DE3743892C1 - Regulator - Google Patents

Abstract

A controller comprises a secondary controller with a synchronized input control which produces a secondary guide value which is stored in a buffer and fed to the secondary controller during a subsequent cycle. Depending on its sign, the signal emitted by the secondary controller is added to, or subtracted from, a control value signal obtained and stored during previous cycles, and then emitted with modulated amplitude or pulse width.

Description

Die Erfindung betrifft einen Regler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.The invention relates to a controller according to the preamble of Claim 1 or Claim 2.

Solche Regler sind durch die DE-PS 29 03 652 bekannt. Dort erzeugt eine getaktete Einrichtung als Vorgabebesteuerung eine sekundäre Führungsgröße, indem sie die Regelabweichung zur Führungsgröße addiert.Such regulators are through DE-PS 29 03 652 known. A clocked device generates there as a reference tax, a secondary benchmark, by adding the control deviation to the reference variable.

Bei bekannten Reglern mit P/I/D-Charakteristik ist es oft sehr zeitraubend, die Parameter festzulegen. Abgesehen davon bedarf es gewisser Erfahrung, die Übergangsfunktion des Reglers zu spezifizieren. Änderungen der Regelstrecke bedingen im besten Fall eine neue Regelparameterspezifizierung. Bei stochastischen Störgrößenänderungen oder beständiger Veränderung des Übertragungsverhaltens der Regelstrecke, müssen aufwendige adaptive Regler eingesetzt werden.It is often the case with known controllers with P / I / D characteristics very time consuming to set the parameters. Apart from this certain experience is required, the transition function of the controller to be specified. Changes in the controlled system are required in the best case, a new control parameter specification. At stochastic disturbance variable changes or constant changes of the transmission behavior of the controlled system complex adaptive controllers are used.

Die Parameter des neuen Reglers sind einfacher festzulegen. Der Regler weist ein adaptives Verhalten auf und kann sowohl anstelle eines P/I/D-Reglers treten, als auch adaptive Regler herkömmlicher Konstruktionen ersetzen. Herausragende Merkmale sind eine große Stabilität und eine feste Reglerkennlinie.The parameters of the new controller are easier to define. The controller has an adaptive behavior and can both instead of a P / I / D controller, as well as adaptive controllers replace conventional constructions. Outstanding features are great stability and a fixed controller characteristic.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich den unterschiedlichsten Regelstrecken schnell anpasst und sich zugleich einfach handhaben läßt. Lösungen dieser Aufgabe sind im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 2 angegeben.The invention has for its object a controller of the beginning to create the type mentioned, which is the most diverse Control systems adapt quickly and at the same time are easy can handle. Solutions to this problem are characteristic Part of claim 1 and claim 2 specified.

Im folgenden wird der Regler anhand Fig. 1 bis Fig. 6 näher erläutert.In the following, the controller with reference to FIG 1. To Fig. Explained in more detail. 6

Fig. 1 zeigt den Regler (1) mit additiver und Fig. 2 mit subtraktiver Gewinnung einer sekundären Führungsgröße. Eine getaktete Vorgabesteuerung (2) gibt die sekundäre Führungsgröße w₂ bzw. e _w aus, die ein Sekundärregler (3) weiterverarbeitet. Ein Taktgeber (4) wirkt auf die Vorgabesteuerung (2) und wahlweise auf den Sekundärregler (3). Das Stellgrößensignal des Reglers (1) steuert das Stellglied (5) an. Die Stellgröße y wirkt auf die Regelstrecke (6) mit der Störgröße z. Als Ergebnis steht die Regelgröße x für den Regler (1) zur Verfügung, der aus der Führungsgröße w₁ mit e₁ = w₁-x die Regelabweichung e₁ gewinnt. Fig. 1 shows the controller ( 1 ) with additive and Fig. 2 with subtractive extraction of a secondary control variable. A clocked default control ( 2 ) outputs the secondary reference variable w ₂ or e _w , which a secondary controller ( 3 ) processes. A clock ( 4 ) acts on the default control ( 2 ) and optionally on the secondary controller ( 3 ). The manipulated variable signal of the controller ( 1 ) controls the actuator ( 5 ). The manipulated variable y acts on the controlled system ( 6 ) with the disturbance z . As a result, the controlled variable x is available for the controller ( 1 ), which gains the control deviation e ₁ from the reference variable w ₁ with e ₁ = w ₁- x .

Prinzipiell liegt bei Fig. 1 und Fig. 2 die gleiche Arbeitsweise des Reglers (1) vor. Die von der getakten Vorgabesteuerung (2) ermittelte sekundäre Führungsgröße wird zur Bearbeitung zu einem späteren Takt, zwischengespeichert und eine bereits bei einem vergangenem Takt zwischengespeicherte sekundäre Führungsgröße ausgegeben. Diese vergleicht der Sekundärregler (3) mit dem Regelgrößenwert bzw. der Regelabweichung zum augenblicklichen Takt. Er gewinnt daraus ein der Regelantwort entsprechend vorzeichenbehaftetes Signal und addiert bzw. subtrahiert es vorzeichenbedingt zu einem bereits aus den vergangenen Takten resultierenden Stellgrößensignal, das mit seinem neuen Wert gespeichert und an das Stellglied (5) weitergegeben wird. Die Arbeitsbreite, d. h. der Bereich vom kleinst- bis zum größtmöglichen Stellengrößensignal, ist ein Kriterium für die Anpassungsfähigkeit des Reglers (1). Seine einmalige Einstellung für die Umgebungsbedingungen wird über den Gewichtsfaktor r vorgenommen. Der Taktgeber (4) kann auch örtlich außerhalb des Reglers (1) angeordnet sein, um z. B. mehrere Regler (1) zu synchronisieren.In principle is Fig. 1 and Fig. 2, the same procedure of the controller (1) before. The secondary command variable ascertained by the clocked default control ( 2 ) is temporarily stored for processing at a later clock and a secondary command variable which has already been buffered in a past clock cycle is output. The secondary controller ( 3 ) compares this with the controlled variable value or the control deviation at the instantaneous cycle. From this, he obtains a signed signal in accordance with the control response and, depending on the sign, adds or subtracts it to a manipulated variable signal which has already resulted from the past cycles and which is stored with its new value and passed on to the actuator ( 5 ). The working width, ie the range from the smallest to the largest possible size signal, is a criterion for the adaptability of the controller ( 1 ). Its unique setting for the ambient conditions is made via the weight factor r . The clock ( 4 ) can also be arranged locally outside the controller ( 1 ), for. B. to synchronize several controllers ( 1 ).

Der Sekundärregler (3) kann getaktet oder nicht getaktet ausgeführt sein. Ist er nicht getaktet, so muß er eine Hysterese aufweisen. Ist er getaktet, so kann er als 2-Punkt- oder 3-Punkt-Schalter aufgebaut sein.The secondary controller ( 3 ) can be clocked or not clocked. If it is not clocked, it must have a hysteresis. If it is clocked, it can be constructed as a 2-point or 3-point switch.

Aus Fig. 3 geht der Verlauf der sekundären Führungsgröße hervor. Er ist identisch mit der Reglerkennlinie. Im praktischen Einsatz bestehen Abweichungen zwischen Ist- und Sollkennlinie, die für die Funktion des Reglers (1) ohne Bedeutung sind. Tatsächlich pendelt der Regelgrößenwert um die sekundären Führungsgröße, summarisch erscheinen die Regelbewegungen als stetige Kurve. Von Bedeutung für eine hohe Stabilität des Reglers (1) ist der Zeitpunkt der Verwendung der sekundären Führungsgröße. Sie wird vorzugsweise zwei Takte verzögert ausgegeben, d. h. für jeden Takt stellt die Vorgabesteuerung (2) eine sekundäre Führungsgröße zur Verfügung, die zwei Takte zuvor zwischengespeichert wurde.From Fig. 3, the course of the secondary command is apparent. It is identical to the controller characteristic. In practice, there are deviations between the actual and target characteristics, which are irrelevant for the function of the controller ( 1 ). In fact, the controlled variable value fluctuates around the secondary reference variable; in summary, the control movements appear as a continuous curve. The time at which the secondary command variable is used is important for the high stability of the controller ( 1 ). It is preferably output with a delay of two cycles, ie for each cycle the default controller ( 2 ) provides a secondary command variable that was buffered two cycles beforehand.

Fig. 3 zeigt die Annäherungszeit t _AN zur Führungsgröße w₁ für eine maximale Regelabweichung e _o ·t _AN teilt sich in drei Abschnitte: Den linearen Abschnitt t₁ von e _o bis zur 1. Grenzabweichung e _{g 1}, den nicht linearen Abschnitt t₂ von der 1. Grenzabweichung e _{g 1} bis zur 2. Grenzabweichung e _{g 2} und den linearen Abschnitt t₃ von der 2. Grenzabweichung e _{g 2} bis zum Führungsgrößenwert w₁. Verschiebt man nach Fig. 5 die Reglerkennlinie um den Betrag von e _{g 2} zum Führungsgrößenwert w₁, so läßt sich t _AN zu t _{AN 1} verkürzen, wobei t₃ entfällt und sich t₁ auf t₁₁ verlängert. Da die Reglerkennlinie dem Verlauf der sekundären Führungsgröße entspricht, ist für die Verkürzung auf t _{AN 1} nur ihre Berechnung zu ändern. Fig. 3 shows the approximation time t _AN to the command variable w ₁ for a maximum control deviation e _o · t _{AN divided} into three sections: the linear section t ₁ from e _o to the 1st limit deviation e _{g 1} , the non-linear section t ₂ from the 1st limit deviation e _{g 1} to the 2nd limit deviation e _{g 2} and the linear section t ₃ from the 2nd limit deviation e _{g 2} to the command value w ₁. It shifts to the Fig. 5, the governor characteristic by the amount of e _{g 2} to the command value w ₁, it can be T _to T _at shorten ₁ wherein t is omitted ₃ and t ₁ to t ₁₁ extended. Since the controller characteristic curve corresponds to the course of the secondary command variable, only its calculation needs to be changed for the reduction to t _{AN 1} .

Die Taktzeit T entspricht einem Abtast- bzw. Regelzyklus. Sie ist größer/gleich der Verzugszeit des Regelsystems zu wählen. Je kleiner die Taktzeit T, um so geringer ist die bleibende Regelabweichung.The cycle time T corresponds to a sampling or control cycle. It should be chosen to be greater than / equal to the delay time of the control system. The smaller the cycle time T , the smaller the remaining control deviation.

Die sekundäre Führungsgröße läßt sich nach Fig. 1 additiv gewinnen mitThe secondary reference variable can be obtained additively according to FIG

w₂ = x + e _d w ₂ = x + e _d

und beim Erreichen der Führungsgröße w₁ gilt w₂ = w₁.and when the command variable w ₁ is reached, w ₂ = w ₁.

Für die subtraktive Erzeugung in Fig. 2 mitFor the subtractive generation in Fig. 2 with

e _w = e₁ - e _d e _w = e ₁ - e _d

gilt für das Erreichen der Führungsgröße w₁ : e _w = e₁ = 0applies to reaching the command variable w ₁: e _w = e ₁ = 0

Die Distanz e _d beträgt für den Annäherungsverlauf mit dem Abschnitt t₃ und t _AN The distance e _d is for the approximation with the section t ₃ and t _AN

und ohne Abschnitt t₃ für t _{AN 1} and without section t ₃ for t _{AN 1}

mit k₁<1 und k₁=k für die Berechnung der sekundären Führungsgröße für jeden folgenden Takt und mit k₁=k/2 für die Berechnung der sekundären Führungsgröße für jeden zweiten nachfolgenden Takt. Die Werte von e _{g 1} und e _{g 2} werden immer positiv eingesetzt. Die Funktionen min (a, b, c) und max (a, b, c) liefern den kleinsten bzw. größten Wert ihrer Attribute a, b, c. Die Funktion sgn a liefert für positive a den Wert +1, für negative a den Wert -1 und 0 für a =0. with k ₁ <1 and k ₁ = k for the calculation of the secondary command variable for each subsequent cycle and with k ₁ = k / 2 for the calculation of the secondary command variable for every second subsequent cycle. The values of e _{g 1} and e _{g 2} are always used positively. The functions min (a, b, c) and max (a, b, c) return the smallest and largest values of their attributes a, b, c . The function sgn a returns +1 for positive a , -1 for negative a and 0 for a = 0.

Bezeichnet man die maximale Distanz mit (das ist e _d im Abschnitt t₁ der Kennlinie) und die minimale Distanz mit (das ist e _d im Abschnitt t₃), dann ergibtIf one designates the maximum distance with (that is e _d in section t ₁ of the characteristic curve) and the minimum distance with (that is e _d in section t ₃), then results

wobei c eine Konstante ist, die vorzugsweise 1 bis 10 annehmen kann. Es empfiehlt sich, den Betrag von k ganzzahlig zu runden.where c is a constant that can preferably take 1 to 10. It is advisable to round the amount of k in whole numbers.

Wird k zur nächstliegenden Potenz 2 ^m (m = 1, 2, 3...) auf- bzw. abgerundet, so können anstelle der Division Binärausdrücke stellenverschoben werden, was die Rechenzeit verkürzt.If k is rounded up or down to the nearest power of 2 ^m (m = 1, 2, 3 ...), binary expressions can be shifted instead of division, which shortens the computing time.

An Fig. 1 sei die Arbeitsweise des Reglers (1) mit der additiven Vorausberechnung der sekundären Führungsgröße für zwei Takte und verzögerungsarme Regelstrecken erläutert. (Alle Beispiele gelten für den Fall, daß eine Erhöhung der Stellgröße eine Erhöhung der Regelgröße nach sich zieht.)The operation of the controller (1) with the additive pre-calculation of the secondary command variable for two cycles and low-delay controlled systems is explained in FIG. 1. (All examples apply in the event that an increase in the manipulated variable leads to an increase in the controlled variable.)

Aus der Regelabweichung e₁ = w₁-x ermittelt die Vorgabesteuerung (2) die sekundäre Führungsgröße w₂ = x +e _d . Diese wird zwischengespeichert und die bereits zwischengespeicherte sekundäre Führungsgröße des 2. vorausgegangenen Taktes ausgegeben. Der Sekundärregler (3) prüft, ob e₂ = w₂-x kleiner, größer oder gleich null ist. Gilt e₂<0 (entspricht w₂<x), so subtrahiert der Sekundärregler (3) ein Signal definierter Größe von einem aus den vergangenen Takten resultierenden Stellgrößensignal, das anschließend gespeichert und mit seinem neuen Wert an das Stellglied (5) weitergegeben wird. Bei e₂<0 (entspricht w₂<x) wird das Signal definierter Größe zum resultierenden Stellengrößensignal addiert. Bei e₂=0 wird das resultierende Stellgrößensignal unverändert an das Stellglied (5) weitergegeben. Das addierte bzw. subtrahierte Signal definierter Größe wird über den Gewichtsfaktor r der Regelung eingestellt. Über ihn wird die bleibende Regelabweichung minimiert.From the control deviation e ₁ = w ₁- x, the default control ( 2 ) determines the secondary command variable w ₂ = x + e _d . This is buffered and the secondary reference variable of the second previous cycle, which has already been buffered, is output. The secondary controller ( 3 ) checks whether e ₂ = w ₂- x is smaller, larger or equal to zero. If e ₂ <0 (corresponds to w ₂ < x) , the secondary controller ( 3 ) subtracts a signal of a defined size from a manipulated variable signal resulting from the past cycles, which is then stored and passed on with its new value to the actuator ( 5 ). If e ₂ <0 (corresponds to w ₂ < x) , the signal of a defined size is added to the resulting digit signal. If e ₂ = 0, the resulting manipulated variable signal is passed on unchanged to the actuator ( 5 ). The added or subtracted signal of a defined size is set via the weight factor r of the control. The remaining control deviation is minimized via it.

Bei der subtraktiven Berechnung in Fig. 2 gilt für die sekundäre Führungsgröße e w = e₁-e _d und für den Eingang des Sekundärreglers (3) e₂=e₁-e _w . In the subtractive calculation in Fig. 2 applies to the secondary command variable e w = e ₁- e _d and for the input of the secondary controller ( 3 ) e ₂ = e ₁- e _w .

Das resultierende Stellgrößensignal kann sowohl als Pegel (Amplitudenmodulation) als auch getastet (Impulsbreitenmodulation) ausgegeben werden. Einen Sonderfall bilden getastete Regelungen mit konstanter impulsbreite. Die Modulationsart wird im Ausgabeteil des Reglers (1) festgelegt.The resulting manipulated variable signal can be output as a level (amplitude modulation) as well as keyed (pulse width modulation). Keyed controls with a constant pulse width are a special case. The type of modulation is specified in the output part of the controller ( 1 ).

Der Regler (1) gibt bei Speicherstrecken - im Gegensatz zu verzögerungsarmen Regelstrecken - nur dann das Stellgrößensignal aus, wenn der Sekundärregler (3) das resultierende Stellgrößensignal erhöhte oder wenn er im vorangegangenen Takt erhöhte und im augenblicklichen Takt e₂ = 0 gilt. Auch wenn das resultierende Stellgrößensignal nicht ausgegeben wird, wird die reglerinterne Behandlung, nämlich Erhöhung bzw. Erniedrigung, fortgesetzt. Wird kein Stellgrößensignal ausgegeben, dann liegt der Pegel bzw. die Impulsbreite auf Minimalwert, z. B. auf null.In contrast to low-delay control systems, the controller ( 1 ) only outputs the manipulated variable signal when the secondary controller ( 3 ) increases the resulting manipulated variable signal or when it increases in the previous cycle and applies e ₂ = 0 in the current cycle. Even if the resulting manipulated variable signal is not output, the controller-internal treatment, namely increase or decrease, is continued. If no manipulated variable signal is output, the level or pulse width is at a minimum value, e.g. B. to zero.

Des weiteren folgt bei amplitudenmoduliertem Stellgrößensignal jedem Takt einer Stellgrößensignalsausgabe, ein Takt der Ausgabesperrung. Da nun logische Taktzweiergruppen (Signal/ nicht Signal) entstehen und die Regelgröße erst nach dem Ende einer Taktgruppe die größte Veränderung zeigt, kann die Taktzweiergruppe zu einem Takt zusammengezogen werden, was die Regelgüte verbessert. Jeder Takt teilt sich in Wirk- und Antwortzeit im Verhältnis 1:1. Für die gesamte Taktzeit T gilt nach wie vor T <=Verzugszeit.Furthermore, in the case of amplitude-modulated manipulated variable signal, each cycle of a manipulated variable signal output follows, one cycle of the output block. Since logical cycle groups (signal / not signal) now arise and the controlled variable only shows the greatest change after the end of a cycle group, the cycle group can be contracted into a cycle, which improves the control quality. Each cycle is divided into 1: 1 effect and response time. For the entire cycle time T , T <= delay time still applies.

Das Stellengrößensignal verläuft bei den verzögerungsarmen Strecken kontinuierlich, da die periodische Absenkung auf den Mindestwert fehlt. Auch Speicherstrecken lassen sich wie verzögerungsarme Strecken betreiben, wenn bestimmte Regelstreckeneigenschaften vorliegen. Für die Beurteilung ist ein Rückgriff auf das PID-Regelmuster zweckmäßig. Eine Behandlung wie bei verzögerungsarmen Strecken ist dann möglich, wenn auf einen D-Anteil zum schnellen Ausgleich verzichtet werden kann. Der Gewichtsfaktor r ist beim Betrieb mit periodischer Stellgrößenabsenkung zu vergrößern.The position variable signal runs continuously on the low-delay routes because there is no periodic reduction to the minimum value. Storage systems can also be operated like low-delay systems if certain controlled system properties are present. It is advisable to use the PID control pattern for the assessment. Treatment as with low-delay routes is possible if there is no need for a D component for quick compensation. The weighting factor r must be increased during operation with periodic reduction in the manipulated variable.

Zusammenfassend unterschieden sich Regler für Speicherstrecken von denen für verzögerungsarme Strecken in zwei Punkten:In summary, controllers for storage sections differ of which for low-delay routes in two Points:

• 1. Die Ausgabe des Stellgrößensignals hat keinen kontinuierlichen Verlauf, sondern ist von der Absenkung auf den Mindestwert unterbrochen und1. The output of the manipulated variable signal has no continuous Course, but is from lowering to the Minimum value interrupted and
• 2. die Taktzeit T wird geteilt in Wirk- und Antwortzeit im Verhältnis 1:1, wobei die Antwortzeit ebenfalls eine Absenkung auf den Mindestwert bedingt.2. the cycle time T is divided into the effective and response time in a ratio of 1: 1, the response time also requiring a reduction to the minimum value.

Der Regler (1) kann bei Speicherstrecken genauso wie bei verzögerungsarmen Strecken betrieben werden, wenn im Vergleich zum PID-Regelmuster auf einen D-Anteil verzichtet werden kann. Würde für verzögerungsarme Strecken eine Absenkung auf das Minimum der Stellengröße vorgenommen werden, so würde diese Absenkung auch an die Regelgröße weitergegeben werden.The controller ( 1 ) can be operated for storage sections as well as for low-delay sections if there is no D component compared to the PID control pattern. If a reduction to the minimum position size were made for low-delay routes, this reduction would also be passed on to the controlled variable.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufschema am Beispiel der subtraktiven Berechnung der sekundären Führungsgröße mit impulsbreitenmoduliertem Stellgrößensignal. Ein Schleifendurchlauf entspricht der Taktzeit T. Die Vergleichsabfragen e _w <e₁ und e _w <e₁ entsprechen dem Sekundärregler (3). Die Variable Yi beinhaltet das auszugebende Stellgrößensignal und wird entweder mit dem Inhalt des resultierenden Stellgrößensignalspeichers Py geladen oder auf null gesetzt. Dann wird der resultierende Stellgrößensignalspeicher Py erhöht bzw. erniedrigt. Ma bezeichnet das zulässige maximale und Mi das zulässige minimale Stellgrößensignal. Der Block im Anschluß daran beinhaltet die Vorgabesteuerung (2) mit dem Hilfsparameter , der für eine Zwischenspeicherung sorgt. Durch die Lage der Vorgabesteuerung (2) nach dem Sekundärregler (3) ergibt sich eine weitere Zwischenspeicherung für die Gesamtverzögerung um 2 Takte. Wegen der Schleife kommt der Block der Vorgabesteuerung (2) funktionell vor dem Sekundärregler (3) zu liegen. Im untersten Block wird analog dem Variableninhalt von Yi das Stellgrößensignal für die Zeit eines Taktes ausgegeben. Eine Zählschleife zählt bis zum maximalen Zählwert hoch. Ist dieser Zählwert so groß, daß Einlese- und Vergleichszeiten unberücksichtigt bleiben können, so entspricht er der Taktzeit T. Solange die Bedingung Yi <=Zähler erfüllt ist wird Hochpegel, für den Rest der Zeit Nullpegel ausgegeben. Fig. 4 shows a flowchart of the example of the subtractive calculation of the secondary reference variable with pulse width modulated control variable signal. A loop pass corresponds to the cycle time T. The comparison queries e _w < e ₁ and e _w < e ₁ correspond to the secondary controller ( 3 ). The variable Yi contains the manipulated variable signal to be output and is either loaded with the content of the resulting manipulated variable signal memory Py or set to zero. The resulting manipulated variable signal memory Py is then increased or decreased. Ma denotes the permissible maximum manipulated variable signal and Mi the permissible minimum manipulated variable signal. The block afterwards contains the default control ( 2 ) with the auxiliary parameter, which ensures temporary storage. Due to the position of the default control ( 2 ) after the secondary controller ( 3 ), there is a further intermediate storage for the total delay by 2 cycles. Because of the loop, the block of the default control ( 2 ) comes to functionally before the secondary controller ( 3 ). In the bottom block, the manipulated variable signal for the time of one cycle is output analogous to the variable content of Yi . A counting loop counts up to the maximum counting value. If this count value is so large that read-in and comparison times can be disregarded, it corresponds to the cycle time T. As long as the condition Yi <= counter is fulfilled, high level is output, zero level for the rest of the time.

Fig. 6 veranschaulicht im w₁-Nahbereich für eine kontinuierliche Störgröße, den Übergang der Regelgröße zum Führungsgrößenwert w₁. Es soll gezeigt werden, wie sich auch ohne Teilung der Taktzeit T in Wirk- und Antwortzeit, die Antwortzeit aufgrund des Regelverfahrens selbsttätig einstellt. Die Stellengrößensignalspannung U mach den Erhöhungsschritt des Stellgrößensignals sichtbar. Fig. 6 illustrates in the w ₁ near range for a continuous disturbance, the transition of the controlled variable to the command value w ₁. It is to be shown how, even without dividing the cycle time T into effective and response times, the response time is set automatically based on the control method. The manipulated variable signal voltage U makes the step of increasing the manipulated variable signal visible.

Es ist wichtig, daß der Sekundärregler (3) das resultierende Stellgrößensignal schnell an den Bedarf anpaßt. Das ist der Fall, wenn es nicht mit konstanter, sondern mit steigender Stufung verändert wird. Vor jeder Inkrementierung erhöht sich das zu addierende Signal und vor jeder Dekrementierung das zu substrahierende Signal. Wechselt das Vorzeichen, so wird die Erhöhung rückgängig gemacht und die Signalgröße erhält wieder ihren kleinsten Wert.It is important that the secondary controller ( 3 ) quickly adjusts the resulting manipulated variable signal to the need. This is the case if it is not changed with a constant, but with increasing gradation. The signal to be added increases before each increment and the signal to be subtracted before each decrementation. If the sign changes, the increase is reversed and the signal size gets its smallest value again.

Fordert z. B. der Sekundärregler (3) aufgrund einer plötzlichen Störgrößenänderung eine Inkrementierung, so könnte bei anhaltender Forderung für 5 Takte die Stellgrößensignalausgabe lauten: 150, 151, 153, 156, 160. Wäre nun die sekundäre Führungsgröße überschritten, so würde die Dekrementierung wieder mit kleinster Stufung beginnen, nämlich 159, 157, 154 etc. Potenzfolgen sind für allgemeine Anwendungen nicht zu empfehlen, da die Stufung zu schnell zu steil wird.Asks z. B. If the secondary controller ( 3 ) increments due to a sudden change in the disturbance variable, the command value signal output for 5 cycles could be: 150, 151, 153, 156, 160 Start grading, namely 159, 157, 154 etc. Power sequences are not recommended for general applications, because the grading too quickly becomes too steep.

Da das selbsttätig angepaßte Stellgrößensignal als das Produkt einer Konstanten und einem variablen Faktor aufgefaßt werden kann und der Gewichtsfaktor r ein weiteres Glied dieser Faktorenkette darstellt, kann mit dem Gewichtsfaktor r die bleibende Regelabweichung minimiert werden. Zur Regelgüteoptimierung für einen breiteren Arbeitsbereich werden die unteren und die oberen Grenzen der möglichen Stellgrößensignalantwort, beispielsweise auf eine variable Störgröße, herangezogen.Since the automatically adjusted manipulated variable signal can be understood as the product of a constant and a variable factor and the weight factor r represents a further link in this factor chain, the permanent control deviation can be minimized with the weight factor r . The lower and the upper limits of the possible manipulated variable signal response, for example to a variable disturbance variable, are used to optimize the control quality for a wider working range.

Für Speicherstrecken, bei denen im Vergleich zum PID-Regelmuster auf einen D-Anteil verzichtet werden kann, läßt sich die bleibende Regelabweichung unter Beibehaltung der Taktzeit T vermindern. Voraussetzung ist die regeltechnische Behandlung wie bei verzögerungsarmen Regelstrecken, d. h. keine plötzliche Absenkung des Stellgrößensignals auf seinen Mindestwert. Nun wird dem Stellgrößensignal ein Signalanteil zugefügt, dessen Größe sich entweder mit Hilfe eines Regelgütekriteriums einstellt und/oder dessen Größe aus dem zum Regelgrößenwert phasenverschoben schwankenden Stellgrößensignal selbst gewonnen wird.For memory paths in which a D component can be dispensed with in comparison to the PID control pattern, the remaining control deviation can be reduced while maintaining the cycle time T. The prerequisite is the technical control treatment as with low-delay control systems, ie no sudden reduction in the manipulated variable signal to its minimum value. Now a signal component is added to the manipulated variable signal, the magnitude of which is either set using a control quality criterion and / or the magnitude of which is obtained from the manipulated variable signal itself, which varies in phase with the controlled variable value.

Das Stellgrößensignal ist infolge seiner Schwankungsbreite ebenfalls ein Gütekriterium. Im Nahbereich der Führungsgröße w₁ (z. B. bei e₁ im Bereich ±e _g2) wird die Differenz aus dem jeweils letzten Stellgrößensignal-Maximum (Yi _max ) und -Minimum (Yi _min ) gebildet. Diese Schwankungsbreite wird mit einem vorwiegend von der Taktzeit T abhängigen Faktor multipliziert. Er liegt vorzugsweise im Bereich 1 bis 3. Dieser Signalanteil mitDue to its fluctuation range, the manipulated variable signal is also a quality criterion. In the close range of the command variable w ₁ (e.g. at e ₁ in the range ± e _{g 2} ), the difference between the last manipulated variable signal maximum (Yi _max ) and minimum (Yi _min ) is formed. This fluctuation range is multiplied by a factor which is primarily dependent on the cycle time T. It is preferably in the range 1 to 3. This signal component also

Signalanteil = (Yi _max - Yi _min ) · FaktorSignal component = (Yi _max - Yi _min ) factor

ist der die Regelabweichung bedingenden Stellgröße proportional (P-Anteil). Er wird nur dann zum Stellgrößensignal addiert, wenn sich das Stellgrößensignal zur Führungsgröße w₁ hin erhöht. Er wird nur dann vom Stellgrößensignal subtrahiert, wenn sich das Stellgrößensignal zur Führungsgröße w₁ hin erniedrigt.is proportional to the manipulated variable resulting from the control deviation (P component). It is only added to the manipulated variable signal if the manipulated variable signal increases to the command variable w ₁. It is only subtracted from the manipulated variable signal when the manipulated variable signal decreases to the reference variable w ₁.

Die Wirkung dieser Kompensation wird verstärkt, wenn zum P-Anteil noch ein I-Anteil hinzukommt. Dazu wird das resultierende Stellgrößensignal innerhalb des gleichen Nahbereichs konstant, vorzugsweise mit der kleinsten Stufung verändert oder bei langsamen Strecken mit einem Bruchteil davon. Das kann z. B. ⅛ der kleinsten regulären Veränderung des resultierenden Stellgrößensignals sein. Wäre die übliche Erhöhung 150, 151, 153, 156, dann ergäbe das jetzt bei ganzzahliger Darstellung 1200, 1208, 1224, 1248 und im w₁-Nahbereich 1200, 1201, 1202, 1203 (bei ¹/₁ Stufen: 150, 151, 152, 153).The effect of this compensation is increased if an I component is added to the P component. For this purpose, the resulting manipulated variable signal is changed within the same close range, preferably with the smallest gradation, or with a fraction of it in the case of slow routes. That can e.g. B. ⅛ the smallest regular change in the resulting manipulated variable signal. If the usual increase were 150, 151, 153, 156, then this would result in an integer representation of 1200, 1208, 1224, 1248 and in the near w ₁ range 1200, 1201, 1202, 1203 (with ½ steps: 150, 151, 152, 153).

Der Vorteil der Gewinnung eines P-Anteils aus dem Stellgrößensignal liegt darin, daß die Phasenverschiebung der Stellgröße zur Regelgröße unberücksichtigt bleiben kann und sich der Wert des P-Anteils aus der Schwankungsbreite des Stellgrößensignals selbst ergibt. The advantage of obtaining a P component from the manipulated variable signal is that the phase shift of the manipulated variable can be disregarded for the controlled variable and the value of the P component from the fluctuation range of the manipulated variable signal itself results.

Bleibt der Regler (1) innerhalb weniger Takte auf der Spur der sekundären Führungsgröße, so befindet er sich im eingeregelten Zustand. Die kleinste bleibende Regelabweichung des Sekundärreglers (3) ist dann Δ e _{g 2} und die größte Δ e _{g 1} :If the controller ( 1 ) remains on the track of the secondary command variable within a few cycles, it is in the adjusted state. The smallest remaining control deviation of the secondary controller ( 3 ) is then Δ e _{g 2} and the largest Δ e _{g 1} :

Δ e _{g 2} = + Δ _S mit <= Δ _N Δ e _{g 2} = + Δ _S with <= Δ _N

undand

Δ e _{g 1} = + Δ _S Δ e _{g 1} = + Δ _S

Die statischen Distanzen und sind die rechnerischen Vorgabewerte und Δ _S ist der in der Entwurfsphase unbekannte dynamische Anteil. Er ist abhängig von der Taktzeit T und von der Veränderung der Störgröße z. Δ _N bezeichnet bei digitaler Technik den kleinsten darstellbaren Betrag bzw. die Auflösung des Regelsystems.The static distances and are the computed default values and Δ _S is the dynamic part unknown in the design phase. It depends on the cycle time T and the change in the disturbance z . In digital technology, Δ _N denotes the smallest representable amount or the resolution of the control system.

Der dynamsiche Anteil Δ _S summiert sich nicht auf, da bei unveränderter Übertragungsfunktion der Regelstrecke für jeden Takt die sekundäre Führungsgröße, unter Beibehaltung der variablen Differenz Δ _S , erreicht wird. Eine veränderte Regelstrecke bedingt ein verändertes Δ _S . Ist die kleinste Stufung zur Stellgrößensignalanpassung gering, so ist auch Δ _S gering. Erfahrungsgemäß kann bei digitaler Technik das numerische Maximum des Stellgrößensignals zwischen 100 und 10 000 liegen. Seine Bestimmung ist einfach, wenn man immer vom Höchstwert ausgeht und nur über den Gewichtsfaktor r die Reglereinstellung vornimmt.The dynamic component Δ _S does not add up, since with an unchanged transfer function of the controlled system the secondary reference variable is achieved for each cycle, while maintaining the variable difference Δ _S. A changed controlled system requires a changed Δ _S. If the smallest step for adjusting the manipulated variable signal is small, then Δ _S is also small. Experience has shown that in digital technology the numerical maximum of the manipulated variable signal can be between 100 and 10,000. It is easy to determine if you always start from the maximum value and only make the controller setting using the weight factor r .

Für die beiden Grenzabweichungen e _{g 2} und e _{g 1} gilt allgemeinThe following generally applies to the two limit deviations e _{g 2} and e _{g 1}

e _{g 2} = · k + Δ _S
e _{g 2} = · k + Δ _S e _{g 2} = · k + Δ _S
e _{g 2} = · k + Δ _S

Bei digitaler Technik kann man für die geringste bleibende Regelabweichung für = Δ _N setzen.With digital technology, the smallest remaining control deviation can be set for = Δ _N.

Beim herkömmlichen Reglerentwurf muß zu einer Vielzahl von möglichen Regelstrecken, der Regler mit der geeigneten Übergangsfunktion gefunden werden. Beim Regler (1) gilt es, für nur zwei grundsätzliche Regelstreckentypen die Taktzeit T möglichst nahe an die Verzugszeit zu bringen. Bei Speicherstrecken ohne Stellgrößensignalsignalabsenkung ist es möglich, die Regelgüte bei gegebener Taktzeit T zu verbessern.With conventional controller design, the controller with the appropriate transition function must be found for a large number of possible controlled systems. With controller ( 1 ), it is important to bring the cycle time T as close as possible to the delay time for only two basic controlled system types. In the case of memory paths without a manipulated variable signal signal reduction, it is possible to improve the control quality for a given cycle time T.

Bleibt die sekundäre Führungsgröße im Streubereich von Δ _S , d. h. der Differenz von Δ _S eines Taktes und Δ _S des darauffolgenden Taktes, dann bewegt sich die Regelgröße x nicht zur Führungsgröße w₁ weiter. In diesem Falle sind und/oder so zu wählen, daß sich der Betrag von k verkleinert. Der Betrag von k liegt erfahrungsgemäß zwischen 4 und 256.If the secondary command variable remains in the range of Δ _S , ie the difference between Δ _{S of} one cycle and Δ _{S of} the subsequent cycle, then the controlled variable x does not move on to the command variable w ₁. In this case, and / or should be chosen so that the amount of k decreases. Experience has shown that the amount of k is between 4 and 256.

Die Verkürzung der Distanz e _d am Beginn des nicht linearen Kennlinienabschnitts t₂ beträgt c · . Je größer c ist, um so mehr verkürzt sich der Abschnit t₂.The shortening of the distance e _d at the beginning of the non-linear characteristic section t ₂ is c ·. The larger c is, the more the section t 2 shortens.

Wird beim Anlauf des Reglers (1) kein Wert für das resultierende Stellgrößensignal vorgegeben, so vergeht eine gewisse Zeit, bis sich nach einem Abfall der Regelgröße x die Reglerkennlinie einstellt. Ist der eingeregelte Zustand erreicht, dann ist der Motor der Stellgrößenanpassung nur mehr die Differenz der Differenzen der Regelabweichung e₁.If no value is specified for the resulting manipulated variable signal when the controller ( 1 ) starts up, it takes a certain amount of time until the controller characteristic curve is established after the controlled variable x has dropped. If the adjusted state is reached, the motor of the manipulated variable adjustment is only the difference between the differences in the control deviation e ₁.

Soweit bei Störgrößenänderungen die geforderte Stellgröße verfügbar ist, paßt sich der Regler (1) an. Wird eine Stellgröße über die Grenzen hinaus gefordert, so verändert sich die Distanz e _d und damit die Reglerkennlinie entsprechend. Sie wird flacher, wenn ein gefordertes hohes Stellgrößensignal nicht zur Verfügung steht und steiler, wenn ein gefordertes kleines Stellgrößensignal nicht geliefert werden kann.If the required manipulated variable is available for changes in the disturbance variable, the controller ( 1 ) adapts. If a manipulated variable is required beyond the limits, the distance e _d and thus the controller characteristic curve change accordingly. It becomes flatter when a required high manipulated variable signal is not available and steeper when a required small manipulated variable signal cannot be delivered.

Dem nicht linearen Abschnitt t₂ liegt die BeziehungThe non-linear section t ₂ is the relationship

zugrunde. Dabei drückt n die Anzahl der Takte aus. Die Vorausberechnung der sekundären Führungsgröße für einen Takt mit n =1 ergibt subtraktiv für den Abschnitt t₂underlying. N expresses the number of bars. The precalculation of the secondary command variable for a cycle with n = 1 gives subtractive for the section t ₂

und für 2 Takte mit n =2and for 2 bars with n = 2

1/k² ist 2k-mal in 2/k enthalten und vernachlässigbar. Es kann dann geschrieben werden 1 / k ² is contained 2 k times in 2 / k and is negligible. It can then be written

Für den Abschnitt t₁ ist e₁/k₁ begrenzt, indem für e₁ der Wert von e _{g 1} mit dem Vorzeichen von e₁ und für einen vorhandenen Abschnitt t₃ der vorzeichenrichtige Wert von e _{g 2} eingesetzt wird. In kurzer Schreibweise ist das mit den Funktionen "min" und "max" zu erreichen.For the section t ₁ ₁ is e / k ₁ limited by e ₁ for the value of e _{g 1} of the sign of e ₁ and for an existing section t ₃ with the correct sign value of e _{g 2} is used. This can be achieved in short notation with the functions "min" and "max".

Die Annäherungszeit t _{AN 1} beträgt unter Belassung gebrochener Takte und für gleiche Größeneinheiten mit k <1 und <= The approximation time t _{AN 1} is left with broken cycles and for the same size units with k <1 and <=

t _{AN 1} = T · n t ₁ = T * n

• 1. für den Fall Regelabweichung e₁ <= e _{g 1 -e g 2 2. für den Fall e₁ <= e g 2 -e g 2} 1. for the case of control deviation e ₁ <= e _{g 1 - e g 2 2. for the case e ₁ <= e g 2 - e g 2}

Bei den Parametern e _{g 1} und e _{g 2} wird Δ _S in der Entwurfsphase nicht berücksichtigt.For parameters e _{g 1} and e _{g 2} , Δ _{S is} not taken into account in the design phase.

Ist eine maximal zulässige Regelabweichung e _o gegeben, dann läßt sich k mit gegebenen =Δ _N und =k ·c · (z. B. mit c =3) über die Minimierung von n iterativ mit ganzzähligem k nach Formel (I) oder (II) ermitteln. Formel (I) gilt für e _o <= e _{g 1}-e _{g 2} und Formel (II) für e _o <= e _{g 1}-e _{g 2} . Aus k läßt sich die optimale größte Distanz zum schnellsten Abbau von e _o zurückgewinnen.Is a maximum allowable control deviation e _o given, then (eg. With c = 3) can be k with given = Δ _N and = k · c · on the minimization of n iteratively with ganzzähligem k according to formula (I) or ( II) determine. Formula (I) applies to e _o <= e _{g 1} - e _{g 2} and formula (II) applies to e _o <= e _{g 1} - e _{g 2} . The optimal greatest distance for the fastest degradation of e _{o can be} recovered from k .

Neigt die Regelung beim errechneten, zeitlich optimalem k zu einer gedämpften Schwingung, dann kann die Steigung der Reglerkennlinie durch Vergrößerung von k abgeflacht werden.If the control tends to dampened oscillation when the calculated time k is optimal, the slope of the controller characteristic curve can be flattened by increasing k .

Mit dem Regler (1) lassen sich schnelle adaptive Regelungen realisieren. Dabei ist zu beachten, daß eine für den Regler (1) spezifizierte Speicherstrecke dann vorliegt, wenn die periodische Absenkung des Stellgrößensignals auf seinen Mindestwert nicht ebenfalls die Regelgröße x stark absenkt. In diesem Sinne können z. B. Regelstrecken mit Induktivitäten zu Speicherstrecken mit sehr kurzen Taktzeiten zählen.With the controller ( 1 ), fast adaptive controls can be implemented. It should be noted that there is a storage path specified for the controller ( 1 ) if the periodic lowering of the manipulated variable signal to its minimum value does not also significantly reduce the controlled variable x . In this sense, e.g. B. Include controlled systems with inductors for storage systems with very short cycle times.

Claims (5)

1. Regler, bestehend aus einer getakteten Vorgabesteuerung (2), die eine sekundäre Führungsgröße erzeugt, und einem getakteten Sekundärregler (3), dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die zu jedem Takt erzeugte sekundäre Führungsgröße (w₂) zwischengespeichert und zu einem nachfolgenden Takt ausgegeben wird,
• b) daß die Differenz aus der sekundären Führungsgröße (w₂) und der Regelgröße (x) als sekundäre Regelabweichung (e₂) dem getakteten Sekundärregler (3) zugeführt wird,
• c) daß sich die sekundäre Führungsgröße (w₂) additiv aus der Regelgröße (x) und der Distanz e _d zusammensetzt, mit der e₁= Regelabweichung e _g1= 1. Grenzabweichung als positiver Wert e _g2= 2. Grenzabweichung als positiver Wert k₁= von der kleinsten und größten Distanz e _d abhängige positive Konstante größer 1
• d) daß der getaktete Sekundärregler (3) das Stellsignal additiv aus dem vorhergehenden, zwischengespeicherten Stellsignal und einem Betrag erzeugt, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der sekundären Regelabweichung (e₂) entspricht und der Betrag bei gleichbleibendem Vorzeichen taktweise mit steigender Stufung erhöht wird und daß bei einem Vorzeichenwechsel der sekundären Regelabweichung (e₂), die Stufung auf ihren niedrigsten Ausgangswert zurückgesetzt wird und für den Fall, daß die sekundäre Regelabweichung (e₂) null ist, der Betrag null wird, wobei der Sprung auf null ein Vorzeichenwechsel ist.

1. controller, consisting of a clocked preset control ( 2 ), which generates a secondary reference variable, and a clocked secondary controller ( 3 ), characterized in that

• a) that the secondary command variable (w ₂) generated for each cycle is temporarily stored and output at a subsequent cycle,
• b) that the difference between the secondary command variable (w ₂) and the controlled variable (x ) is fed to the clocked secondary controller ( 3 ) as a secondary control deviation (e ₂),
• c) that the secondary command variable (w ₂) is additively composed of the controlled variable (x) and the distance e _d with which e ₁ = control deviation e _{g 1} = 1st limit deviation as positive value e _{g 2} = 2nd limit deviation as positive value k ₁ = positive constant greater than 1 dependent on the smallest and largest distance e _d
• d) that the clocked secondary controller ( 3 ) generates the control signal additively from the preceding, temporarily stored control signal and an amount whose sign corresponds to the sign of the secondary control deviation (e ₂) and the amount is increased with the same sign in cycles with increasing gradation and that at a change in the sign of the secondary control deviation (e ₂), the gradation is reset to its lowest starting value and in the event that the secondary control deviation (e ₂) is zero, the amount becomes zero, the jump to zero being a sign change.

2. Regler, bestehend aus einer getakteten Vorgabesteuerung (2), die eine sekundäre Führungsgröße erzeugt, und einem getakteten Sekundärregler (3), dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die zu jedem Takt erzeugte sekundäre Führungsgröße (e _w ) zwischengespeichert und zu einem nachfolgenden Takt ausgegeben wird,
• b) daß die Differenz aus der Regelabweichung (e₁) und der sekundären Führungsgröße (e _w ) als sekundäre Regelabweichung (e₂) dem getakteten Sekundärregler (3) zugeführt wird,
• c) daß sich die sekundäre Führungsgröße (e _w ) substraktiv aus der Regelabweichung (e₁) und der Distanz e _d zusammensetzt, mit der e₁= Regelabweichung e _g1= 1. Grenzabweichung als positiver Wert e _g2= 2. Grenzabweichung als positiver Wert k₁= von der kleinsten und größten Distanz e _d abhängige positive Konstante größer 1
• d) daß der getaktete Sekundärregler (3) das Stellsignal additiv aus dem vorhergehenden, zwischengespeicherten Stellsignal und einem Betrag erzeugt, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der sekundären Regelabweichung (e₂) entspricht und der Betrag bei gleichbleibendem Vorzeichen taktweise mit steigender Stufung erhöht wird und daß bei einem Vorzeichenwechsel der sekundären Regelabweichung (e₂), die Stufung auf ihren niedrigsten Ausgangswert zurückgesetzt wird und für den Fall, daß die sekundäre Regelabweichung (e₂) null ist, der Betrag null wird, wobei der Sprung auf null ein Vorzeichenwechsel ist.

2. Controller, consisting of a clocked preset control (2), which generates a secondary reference variable, and a clocked secondary controller ( 3 ), characterized in that

• a) that the secondary command variable (e _w ) generated for each cycle is temporarily stored and output at a subsequent cycle,
• b) that the difference from the control deviation (e ₁) and the secondary reference variable (e _w) as a secondary control deviation (e ₂) clocked secondary controller (3 is supplied),
• c) that the secondary reference variable (e _w ) is subtractively composed of the system deviation (e ₁) and the distance e _d with which e ₁ = control deviation e _{g 1} = 1st limit deviation as positive value e _{g 2} = 2nd limit deviation as positive value k ₁ = positive constant greater than 1 dependent on the smallest and largest distance e _d
• d) that the clocked secondary controller ( 3 ) generates the control signal additively from the preceding, temporarily stored control signal and an amount whose sign corresponds to the sign of the secondary control deviation (e ₂) and the amount is increased with the same sign in cycles with increasing gradation and that at a change in the sign of the secondary control deviation (e ₂), the gradation is reset to its lowest starting value and in the event that the secondary control deviation (e ₂) is zero, the amount becomes zero, the jump to zero being a sign change.

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der getaktete Sekundärregler (3) ein 2-Punkt-Regler ist.3. Controller according to claim 1 or 2, characterized in that the clocked secondary controller ( 3 ) is a 2-point controller. 4. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der getaktete Sekundärregler (3) ein 3-Punkt-Regler ist.4. Controller according to claim 1 or 2, characterized in that the clocked secondary controller ( 3 ) is a 3-point controller. 5. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Führungsgröße 2 Takte zeitversetzt ausgegeben wird.5. Regulator according to claim 1 or 2, characterized in that the secondary command variable is output 2 bars later becomes.