Verfahren zur Regelung einer physikalischen Grösse, welche vom Zusammenwirken mehrerer<B>je</B> durch einen Regler gesteuerter Grössen abhängt, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer physikalischen Grösse, welche vom Zusammenwirken mehrerer<B>je</B> durch einen Regler gesteuerter, insbesondere unter sich gleichartiger Grössen, abhängt, in solcher Weise, dass dabei gleich zeitig ein bestimmtes Verhältnis der gesteuerten Grössen eingestellt wird. Diese Aufgabe liegt bei spielsweise vor, wenn der Unterdruck im Feuerraum eines Dampfkessels geregelt werden soll und wenn dazu die Förderleistungen mehrerer nebeneinander arbeitender Saugzuggebläse gesteuert werden müssen.
Die diesen Verfahren zugrunde liegende Aufgabe kann zweifellos dadurch gelöst werden, dass für den Betrieb eines jeden Stellgliedes<B>je</B> ein Regler ver wendet wird, welcher P-Charakteristik hat oder des sen Charakteristik durch einen P-Anteil mitbestimnit ist, und dass jedem Reglereingang der gleiche von der Regelabweichung abhängige Betrag, insbesondere das Integral oder die Summe des Integrals und des Differentials der Regelabweichung zugeführt wird.
Durch diese Lösung wird ein gleichbleibendes Ver hältnis der gesteuerten Grössen erzwungen und in bezug auf die Regelgrösse hat eine solche Einrich tung die im allgemeinen erwünschte I- oder DI- Charakteristik.
I-Regler sind Regler, die eine integrale Regel charakteristik aufweisen. DI- bzw. P-Regler kenn zeichnen Regler mit differential-integraler bzw. pro portionaler Regelcharakteristik. Die Ausdrucksweise P-Anteil bzw. I-Anteil soll die jeweiligen propor tionalen bzw. integralen Anteile der entsprechenden Regelcharakteristik bezeichnen.
Diese Lösung hat jedoch Nachteile. Im allgemei nen werden Regler mit P-Charakteristik oder Regler, deren Charakteristik durch einen P-Anteil mitbe- stimmt ist, dadurch verwirklicht, dass ursprünglich integralwirkende Regler durch Einrichtungen zur Rückkopplung ihres Ausgangswertes, gegebenenfalls über verzögernde übertragungsglieder, zu Reglern mit P-Charakteristik umgewandelt oder zu Reglern, deren Charakteristik durch einen P-Anteil mitbe stimmt ist, ergänzt werden.
Dann wären aber im angeführten Lösungsfall auf dem Wege vom Fühl- glied der Regelabweichung bis zum Stellglied für jede der zu steuernden Grössen zwei in ihrer Charak teristik mit integralen Anteilen behaftete übertra- gungsglieder hintereinander geschaltet. Es ist be kannt, dass durch die Hintereinanderschaltung der artiger übertragungsglieder die Neigung zu Schwin gungen der Regelgrösse erheblich begünstigt ist und dass es zusätzlicher Mittel bedarf, um die Regelung dynamisch zu stabilisieren.
Eine erhebliche Trägheit der Regelung muss im allgemeinen trotzdem noch in Kauf genommen werden. Durch das Verfahren nach der Erfindung sollen die genannten Nachteile ver mieden werden.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wer den die üinzelnen zu steuernäenGrössen durch P, 4,,eT mit I-Charakteristik oder DI-Charakteristik gesteuert und werden jedem Regler neben der Regelab weichung die Abweichung eines einstellbaren Propor- tionaltells der von ihm gesteuerten Grösse vom arith metischen Mittel der einstellbaren Proportionalteile aller gesteuerten Grössen zugeführt.
Sind also<I>X"</I> <I>X2</I><B>...</B><I>X"</I> die gesteuerten Grössen und sollen sie stän dig im Verhältnis pl <B><I>:</I> p2: ...</B> p" stehen, so soll dem die Grösse Xi steuernden Regler neben der Abwei chung der zu regelnden Grösse von ihrem Sollwert noch eine Grösse zugeführt werden, deren Wert dem Ausdruck
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entspricht. Das technische Handeln nach der oben gegebe nen Anweisung setzt voraus, dass Messwerte der ein zelnen gesteuerten Grössen vorliegen.
Der Aufwand von Geräten zur Ermittlung dieser Messwerte erüb rigt sich jedoch, wenn eine hinreichend reproduzier- bare Abhängigkeit zwischen gesteuerten Grössen und den Stellungen der ihnen zugeordneten Stellgliedern gegeben ist. Die gesteuerten Grössen können also auch Stellgrössen sein. Wenn z.
B. Ylp Y2<B>...</B> Y. die Stellgrössen sind und wenn q,: <B><I>q2</I> ...</B> q" das einzu haltende Verhältnis der Stellgrössen ist, dem Eingang des einer gesteuerten Grösse Xi zugeordneten Reg lers neben der Abweichung der Regelgrösse von ihrem Sollwert eine Grösse zugeführt werden, deren Wert dem Ausdruck
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entspricht. Die Ausdrücke
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stellen, wie bereits oben gesagt wurde, Abweichun gen von Einzelwerten von ihrem arithmetischen Mittel dar.
Sicherlich wären auch Grössen, welche anderen Funktionen der p, <I>X,</I> bzw. qi Yi entspre chen, denkbar, welche dazu geeignet sind, die Reg ler für die zu steuernden Grössen passend zu beein flussen.
Man könnte beispielsweise daran denken, die Xi bzw. Yi zu messen, den jeweils grössten oder kleinsten der Werte pi Xi bzw. qi Yi auszuwählen und jeweils allein den zugeordneten Regler im Sinne einer Verkleinerung oder Vergrösserung von Xi bzw. Yi so lange zu beeinflussen,
bis alle piXi bzw. qi Yi untereinander gleich sind. Die erfindungsgemässe Anweisung erlaubt jedoch, insbesondere dann, wenn elektrisch arbeitende Mittel eingesetzt werden sollen, die Lösung der Aufgabe mit einem sehr geringen Aufwand technischer Mittel, wie insbesondere das im folgenden beschriebene und in der Abbildung ge zeigte Ausführungsbeispiel lehrt.
<B>In</B> der beiliegenden Zeichnung ist als Ausfüh rungsbeispiel eine Anlage zur Regelung des Unter druckes im. Feuerraum eines Dampfkessels darge stellt, anhand welcher Zeichnung auch ein Aus führungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens dargelegt wird.
In Verbindung mit dem Dampfkessel<B>1</B> sind drei Sauggebräse 2 vorgesehen, von denen verlangt wird, dass sie sich mit verhältnisgleichen Förderleistungen an der Aufrechterhaltung eines gewünschten Unter druckes im Feuerraum beteiligen. Stellglieder<B>3</B> die nen der Einstellung der Förderleistungen der einzel nen Gebläse. Sie werden von Stellmotoren 4, welche den ihrem Betrieb dienenden Verstärkern<B>5</B> (Regel- verstärkern) nachgeschaltet sind, gestellt.
Die Regel verstärker mit den nachgeschalteten Stellmotoren sind durch 1-Charakteristik oder bei passender Aus führung der Regelverstärker durch DI-Charakteri- stik ausgezeichneten Regler zur Steuerung der För derleistungen der einzelnen Saugzuggebläse. Gleich laufend mit den Stellgliedern<B>3</B> werden die Messwert- geber <B>6,</B> welche als Drehtransformatoren zu denken sind, gestellt. Sie geben elektromotorische Kräfte, welche den Stellungen der Stellglieder entsprechen und welche Ströme durch die Potentiometer <B>7</B> trei ben.
An den Potentionietern können, der Einstellung ihrer Schleifer entsprechend, Proportionalteile der an ihnen vorhandenen Spannungsabfälle abgegriffen werden, welche, wenn mit Yl, <I>Y.,</I> und Y, die Stel lungen der Stellgheder und mit q, <B><I>:</I></B> q2: q. ihr ge wünschtes Verhältnis bezeichnet werden, Repräsen tanten der Ausdrücke qi Yi sind.
Die Potentiometer können nun als aktive Zwei pole aufgefasst werden, an deren Ausgängen dem Produkt qi Yi entsprechende elektromotorische Kräfte vorhanden sind. Jeder dieser drei Zweipole ist nun mit<B>je</B> einem Widerstand<B>8</B> in Reihe geschal tet und die drei Reihenschaltungen sind parallel ge schaltet. Die in diesem Netzwerk auf Grund der elektromotorischen Kräfte fliessenden Ströme haben an den als unter sich gleich vorauszusetzenden Wider ständen<B>8</B> Spannungsabfälle zur Folge, welche den Ausdrücken
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entsprechen.
Der Unterdruck im Feuerraum sei durch das Gerät<B>9</B> gemessen, welches durch den als Drehtrans formator zu denkenden Geber<B>10</B> eine dem Unter druck entsprechende elektromotorische Kraft be wirkt, welche mit dem gleichartigen Geber<B>11</B> für die Einstellung des Sollwertes des Unterdruckes in Reihe geschaltet ist. Die am Ausgang der Geber kombination fühlbare Spannung entspricht also der Regelabweichung. Der Eingang jedes Regelverstär kers ist in Reihe mit dem ihm zugeordneten Wider stand<B>8</B> und der die Regelabweichung darstellenden Geberkombination geschaltet.
Dem der SteRgrösse Yi zugeordneten Regelverstärker lässt sich damit ein- gangsseitig eine Spannung aufprägen, welche der Summe der Regelabweichung und des Ausdruckes
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entspricht. Nach der gleichen technischen Lehre, nach wel cher die im Ausführungsbeispiel angegebene Schal tung für die ;Steuerung von drei verhältnisgleich zu steuernden Grössen entwickelt wurde, ist es auch möglich, eine Schaltung zur Steuerung von beliebig vielen Grössen zu entwickeln.
Die zu steuernden Grössen brauchen nicht, wie im Ausführungsbeispiel, gleichartig zu sein. Das Verfah ren und die im Ausführungsbeispiel demonstrierte Einrichtung zu seiner Ausübung ist vielmehr überall da anwendbar, wo eine zu regelnde Grösse überhaupt von mehreren zu steuernden Grössen, welche in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen sollen, ab hängt. Den Gebern für die Werte der gesteuerten Grössen, z. B. der Stellgrössen können, wenn das Ver hältnis dieser Grössen zueinander mit dem Sollwert der Regelgrösse variabel sein soll, auch beispielsweise passende Kurvenscheibengetriebe oder äquivalente Einrichtungen vorgeschaltet werden.
Method for regulating a physical variable, which depends on the interaction of several variables controlled by a regulator, and device for carrying out the method. The invention relates to a method for regulating a physical variable which depends on the interaction of several B> each </B> by a regulator, in particular variables of the same type, depends in such a way that a certain ratio of the controlled variables is set at the same time. This is the case, for example, when the negative pressure in the combustion chamber of a steam boiler is to be regulated and when the delivery rates of several induced draft fans working next to one another have to be controlled.
The object on which this method is based can undoubtedly be achieved by using a controller for the operation of each actuator which has a P characteristic or whose characteristic is also determined by a P component, and that the same amount dependent on the control deviation, in particular the integral or the sum of the integral and the differential of the control deviation, is fed to each controller input.
This solution enforces a constant ratio of the controlled variables and with regard to the controlled variable such a device has the generally desired I or DI characteristic.
I-controllers are controllers that have an integral control characteristic. DI and P controllers characterize controllers with differential-integral or proportional control characteristics. The expression P component or I component is intended to denote the respective proportional or integral components of the corresponding control characteristic.
However, this solution has disadvantages. In general, regulators with a P characteristic or regulators whose characteristic is also determined by a P component are implemented in that originally integrally acting regulators are converted into regulators with P characteristics by means of devices for feedback of their output value, possibly via delaying transmission elements or to controllers whose characteristics are also determined by a P component.
Then, however, in the solution case cited, on the way from the sensing element of the control deviation to the actuator for each of the variables to be controlled, two transmission elements with integral components in their characteristics would be connected in series. It is known that the series connection of the transmission elements of this type significantly enhances the tendency to oscillate the controlled variable and that additional resources are required to dynamically stabilize the control.
A considerable sluggishness of the regulation still has to be accepted in general. The aforementioned disadvantages are to be avoided by the method according to the invention.
According to the method according to the invention, the individual variables to be controlled are controlled by P, 4,, eT with I characteristic or DI characteristic and, in addition to the control deviation, the deviation of an adjustable proportional part of the variable it controls from the arith metic means of the adjustable proportional parts of all controlled quantities supplied.
Are <I> X "</I> <I>X2</I><B>...</B> <I> X" </I> the controlled variables and should they always be in the ratio pl < B> <I>: </I> p2: ... </B> p ", then the controller controlling variable Xi is to be supplied with a variable, its value, in addition to the deviation of the variable to be controlled from its setpoint the expression
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corresponds. Technical action in accordance with the instructions given above requires that measured values of the individual controlled variables are available.
However, there is no need for devices to determine these measured values if there is a sufficiently reproducible dependency between controlled variables and the positions of the actuators assigned to them. The controlled variables can therefore also be manipulated variables. If z.
B. Ylp Y2 <B> ... </B> Y. are the manipulated variables and if q ,: <B> <I> q2 </I> ... </B> q "the ratio of the manipulated variables to be maintained is, the input of the controller assigned to a controlled variable Xi is supplied with a variable in addition to the deviation of the controlled variable from its setpoint, the value of which is indicated in the expression
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corresponds. The expressions
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represent, as already said above, deviations of individual values from their arithmetic mean.
Variables which correspond to other functions of p, <I> X, </I> or qi Yi would certainly also be conceivable, which are suitable for influencing the controller for the variables to be controlled.
One could, for example, think of measuring the Xi or Yi, selecting the respective largest or smallest of the values pi Xi or qi Yi and influencing the assigned controller alone in the sense of reducing or increasing Xi or Yi as long as
until all piXi or qi Yi are equal to each other. However, the instruction according to the invention allows, especially when electrically operating means are to be used, the solution of the task with a very low expenditure of technical means, as in particular the embodiment described below and shown in the figure teaches.
<B> In </B> the accompanying drawing, a system for regulating the negative pressure in the. The combustion chamber of a steam boiler is Darge, based on which drawing an exemplary embodiment of the method according to the invention is shown.
In connection with the steam boiler <B> 1 </B>, three suction fans 2 are provided, of which it is required that they contribute to maintaining a desired negative pressure in the combustion chamber with proportionate delivery rates. Actuators <B> 3 </B> are used to set the delivery rates of the individual fans. They are set by servomotors 4, which are connected downstream of the amplifiers <B> 5 </B> (control amplifiers) used for their operation.
The control amplifiers with the downstream servomotors are excellent controllers for controlling the delivery rates of the individual induced draft fans with 1 characteristics or, if the control amplifier is suitable, with DI characteristics. The transducers <B> 6 </B>, which are to be thought of as rotary transformers, are set in parallel with the actuators <B> 3 </B>. They give electromotive forces which correspond to the positions of the actuators and which currents drive through the potentiometer <B> 7 </B>.
Depending on the setting of their sliders, proportional parts of the voltage drops present at them can be tapped off at the potentiometers, which, if Yl, <I> Y., </I> and Y, the positions of the actuators and q, <B > <I>: </I> </B> q2: q. their desired relationship are denoted, are representatives of the expressions qi yi.
The potentiometers can now be understood as active two poles, at the outputs of which there are electromotive forces corresponding to the product qi Yi. Each of these three bipoles is now connected in series with a resistor <B> 8 </B> and the three series connections are connected in parallel. The currents flowing in this network due to the electromotive forces result in voltage drops at the resistors, which are assumed to be equal to each other, which have the expressions
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correspond.
The negative pressure in the combustion chamber is measured by the device <B> 9 </B>, which by means of the encoder 10, which can be thought of as a rotary transformer, produces an electromotive force corresponding to the negative pressure, which with the same type of encoder <B> 11 </B> is connected in series for setting the setpoint of the negative pressure. The voltage that can be felt at the output of the encoder combination therefore corresponds to the control deviation. The input of each control amplifier is connected in series with its associated resistance <B> 8 </B> and the encoder combination representing the control deviation.
The control amplifier assigned to the control variable Yi can thus be impressed on the input side with a voltage which is the sum of the control deviation and the expression
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corresponds. According to the same technical teaching, according to which the circuit specified in the exemplary embodiment was developed for controlling three variables to be controlled proportionally, it is also possible to develop a circuit for controlling any number of variables.
The variables to be controlled do not need to be of the same type, as in the exemplary embodiment. Rather, the method and the device demonstrated in the exemplary embodiment for performing it can be used wherever a variable to be controlled depends on several variables to be controlled, which should be in a specific relationship to one another. The encoders for the values of the controlled variables, e.g. B. the manipulated variables, if the ratio of these variables to each other with the setpoint value of the controlled variable is to be variable, for example, suitable cam drives or equivalent devices can be connected upstream.