DE3100126A1

DE3100126A1 - "regler fuer einen blockierbaren stellmotor"

Info

Publication number: DE3100126A1
Application number: DE19813100126
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. ETH 9555 Tobel Herzog
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1981-01-05
Publication date: 1982-07-01
Also published as: CA1184995A; JPS57113792A; DE3100126C2; FR2495795A1; JPH04288B2; FR2495795B1; US4408148A

Description

P. 5562

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur / Schweiz

Regler für einen blockierbaren Stellmotor

Die Erfindung betrifft einen Regler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1- Es sind solche Regler bekannt, die sehr hoch gezüchtet sind, indem sie beispielsweise zusätzlich sehr stark aufgeschaltete D-Glieder aufweisen, denen zufolge die Stellmotoren wegen stets vorhandener kleiner Störungen fast immer in Bewegung sind. Das kann zu vorzeitigen Abnützungserscheinungen an den Stellmechanismen führen.

merkliche Es ist Aufgabe der Erfindung, ohne"¹ Beeinträchtigung der Regelgüte die Regelarbeit zu vermindern, um dadurch die Regeleinrichtung langlebiger und betriebsicherer zu machen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst. Durch die erzielte Herab-Setzung der Regelarbeit werden die Stellmotoren weniger hoch erhitzt. Es ergibt sich daraus eine zusätzliche Schonung des Materials.

Durch die Massnahmen nach Anspruch 2 kann bei gleicher

Breite des Bandes, in dem der Regler ruht, im Falle einer Störung aus dem Ruhezustand heraus die Ansprechzeit des Reglers verkürzt und damit die nur geringe Beeinträchtigung der Regelgüte praktisch völlig vermieden werden.

Anspruch 3 bringt eine gewisse Vereinfachung der Schaltung, die vor allem das Einstellen des Reglers erleichtert.

Die Erfindung wird nun an drei in der Zeichnung.schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: Einen Regler in einfacher Ausführung.

Figur 2: Einen modifizierten Ausschnitt aus der Schaltung nach Figur 1.
Figur 3: Die Schaltung einer dritten Ausführungsform.

In Figur 1 wird von einer Regelstrecke 1 über eine Signalleitung 2 der Istwert einer Regelgrösse einem Vergleichsorgan 3 zugeführt, dem anderseits über eine Leitung 4 ein Sollwert für die Regelgrösse geliefert wird. Vom Vergleichsorgan 3 führt eine in Punkt 7 sich gabelnde Signalleitung 6 die Regelabweichung zu einem Integralglied und einem Proportional-Differential-Glied 11, die einander parallelgeschaltet sind. Die Ausgänge der beiden Regelglieder 10 und 11 werden in einem Summierorgan 12 addiert und über eine Leitung 14 einem Stellmotor 16 zugeführt, dessen Ausgang über eine Verbindung 17 die Regelstrecke beeinflusst.

Erfindungsgemäss ist nun an der Signalleitung 6 eine Zweigleitung 20 mit einem Komparator 32 angeschlossen. Dieser bildet, abhängig von der Grosse des Eingangssignals, ein digitales Ausgangssignal 0 oder 1, nämlich das Signal 1, sofern der Absolutwert der Regelabweichung einen eingestellten oberen Schwellenwert unter- und gleichzeitig einen un-

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teren Schwellenwert überschreitet. Der Ausgang des Komparators betätigt einen Umschalter 36, der zwei Eingänge 37 und 38 und einen Ausgang 39 aufweist. Der Umschalter ist mit seinem Eingang 37 und dem Ausgang 39 in die Verbindungsleitung zwischen Punkt 7 und dem Integralglied 10 eingeschaltet. Der Eingang 3R des Umschalters 36 ist an einem Subtraktionsorgan 40 angeschlossen, in dem das Signal der Leitung 14 von dem der Verbindung 17 abgezogen wird.

Der Ausgang des !Comparators 32 ist überdies über eine Leitung 50 mit einem Blockiereingang 51 des Stellmotors 16 verbunden.

Der Regler funktioniert wie folgt: Wird die Regelstrecke 1 gestört oder wird der Sollwert geändert, so führt die Signalleitung 6 eine laufend sich ändernde Regelabweichung. Bleibt sie ausserhalb des am Komparator 32 eingestellten schmalen Bandes, so ist dessen Ausgangssiqnal 0. Der Umschalter 36 befindet sich daher in der gezeichneten Position, sodass das Integralglied 10 zum PD-Glied parallel geschaltet zwischen dem Punkt 7 und dem Additionspunkt 12 liegt. Der dargestellte Regler verhält sich somit gleich wie ein konventioneller PID-Regler.

Verschwindet nun die Störung an der Regelstrecke 1 und wird auch der Sollwert in der Leitung 4 nicht verändert, so liegt die dem Komparator 32 zugeführte Regelabweichung innerhalb des durch die beiden fchwellenwerte bestimmten Bandes, sodass das Ausgangsignal des Komparators 32 den Wert 1 annimmt. Damit schaltet der Umschalter 36 in die gestrichelt gezeichnete Stellung um, wodurch der Eingang des Integralgliedes 10 von der Signalleitung 6 auf das Subtraktionsorgan 40 umgeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Stellmotor 16 festgehalten. Durch das Abschalten des Integralgliedes 10 von der Signalleitung 6 wird vermieden, dass in diesem kleine, belanglose Regelabweichungen aufsummiert

werden,was zu unnötigen Pendelungen führen würde. Durch das gleichzeitige Umschalten des Integralgliedes 10 auf das Subtraktionsorgan 40 wird das Integralglied 10 dem sich eventuell verändernden Ausgangsignal des PD-Gliedes entsprechend so nachgeführt, dass beim schliesslichen Zurückschalten des Umschalters 36 auf die Position 0 kein Stoss auftritt.

Für die ganze Dauer/ während welcher der Umschalter in Position 1 sich befindet, bleibt der Stellmotor 16 blockiert. Dadurch werden von dieser Seite her auf die Regelstrecke einwirkende rauschbedingte Störungen vermieden. Dies führt zu einer allgemeinen Beruhigung des Regelausganges, da solche rauschbedingte Störungen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit mit anderen Störungen zusammenfallend zu erheblichen Störungen führen würden.

Durch die Tolerierung der Regelabweichung innerhalb einer vorgesehenen Bandbreite werden sanit nicht nur die am Stellmotor ausgeübte Regelarbeit und die damit verbundenen Abnützungserscheinungen reduziert, sondern es wird auch für bedeutende Zeitabschnitte die Regelung beruhigt.

Durch die Blockierung des Stellmotors wird beim Einsetzen einer die eingestellte Bandbreite überschreitenden Störung die Reaktion des Reglers um ein Geringes verzögert. Diese Verzögerung ist aber, bei passender Einstellung der Schaltpunkte am Komparator 32,überraschend gering. Sollte diese Verzögerung dennoch als nachteilig empfunden werden, so kann sie durch eine Modifikation, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, erheblich vermindert werden.

Gemäss Figur 2 ist an der Signalleitung 6, parallel zur Zweigleitung 20, eine zweite Zweigleitung 22 angeschlossen, die ein D-Glied 23 und einen Komparator 33 aufweist und zusammen mit Leitung 20 zu den beiden Eingängen eines logischen Und-Gliedes 54 führt. Dieses Und-Glied gibt

dann, und nur dann, ein Ausgangssignal 1 ab, v/enn die Ausgänge beider Komparatoren 32 und 33 das Signal 1 führen. Analog zur Schaltung nach Figur 1 ist der Ausgang des Und-Gliedes 54 einerseits mit dem Betätigungseingang 34 des Umschalters 36 und anderseits mit dem Blockiereingang 51 des Stellmotors 16 verbunden.

Die erfindungsgemässe Schaltung mit der Modifikation nach Figur 2 bringt, wie schon gesagt, den Vorteil, dass bei passend gewählter Aufschaltung des D-Gliedes 23 der Regler im Falle einer scharfen Störung aus blockiertem Zustand rascher reagiert.

In der Ausführungsform nach Figur 3 sind, wie in Figur 2, zwei Zweigleitungen 20 und 22 vorgesehen, von denen die Leitung 22 ein Differentialglied 23 aufweist. Im Unterschied zu Figur 2 sind nun aber an Stelle der beiden Komparatoren 32 und 33 zwei Absolutwertbildner 24, 25 angeordnet. Die Ausgänge der beiden Absolutwertbildner werden sodann an der Stelle 30 summiert und erst das Summensignal einem Komparator 35 eingegeben, der ähnlich wie die Komparatoren 32 und 33 gebaut ist, jedoch nur positive Signale verarbeiten muss. Dementsprechend weist er nur einen einzigen Schaltpunkt auf. Der Ausgang dieses Komparators ist wiederum ein Digitalsignal vom Wert 0 oder 1, das einerseits als Betätigungssignal auf den Umschalter 36 und anderseits auf den Blockiereingang 51 des Stellmotors 16 geschaltet ist. Im übrigen ist die Schaltung gleich aufgebaut wie die der Figuren 1 und 2. Im Vergleich zu Figur 2 hat sie die Vorteile, dass sie etwas preisgünstiger hergestellt werden kann und dass sie sich schneller einstel- len lässt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Auch können an Stelle der gezeichne-

Mittel· ,

ten'beliebige äquivalente Mittel eingesetzt werden. So lassen sich statt des in der Zeichnung dargestellten Umschalters 36 auch kontaktlose Schaltmittel anwenden, etwa in Form zweier Multiplikatoren,von denen der erste eingangsseitig mit dem Subtraktionsorgan 40 und mit dem Ausgang des !Comparators 35 verbunden wäre, während die Eingänge des zweiten Multiplitators von der Regelabweichung einerseits und dem invertierten Ausgangsignal des Komparators 35 anderseits beaufschlagt würden. Die Ausgänge beider Multiplikatoren würden dann addiert auf das Integralglied 10 geführt.

Der erfindungsgemasse Regler lässt sich weiter verbessern.

So können etwa im Beispiel nach Figur 3 zusätzliche Mittel vorgesehen werden, durch die, abhängig vom Verhältnis des. Vorzeichens der Regelabweichung zu dem des Differentials der Regelabweichung, der Schaltpunkt des Kornparators 5 verstellt wird, in dem Sinne, dass, wenn die beiden Vorzeichen ungleich sind, der Schaltpunkt in Richtung höheren Absolutwertes verschoben wird.

Ueberdies kann der Umschalter 36 auch zusätzlich durch eine höhere als die erste Ableitung der Regelabweichung oder durch eine dritte, etwa der Regelstrecke entnommene Grosse beeinflusst werden.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Regler sehr hochgezüchtet ist, etwa unter Anwendung eines Beobachters.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. /Regler mit einem Sollwert/Istwert-Vergleichsorgan, des- ^ ' sen Ausgang in Parallelschaltung über ein Integralglied

und ein Proportionalglied sowie über ein Summierorgan mit dem Eingang eines blockierbaren Stellmotors verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Vergleichsorgans (3) über eine Zweigleitung (20) auf einen Komparator (32, 35) geschaltet ist, dessen Ausgang einerseits mit einem Blockiereingang (51) des Stellmotors (16) und anderseits mit einem Betätigungseingang (34) eines Umschalters (36) verbunden ist, dass die beiden Signaleingänge (37, 38) des Umschalters (36) mit den Ausgängen einerseits des Vergleichsorgans (3) und anderseits eines am Ein- und am Ausgang des Stellmotors (16) angeschlossenen Subtraktionsorgans (40) verbunden ist, derart, dass, wenn der Absolutwert der Regelabweichung genügend klein ist, der Stellmotor blockiert ist und der in der Umschaltposition [l] befindliche Umschalter (36) dem Integralglied (10) das Signal des Subtraktionsorgans (40) zuführt, während andernfalls der Stellmotor

(16) nicht blockiert ist und der Umschalter in der Normalposition [θ] steht, wodurch er dem Integralglied (10) das Signal des Vergleichsorgans (3) zuführt.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

vom Ausgang des Vergleichsorgans (3) parallel zur Zweigleitung (20) eine zweite Zweigleitung (22) mit einem Differentialglied (23) angeordnet ist, dessen Ausgang über einen Komparator (33, 35) derart auf den Umschalter (36) geführt ist, dass die Absolutwerte sowohl des im Differentialglied gebildeten Differentialsignals wie auch der Regelabweichung einen eingestellten Grenzwert unterschreiten müssen, damit der Umschalter (36) von der Normalposition [θ] in die Umschaltposition [l] schaltet.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen die Ausgänge der beiden Absolutwertbildner (24, 25) und den Komparator (35) eine die Summe der Absolutwerte bildende Additionsstelle (30) eingefügt ist.