DE2638462A1

DE2638462A1 - Verfahren zur adaptiven stellungsregelung integral wirkender, vorzugsweise elektromotorischer stellantriebe

Info

Publication number: DE2638462A1
Application number: DE19762638462
Authority: DE
Inventors: Kurt Ing Grad Ewe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1978-03-02
Also published as: JPS5327780A

Description

Verfahren zur adaptiven Stellungsregelung integral wirkender,
vorzugsweise elektromotorischer Stellantriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur adaptiven Stellungsregelung integral wirkender, vorzugsweise elektromotorischer Stellantriebe.
Elektromotorische Stellantriebe weisen üblicherweise einen sogenannten Nachlauf auf, d. h. infolge der Rotationsenergie des Motors und der angeschlossenen mechanischen Übertragungsglieder zum Stellglied wird dieses nach Abschalten des Motors noch um eine mehr oder weniger große Strecke des Stellweg weiterbewegt.
Der Nachlauf des Antriebs führt bei einer Stellungsregelung zum Uberfahren des Stellungssollwertes und kann Dauerschwingungen im Regelkreis auslösen.
Zur Verhinderung des Nachlaufs hat man deshalb bereits elektrische oder mechanische Bremseinrichtungen vorgesehen, die jedoch den Nachteil eines relativ großen Aufwandes und des mechanischen Verschleißes aufweisen.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Stellungsregelung anzugeben, welches mit einfachen analogen Schaltmitteln gestattet, den Nachlauf des Stellantriebs in die Stellungsregelung mit einzubeziehen und etwaige zeitliche oder lastbedingte Änderungen des Nachlaufs zu berücksichtigen.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einem Verfahren zur adaptiven Stellungsregelung integral wirkender, vorzugsweise elektromotorischer Stellantriebe gesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Regeldifferenz der mit einem von Vorzeichen und Betrag der Restregeldifferenz nach Beendigung eines vorhergehenden Stellvorgangs abhängigen Faktor gewichtete Differentialquotient f der Regelgröße x subtraktiv aufgeschaltet wird.
Die Gewichtung kann dadurch erreicht werden, daß nach jedem Stellvorgang die Restregeldifferenz über eine konstante Zeit aufintegriert und die integrierte Größe bei dem folgenden Stellvorgang multiplikativ mit dem Differentialquotienten * der Regelgröße verbunden wird.
Somit wird der Stellantrieb jeweils schon vor Erreichen der Sollstellung abgeschaltet und die Soll stellung mit dem Nachlauf erreicht, so daß hier keine Bremseinrichtung benötigt wird. Nachlaufänderungen werden automatisch erfaßt und berücksichtigt.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.
Der eigentliche regler besteht, wie üblich, aus der Vergleichsstelle 1'zur Bildung der Regeldifferenz Xd, den darauf folgenden Regelverstärker 2, hier als Dreipunktschalter, dessen Ausgangsimpulse den Elektromotor 3 im Stellantrieb 4 ansteuern. Der Stellantrieb 4 soll außer dem Elektromotor 3 auch sämtliche mechanischen übertragungsglieder bis zum eigentlichen, hier nicht dargestellten Stellglied, umfassen.
Die Regelgröße x des Stellungsreglers, der Stellweg des Stellglieds, wird auf die Vergleichsstelle 1 zurückgeführt. Die Führungsgröße w, der Stellungssollwert; wird üblicherweise von einem Führungsregler vorgegeben oder kann von Hand eingestellt werden.
Die Regelgröße x wird ferner einem Differenzierglied 5 zugeführt, in welchem der Differentialquotient i, di e die Stellgeschwindigkeit, gebildet wird. Da die Drehzahl des Motors proportional der Stellgeschwindigkeit ist, kann auch an die Stelle des Differenziergliedes 5 eine Drehzahl-Meßeinrichtung treten. Das Ausgangssignal des-Differenzierglieds 5 ist dem einen Eingang eines Multiplizierers 6 aufgeschaltet. Dessen anderer Eingang ist mit dem Ausgang eines Integrators 7 verbunden, auf dessen Eingang die Regeldifferenz xd schaltbar ist. Der Ausgang des Multiplizierers 6 ist mit der Vergleichs stelle 1 verbunden.
Die zusätzliche Aufschaltung der Stellgeschwindigkeit auf die Regeldifferenz bewirkt, daß der Stellmotor 3 bereits vor Brreichen der Regeldifferenz xd = 0 abgeschaltet wird und diesen Punkt durch den Nachlauf des Otellantriebs 4 erreicht. Zur Berücksichtigung von Nachlaufänderungen wird jedoch, wie hier gezeigt, die Stellgeschwindigkeit mit einem veränderlichen Faktor b multiplikativ verbunden. Der Faktor b hängt von Betrag und Vorzeichen der Restregeldifferenz ab, d. h. der Regeldifferenz, die nach dem Auslaufen des Stellmotors noch verbleibt, wenn der Nachlauf ein Unter- oder Überschreiten des Sollwerts bewirkt hat.
Der Faktor b wird auf folgende weise gewonnen: Der Ausgang des Differenzierglieds 5 steht mit dem Eingang einer Grenzwertkontrolleinrichtung 8 in Verbindung, welche beim Erreichen des Grenzwerts * = 0 ein Zeitglied 9 ansteuert, welches einen Schalter SI für eine kurze Zeit t in der Größenordnung von 50 msec schließt und damit eine der Restregeldifferenz xd' entsprechende Spannung für diese vorgebbare Zeit auf den Integrator 7 schaltet. Je nach Vorzeichen der Restregeldifferenz xd' wird der Integrator 7 ge-oder entladen und der Integratorinhalt vergrößert oder verkleinert. Zur vorzeichenrichtigen Aufschaltung der Restregeldifferenz Xd( bei Drehrichtungsumkehr des Stellmotors 3 ist noch eine Vorzeichenumkehrstufe 11 vorgesehen mit einem Schalter S2 in ihrer Ausgangsleitung und einem Schalter S3 in einer parallelen Kurzschlußleitung, die von der bistabilen Schalteinrichtung 10 gegenläufig betrieben werden. Die bistabile Schalteinrichtung 10 ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Regelverstärkers 2 verbunden und spricht bei jeweiliger Vorzeichenumkehr der Reglerausgangssignale an.
Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß die Regelt in richtung bei einem vorhergehenden Stellschritt den Sollwert exakt erreicht hat. Der Integratorinhalt entspreche beispielsweise der Größe 1, bei dem nun folgenden Stellschritt wird also die Stellgeschwindigkeit f voll aufgeschaltet, da b = 1 ist.
Wird nun, z. B. infolge Laständerung, der Sollwert nach Abschalten des Motors 3 im Nachlauf nicht erreicht, so bleibt eine Restregeldifferenz xdt stehen, welche, wie bereits beschrieben, kurzzeitig auf den Integrator 7 geschaltet wird und dessen Inlialt im Sinne einer Verkleinerung des Faktors b verändert. Der Faktor b sei nunmehr 0,8. Beim nächsten Stellschritt wird die Stellgeschwindigkeit um den Faktor b geschwächt der Vergleichs stelle 1 subtraktiv aufgeschaltet, was eine Verlängerung der Einschaltdauer des Stellmotors 3 bewirkt, so daß beim nächsten Stellschritt die Sollstellung genau erreicht wird.
enn sich das Lastmoment über den Stellweg x und damit der Nachlauf stark ändert und dieser Verlauf bekannt ist, so kann dieses bei der Bildung des Gewichtsfaktors b berücksichtigt werden, indem man z. B. dem Ausgangssignal des Integrators 7 eine in einem hier nicht gezeichneten Funktionsgeber gebildete, von x abhängige Größe, hinzuaddiert. Ebenso ist es möglich, bei vermaschten Prozeßregelungen dem G'ewichtsfaktor b einen von einer anderen Prozeßgröße abhängigen Wert hinzuzufügen.
Bei schnellen Regelungen kann es vorkommen, daß sich die Führungsgröße w, der Stellungssollwert, während der Zeit, in der der Schalter S geschlossen ist, ändert, und so der Faktor b über den Integrator 7 verfälscht wird. Um dieses zu vermeiden, kann eine zweite Zeitstufe 12 vorgesehen werden, deren Eingang mit dem Ausgang des Dreipunktschalters 2 verbunden ist. Jedesmal dann, wenn dertDreipunktschalter den Motor 3 ausschaltet, wird durch die Zeitstufe 12 und über ein logisches ODER-Glied 13 der Schalter S4 für eine bestimmte Zeit t2, die gleich oder größer ist als die Auslaufzeit des Motors 3, geöffnet. Als zweite Eingangsgröße ist dem ODER-Glied 13 die Ausgangsgröße der Zeitstufe 9 aufgeschaltet. Damit ist sichergestellt, daß sich die dem Stellungssollwert w über den Integrator 14 nachgeführte Führungsgröße w nicht ändern kann, solange der Motor ausläuft und der Schalter S1 geschlossen ist.
4 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche Verfahren zur adaptiven Stellungsregelung integral wirkender, vorzugsweise elektromotorischer Stellantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeldifferenz (Xd) der mit einem von Vorzeichen und Betrag der Restregeldifferenz (cd') nach Beendigung eines vorhergehenden Stellvorgangs abhängigen Faktor (b) gewichtete Differentialquotient (b) der Regelgröße (x) subtraktiv aufgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Stellvorgang die Restregeldifferenz (xd) über eine konstante Zeit (t1) aufintegriert, die integrierte Größe bei dem folgenden Stellvorgang multiplikativ mit dem Differentialquotienten (f) (Stellgeschwindigkeit) verbunden wird.
3. Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit einer Vergleichsstelle zur Bildung der Regeldifferenz und einem folgenden Regelverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzierglied (5) zur Bildung des der Stellgeschwindigkeit entsprechenden Differentialquotienten (*) der Regelgröße(x) ausgangsseitig mit dem ersten Eingang eines Multiplizierers (6) und mit einer Grenzwertstufe (8) verbunden ist, von der nach einem Stellvorgang bei dem Grenzwert (t = O) über ein Zeitglied (9) ein Schalter (ski) betätigbar ist, mittels dessen der Angang des Regelverstärkers (2) für eine vorgebbare Zeit (t1) mit dem Eingang eines Integrators (7) verbindbar ist und daß der Ausgang des Integrators (7) mit dem zweiten Eingang des Multiplizierers (6) und dessen Ausgang mit der Vergleichsstelle (1) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Regelverstärkers (2) ein bei Vorzeichenwechsel des Stellsignals ansprechendes bistabiles Schaltglied (10) verbunden ist, welches eine zwischen Regelverstärkereingang und Integrator (7) geschaltete Vorzeichenumkehrstufe (ii) steuert.