DE2638462A1 - Adaptive position regulation of integral operating drive - using differential quotient of regulating variable subtracted from regulating difference - Google Patents

Adaptive position regulation of integral operating drive - using differential quotient of regulating variable subtracted from regulating difference

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DE2638462A1 DE19762638462 DE2638462A DE2638462A1 DE 2638462 A1 DE2638462 A1 DE 2638462A1 DE 19762638462 DE19762638462 DE 19762638462 DE 2638462 A DE2638462 A DE 2638462A DE 2638462 A1 DE2638462 A1 DE 2638462A1
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Abstract

Adaptive position regulation of integral operating or electromotive regulating drive has differential quotient of regulating variable subtracted from regulating difference. The differential quotient is weighted by a factor depending on the sign and amount of the residual regulating difference after terminating a preceding regulating operation. The actual regulator consists of the comparison position for the formation of the regulating difference and the regulating amplifier. The output pulses control the motor of the regulating drive which comprises also all the mechanical transmission elements including the actual regulating element. The regulating variable is fed back to the comparison position.

Description

Verfahren zur adaptiven Stellungsregelung integral wirkender,Method for adaptive position control of integrally acting,

vorzugsweise elektromotorischer Stellantriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur adaptiven Stellungsregelung integral wirkender, vorzugsweise elektromotorischer Stellantriebe.preferably electromotive actuators The invention relates integrally acting on a method for adaptive position control, preferably electromotive actuators.

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.Electromotive actuators usually have a so-called Caster on, d. H. as a result of the rotational energy of the motor and the connected mechanical transmission elements to the actuator, this is after switching off the Motor is moved further by a more or less large distance of the travel.

Der Nachlauf des Antriebs führt bei einer Stellungsregelung zum Uberfahren des Stellungssollwertes und kann Dauerschwingungen im Regelkreis auslösen.The overrun of the drive leads to an overrun in the case of position control of the position setpoint and can trigger permanent oscillations in the control loop.

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.That is why electrical ones are already available to prevent overrun or mechanical braking devices are provided, but which have the disadvantage of a relatively have great effort and mechanical wear.

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.There is therefore the task of a method for position control specify which, with simple analog switching means, allows the overrun of the actuator are to be included in the position control and any temporal or load-related changes in the overrun.

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.One solution to the problem is a method for adaptive position control integrally acting, preferably electromotive Actuators seen, which is characterized in that the control difference of the with one of Sign and amount of the residual control difference after the termination of a previous one Actuating process dependent factor weighted differential quotient f of the controlled variable x is added subtractively.

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.The weighting can be achieved after each setting process the residual control difference is integrated over a constant time and the integrated Size in the following setting process multiplicative with the differential quotient * is connected to the controlled variable.

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.Thus, the actuator is already in each case before the target position is reached switched off and the target position reached with the after-run, so that here none Braking device is required. Follow-up changes are automatically recorded and considered.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.An exemplary embodiment is shown in the figure to explain the invention a control device for performing the method shown schematically and described below.

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.As usual, the actual controller consists of the reference junction 1 'to form the control difference Xd, the following control amplifier 2, here as a three-point switch, the output pulses of which drive the electric motor 3 in the actuator 4 drive. In addition to the electric motor 3, the actuator 4 should also include all mechanical Transmission elements up to the actual actuator, not shown here, include.

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.The controlled variable x of the positioner, the travel of the actuator, is fed back to reference junction 1. The reference variable w, the position setpoint; is usually specified by a master controller or can be set manually will.

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.The controlled variable x is also fed to a differentiating element 5, in which the differential quotient i, ie the actuating speed, is formed. Since the speed of the motor is proportional to the actuating speed, can also take the place of the differentiator 5 a speed measuring device. That The output signal of the differentiating element 5 is one input of a multiplier 6 activated. Its other input is connected to the output of an integrator 7 connected, on whose input the control difference xd is switchable. The output of the multiplier 6 is connected to the comparison point 1.

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.The additional activation of the actuating speed on the control difference causes the servomotor 3 to be switched off before the control difference xd = 0 is reached and this point is reached by the overtravel of the Otell drive 4. For consideration of overrun changes, however, as shown here, the actuating speed increases with multiplicatively connected to a variable factor b. The factor b depends on the amount and sign of the residual control difference, d. H. the control difference, which after the The servomotor still runs out if the overrun falls below or is exceeded of the setpoint.

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.The factor b is obtained in the following way: The output of the differentiator 5 is connected to the input of a limit value control device 8, which when the limit value * = 0 is reached, a timer 9 controls which a switch SI closes for a short time t in the order of 50 msec and thus a the voltage corresponding to the residual control difference xd 'for this specifiable time the integrator 7 switches. Depending on the sign of the residual control difference xd ', the Integrator 7 charged or discharged and the integrator content enlarged or reduced. For applying the residual control difference Xd with the correct sign (when reversing the direction of rotation of the servomotor 3, a sign reversal stage 11 is also provided with a switch S2 in its output line and a switch S3 in a parallel short-circuit line, which are operated in opposite directions by the bistable switching device 10. The bistable Switching device 10 is connected on the input side to the output of control amplifier 2 and responds to the respective sign reversal of the controller output signals.

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.To explain the function, it is assumed that the control is in the direction has exactly reached the setpoint in a previous setting step. The integrator content correspond, for example, to size 1, in the case of the following setting step that is the actuating speed f fully switched on, since b = 1.

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.If now, z. B. due to load change, the setpoint after switching off of motor 3 is not reached in the after-run, a residual control difference xdt remains, which, as already described, is switched to the integrator 7 for a short time and its inlialt in Changed in the sense of a reduction in factor b. The factor b is now 0.8. In the next step, the speed will be weakened by the factor b of the comparison point 1 subtractively switched on what causes an extension of the duty cycle of the servomotor 3, so that the next Step the target position is reached exactly.

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.hen the load torque is spread over the travel x and thus the overrun changes strongly and this course is known, this can occur in the formation of the Weight factor b can be taken into account by z. B. the output of the Integrator 7 formed in a function generator, not shown here, of x dependent quantity, added. It is also possible with meshed process controls add a value dependent on another process variable to the weight factor b.

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.With fast regulations it can happen that the reference variable w, the position setpoint, during the time in which switch S is closed, changes, and so the factor b is falsified via the integrator 7. To this too avoid, a second timer 12 can be provided, the input of which with the Output of the three-point switch 2 is connected. Every time the three-point switch the motor 3 switches off, is through the timer 12 and a logical OR gate 13 the switch S4 for a certain time t2, which is equal to or greater than that Motor 3 stopping time, open. The second input variable is the OR element 13 the output variable of timer 9 is switched on. This ensures that the reference variable tracked to the position setpoint w via the integrator 14 w cannot change as long as the motor is coasting down and switch S1 is closed is.

4 Patentansprüche 1 Figur Leerseite4 claims 1 figure Blank page

Claims (4)

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.Method for adaptive position control integral acting, preferably electromotive actuators, characterized in that that the control difference (Xd) with one of the sign and amount of the remaining control difference (cd ') after completion of a previous setting process dependent factor (b) weighted Differential quotient (b) of the controlled variable (x) is added subtractively. 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.2. The method according to claim 1, characterized in that after each Control process the residual control difference (xd) integrated over a constant time (t1), the integrated variable in the following adjustment process is multiplied by the differential quotient (f) (actuating speed) is connected. 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.3. Control device for performing the method according to claim 1 and 2 with a reference junction to form the control difference and a subsequent one Control amplifier, characterized in that a differentiating element (5) is used to form of the differential quotient (*) of the controlled variable (x) corresponding to the actuating speed on the output side with the first input of a multiplier (6) and with a limit value stage (8) is connected, of which after a setting process at the limit value (t = O) over a timer (9) a switch (ski) can be actuated, by means of which the start of the Control amplifier (2) for a predeterminable time (t1) with the input of an integrator (7) can be connected and that the output of the integrator (7) with the second input of the multiplier (6) and its output connected to the reference junction (1) is. 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.4. Device according to claim 3, characterized in that with the The output of the control amplifier (2) responds to the change in sign of the control signal bistable switching element (10) is connected, which one between control amplifier input and integrator (7) controls switched sign inversion stage (ii).
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