DE3931133A1

DE3931133A1 - Regelverfahren und -einrichtung

Info

Publication number: DE3931133A1
Application number: DE3931133A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Schneider
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1991-04-04
Also published as: EP0418832B1; US5184292A; EP0418832A3; DE3931133C2; EP0418832A2; DE69028264T2; JPH03207267A; DE69028264D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren und eine Regelein richtung, wobei aus einer Regelabweichung eines von einer Regelstrecke erhaltenen Regelsignals von einem vorgegebenen Führungssignal ein Stellsignal erzeugt wird, durch das eine zu regelnde Größe beeinflußt wird.

Auf dem Gebiet der Regelungstechnik ist es bekannt, das Stell signal auf verschiedene Weise in Abhängigkeit von der Regel abweichung zu erzeugen, nämlich proportional abhängig von der Regelabweichung (P-Regler), abhängig von der zeitlichen Ände rung der Regelabweichung (Regler mit differenzierend wirken dem Einfluß) und abhängig von dem zeitlichen Integral der Regelabweichung (I-Regler). Die auf diese Weise gewonnenen Signale werden dem Stellsignal überlagert und der Regel strecke zugeführt. Üblicherweise werden derartige Regler mit linearen Schaltungen ausgeführt, so daß sich nur einfach differenzierende Regler (z. B. PD- oder PID-Regler) realisie ren lassen. Mit diesem können lediglich Strecken mit Ver zögerungen zweiter Ordnung optimal schnell geregelt werden, was für anspruchsvolle Regelaufgaben oft nicht ausreicht.

Auch sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, mit denen digitale, diskrete Regelalgorithmen durchgeführt werden kön nen, welche zumindest für kleinere Signale auch Verzögerungen höherer Ordnung kompensieren können, diese lassen sich je doch insbesondere wegen Geschwindigkeits- und Synchronisa tionsproblemen für sehr schnelle Steuerungen nicht anwenden.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Anwendung von digitalen, diskreten Regelungen besteht darin, daß sich diese bei perio disch arbeitenden Einrichtungen, deren Periode durch die Regelung ständig verändert wird, wie beispielsweise bei netz geführten Stromrichtern und pulsbreitenmodulierten Stromstel lern (Chopper) mit ständig variierenden Zündintervallen nicht verwendet werden können, da die bekannten diskreten Regel algorithmen eine äquidistante Taktfolge voraussetzen, weshalb sich sehr nachteilige Schwebungen und Überlagerungen ergeben.

Die Steuerung von periodisch arbeitenden Einrichtungen, wie die genannten netzgeführten Stromrichter und pulsbreitenmodu lierten Stromsteller, erfolgt üblicherweise dadurch, daß ein periodisches, in jeder Periode einen positiven Signalübergang und einen negativ Signalübergang aufweisendes Grundsignal ge steuert wird, indem einer der Übergänge in Ansprache auf das Stellsignal zeitlich verschoben wird. Dadurch ergibt sich die Schwierigkeit, daß bei einer Steuerung derart, daß der posi tive Signalübergang zeitlich vorverlegt wird, der Schwerpunkt des gesteuerten Signals gegenüber dem Grundsignal zeitlich vorgezogen wird, wohingegen bei einer Steuerung derart, daß der positive Übergang des gesteuerten Signals verzögert wird, der Schwerpunkt des gesteuerten Signals gegenüber dem Grund signal zeitlich nachverlegt wird. Diese Eigenschaft stand bisher einer diskreten, zeitoptimierten Regelung, bei der zu Beginn des Regelungsvorgangs Stellsignale erzeugt werden, die einer größeren zeitlichen Änderung der Regelabweichung als der tatsächlichen entsprechen, während zum Ende des Regelvor gangs Stellsignale erzeugt werden, die einer kleineren zeit lichen Änderung der Regelabweichung als der tatsächlichen entsprechen, entgegen, da bei einer solchen Regelung positive Signalübergänge gegenüber negativen Signalübergängen überbe wertet werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung einer Größe anzugeben, welche eine diskrete Regelung bei hoher Verarbeitungsgeschwindig keit und großer Genauigkeit erlauben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Regelverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Grundgedanke des Regelverfahrens gemäß diesem ersten Aspekt der Erfindung besteht darin, daß zur Erzeugung eines Stellsignals aus einer Regelabweichung, wobei das Stellsignal einen von der zeitlichen Änderung der Regelabweichung ab hängigen Differentialanteil und einen von der Größe der Regelabweichung abhängigen Proportionalanteil enthält, die Werte dieser Anteile diskret bestimmt werden, die Signalver arbeitung selbst jedoch analog erfolgt, wodurch zum einen eine optimale Regelung von Strecken mit Verzögerungen bis zur dritten Ordnung möglich ist, wie dies sonst nur bei durch gängig diskret arbeitenden Regelalgorithmen mit äquidistan ten Taktfolgen der Fall ist, zum anderen jedoch auch eine sehr hohe Auflösung und eine sehr hohe Geschwindigkeit, näm lich typischerweise eine Regelung innerhalb 20 µs, erreicht werden können, wie es sonst nur bei durchgängig analoger Signalverarbeitung möglich ist.

Im einzelnen werden zur Durchführung des Verfahrens durch einen Taktgeber aufeinanderfolgende Zeitintervalle mit einer Taktzeit definiert, wobei die Taktzeit zur Anpassung an die augenblickliche Periode der zu steuernden Größe variabel ist. Für die Zeitintervalle wird ein Differentialsignal, das der zeitlichen Änderung der Regelabweichung in den Zeitinterval len entspricht, und ein Proportionalsignal, das der Größe der Regelabweichung in den Zeitintervallen entspricht, erzeugt, und gegebenenfalls zusammen mit weiteren Regelsignalen zur Bildung des Stellsignals verwendet. Wenn das Stellsignal den Stellbereich überschreiten würde, wird dieses so begrenzt, daß der Stellbereich eingehalten wird. Die den Stellbereich überschreitenden Teile des Stellsignals eines Zeitintervalls werden den Impulsen für das folgende Zeitintervall hinzuge fügt, so daß auch bei großen bzw. schnellen Regelabweichungen nichts von dem Stellsignal verlorengeht, wie es bei den übli chen analogen Regelungen der Fall ist, sondern vielmehr jeder Regelvorgang unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehen den Stellbereichs vollständig und der kürzest möglichen Zeit ausgeführt wird.

Vorzugsweise wird dabei das Proportionalsignal so begrenzt, daß sie einer solchen (fiktiven) Regelabweichung entsprechen, die das bisher erzeugte Differentiallignal zum Resultat hätte.

Weiterhin wird vorzugsweise das Differentialsignal aus dem Mittelwert der Regelabweichung in jedem Zeitintervall gebil det, indem die Mittelwerte für jedes Zeitintervall mit den Mittelwerten für die vorhergehenden Zeitintervalle verglichen werden. Die sich ergebende Abweichung wird dabei mit einem Faktor versehen, der vom gegenseitigen Verhältnis einer Vor haltezeit und der Taktzeit abhängig ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung wird aus dem Differentialsignal ein Signal zur zeitli chen Optimierung des Regelvorgangs abgeleitet, das in einer ersten, beschleunigenden Phase einer größeren zeitlichen Änderung der Regelabweichung entspricht als sie sich durch den tatsächlichen Verlauf der Regelabweichung ergeben würde, während in einer folgenden, verzögernden Phase das Differen tialsignal einer kleineren zeitlichen Änderung der Regelab weichung entspricht als es sich aus dem tatsächlichen Ver lauf der Regelabweichung ergeben würde, so daß sich eine wei tere zeitliche Optimierung in Richtung auf eine schnellst mögliche Abarbeitung des Regelvorgangs ergibt. Die Bildung dieses Zeitoptimierungssignals wird dabei vorteilhafterweise so erfolgen, daß dessen Wirkungsfläche stets gleich bleibt, so daß der Regelvorgang in kürzerer Zeit und trotzdem ohne Überschwinger beendet wird.

Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Regelverfahrens be steht darin, daß durch die Ableitung der Signale aus dem Mittelwert der Regelabweichung in jedem Zeitintervall das Signal in der kürzest möglichen Zeit in richtiger Höhe be wertet wird, wohingegen es bei den üblichen diskreten, über digitale Regeleinrichtungen abgewickelten Regelalgorithmen notwendig ist, das Eingangssignal über mehrere Abtastpunkte hinweg zu glätten, wie es dem Nyquist/Shannon-Theorem ent spricht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei dem Regel verfahren das Stellsignal, welches einen diskreten Impuls ge gebener Länge und Höhe darstellt, in ein erstes und ein zwei tes Teilsignal unterteilt, das zweite Teilsignal um minde stens eine Taktzeit verzögert und dann mit dem ersten Teil signal des entsprechenden folgenden Zeitintervalls wieder zusammengefaßt, so daß ein Stellsignalimpuls gebildet wird, dessen zeitliche Lage gegenüber der zeitlichen Lage des ur sprünglichen Stellsignalimpulses korrigiert ist. Dadurch kann erreicht werden, daß die Impulse unabhängig von ihrer Breite und/oder Höhe stets gegenüber einem gleichen vorgegebenen Zeitpunkt der Periode des Grundsignals zeitlich zentriert sind. Dadurch wird erreicht, daß positive und negative Signal übergänge gleich bewertet werden.

Zur Regelung durch Veränderung eines periodisch vorliegenden Grundsignals, das in jeder Periode einen positiven Signalüber gang und einen negativen Signalübergang aufweist, wird dabei bei Vorliegen eines Stellsignals, das den Übergang des ge steuerten Signals zeitlich vorverlegt, das zweite Teilsignal um eine oder mehrere Perioden verzögert, während bei Vorlie gen eines den Übergang des gesteuerten Signals verzögernden Stellsignals das zweite Teilsignal verzögert und zusätzlich invertiert wird.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Regeleinrichtung, die ein der zeitlichen Änderung der Regelabweichung entsprechendes Differentialsignal und ein der Größe der Regelabweichung ent sprechendes Proportionalsignal erzeugt. Ein Taktgeber ist vor gesehen, der die aufeinanderfolgenden Zeitintervalle definie rende Taktimpulse erzeugt und mit dem Steller synchronisiert. In einer Differenziereinrichtung werden ein der zeitlichen Änderung der Regelabweichung in jedem der Zeitintervalle ent sprechende Differentialsignale und ein der Größe der Regelab weichung entsprechende Proportionalsignale erzeugt und in einer Begrenzungseinrichtung so begrenzt, daß das Stellsignal den Stellbereich nicht überschreitet. Weiter ist eine Einrich tung vorgesehen, in welcher die Teile der Signale, welche eine Überschreitung des Stellbereichs durch das Stellsignal be dingen würden, zu den in entsprechender Weise erzeugten Impulse der folgenden Zeitintervalle addiert werden.

Vorzugsweise ist eine Einrichtung vorgesehen bzw. die Diffe renziereinrichtung, die Begrenzungseinrichtung und die Ein richtung, welche die den Stellbereich überschreitenden Teile des Signals dem Signal des folgenden Zeitintervalls hinzu fügt, so ausgelegt, daß das jedem Zeitintervall zugeordnete Proportionalsignal einer solchen Regelabweichung entspricht, wie sie sich aus dem bisher erzeugten Differentialsignal ergeben würde.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einer Regel einrichtung, die aus einer Regelabweichung ein Stellsignal in Form von diskreten Impulsen erzeugt, eine Korrektureinrich tung vorgesehen, die das aus der Regelabweichung erzeugte Stellsignal aufnimmt und eine Verzögerungseinrichtung ent hält, durch die ein Teil des Eingangssignals verzögert und mit einem unverzögerten Teil des Signals eines folgenden Impulses kombiniert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Regeleinrichtung einen ersten Regler, welcher nur soviel von der Regelabweichung abarbeitet, daß das aus der Regelab weichung abgeleitete Stellsignal für jedes Zeitintervall auf den Stellbereich begrenzt ist. Die den Stellbereich über schreitenden Teile des Stellsignals werden zu dem Signal der folgenden Zeitintervalle hinzugefügt.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Regeleinrichtung mit einem PDis-Regler, einem DB-Reg ler, einem I-Regler und einer Korrekturschaltung zur Durchführung des Regelverfahrens nach der vorliegen den Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines Teils der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung nach Fig. 1, das den PDis-Regler, den DB-Regler und den I-Regler in ihren Einzelheiten zeigt;

Fig. 3a ein Schaltbild, in welchem eine zweite Ausführungs form des DB-Reglers der erfindungsgemäßen Regelein richtung dargestellt ist;

Fig. 3b ein Schaltbild, in welchem eine Ausführungsform der Korrekturschaltung der erfindungsgemäßen Regelein richtung dargestellt ist;

Fig. 4a bis 4e Darstellungen von Schwingungen, die zum Ver ständnis der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung nützlich sind;

Fig. 5a bis 5d Darstellungen von Schwingungen, die zum Ver ständnis der Funktion des PDis-Reglers und des DB- Reglers der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung nützlich sind;

Fig. 6 bis 9 Darstellungen von Schwingungen, die zum Ver ständnis der Korrekturschaltung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung nützlich sind, und

Fig. 10 ein Schaltbild einer funktionserzeugenden Einrich tung für das in Fig. 3b gezeigte Ausführungsbeispiel der Korrekturschaltung.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung in einem gestrichelt dar gestellten Kasten gezeigt. Der Regeleinrichtung wird an einem Eingang X_d eine Regelabweichung eines von einer Regelstrecke erhaltenen Regelsignals von einem vorgegebenen Führungssignal zugeführt. Ein erster Regler 100 hat einen ersten Ausgang D, an dem ein von der zeitlichen Änderung der Regelabweichung X_d abhängiges Differentialsignal erscheint, und einen zweiten Ausgang P, an dem ein von der Größe der Regelabweichung X_d abhängiges Proportionalsignal erscheint. Ein zweiter Regler 120 hat einen Eingang, der mit dem zweiten Ausgang P des ersten Reglers 100 gekoppelt ist, und einen Ausgang und ent hält eine Integriereinrichtung, die ein dem zeitlichen Inte gral des Signals am Eingang entsprechendes Ausgangssignal er zeugt, welches an dem Ausgang erscheint. Ein dritter Regler 110 hat einen Eingang, der mit dem ersten Ausgang D des ersten Reglers 100 gekoppelt ist und das von diesem erzeugte Differentialsignal aufnimmt, und enthält eine Einrichtung, die aus den Differentialsignalen am Eingang in einer ersten Phase ein Beschleunigungssignal und in einer folgenden Phase ein Verzögerungssignal erzeugt, und dieses dem Ausgang DB des dritten Reglers 110 zuführt.

Ein Summierer 150 hat mehrere Eingänge, denen die beiden Aus gangssignale des ersten Reglers 100, das Ausgangssignal des zweiten Reglers 120 und das Ausgangssignal des dritten Reg lers 110 zugeführt werden, und bildet daraus ein gemeinsames Stellsignal, das an einem Ausgang U des Summierers 150 er scheint. Die Funktion der drei Regler und des Summierers wird durch einen Taktgeber 300 gesteuert, welcher Taktsignale er zeugt, die jeweils ein Zeitintervall definieren, innerhalb dessen die Signale in den drei Reglern als diskreter Wert verarbeitet werden.

Das Stellsignal vom Ausgang U des Summierers 150 wird einem ersten Ausgang U der Regeleinrichtung direkt zugeführt. An den ersten Ausgang U kann eine Stelleinrichtung angeschlos sen werden, welche amplitudenmodulierte Impulse erzeugt. Weiter ist an dem Ausgang des Summierers 150 ein Halteglied 210 mit seinem Eingang angeschlossen, das aus den einzelnen amplitudenmodulierten Impulsen eine zusammenhängende Treppen funktion erzeugt, welche auch als amplitudenmodulierte Puls folge mit Pulsen der Breite der Dauer der Zeitintervalle an gesehen werden kann. Von einem Ausgang des Halteglieds 210 werden diese Impulse einem zweiten Ausgang UL der Regelein richtung zugeführt, welcher dem Anschluß einer linearen Stell einrichtung, beispielsweise eines Transistorverstärkers dient.

Eine Korrekturschaltung 200 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang U des Summierers 150 gekoppelt ist und von diesem ebenfalls das Stellsignal aufnimmt, und einen Ausgang U_i an dem das Stellsignal in modifizierter Form erscheint. Die Modi fizierung des Stellsignals erfolgt grob gesprochen in der Wei se, daß jeder zu einem Zeitintervall gehörende diskrete Impuls des Stellsignals zunächst in mindestens zwei Teile unterteilt werden. Ein Teil der Impulse wird dann um mindestens ein Zeit intervall verzögert und entsprechend einer vorgegebenen Funk tion modifiziert und dann mit den unverzögerten Teilen der Impulse wieder zusammengefügt, so daß die sich neu ergebenden Impulse in ihrer zeitlichen Lage bezüglich der Zeitintervalle korrigiert oder modifiziert sind. Die modifizierten Impulse werden von dem Ausgang U_i der Korrekturschaltung 200 einem dritten Ausgang U_i der Regeleinrichtung zugeführt, von wo sie von einer impulsbreiten- oder phasenmodulierten Stelleinrich tung (Chopper) aufgenommen werden können. Die modifizierten Impulse des Stellsignals werden weiterhin von dem Ausgang U_i der Korrekturschaltung 200 einem Linearisierer 220 zugeführt, der mit einem vierten Ausgang U_c der Regeleinrichtung gekop pelt ist und dem Anschluß eines netzgeführten Stromrichters dient, dessen Sinusabhängigkeit durch den Linearisierer 220 kompensiert wird.

Der Aufbau und die Funktion der einzelnen Komponenten der Regeleinrichtung werden im folgenden genauer erläutert:

Fig. 2 zeigt jeweils in einem gestrichelt dargestellten Kasten das Schaltbild von Ausführungsbeispielen des ersten Reglers 100, des zweiten Reglers 120 und des dritten Reglers 110, deren Ausgangssignale in dem Summierer 150 zusammenge faßt werden. Der erste Regler 100, der auch als PDis-Regler (PD-Diskret) bezeichnet ist, enthält einen Differenzverstär ker 101 mit einem invertierenden Eingang (-) zur Aufnahme des Eingangssignals vom Eingang X_d der Regeleinrichtung und einem nichtinvertierenden Eingang (+) und einem Ausgang. Ein Opera tionsverstärker 102 ist mit einem parallelliegenden Konden sator C1 als Integrierer geschaltet, der durch einen den Kon densator C1 überbrückenden Schalter S1 mit jedem Takt T_i ge löscht werden kann. Der Eingang des Integrierers ist über Widerstand R1 mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 101 verbunden. An den Verbindungspunkt zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 101 und dem Widerstand R1 sind zwei gegensinnig geschaltete Zenerdioden Z1 und Z2 angeschlossen, deren anderes Ende jeweils auf Masse geschaltet ist. Mit dem Ausgang des den Integrierer bildenden Operationsverstärkers 102 ist ein fester Anschluß eines Potentiometers 106 verbun den, dessen anderer fester Anschluß auf Masse geschaltet ist. Ein Summierer 104 ist mit einem ersten Eingang (+) mit dem Schleifer des Potentiometers 106 und mit seinem Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 104 gekoppelt. Ein einstufiges Schieberegister 103 ist mit seinem Eingang mit dem Ausgang und mit seinem Ausgang mit dem zweiten Eingang (+) des Summierers 104 gekoppelt. Das Schie beregister 103 enthält eine Eingangsstufe 1 und eine Ausgangs stufe 2, die jeweils durch wechselweise betätigbare Schalter getaktet werden können. Der Verbindungspunkt des Ausgangs des Schieberegisters 103 mit dem zweiten Eingang (+) des Summie rers 104 bildet zugleich den zweiten Ausgang P des Reglers 100 für das Proportionalsignal, während der erste Ausgang D für das Differentialsignal durch den Verbindungspunkt zwi schen dem Ausgang des Integrierers 102 und dem ersten festen Anschluß des Potentiometers 106 gebildet wird. Mit der Ver bindung zwischen dem Widerstand R1 und dem Eingang des Inte grierers 102 ist ein Anschluß eines Widerstands R2 verbunden, dessen anderer Anschluß mit einem Begrenzer 105 gekoppelt ist. Der Begrenzer 105 enthält eine Zenerdiode Z3, die mit ihrer Anode mit dem Widerstand R2 verbunden ist, und eine Zener diode Z4, die mit ihrer Kathode mit dem Widerstand R2 ver bunden ist. Vier Dioden D1 bis D4 sind mit ihren Kathoden mit der Kathode der Zenerdiode Z3 verbunden, vier Dioden D5 bis D8 sind entsprechend mit ihren Anoden mit der Anode der Zenerdiode Z4 verbunden. Mit den anderen Anschlüssen sind je weils zwei entgegengesetzt geschaltete Dioden an Schaltungs punkten zusammengefaßt, welche vier Eingänge der Begrenzer schaltung 105 bilden.

Beim Betrieb des ersten Reglers 100 werden der Schalter S1 und die Schalter des Schieberegisters 103 durch den in Fig. 2 nicht dargestellten Taktgeber getaktet, wodurch jeweils Zeitintervalle definiert werden. Es sei angenommen, daß das Eingangssignal am invertierenden Eingang (-) des Differenz verstärkers 101 zunächst Null ist. Wenn an diesem Eingang dann eine Regelabweichung X_d auftritt, so wird diese während eines ersten Zeitintervalls am Integrierer 102 aufintegriert und über das Potentiometer 106 und den Summierer 104 auf den nichtinvertierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 101 zurückgekoppelt. Das Widerstandsverhältnis an dem Potentio meter 106 entspricht dem Verhältnis T/T_V von Taktzeit zu Vor haltezeit. Da vorher kein Eingangssignal X_d vorgelegen hatte, ist in dem ersten Zeitintervall das Ausgangssignal des Schie beregisters 103 Null, so daß das Eingangssignal am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 101 gegeben ist durch

Δ = D×T/T_V

wobei D die Amplitude des Differenzsignals am Ausgang D ist. In dem ersten Zeitintervall wird der Wert Δ in das Schiebe register 103 eingelesen und erscheint in dem darauffolgenden zweiten Schritt als Proportionalsignal am Ausgang P. Dieses aus dem ersten Zeitintervall abgeleitete Proportionalsignal wird außerdem in dem Addierer 104 zu dem Wert D des zweiten Zeitintervalls addiert und wiederum dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 101 zugeführt, so daß nun ein Vergleich der Regelabweichung X_d mit dieser Summe er folgt.

Wenn sich die Regelabweichung X_d nicht ändert und der Stell bereich durch den ersten Impuls des Differentialsignals nicht überschritten worden ist, ist X_d = Δ und damit auch P = X_d geworden. War jedoch X_d×T_V/T größer als der Stellbereich, welcher durch die Zenerdioden Z1 und Z2 und dem Begrenzer 105 definiert wird, so bleibt nach dem ersten Schritt am Eingangs verstärker ein Rest X_d-Δ, der in dem zweiten Zeitintervall zu einem neuen Impuls am Ausgang D führt. In dieser Weise wird während der folgenden Zeitintervalle der Wert P solange um Δ erhöht, bis der Wert X_d erreicht ist.

Durch das Zusammenwirken der Begrenzungsschaltung 105 mit dem Summierer 104 wird sichergestellt, daß die Signale an den Ausgängen D und P auf den Stellbereich begrenzt sind und der den Stellbereich überschreitende Teil der Signale nicht ver lorengeht, sondern in den folgenden Zeitintervallen zum Tra gen kommt. Mit anderen Worten erscheint an dem Proportional ausgang P nur soviel des Eingangssignals X_d, wie bereits innerhalb des Stellbereichs differenziert und dem Ausgang D zugeführt werden konnte. Dadurch gelangt der volle Vorhalt jeder Sprungamplitude zur Ausführung und nicht wie bei übli chen Reglern nur der Teil, der nicht vom Stellbereich be grenzt wurde.

Dieser Sachverhalt sei nun anhand der Fig. 4a bis 4d ver deutlicht. Die Fig. 4a zeigt die Regelabweichung X_d als Sprungfunktion für drei Fälle mit unterschiedlichen Amplitu den. Lediglich zum Zwecke der Vereinfachung ist der Beginn der Sprungfunktion auf den Zeitpunkt T = 0 gelegt. Fig. 4b zeigt die Sprungantwort eines idealen PD-Reglers, die nämlich zum Zeitpunkt T = 0 entsprechend dem Anstieg der Regelab weichung X_d einen Sprung unendlicher Höhe zeigt und danach den Wert der Regelabweichung X_d annimmt bzw. einen dieser proportionalen Wert. Für die drei verschiedenen Amplituden der Regelabweichung X_d in Fig. 4a unterscheidet sich diese Sprungantwort nach Fig. 4b daher nur in der Höhe des konstan ten Signals nach dem Zeitpunkt T = 0.

Es liegt auf der Hand, daß ein derart unendlich hoher und dementsprechend unendlich schmaler Impuls, wie er durch einen idealen PD-Regler bei einer sprungartigen Störung erzeugt werden würde, von keiner Stelleinrichtung ausführbar wäre. Deshalb wird in der Praxis eine Zeitkonstante T1 eingeführt, durch welche die Sprungantwort des Reglers geglättet wird, so daß sich für die drei in Fig. 4a gezeigten Regelabweichun gen X_d die in Fig. 4c gezeigten Sprungantworten ergeben.

Bei den beiden ersten gezeigten, kleinen und mittleren Ampli tuden der Regelabweichung X_d überschreitet die Sprungantwort des realen (linearen) PD-Reglers den Stellbereich nicht, so daß der gesamte Vorhalt zur Ausführung kommt. Bei einer größe ren Amplitude der Regelabweichung X_d, wie sie in Fig. 4a rechts dargestellt ist, überschreitet die Sprungantwort des Reglers jedoch den Stellbereich (gestrichelte Linie in Fig. 4c), so daß der darüberliegende, in Fig. 4c schraffiert dargestellte Teil der Sprungantwort verlorengeht. In diesem Fall gelangt also nicht der volle Vorhalt der Sprungamplitude zur Ausführung, so daß sich eine unvollkommene Regelung er gibt.

Die Sprungantwort des erfindungsgemäßen PDis-Reglers nach der Erfindung ist in Fig. 4d gezeigt. Bei einer kleinen Regelab weichung X_d (Fig. 4a links) bleibt der Differentialimpuls D des Reglers im Stellbereich, so daß der gesamte Vorhalt in nerhalb der Taktzeit T des ersten Zeitintervalls zur Ausfüh rung gelangt. Bei mittleren Amplituden der Regelabweichung X_d (Fig. 4a Mitte und rechts) würde der Differentialimpuls, wenn er auf das erste Zeitintervall beschränkt würde, den Stellbereich mehr oder weniger stark überschreiten und somit der über den Stellbereich hinausgehende Teil verlorengehen. Dieses Problem wird durch den PDis-Regler jedoch dadurch ge löst, daß der über den Stellbereich hinausgehende Teil der Sprungantwort des Reglers solange auf die folgenden Zeit intervalle verteilt werden, bis die gesamte Sprungantwort und damit der volle Vorhalt abgearbeitet ist, wie es für die bei den verschieden starken Regelabweichungen nach Fig. 4a Mitte und rechts in Fig. 4d Mitte und rechts gezeigt ist. Somit wird jeder Regelvorgang unter Berücksichtigung der zur Ver fügung stehenden Stellamplitude in der kürzest möglichen Zeit abgearbeitet, woraus sich eine optimale Einstellgeschwindig keit ergibt.

Der in Fig. 2 gezeigte als I-Regler bezeichnete zweite Regler 120 enthält einen durch einen Operationsverstärker 122 und einen diesem parallelgeschalteten Kondensator 123 gebildeten Integrierer, dessen Eingang über ein Potentiometer 121 mit dem Proportionalausgang P des ersten Reglers 100 gekoppelt ist. Das Ausgangssignal des Integrierers 122 wird über einen Inver tierer 124 dem Ausgang des zweiten Reglers 120 zugeführt. Ob wohl der I-Regler rein linear arbeitet, weist auch er in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen PDis-Regler 100 einen wesentlichen Vorteil gegenüber einem üblichen PID-Regler auf. Bei Übersteuerung des Reglers wird nämlich der Integrierer 122 nicht unkontrolliert hochintegrieren, sondern nur soweit integrieren, wie es für den jeweiligen Stellbereich sinnvoll ist, da sich die Integration nicht nach dem übersteuernden Eingangssignal X_d, sondern nach der Amplitude des bereits be grenzten Proportionalsignals P richtet.

Der als DB-Regler bezeichnete dritte Regler ist in einem ersten Ausführungsbeispiel 110 in Fig. 2 dargestellt. Der Regler enthält einen Differenzverstärker 115 mit einem Ver stärkungsfaktor G, an dessen Ausgang das Ausgangssignal des DB-Reglers erscheint. Von dem Differentialausgang D des ersten Reglers 100 wird das Differentialsignal dem einen Festan schluß eines Potentiometers 111 zugeführt, dessen anderer Festanschluß auf Masse geführt ist. Ein Differenzverstärker 112 ist mit seinem nichtinvertiertenden Eingang (+) mit dem Schleifer des Potentiometers 111 und mit seinem Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 115 verbunden, so daß diesem das durch das Potentiometer 111 und den Differenzverstärker 112 beeinflußte Differenzsignal zugeführt wird. Das Widerstandsverhältnis am Potentiometer 111 entspricht dem Verhältnis der Hauptzeit T_H zu der mit dem Verstärkungsfaktor G des Differenzverstärkers 115 multipli zierten Vorhaltezeit T_V, also T_H/(T_V×G). Vom Ausgang des Dif ferenzverstärkers 112 wird ein Teil des Signals über ein Potentiometer 113 auf den invertierenden Eingang des Diffe renzverstärkers 112 zurückgekoppelt. Außerdem wird das Aus gangssignal des Differenzverstärkers 112 dem nichtinvertieren den Eingang und das Signal an der Verbindung zwischen dem Potentiometer 113 und dem invertierenden Eingang (-) des Dif ferenzverstärkers 112 dem invertierenden Eingang eines Sub trahierers 116 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines m-stufigen Schieberegisters 114 gekoppelt ist. Der Aus gang des Schieberegisters 114 ist mit dem invertierenden Ein gang (-) des Differenzverstärkers 115 verbunden.

Der DB-Regler 110 leitet aus den Differentialimpulsen D_i jedes Zeitintervalls i jeweils Impulse ab, die in einer Be schleunigungsphase einer größeren zeitlichen Änderung der Regelabweichung X_d entsprechen als Differentialimpulse D_i und die in einer auf die Beschleunigungsphase folgenden Ver zögerungsphase (i+m) oder Bremsphase Impulse einer etwas klei neren Amplitude umgekehrter Polarität erzeugen. Dies geschieht dadurch, daß die Differentialimpulse D_i zunächst über den Potentiometer 111 und den Verstärker 112 als Beschleunigungs amplitude A dem nichtinvertierenden Eingang 115 zugeführt werden und von dort als Ausgangssignal des Verstärkers 115 erscheinen, wobei dessen Amplitude durch die Einstellung des Potentiometers 111 und den Verstärkungsfaktor G des Verstär kers 115 bestimmt wird. Zusätzlich werden die Differential impulse D_i vom Ausgang des Differenzverstärkers 112 direkt dem nichtinvertierenden Eingang des Subtrahierers 116 und über das Potentiometer 113 den invertierenden Eingängen des Diffe renzverstärkers 112 und des Subtrahierers 116 zugeführt. Von dem Ausgang des Subtrahierers 116 gelangen die Impulse nach einer Verzögerung um m Taktzeiten in dem Schieberegister 114 als Verzögerungsamplitude B an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 115, an dessen nichtinvertierendem Ein gang die vom Ausgang des Differenzverstärkers 112 direkt ab geleitete Beschleunigungsamplitude A anliegt. Das Verhältnis zwischen der Brems- oder Verzögerungsamplitude B und der Be schleunigungsamplitude A

wird als Wert T_ab/T_v ≈"exp" an dem Potentiometer 111 einge stellt. Durch die Kombination des Differenzverstärkers 112, des Potentiometers 113 und des Substrahierers 116 ist die Schaltung so ausgeführt, daß die Amplituden der Signale von dem DB-Regler gilt:

(A + B) = P_i × T_h/T_i = D_i × T_h/T_v

wobei P_i der Proportionalsprung, D_i der Differentialpuls, T_i die Taktzeit, T_h die Hauptzeit und T_v die Vorhaltezeit des Reglers ist. Diese Bedingungen für A/B und A+B können auch durch das in Fig. 3a dargestellte zweite Ausführungsbeispiel realisiert werden.

In Fig. 3a ist ein zweites Ausführungsbeispiel 110′ des DB- Reglers dargestellt. Auch hier bildet der Ausgang eines Diffe renzverstärkers 115′ mit einem Verstärkungsfaktor G den Aus gang des Reglers und ist mit dessen invertierendem Eingang ein m-stufiges Schieberegister 114′ verbunden. Anders als bei dem in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des DB- Reglers ist der Eingang des Schieberegisters 114′ direkt mit dem Schleifer eines Potentiometers 113′ gekoppelt, das mit seinem einen Festanschluß mit der Zuleitung zu dem nicht invertierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 115′ und mit seinem anderen Festanschluß mit Masse gekoppelt ist. Die Höhe der Eingangsimpulse des Reglers wird über ein Potentio meter 111′ eingestellt, dessen Widerstandsverhältnis das Ver hältnis zwischen der Hauptzeit T_H und dem Produkt aus dem Verstärkungsfaktor G des Differenzverstärkers 115′ und der Verzögerungszeit T_ab zwischen den beschleunigten und den ge bremsten Impulsen entspricht. Von dem Schleifer des Potentio meters 111′ wird das Signal über einen Operationsverstärker 112′ an die Zuleitung zu dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 115′ gekoppelt. Das zweite Ausfüh rungsbeispiel des DB-Reglers nach Fig. 3a hat neben dem ein facheren Aufbau den Vorteil, daß er übersteuerungsfest ist.

Die Ausgangssignale D und P an den Ausgängen des ersten Reglers 100 (PDis-Regler), das Ausgangssignal I am Ausgang des zweiten Reglers (I-Regler) und die Ausgangsimpulse DB_i am Ausgang des dritten Reglers 110 (DB-Regler) werden jeweils den Eingängen eines Summierers 151 zugeführt und daraus ein Ausgangssignal gebildet, welches das in Ansprache auf die Regelabweichung X_d gebildete Stellsignal U ist.

Die in Fig. 2 gezeigte Regeleinrichtung enthält weiter einen Summierer 145, der ebenfalls die Ausgangssignale des ersten, des zweiten und des dritten Reglers aufnimmt und daraus ein zusammengefaßtes Signal bildet, das in einem Speicher der Speicher- und Recheneinrichtung 130 abgespeichert wird, um daraus für die Regelung von reproduzierbaren Prozessen eine Steuerkurve für die folgenden Regelvorgänge zu berechnen. Die Kurve wird mit einem Faktor

K = 1 + 1/KV

versehen, wobei KV die Kreisverstärkung des gesamten Regel kreises ist. Die so berechnete Zeitfunktion wird um die für die Verarbeitung in der Regeleinrichtung notwendige Zeit T₀ des geregelten Systems zeitlich nach vorn versetzt,

F(t) = F(t+T₀).

Auf diese Weise kann der Prozeßablauf bei reproduzierbaren Vorgängen optimal gesteuert werden, so daß die Regeleinrich tung nur noch die statistischen Abweichungen kompensieren muß, wie es bereits in "Plasma Control Techniques of the ASDEX Feedback System", F. Schneider, 9th Symposium on Engineering Problems of Fusion Research, Chicago, 26. bis 29. Oktober 1981, vorgeschlagen worden ist. Von der Speicher und Recheneinrichtung 130 wird ein dieser Funktion entspre chendes FFW-Signal (Feed Forward Signal) erzeugt und einem weiteren Eingang des Summierers 151 zugeführt, der somit als Störgrößenaufschaltungsvorgang dient.

Die Wirkung des DB-Reglers 110 kann durch die in Fig. 4e ge zeigten Verläufe des Stellsignals U veranschaulicht werden. Beim Auftreten einer verhältnismäßig kleinen Regelabweichung (Fig. 4e links) X_d wird zunächst im ersten Zeitintervall von t = 0 bis t = T ein Beschleunigerimpuls erzeugt. Wenn, wie in diesem Beispiel m = 2 gewählt wurde, hat im zweiten Zeitinter vall t = T bis t = 2T das Stellsignal U den Wert 0 bzw. P, wenn der P-Anteil mit betrachtet wird. Im dritten Zeitinter vall von t = 2T bis t = 3T kommt nun die Verzögerungswirkung des DB-Reglers zum Tragen, so daß ein negativer Impuls ge bildet wird, obwohl die Regelabweichung X_d nach wie vor mit einem konstanten positiven Wert vorliegt. Danach hat das Stellsignal einen Wert, der sich aus der Überlagerung des Integralsignals I und des Proportionalsignals P ergibt und sich in einem konstant ansteigenden Verlauf des Stellsignals äußert. Bei Regelabweichungen X_d mit größeren Amplituden er gibt sich ein Verlauf, wie er in Fig. 4e rechts gezeigt ist. Dieser ähnelt grundsätzlich dem Verlauf von Fig. 4e links für kleinere Amplituden mit der Ausnahme, daß entsprechend der Funktion des PDis-Reglers für die Sprungantwort mehrere Zeit intervalle benötigt werden entsprechend den Darstellungen in Fig. 4d Mitte und rechts, wonach sich dann erst der negative Verzögerungsimpuls einstellt, der wie in Fig. 4e rechts ange deutet beim Überschreiten des Stellbereichs ebenfalls auf mehrere Zeitintervalle verteilt sein kann.

In Fig. 3b ist ein Ausführungsbeispiel der Korrekturschaltung 200 gezeigt, die der Kompensation von polaritätsabhängig auf tretenden zeitlichen Signalverschiebungen bei pulsbreiten modulierten Stromrichtern (Chopper) und bei phasenanschnitt gesteuerten (netzgeführten) Stromrichtern auftritt. Das hier vorliegende Problem soll anhand der Fig. 6 und 7 näher ver deutlicht werden. Wie Fig. 6a zeigt, hat ein impulsbreiten modulierter Stromrichter (Chopper) in seiner ungeregelten Grundeinstellung ein gleichmäßiges periodisches Ausgangs signal. Während jeder der Perioden des Grundsignals mit der Periodendauer T gibt es einen nach positiv gehenden Signal übergang, durch den bei der Darstellung in Fig. 6a der An fang bzw. das Ende der Periode definiert ist und einen da zwischenliegenden nach negativ gehenden Signalübergang. Die Regelung des Signals erfolgt, indem das Tastverhältnis der rechteckigen Impulse verändert wird, wie es Fig. 6b zeigt.

Bei dem hier gewählten Beispiel wird dazu der negative Signal übergang festgehalten, während der positive Signalübergang in Ansprache auf das Stellsignal U zeitlich verschoben wird. Zur Vergrößerung des Signals wird also die ansteigende Flanke (positiver Signalübergang) zeitlich vorverlegt, wie es durch die mit dem nach oben gerichteten Pfeil versehenen schraffier ten Flächen in dem ersten, am Ende des dritten und in dem vierten Zeitintervall gezeigt ist, so daß der Impuls breiter wird. Zur Verkleinerung des Signals wird die vordere Flanke (positiver Signalübergang) verzögert, wie es durch die mit dem nach unten gerichteten Pfeil versehene schraffierte Flä che in dem dritten Zeitintervall zeigt, wodurch der Impuls schmäler wird. Wie aus dem Vergleich der Fig. 6a und 6b hervorgeht, ändert sich durch die Regelung jedoch nicht nur die Breite bzw. das Tastverhältnis der Impulse, sondern es ergibt sich auch eine Verschiebung des Schwerpunktes der Impulse gegenüber dem Grundsignal.

Ganz ähnlich verhält es sich bei einem phasenanschnittgesteu erten (netzgeführten) Stromrichter, dessen Grundsignal in Fig. 6d gezeigt ist. Auch hier wird die ansteigende Flanke (positiver Signalübergang) in Abhängigkeit von dem Stell signal vorverlegt oder verzögert, wie es die Fig. 6c zeigt, so daß sich ebenfalls eine Verschiebung der - hier abwechselnd nach negativ und nach positiv gehenden - Impulse hinsichtlich der Lage ihrer Schwerpunkte ergibt.

Diese Verschiebung des Schwerpunktes der einzelnen Impulse stand bisher der Verwendung von Stelleinrichtungen im Wege, die auf ein solches periodisches Signal mit sich ständig verändernder Lage der einzelnen Impulse ansprechen. Insbe sondere ergibt sich zusammen mit der Verwendung eines DB- Reglers ein erhebliches Problem, da bei positiven Signalüber gängen zwischen der Beschleunigung und der Verzögerung eine größere Zeit T_ab liegt als bei negativen Übergängen und sich damit eine größere Wirkung ergibt.

Die genannten Schwierigkeiten werden durch die in Fig. 3b gezeigte Korrekturschaltung 200 überwunden. Die Korrektur schaltung hat einen Eingang PSI_s, dem das unkorrigierte Signal zugeführt wird und einen Ausgang PSI_i, an dem das korrigierte Signal erscheint. Ein Summier/Differenzier-Ver stärker 203 ist mit einem ersten nichtinvertierenden Eingang (+) mit dem Eingang PSI_s verbunden. Der Ausgang des Verstär kers 203 ist mit dem Ausgang PSI_i verbunden. Von dem Ausgang des Verstärkers 203 wird das Signal zu einem Funktionsrech ner 201 zurückgekoppelt, der aus dem Ausgangssignal PSI_i des Verstärkers 203 ein Korrektursignal PSI_k erzeugt und dieses direkt dem invertierenden Eingang des Verstärkers 203 und über ein n-stufiges Schieberegister 202, wo dieses um bis zu n-Taktperioden verzögert werden kann, dem zweiten nichtinver tierenden Eingang (+) des Verstärkers 203 zuführt. Das durch den Funktionsgenerator 201 bestimmte Korrektursignal PSI_k wird also unmittelbar von dem unkorrigierten Eingangssignal PSI_s abgezogen und nach einer Verzögerung um n-Taktzeiten zu diesem dazuaddiert. Im einfachsten Falle, wie er bei einem impulsbreitenmodulierten Stromrichter (Chopper) vorliegt, wird der Signalimpuls in zwei Teile unterteilt, ein Teil da von verzögert und einem folgenden Signalimpuls hinzugefügt, wie dies in Fig. 8a gezeigt ist. Fig. 8a zeigt oben die Soll- Lage, die ein positives Signal (links) oder ein negatives Signal (rechts) im idealen Fall annehmen sollte. Wenn im realen Falle ein positiver Impuls durch Vorverlegung des positiven Signalübergangs um die Signalfläche PSI_s nach links verschoben ist, wie es Fig. 8a links, Mitte, zeigt, so wird diese Verschiebung gegenüber der Schwerpunktlage bzw. der Soll-Lage "ausgewogen", indem die Signalfläche PSI_s derart in zwei Teile PSI_i und PSI_k unterteilt wird, daß bei einer Verschiebung des Signalteils PSI_k um eine Taktzeit T nach rechts der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Signalflächen auf der Soll-Lage liegt.

Die Korrektur eines bezüglich der Soll-Lage nach rechts ver schobenen negativen Impulses erfolgt in der Weise, daß die Signalfläche PSI_s wiederum in die Teilsignale PSI_i und PSI_k zerlegt, das Korrektursignal PSI_k jedoch zusätzlich zu der Verzögerung um die Taktzeit T invertiert wird, wodurch wie derum der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Signalteile auf die Soll-Lage gerückt wird, wie dies Fig. 8a auf der rechten Seite zeigt.

Durch diese erste Art der Korrektur (Kompensation 1) werden somit die Spannungs-Zeit-Flächen der Impulse so ausgewogen, daß sie stets auf die Soll-Lage des idealen Impulses zu lie gen kommen.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel des bei der in Fig. 3b dargestellten Korrekturschaltung verwendeten Funktionsrech ners 201. Das von dem Ausgang des Verstärkers 203 abgeleitete Signal U_i wird einem ersten Multiplizierer 204 zugeführt, der einen Term der Ordnung X² erzeugt, welcher durch ein Potentio meter 207 mit einem Koeffizienten versehen wird. Zwei weitere Multiplizierer 205 und 206 erzeugen Terme der Ordnung X³ bzw. X⁴, welche durch Potentiometer 208 und 209 mit ensprechen den Koeffizienten versehen werden.

Da es bei Kreisen mit Verzögerungen zweiter Ordnung auf die Wirkung nach der ersten Zeitkonstante ankommt, ist es vor teilhaft, eine weitere Art der Korrektur (Kompensation 2) zu wählen, wie sie in Fig. 8b gezeigt ist und welche die Zeit konstante mit berücksichtigt. Während bei der Kompensation 1 die Spannungs-Zeit-Flächen ∫ Uldt "ausgewogen" werden, wird bei der Kompensation 2 dafür gesorgt, daß die Spannungs- Zeit-Fläche ∫ U2dt und der Verlauf von U2 nach dem zweiten Zeitintervall gleich wird wie beim idealen Impuls. Mit ande ren Worten soll nach Ablauf eines Zeitintervalls T kein Unterschied mehr bestehen, ob ein idealer Impuls zum richti gen Zeitpunkt oder ein realisierbarer Impuls zeitlich ver teilt zur Anwendung kam. Das bedeutet, daß bei einem positi ven Signal (Fig. 8b linke Seite) und bei einem negativen Signal (Fig. 8b rechte Seite) die schraffierten Teile gegen einander ausgewogen werden, um von dem realen Verlauf (mit durchgehender Linie dargestellt) zu einem idealen Verlauf (gestrichelt dargestellt) zu gelangen.

Wenn statt eines impulsbreitenmodulierten Stromrichters (Chopper) ein phasenanschnittgesteuerter, netzgeführter Strom richter verwendet wird, so wird gemäß der vorliegenden Er findung zusätzlich die in Fig. 1 mit 220 bezeichnete Lineari sierungseinrichtung vorgesehen, durch welche die nichtlineare Eigenschaft des netzgeführten Stromrichters ausgeglichen wird.

Claims

1. Regelverfahren, bei dem aus einer Regelabweichung (X_d) ein Stellsignal, das zumindest von der zeitlichen Änderung der Regelabweichung (X_d) abhängiges Differentialsignal und ein von der Größe der Regelabweichung (X_d) abhängigen Propor tionalsignal enthält, erzeugt und einer Stelleinrichtung mit einem Stellbereich (U_h) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

a) daß durch ein Taktsignal aufeinanderfolgende Zeitinter valle (i) mit einer Taktzeit (T_i) definiert werden,
b) daß die in jedem Zeitintervall (i) liegenden Stellsignale (U_i) die den Stellbereich (U_h) überschreiten, auf den Stellbereich begrenzt werden,
c) daß der den Stellbereich (U_h) überschreitende Teil jedes Stellsignals zu dem nach dem Verfahrensschritt b) gewonne nen Stellsignal (U_i+1) des folgenden Zeitintervalls (i+1) addiert wird, und
d) daß die Verfahrensschritte b) und d) wiederholt wer den.

2. Regelverfahren, bei dem aus einer Regelabweichung (X_d) ein Stellsignal, das zumindest von der zeitlichen Änderung der Regelabweichung (X_d) abhängiges Proportionalsignal ent hält, erzeugt und einer Stelleinrichtung mit einem Stellbe reich (U_h) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

a) daß durch ein Taktsignal aufeinanderfolgende Zeitinterval le (i) mit einer Taktzeit (T_i) definiert werden,
b) daß in jedem Zeitintervall (i) für Regelabweichungen (X_d), die zu einem den Stellbereich (U_h) überschreitenden Stell signal führen würden, nur aus einem solchen Teil der Regel abweichung (X_d) ein Stellsignal (U_i) erzeugt wird, daß dieses auf den Stellbereich begrenzt ist,
c) daß in dem folgenden Zeitintervall (i+1) das Stellsignal (U_i+1) aus der anliegenden Regelabweichung und aus dem verbleibenden Teil der Regelabweichung des Zeitintervalls (i) erzeugt wird, und
d) daß die Verfahrensschritte b) und c) wiederholt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Differentialsignal (D_i) für jedes Zeitintervall (i) aus dem Mittelwert der Regelabweichung (X_d) in dem Zeit intervall gebildet wird und in seiner Größe vom Verhältnis einer Vorhaltezeit (T_V) und der Taktzeit (T_i) abhängt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verfahrensschritt b) das Differen tialsignal (D_i) so auf den Stellbereich (U_h) begrenzt wird, daß die Summe aus dem Differentialsignal (D_i), dem Proportio nalsignal (P_i) und gegebenenfalls weiteren Regelsignalen den Stellbereich (U_h) nicht überschreitet, und daß im Verfahrens schritt (c) der den Stellbereich (U_h) überschreitende Teil der Summe der Regelsignale des Zeitintervalls (i) zu der Summe der Regelsignale des folgenden Zeitintervalls (i+1) addiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Proportionalsignal (P_i) ein Integrationssignal (I) abgeleitet wird, dessen Größe von dem Zeitintegral des in Bezug auf den Stellbereich begrenzten Proportionalsignal (P_i) abhängt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Differentialimpulsen (D_i) Zeit optimierungsimpulse (DB_i) abgeleitet werden, die in einer Beschleunigungsphase ein Beschleunigungssignal (A) und die in einer auf die Beschleunigungsphase folgende Verzögerungs phase in einem zeitlichen Abstand (T_ab) ein Verzögerungs signal (B) enthalten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Amplitude (A) des Beschleunigungssignals und für die Amplitude (B) des Verzögerungssignals gilt: wobei T_ab der zeitliche Abstand zwischen der Beschleunigungs- und der Verzögerungsphase und T_v die Vorhaltezeit (d.h. die Zeitkonstante einer ersten Nullstelle) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß für die Amplitude (A_i) des Beschleunigungssignals und für die Amplitude (B_i) des Verzögerungssignals gilt: wobei G ein frei wählbarer Verstärkungsfaktor ist, um die Signale in elektronisch realisierbaren Grenzen zu halten, und T_h die Zeitkonstante einer zweiten Nullstelle (Hauptzeit) ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialsignal (D_i) das Pro portionalsignal (P_i), das Integralsignal (I) und das Zeit optimierungssignal (DB_i) zur Gewinnung des Stellsignals (U) summiert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verfahrensschritten b), und c) das Differen tialsignal (D_i) und das Proportionalsignal (P_i) so erzeugt werden, daß die Summe des Differentialsignals (D_i), des Proportionalsignals (P_i), des Integralsignals (I) und des Zeitoptimierungssignals (DB_i) den Stellbereich (U_h) nicht überschreitet.

11. Regelverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei für ein perio disches Signal, das in jeder Periode einen positiven Signal übergang und einen negativen Signalübergang aufweist, einer der Übergänge in Ansprache auf das Stellsignal (U) zeitlich verschoben wird, dadurch gekennzeichnet,

g) daß das Stellsignal (U) in ein erstes Teilsignal (U_i) und ein zweites Teilsignal (U_k) unterteilt wird,
h) daß das zweite Teilsignal (U_k) um mindestens eine Periode (T_i) verzögert wird, und
i) daß das erste Teilsignal (U_i) und das verzögerte zweite Teilsignal (U_k) zur Bildung eines korrigierten Stell signals zusammengefaßt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen eines Stellsignals (U), welches den Über gang des gesteuerten Signals zeitlich vorverlegt, das zweite Teilsignal (U_k) um eine Periode (T_i) verzögert wird, und daß bei Vorliegen eines Stellsignals (U), welches den Über gang des gesteuerten Signals verzögert, das zweite Teilsignal (U_k) um eine Periode (T_i) verzögert und invertiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktsignal mit der Periodendauer einer periodisch gesteuerten Stelleinrichtung synchronisiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung von reproduzierbaren Prozes sen zumindest ein Teil des Differentialsignals (D_i), des Proportionalsignals (P_i), des Integralsignals (I) und des Zeitoptimierungssignals (DB_i) abgespeichert werden und daraus eine Steuerkurve für den nächsten Ablauf des Vorgangs be rechnet wird, und daß bei den folgenden Abläufen dem Stell signal (U) um die für den Ablauf des Regelverfahrens notwen dige Zeitdauer zeitlich vorversetzt überlagert wird.

15. Regeleinrichtung zur Regelung einer Größe, mit

- einem Eingang (X_d) zur Aufnahme einer Regelabweichung eines von einer Regelstrecke erhaltenen Regelsignals von einem vorgegebenen Führungssignal,
- einem Ausgang (U), an dem ein aus Regelabweichung erzeug tes Stellsignal erscheint,
- einem ersten Regler (100), der an einem ersten Ausgang (D) ein von der zeitlichen Änderung der Regelabweichung ab hängiges Differentialsignal und an einem zweiten Ausgang (P) ein von der Größe der Regelabweichung abhängiges Proportio nalsignal erzeugt, und
- einer Einrichtung (150), welche die Signale von dem ersten Ausgang (D) und dem zweiten Ausgang (P) zusammenfaßt und daraus das Stellsignal erzeugt und dem Ausgang (U) der Regeleinrichtung zuführt,

gekennzeichnet durch

- einen Taktgeber (300), der aufeinanderfolgende Zeitinter valle definierende Taktsignale erzeugt,
- eine Einrichtung (105), welche ein den Stellbereich über schreitendes Stellsignal in jedem Zeitintervall auf den Stellbereich begrenzt, und
- eine Einrichtung (103, 104), welche das den Stellbereich überschreitende Teil des Stellsignals den für die folgenden Zeitintervalle erzeugten Stellsignalen hinzufügt.

16. Regeleinrichtung zur Regelung einer Größe mit

gekennzeichnet durch

- einen Taktgeber (300), der aufeinanderfolgende Zeitinter valle definierende Taktsignale erzeugt und mit dem Steller synchronisiert,
- eine Einrichtung (101, 106, 104, 105), welche in einem Zeit intervall nur soviel der Rgelabweichung (X_d) zu einem Stell signal (U_i) in einem Zeitintervall (i) verarbeitet, daß das Stellsignal den Stellbereich nicht überschreitet.

17. Regeleinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekenn zeichnet durch

- eine Einrichtung (102), die den Mittelwert der Regelabweichung für das Zeitintervall bildet.

18. Regeleinrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch

- einen Differenzverstärker (101) mit einem ersten Eingang (-) zur Aufnahme der Regelabweichung und einem zweiten Eingang (+) und einem Ausgang,
- einem Integrierer (102) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (101) gekoppelt ist, und einem Ausgang, und
- eine Rückkopplungseinrichtung (Potentiometer oder Multi plizierer) (106) mit einem Eingang und einem Ausgang, die einen Teil des Ausgangssignals des Integrierers (102) zu dem zweiten Eingang (+) des Differenzverstärkers (101) koppelt.

19. Regeleinrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch

- eine Addiereinrichtung (104) mit einem ersten Eingang (+), der mit dem Ausgang der Rückkopplungseinrichtung verbunden ist, einem Ausgang, der mit dem zweiten Eingang (+) des Differenzverstärkers (101) verbunden ist, und einem zwei ten Eingang (+), und
- eine Verzögerungseinrichtung (103) mit einem Eingang zur Aufnahme eines Signals, der mit dem Ausgang der Addierein richtung (104) gekoppelt ist, und einem Ausgang (P), an dem das Signal verzögert erscheint, welcher mit dem zweiten Eingang (+) der Addiereinrichtung (104) gekoppelt ist.

20. Regeleinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (R1, R2, 105) zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers (101) und den Eingang des Integrierers (102) geschaltet ist.

21. Regeleinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (103) das Ausgangs signal gegenüber dem Eingangssignal um ein Zeitintervall verzögert.

22. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, gekennzeichnet durch

- einen zweiten Regler (120) mit einem Eingang, der mit dem zweiten Ausgang (P) des ersten Reglers (100) gekoppelt ist, und einem Ausgang, an dem ein Signal erscheint, das dem zeitlichen Integral des Signals am Eingang entspricht.

23. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, gekennzeichnet durch

- einen dritten Regler (110) mit einem Eingang, der zur Auf nahme des Differentialsignals mit dem ersten Ausgang (D) des ersten Reglers (100) gekoppelt ist, und einem Ausgang, an welchem Impulse erscheinen, die in einer Beschleunigungs phase einer größeren zeitlichen Änderung der Regelabweichung entsprechen als die Differentialimpulse und die in einer auf die Beschleunigungsphase folgenden Verzögerungsphase Impulse mit einer kleineren Amplitude umgekehrter Polarität erzeugt.

24. Regeleinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekenn zeichnet, daß der dritte Regler (110) folgendes enthält:

- einen Differenzverstärker (115; 115′) mit einem ersten Ein gang (+), der mit dem Eingang des dritten Reglers (110) ge koppelt ist, einem zweiten Eingang (-) und einem Ausgang, der mit dem Ausgang des dritten Reglers (110) gekoppelt ist,
- eine Verzögerungseinrichtung (114; 114′) mit einem Eingang zur Aufnahme eines Eingangssignals und einem Ausgang, an dem das Eingangssignal zeitlich verzögert erscheint und der mit dem zweiten Eingang (-) des Differenzverstärkers (115; 115′) gekoppelt ist, und
- einer Kopplungseinrichtung (113; 113′), die zumindest einen Teil des Eingangssignals des dritten Reglers (110; 110,) zum Eingang der Verzögerungseinrichtung (114; 114′) koppelt.

25. Regeleinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (114; 114′) um ein Zeitintervall oder um ein ganzzahliges Vielfaches davon ver zögert.

26. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (150) mit mehreren Eingängen, welche die Ausgangssignale des ersten Reglers (100), des zweiten Reg lers (120) und des dritten Reglers (110) aufnehmen, und einem Ausgang, an dem ein durch Überlagerung der Eingangs signale gebildetes Ausgangssignal erscheint.

27. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (145), die zumindest einen Teil der Aus gangssignale des ersten Reglers (100), des zweiten Reglers (120) und des dritten Reglers (110) aufnimmt, und
- einer Speicher- und Recheneinrichtung (130) mit einem Ein gang, der mit der Einrichtung (145) gekoppelt ist, und einem Ausgang, an welchem ein Signal erscheint, durch wel ches das von der Regeleinrichtung erzeugte Stellsignal be einflußbar ist, wobei zur Regelung von reproduzierbaren Prozessen zumindest ein Teil der Differentialimpulse (D_i), der Proportionalimpulse (P_i), des Integralsignals (I) und der Zeitoptimierungsimpulse (DB_i) abgespeichert werden und daraus eine Steuerkurve für den nächsten Ablauf des Vorgangs berechnet wird, und daß bei den folgenden Abläufen dem Stellsignal (U) um die für den Ablauf des Regelverfahrens notwendige Zeitdauer zeitlich vorversetzt überlagert wird.

28. Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15 oder nach einem der Ansprüche 15 bis 27, gekennzeichnet durch

- eine Korrektureinrichtung (200) mit einem Eingang, der das aus dem Regelabweichung erzeugte Stellsignal aufnimmt, und einem Ausgang, an dem das Stellsignal in korrigierter Form erscheint, wobei das Signal am Ausgang einen ersten Teil des Eingangssignals und einen verzögerten, zweiten Teil des Eingangssignals enthält.

29. Regeleinrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch

- einen Verstärker (203) mit einem ersten Eingang (+), der dem Eingang der Korrektureinrichtung gekoppelt ist, einem zweiten Eingang (-) und einem dritten Eingang (+) und einem Ausgang, der mit dem Ausgang der Korrektureinrichtung ge koppelt ist,
- einen Funktionsgenerator (201) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des Verstärkers (203) gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit dem zweiten Eingang (-) des Verstärkers (203) gekoppelt ist, und
- einer Verzögerungseinrichtung (202) mit einem Eingang zur Aufnahme eines Eingangssignals, der mit dem Ausgang des Funktionsgenerators (201) gekoppelt ist, und einem Ausgang, an dem das Eingangssignal zeitlich verzögert erscheint und der mit dem dritten Eingang (+) des Verstärkers (203) ge koppelt ist.

30. Regeleinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (202) das Eingangs signal um ein Zeitintervall oder ein ganzzahliges Vielfaches davon verzögert.

31. Regeleinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekenn zeichnet, daß die Funktion (201) der Korrektureinrichtung (200) durch eine Potenzreihe gebildet wird, welche sich z.B. durch Multiplizierer (204, 205, 206), Potentiometer (207, 208, 209) und Operationsverstärker mit Rückführungswiderstand (210) realisieren läßt.