CH685074A5

CH685074A5 - Method and apparatus for operating a control device.

Info

Publication number: CH685074A5
Application number: CH342992A
Authority: CH
Inventors: Peter Holschbach; Dietmar Manz
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1995-03-15
Also published as: NL194743C; FR2683644B1; NL9201962A; FR2683644A1; AT400201B; ATA221991A; NL194743B; DE4237810A1

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Regeleinrichtung zur Drehzahlregelung eines Gas-Luft-Verbund-Lüfters eines gebläseunterstützten Gas-Wasserheizers mit einem Regler, der aus der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert eine Stellgrösse generiert, und einem Mikroprozessor oder einem Zugriff auf einen Mikroprozessor sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The present invention relates to a method for operating a control device for speed control of a gas-air composite fan of a fan-assisted gas water heater with a controller that generates a manipulated variable from the deviation between the setpoint and actual value, and a microprocessor or an access on a microprocessor and a device for performing the method.

Herkömmliche Regelprozesse beruhen auf dem Prinzip, die Stellgrösse zur Angleichung des Ist-Wertes an den Soll-Wert allein aus der jeweils aktuellen Regelabweichung zu ermitteln. Das ist insbesondere dann problematisch, wenn häufige und sehr grosse Soll-Wert-Sprünge auftreten, da der Regelbereich entsprechend ausgedehnt sein muss. Dies führt zu einer langsamen Regelung, wobei in vielen Fällen auch noch ein erhebliches Unter- beziehungsweise Überschwingen in Kauf genommen werden muss. Conventional control processes are based on the principle of determining the manipulated variable for the adjustment of the actual value to the target value solely from the current control deviation. This is particularly problematic when there are frequent and very large jumps in the desired value, since the control range must be extended accordingly. This leads to a slow regulation, whereby in many cases a significant undershoot or overshoot has to be accepted.

Aus «Adaptive Control» von K. J. Aström und B. Wittenmark, Addison-Wesley Publisting Company, Massachusetts, US, Mai 1988, Seite 364 bis 366, ist ein Regelverfahren bekanntgeworden, bei dem der Regelbereich in mehrere Teilbereiche aufgeteilt wird, wobei die oben genannten Nachteile zwar gemildert, aber nicht beseitigt sind. A control method has become known from “Adaptive Control” by KJ Aström and B. Wittenmark, Addison-Wesley Publisting Company, Massachusetts, US, May 1988, pages 364 to 366, in which the control range is divided into several sub-ranges, the above-mentioned ones Disadvantages are alleviated, but not eliminated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren anzugeben, das eine schnellere Überwindung der Regelabweichung bei geändertem Soll-Wert gestattet, wobei gleichzeitig eine Verringerung des Unter- beziehungsweise Uberschwingens anzustreben ist. The invention is based on the object of specifying a control method which allows the control deviation to be overcome more quickly when the desired value has changed, while at the same time striving to reduce undershoot or overshoot.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Mikroprozessor aus dem Soll-Wert w und einer, den Zusammenhang zwischen Stellgrösse und Regelgrösse charakterisierenden Streckenkennlinie eine erste Stellgrösse yi vorberechnet und der als mit hoch verstärktem P-Anteil ausgebildete Regler der ersten Stellgrösse yi eine zweite Stellgrösse Ay als Korrekturwert überlagert, wobei bei Uber-/Unterschreiten des Regelbereiches des Reglers die vorberechnete Stellgrösse yi unterdrückt und die maximale/minimale Stellgrösse ausgegeben wird. According to the invention, the object is achieved in that the microprocessor precalculates a first manipulated variable yi from the desired value w and a characteristic curve characterizing the relationship between the manipulated variable and the controlled variable, and the controller of the first manipulated variable yi, which is designed as a highly amplified P component, calculates a second manipulated variable Ay is superimposed as a correction value, the precalculated manipulated variable yi being suppressed and the maximum / minimum manipulated variable being output when the control range of the controller is exceeded / undershot.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Stellgrösse sich in Abhängigkeit vom Soll-Wert aus systeminternen Parametern vorberechnen lässt, so dass der Regler quasi nur noch für den Feinab-glelch erforderlich ist. Der Arbeitspunkt des Reglers verschiebt sich entsprechend der berechneten Stellgrösse auf der Streckenkennlinie. Infolgedessen kann der Regelbereich des Reglers erheblich reduziert werden. Es ist nur noch eine geringe Abweichung von der theoretisch aus der Streckenkennlinie ermittelten Stellgrösse auszutarieren. Deshalb kommt ein Pl-Regler zum Einsatz. Ein solcher Regler besitzt nur einen geringen Regelbereich; dafür ist die Regelgeschwindigkeit wie auch die Regelgenauigkeit ausserordentlich hoch. Der I-Anteil des Reglers spielt nur eine untergeordnete Rolle. Der Integrator weist einen relativ geringen Maximalwert auf. Bei einer bestimmten Abweichung vom Soll- The invention is based on the knowledge that the manipulated variable can be precalculated as a function of the target value from system-internal parameters, so that the controller is virtually only required for the fine adjustment. The operating point of the controller shifts on the characteristic curve according to the calculated manipulated variable. As a result, the control range of the controller can be significantly reduced. There is only a slight deviation from the manipulated variable theoretically determined from the characteristic curve. That is why a PI controller is used. Such a controller has only a small control range; the control speed and control accuracy are extremely high. The I component of the controller only plays a subordinate role. The integrator has a relatively low maximum value. If there is a certain deviation from the target

Wert wird der Integrator gelöscht, und der I-Anteil entfällt. Je nach Anwendung ist es auch möglich, einen reinen P-Regler zu verwenden. Ein D-Anteil für den Regler ist denkbar, bringt aber, bedingt durch die steile P-Regelung, kaum Vorteile. Value, the integrator is deleted and the I component is omitted. Depending on the application, it is also possible to use a pure P controller. A D component for the controller is conceivable, but, due to the steep P control, has hardly any advantages.

Da der P-Anteil des Reglers beziehungsweise der P-Regler eine sehr hohe Verstärkung aufweist und deshalb nur innerhalb eines schmalen Bereiches um den Soll-Wert regeln kann, ist ein kurzzeitiges Überschreiten des Regelbereiches nicht aus-zuschliessen, so dass in diesem Fall die maximale/ minimale Stellgrösse ausgegeben wird. Since the P component of the controller or the P controller has a very high gain and can therefore only regulate within a narrow range around the target value, a brief exceedance of the control range cannot be ruled out, so that in this case the maximum / minimum manipulated variable is output.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Streckenkennlinie aus den zu den jeweiligen Ist-Werten gehörenden Stellgrössen den regelsystemeigenen Gegebenheiten und zeitlichen Veränderungen angeglichen. Auf diese Weise ist die Regelgenauigkeit unabhängig von der Streckencharakteristik, das heisst unabhängig von Exemplarstreuungen, Alterungserscheinungen und so weiter. Das Regelverfahren ist somit nicht nur voreinstellend, sondern auch selbstadaptiv. According to an advantageous further development, the characteristic curve is adjusted from the control variables belonging to the respective actual values to the conditions in the control system and changes over time. In this way, the control accuracy is independent of the route characteristics, that is, independent of specimen scatter, signs of aging and so on. The control process is therefore not only presetting, but also self-adaptive.

Zur Berücksichtigung der systemspezifischen und zeitlich veränderlichen Streckenkennlinie ist weiterhin ein Kennlinienangleicher vorgesehen, der einen Speicher zur Aufnahme der aktuellen, während eines stabilen Betriebszustandes ermittelten Wertepaare, Ist-Wert/Stellgrösse aufweist. Ein stabiler Betriebszustand ist erreicht, wenn der Ist-Wert über einen Mindestzeitraum konstant ist. Der Kennlinienangleicher wartet auf einen solchen stabilen Betriebszustand und legt dann die Stellgrösse und den Ist-Wert in den Speicher ab. Aus mindestens zwei derartigen Wertepaaren kann der Mikroprozessor problemlos eine angenäherte Kennlinie berechnen. Liegt bereits eine grössere Anzahl von Wertepaaren vor, lässt sich bei entsprechender Programmierung des Mikroprozessors auch eine Krümmung beziehungsweise Nichtlinearität der Kennlinie erfassen. To take into account the system-specific and time-variable characteristic curve, a characteristic curve adjuster is also provided, which has a memory for recording the current pairs of values, actual value / manipulated variable, determined during a stable operating state. A stable operating state is reached when the actual value is constant over a minimum period. The characteristic curve adjuster waits for such a stable operating state and then stores the manipulated variable and the actual value in the memory. The microprocessor can easily calculate an approximate characteristic from at least two such pairs of values. If there is already a large number of pairs of values, if the microprocessor is programmed accordingly, a curvature or non-linearity of the characteristic curve can also be detected.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet beziehungsweise werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims or are shown below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der beanspruchten Regelung und Fig. 1 is a block diagram of the claimed control and

Fig. 2 eine grafische Veranschaulichung des Regelkonzeptes mit einem P-Regler. Fig. 2 is a graphical illustration of the control concept with a P controller.

Für das erfindungsgemässe Verfahren zum Betreiben einer Regeleinrichtung sind neben den herkömmlicherweise vorhandenen Baugruppen zusätzliche Softwarekomponenten 1 eines Mikroprozessors erforderlich. In addition to the assemblies conventionally present, additional software components 1 of a microprocessor are required for the method according to the invention for operating a control device.

Ausgangsgrössen für die Regelung sind - wie üblich - ein Ist-Wert x und ein Soll-Wert w, welche einem Vergleicher 2 zugeführt werden. Der Vergleicher 2 bildet die Differenz xw = x - w, die der Regelabweichung entspricht. Dieser Differenzwert wird einem Regler 3 zugeführt, welcher daraus eine Stellgrösse ermittelt, die hier mit Ay bezeichnet werden soll. Im Gegensatz zu bekannten Regelvorgängen ist dieses Ay nicht die gesamte Stellgrösse, The output variables for the control are - as usual - an actual value x and a target value w, which are fed to a comparator 2. The comparator 2 forms the difference xw = x - w, which corresponds to the control deviation. This difference value is fed to a controller 3, which uses it to determine a manipulated variable which is to be referred to here as Ay. In contrast to known control processes, this Ay is not the total manipulated variable,

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sondern nur eine Korrekturgrösse, die einer mittels des Mikroprozessors vorberechneten Stellgrösse yi überlagert wird. Dazu ist im Mikroprozessor die Streckenkennlinie 4 gespeichert. Diese wird dem aktuellen Soll-Wert w zugefügt und - wie Fig. 2 zeigt -, bei w, das heisst wi beziehungsweise wz, der jeweiligen Stellgrösse yn beziehungsweise yi2 zugeordnet. Für diese Zuordnung sind Mikroprozessorkomponenten 5 vorgesehen. Ausgegeben wird die Stellgrösse yi, die der optimalen Stellgrösse y schon sehr nahekommt. Die Gesamtstellgrösse y ist die Summe der vorberechneten Stellgrösse yi und der Korrekturstellgrösse Ay. Die beiden Summanden werden einem Addierglied 6 zugeführt, an dessen Ausgang die Gesamtstellgrösse y die Regelstrecke 7 in üblicher Weise beaufschlagt. but only a correction variable that is superimposed on a manipulated variable yi precalculated by the microprocessor. For this purpose, the characteristic curve 4 is stored in the microprocessor. This is added to the current target value w and - as shown in FIG. 2 -, at w, that is to say wi or wz, is assigned to the respective manipulated variable yn or yi2. Microprocessor components 5 are provided for this assignment. The manipulated variable yi is output, which is very close to the optimal manipulated variable y. The total manipulated variable y is the sum of the pre-calculated manipulated variable yi and the corrected manipulated variable Ay. The two summands are fed to an adder 6, at the output of which the total manipulated variable y acts on the controlled system 7 in the usual way.

Die Stellgrösse y, beispielsweise eine Spannung, und der die Regelstrecke 7 charakterisierende Ist-Wert x, beispielsweise eine Lüfterdrehzahl eines gebläseunterstützten Gas-Wasserheizers, werden ausserdem auf einen Kennlinienangleicher 8 des Mikroprozessors gegeben. Der Kennlinienangleicher 8 berechnet während stationärer Betriebszustände aus den Wertepaaren y/x die Streckenkennlinie y = f (x) und gibt diese an die entsprechende Mikrorechnerkomponente 5 weiter. The manipulated variable y, for example a voltage, and the actual value x characterizing the controlled system 7, for example a fan speed of a fan-assisted gas water heater, are also given to a characteristic curve adjuster 8 of the microprocessor. The characteristic curve adjuster 8 calculates the path characteristic curve y = f (x) from the value pairs y / x during stationary operating states and passes this on to the corresponding microcomputer component 5.

Eine solche Streckenkennlinie in Verbindung mit der Arbeitsweise des Reglers 3 zeigt Fig. 2. Es ist ersichtlich, dass die Regelcharakteristik 9 eines reinen P-Reglers der Streckenkennlinie 10 derart überlagert ist, dass der Arbeitspunkt 11 beziehungsweise 12 des Reglers auf der Streckenkennlinie 10 entsprechend der vorberechneten Stellgrösse yn beziehungsweise yi2 wandert. Der Regelbereich 13 des P-Reglers liegt damit immer symmetrisch zum Soll-Wert wi beziehungsweise W2. Aufgrund dieser Verfahrensweise lässt sich ein Regler mit sehr hoher Verstärkung des P-Anteils einsetzen. Folglich ergibt sich eine sehr geringe maximale Regelabweichung, die bei dem im Ausführungsbeispiel veranschaulichten reinen P-Regler mit dem Regelbereich 13 übereinstimmt. Such a characteristic curve in connection with the mode of operation of the controller 3 is shown in FIG. 2. It can be seen that the control characteristic 9 of a pure P controller is superimposed on the characteristic curve 10 in such a way that the operating point 11 or 12 of the controller on the characteristic curve 10 corresponds to that precalculated manipulated variable yn or yi2 moves. The control range 13 of the P-controller is therefore always symmetrical to the target value wi or W2. Due to this procedure, a controller with a very high amplification of the P component can be used. As a result, there is a very small maximum control deviation, which corresponds to the control range 13 in the pure P controller illustrated in the exemplary embodiment.

Es ist auch möglich, dem 2-Punkt-Verhalten des P-Reglers einen integrativen Anteil, also einen I-An-teil, hinzuzufügen. Da die Regelstrecke 7 bei dieser Applikation jedoch nicht aktiv gebremst werden kann, lädt sich der Integrator bei Herabfahren des Soll-Wertes W2 -> wi zwangsläufig stark auf. Daher ist für einen integrativen Anteil eine enge Begrenzung des Integrations-Maximalwertes erforderlich. Ein Unterschreiten des Soll-Wertes wi durch grosse negative Integrationswerte lässt sich dadurch verhindern. It is also possible to add an integrative part, i.e. an I part, to the 2-point behavior of the P controller. However, since the controlled system 7 cannot be actively braked in this application, the integrator inevitably charges itself strongly when the setpoint W2 -> wi is lowered. Therefore, a narrow limitation of the maximum integration value is required for an integrative component. This can prevent the value from falling below the target value wi due to large negative integration values.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiment specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Claims

1. Method for operating a control device for speed control of a gas-air composite fan of a fan-assisted gas water heater with a controller that generates a manipulated variable from the deviation between the setpoint and actual value, and a microprocessor or access to a microprocessor , characterized in that the microprocessor precalculates a first manipulated variable yi from the setpoint value w and a characteristic curve characterizing the relationship between manipulated variable y and controlled variable x, and the controller (3) of the first manipulated variable designed as a PI controller with a highly amplified P component yi, a second manipulated variable Ay is superimposed as a correction value, the precalculated manipulated variable yi being suppressed and the maximum / minimum manipulated variable being output when the control range (13) of the controller (3) is exceeded / undershot.

2. The method according to claim 1, characterized in that the characteristic line y = f (x) is adjusted by means of the manipulated variables y belonging to the respective actual values x to the conditions of the control system and changes over time.

3. A device for performing the method according to claim 2, characterized in that a characteristic curve adjuster (8) is provided which has a memory for recording the current value pairs actual value / manipulated variable (x / y) determined during a stable operating state.

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