerk 11 zusammengezählt und von der Ergebnissumme (nach der Verarbeitung sämtlicher Werte im Schieberegister 5) wird der Absolutwert in einem zweiten Glied 12 für die Absolutwertbildung gebildet und in das zweite Addierwerk 13 eingegeben. In einem linearen Glied 14 werden eine Multiplizierung mit einer Konstanten A₀ · U₁ und eine Addition mit A₀ ■ i/, durchgeführt. Am Ausgang des linearen Glieds 14 erscheint dann der Wert der Gesamtverstärkung A. Sämtliche Berechnungen dieses Zyklus werden bei jedem Regelschritt durchgeführt, wobei die Verschiebung um eine Stelle nach rechts durchgeführt wird und beide Addierwerke II. 13 gelöscht werden. Die ganze Vorrichtung wird durch ein Steuerwerk 6 mittels Torschaltungen bzw. Verknüpfungsgliedern 15. 17. 18. 19 betätigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Stabilisierung eines Regelkreises, der einen Vergleicherkreis* einen Verstärker, einen Stellmotor, einen Filter und einen Gleichrichter enthält, wobei der Verstärkungsgrad des Verstärkers umgekehrt proportional zu den Amplituden der Pendelungen der Speisespannung des Stellmotors vermindert wird, dadurch gekennzeichne t,daßder Wert der Gesamtverstärkung K des Regelverstärkers mit einem Filter bestimmt wird als eine lineare Funktion des Verhältnisses der Anzahl der Änderungen der Stellgrößen Ay (j—')» die kleiner sind als eine gewählte Toleranz e_x , zur Gesamtanzahl Λ' der in regel- mäßigen Intervallen vorgenommenen Abtastungen der Wertänderungen des Regelprozesses und des Verhältnisses des Unterschieds der Anzahl der Änderungen der Stellgrößen AyU- 0·. die nicht kleiner sind als die gewählte Toleranz e_u die vom Regler in einem ersten und zweiten Sinn durchgeführt wurde, zur Anzahl JV der durchgeführten Abtastungen, und zwar nach der Beziehung:

K=KAa,+a₂

25 ein nichtlineares Glied (4) mit Unempfindlichkeitsund Beschränkungs-Kennlinien angeschlossen ist, dessen Ausgang an die Regelstrecke angeschlossen ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) ein Schieberegister (5) für N Werte ist, das angeschlossen ist: mit seinem Eingang über eine erste Torschaltung (15) an eine Informationsquelle (16) des Werts der gerade durchgeführten Änderung der Stellgröße Ay (j) und mit seinem Ausgang über eine zweite Torschaltung (17) einerseits an einen Absolutwertbildner (7) und an einen Vergleicher (9) zum Vergleich mit der vorgeschriebenen Toleranz e_t und andererseits an ein sgn*-Funktionsglied (8), das mit seinem Ausgang über eine dritte Torschaltung (18) an ein erstes Glied (10) für die Absolutwertbildung und über eine vierte Torschaltung (19) a-.i ein erstes Addierwerk (11) angeschlossen ist, das über eine fünfte Torschaltung (20) an den ersten Eingang eines zweiten Glieds (12) für die Absolutwertbildung angeschlossen ist, und wobei die Ausgänge der beiden Glieder (10,12) für die Ab solutwertbildung an ein zweites Addierwerk (13) angeschlossen sind, dessen Ausgang an ein lineares Glied (14) für die Bildung einer linearen Funktion angeschlossen ist.

K₀ = konstante Verstärkung,
O₁ , a₂ = Koeffizienten mit o, + a₂ = 1,
1*1 = Änderung der Stellgröße des Reglers bei der vorangehenden /'-ten Abtastung, die nicht kleiner ist als die gewählte Toleranz e, nach:

Vi s Ay U-i)

2^y\

= Änderung der Stellgröße des Reglers bei der vorangehenden i-ten Abtastung, die kleiner ist als die gewählte Toleranz e_x nach:

2"i=Ay(j-i)

sgn* = Vorzeichenfunktion:

sgn*(.v)= 1 für X^O
sgn*(v)= — 1 fürx<0 und

N = Anzahl der durchgeführten Abtastungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Gesamtverstärkung K des Reglers aus den Änderungen einer Hauptregelgröße und einer Hilfsregelgröße bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Gesamtverstärkung K im /-ten Regelschritt auf eine Verstärkung K_kor(i) korrigiert wird, die gleich Null, falls K <0, und die gleich K für K^K_kor(i-\) und die gleich

b_rK+b₂-K_kor(i-l),

mit b_i+b₂ = \ und ft, >0. />₂>0, für K> K_kor(i-\) ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang eines Filters (3) über einen Regler (2) der Ausgang der Regelstrecke (1) angeschlossen ist. daß der Ausgang des Filters (3) an Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Regelkreises, der einen Vergleichskreis, einen Verstärker, einen Stellmotor, einen Filter und einen Gleichrichter enthält, wobei der Verstärkungsgrad des Verstärkers umgekehrt proportional zu den Amplituden der Pendelungen der Speisespannung des Stellmotors vermindert wird. Sie betrifft außerdem auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der Automation kommt es oft vor, daß die Regelgrößen einer Regelstrecke beim Betrieb in einem so weiten Umfang sich ändern, daß es sehr schwierig ist, eine einzige, befriedigende Einstellung des Reglers vorzunehmen. M't zunehmendem Umfang und zunehmender Kompliziertheit der technologischen Prozesse steigt auch die Anzahl der Regelkreise für eine Regelstrecke, und diese Regelkreise beeinflussen sich noch untereinander. Dies alles erschwert die Einstellung der Regler, insbesondere auch dann, wenn außerhalb der Notwendigkeit einer schnellen Beseitigung des Einflusses einer Störung die Anforderungen an die Genauigkeit der Regelung nicht besonders hoch sind

Die Theorie löst die Regelung in solchen Fällen mit Hilfe einer adaptiven Vorrichtung, gemäß der sich die Einstellung der Regler allmählich den augenblicklichen Verhältnissen in der Regelstrecke anpaßt. Die Prinzipien derartiger adaptiver Regelungen sind gewöhnlich kompliziert und, da es sich meistens um Iterationsregelungen handelt, kommt es zu einer gefahrlichen Schwingungserregung der Regelkreise bei plötzlichen Änderungen der Regeleigenschaften.

Die DE-AS 1265270 betrifft einen stabilisierten Regelkreis der eingangs geschilderten Art. Das Problem der Stabilisierung des Regelkreises wird dabei mit einem elektronischen Wechselspannungsverstärker zur Speisung des Motors des Servomechanismus mit Gleich- oder

b5 Wechselstrom gelöst. Am Eintritt des Verstärkers wird ein Signal aus dem Vergleicher eingeleitet, der die Ist- und Sollwerte des Motors bzw. Signalgebers vergleicht. Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit des Servomecha-