DD219346A1

DD219346A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur beeinflussung des uebertragungsverhaltens eines regelkreises mit einem pi-regler

Info

Publication number: DD219346A1
Application number: DD25604483A
Authority: DD
Inventors: Rainer Kolb; Ulrich Schulz; Hans-G Pranskat
Original assignee: Rainer Kolb; Ulrich Schulz; Pranskat Hans G
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1985-02-27
Also published as: DD219346B1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Einstellung der Begrenzungshoehe in einem EMK-Regler, der aus einem zwischen P- und PI-Verhalten umschaltbaren linearen Regler besteht und insbesondere fuer eine Anwendung zur Realisierung bestimmter Funktionsablaeufe bei geregelten Stromrichterantrieben vorgesehen ist, wobei der Eingang eines Komperators mit dem Istwert-Eingang eines linearen Reglers und der Ausgang des Komparators mit dem Eingang eines Begrenzungssollwertbildners verbunden ist, dass der Geber fuer einen kontinuierlich einstellbaren Wert der Begrenzungshoehe mit dem Eingang des Begrenzungssollwertbildners verbunden ist und dass der Ausgang des Begrenzungssollwertbildners mit dem Eingang fuer die einstellbare Begrenzungshoehe des Begrenzers mit einstellbarer Begrenzungshoehe und ueber einen Null-Schalter mit dem, der Begrenzungshoehe "Null" entsprechenden Potential verbunden ist. Figur

Description

Titel der Erfindung

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Übertragungsverhaltens eines Regelkreises mit einem PI-Regler

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Übertragungsverhaltens eines Regelkreises mit einem PI-Regler in Abhängigkeit von externen Größen zur Realisierung bestimmter Funktionsabläufe, insbesondere für geregelte Stromrichterantriebe.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus'der DD-PS 127 699 ist bei Gleichstromantrieben bek&nnt, mit der Einleitung der Feldumkehr die '.Virkung des SLK-Sollv/ertes auf den IELIK-Regier über den Zeitraum der Umsteuerung aufzuheben. Für den Aufbau des Feldstromes in der neuen Feldstromrichtung ist die Vorgabe eines zusätzlichen Feldstromsollwertes erforderlich. Das Verhalten und die '.Virkung dieser Schaltungsanordnung ist sehr stark ' von den Parametern des Regelkreises, d.h. von der Art des Stromrichters, sen den Streckenparametem

und. von der nach unterschiedlichen Kriterien erfolgten Optimierung der Regler abhängig. Sin überschwingen des. Peldstromes und damit die Überschreitung des zulässigen SIiIK-Istv/ertes kann damit nicht in. federn Palle vermieden werden·

Bekannt ist auch aus der DE-OS 30 23 408 ein Verfahren zur Veränderung des linearen Übertragungsverhaltens eines PI-Reglers in Abhängigkeit von einem Steuersignal» Das Steuersignal wird aus dem Vergleich zwischen dem am Regler anliegenden Soll- und Istwert gebildet. Die Veränderung des Übertragungsverhaltens erfolgt durch Umschaltung der Rückführungsbeschaltung des Reglers, indem der Rückführungskondensator kurzgeschlossen Y/ird. Die Wirksamkeit dieses Verfahrens ist ebenfalls sehr stark abhängig von den Parametern der Regelstrecke und der Optimierung des Reglers· Besonders problematisch wird das Verhalten für den Pail, daß sich die Streckenparameter des .Regelkreises ändern. . .. . .:. ' ·

Ziel der Erfindung .

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung sur Beeinflussung des Übertragungsverhaltens eines Regelkreises mit einem PI-Regler vorzuschlagen, deren Wirksamkeit nicht von den Parametern der Regelstrecke und der Optimierung des Reglers .abhängig ist und ein Überschwingen des Istwertes, insbesondere des Peldstromes vermieden wird, wobei mit geringem Aufwand eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung . .

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des übertragungsverhaltens eines Regelkreises mit einem PI-Regler so auszuführen, daß durch eine Entkopplung des Klein- vom Großsignalverhalten ein dynamisch optimaler Betrieb für beide Arbeitsbereiche erreicht und gleichzeitig über die Steuerung des Übertragung sverhal tens des PI-Reglers ein unzulässiges Ansteigen des Istwertes vermieden wird. .

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß erfolgt in Abhängigkeit von einem Steuersignal eine Reduzierung des Begrenzungssollwertes für das am Ausgang des PI-Reglers anliegende Signal und gleichseitig eine Umschaltung des ?I-Reglers auf einen offenen P-Verstärker.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Steuersignal der einstellbare Schwellwert' eines analogen Signals oder ein externes logisches Signal sein. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist so ausgeführt, daß der Ausgang des PI-Reg-lers mit dem Eingang eines Begrenzungsreglers verbunden ist, an dessen weiterem Eingang über eine Sollwertbildung ein Steuersignal angeschlossen ist. Ein Ausgang des Begrenzungsreglers steht über einen Begrenzungsdetektor mit dem Steuereingang eines elektronischen Schalters im Rückführungszweig des PI-Reglers in Verbindung. Am Ausgang des Begrenzungsreglers ist ein begrenzter Sollwert entnehnbar.

In Ausgestaltung der Erfindung ist als analoges Signal der Istwert über einen Istwert-Komparator an einen Eingang eines Begrenzungssollwertbildiiers angeschlossen, mit dessen zweitem Eingang ein einstellbarer Begrenzungssollwertgeber verbunden ist und an dessen Ausgang das Steuersignal entnehmbar ist. !'Tach einer Ausführungsform der Erfindung steht das externe logische Signal über eine ilullsteuerung als Steuersignal mit einem Eingang des Begrenzungsreglers in Verbindung..

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungs-' beispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1: Blockschaltbild der Erfindung

Jig. 2: eine, schaltungstechnische Ausführungsform der Erfindung '

JTach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt über ein externes Steuersignal-St1; St2 die Auftrennung der' Rückführung des PI-Reglers 1, so daß die Ladung des Rückführungskondensators C, die vor der Vergabe des' Steuersignals vorhanden ist, gespeichert wird. Bei Aufhebung des Steuersignals St15 St2 entspricht die Ausgangsspannung des Reglers diesem Wert. Gleichzeitig wird über die Auswertung des Istwertes mit Hilfe eines !Comparators 4 der Begrenzungssollwert ausgehend von einem dem Hormalbetrieb entsprechenden Wert auf einen definierten minimalen v/ert mit dem Ziel gesteuert den Istwert von einer be stiften Größe an zu begrenzen. Die Funktion des gesteuerten PI-Reglers gemäß Erfindung .wird am Blockschaltbild näher erläutert.·

In Fig. 1 ist ein Regler mit nachgebender Rückführung, ein PI-Regler 1 dargestellt, an dessen Eingang ein Soll-Istwert-Vergleich stattfindet. Die Rückführung kann durch einen zvri.sch.en den Rückführungswiderstand R und den Rückführungskondensator C geschalteten elektronischen Schalter 8 aufgetrennt v/erden. Der elektronische Schalter 8 wird durch ein Signal des Begrenzungsdetektors 3 betätigt. Sin Betätigungssignal wird durch den Begrenzungsdetektor 3 abgegeben, wenn der Ausgangswert des PI-Reglers 1. den durch das Steuersignal St1 aus dem Begrenzungssollwertbildner vorgegebenen Begrenzungswert erreicht oder überschreitet. Der Vergleich der 'beiden Signale erfolgt im Begrenzungsregler 2. Am Ausgang des Begrenzungsreglers 2 erscheint der Ausgangswert des PI-Reglers oder der durch den Begrenzungssollwertbildner 6 vorgegebene begrenzte Sollwert Soll'i Liegt am Istwert-Komparator 4 kein Istwert oder ein Istwert unterhalb der Triggerschwelle an, wirkt nur der mittels Begrenzungssollwertgeber 5 eingestellte Begrenzungswert über den Begrenzungssollwertbildner" β auf den Begrenzungsregler 2. Bei Überschreitung des am Istwert-Komparator 4 eingestellten Ansprechwertes des Istwertes wirkt dieser auf den Begrenzuiigssollwertbildner 6 und setzt den-am Begrenzungssollwert- . geber 5 eingestellten Begrenzungswert herab. Durch Betätiglang der Nullsteuerung 7 wird ein Begrenzungswert "Hull" vorgegeben, wodurch praktisch jeder Ausgangswert des PI-Reglers 1 begrenzt wird. Diese Begrenzung über die Hullsteuerung 7, das Steuersignal St2 und den Begrenzungsregler 2 wirkt auf den Begrenzungsdetektor 3, der ein Betätigungs-, signal für den elektronischen Schalter S abgibt, wodurch der Rückführungskreis des ?I-Reglers 1 aufgetrennt v/ird. Λ

Die Vorzüge des gesteuerten PI-Reglers T kommen in besonderem i.Iaße beim Einsatz-im Zusammenhang mit * Regelstrecken mit großen Zeitkonstanten und starken aussteuerungsabhängigen Änderungen der Strecken-'parameter zur Geltung. .

Bei Vorgabe eines SollwertSprunges am PI-Regler 1 in Höhe des Nennwertes ist nach Erreichen des Sollwertes durch den Istwert nur eine geringe Korrekturgröße als Ausgangswert des PI-Reglers 1 erforderlich. Durch die Sollwertvorgabe als\ Sprung .wurde jedoch. zunächst eine Vollaussteuerung des Reglerausganges bis zur Begrenzung bewirkt. In bekannten Reglern führt.das nach kurzer Zeit zur Aufladung des Rückführungskondensators C und zur Bereitstellung einer großen Korrekturspannung, obwohl nach Erreichen des Sollwertes durch den Istwert.nur noch eine kleine Korrekturgröße benötigt wird. Um. diese "Fehlladung" des Rückführungskondensators C des PI-Reglers' 1 auszugleichen, steigt im geschlossenen Regelkreis der Istwert stark an. Es kommt zum Überschwingen des Istwertes. .

Durch den erfindungsgemäßen gesteuerten PI-Regler wird dieses nachteilige Verhalten vermieden. Das Erreichen des Begrenzungswertes des ?I-Reglers 1 wird durch den Begrenzungsdetektor 3 sofort erfaßt und die Rückführung des PI-Reglers 1 aufgetrennt* Der Rückführungskondensator C kann keine weitere Ladung aufnehmen. Er hat bisher nur eine solche Ladung aufgenommen, deren Spannung etwa der erforderlichen Korrekturgröße nach Erreichen des Sollwertes durch den Istwert entspricht. Der zur schnellstmöglichen Erzielung des Istwertes an der Strecke vorgegebene Steuerwert entspricht der Begrenzungsvorgabe des Begrenzungssollr/ertgebers 5. Bei Erreichen des Sollwertes durch den Istwert.

wird der noch als offener Verstärker betriebene PI-Regler 1 seinen Ausgangswert sofort unter den Begrenzungswert zurückführen und sein Rückführungskreis wird wieder geschlossen. Im Augenblick des Schliessens liegt am Ausgang des PI-Reglers 1 die Spannung an, die der Ladung des ,Rückführungskondensators C in diesem Augenblick entspricht. Da·eine·Fehlladung verhindert wurde, liegt diese Spannung.in der ?iähe der erforderlichen Korrekturspannung. Tritt beim Abbau einer Soll-/Istwertdifferenz ein Überschwingen des Istwertes auf, wobei dieser den am Istwert-Komparator 4 eingestellten Wert überschreitet, so wird über den Begrenzungssollwertbildner β der am Begrenzungssollwertgeber 5 einge- , stellte Begrenzungswert herabgesetzt und-je nach der Größe des aktuellen Ausgangswertes des PI-Reglers 1 im Begrenzungsdetektor 3 das Erreichen der Begrenzung festgestellt. Im Falle der Begrenzung wird wiederum die Rückführung des PI-Reglers geöffnet und eine Fehlladung des Rückführungskondensators C verhindert. Bei Rückkehr des Istwertes unter den Ansprechwert des Istwert-Iiomparators 4 beginnt der PI-Regler i seine Funktion mit dem aktuellen Lastfall entsprechenden Ausgangsspannung, die wiederum der Ladung des^: Rückführungskondensators C entspricht.

Besonders vorteilhaft gestaltet sich der Einsatz des gesteuerten PI-Reglers . 1 durch die iiullsteuerung 7.. Ohne auf die Zeitkonstante der Rückführung des PI-Reglers 1 Rücksicht nehmen zu müssen, können Umkehrvorgänge. leicht beherrscht Werden, Durch Vorgabe des Begrenzungswertes "JTuIl" über die ITuIlsteuerung 7 als Steuersignal St2 wird der Begren-r zungsdetektor 3 augenblicklich die.Rückführung durch Ansteuern des elektronischen Schaltars S auf-

trennen. Der Rückführungskondensator C hat eine Ladung gespeichert, die dem Lastfall vor der Betäti-, gung der Hullsteuerung 7 entspricht. Die Vorgabe des Führungswertes 0 bedeutet einen Abbau des Istwertes mit maximaler:Geschwindigkeit. Die Vorgabe des neuen Sollwertes am PI-Regler 1 führt nach Aufhebung der Mullsteuerung 7 nieder zu einem maximalen,nur durch den Begrenzungssollwertgeber 5 begrenzten Führungswert und einem Aufbau des Istwertes mit maximaler Geschwindigkeit, Bei Erreichen de's Sollwertes durch den Istwert wird der noch offene PI-Regler sofort aus der Begrenzung zurückgesteuert und über den Begrenzungsdetektor 3 und den elektronischen Schalter seine Rückführung wieder geschlossen. Da.die Ladung des Rückführungskondensators'C erhalten geblieben ist, beginnt die Regelung mit dem neuen Sollwert wieder mit.der dem Lastfall-entsprechenden Korrekturspannung.

Das bei bisherigen Lösungen unvermeidliche Umladen der Rückführung des Reglers ist erfindungsgemäß durch den gesteuerten Betrieb des PI-Reglers vermieden worden.

Eine schaltungstechnische Realisierung der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Funktionseinheiten gemäß Fig. 1 sind, mit gleichen Bezugszahlen in ihrer konkreten Ausführung gestrichelt eingezeichnet. Schaltungsdetails die allgemein bekannt sind, werden zwar .dargestellt aber nicht näher erläutert. / .

In"der Rückführung des nachgebenden Reglers, des PI-Reglers 1 befindet sich zwischen dem Rückführungswiderstand R und dem Rückführungskondsnsator C die Schaltstrecke eines LiOS-FST als elektronischer Schalter' S. Der Begrenzun^sregler 2 wirddurch einen offenen Differenzverstärker 13 reali-

siert. Auf den invertierenden Eingang ist der.zu begrenzende Wert und auf den nichtinvertierenden Eingang der Begrenzungssollwert geführt. Zwischen invertierenden Eingang und Ausgang des Differenzvers.tärkers 18 ist zur Entkopplung ein Spannungsfolger 16 geschaltet. Ist der zu begrenzende Wert kleiner als der Begrenzungssollwert, so befindet sich der Ausgang des Differenzverstärkers 18 in seiner natürlichen positiven Begrenzung und der Ausgang des Begrenzungsdetektors 3, der als Trigger mit einer negativen Vorspannung, die größer als der maximale Begrenzungssollwert und kleiner als der natürliche Begrenzungswert des Ausganges des Differenzverstärkers 18 sein muß, ausgeführt ist, ist in der positiven Begrenzung. Damit erhält das Gate des MOS-FET 8 negatives Potential und die Rückführung des PI-Reglers 1 ist geschlossen·

Ist der zu begrenzende Wert aber gleich bzw, größer als der Begrenzungssollwert, so nimmt der Ausgang · des Differenzverstärkers 18 den Wert 'des Begrenzungssollwertes an« Da die Diode 17 in diesem Zweig liegt, nimmt der "Ausgang des Differenzverstärker 18 einen um die Schwellspannung dieser Diode 17 verringerten 'Wert an. Damit wird der Aus-, gang des Begrenzungsdetektors 3 mit dem Trigger 19 negativ und daa Gate des HOS-FET 8 positiv und die Rückführung des PI-Reglers 1 wird geöffnet, womit der PI-Regler 1 zum offenen P-Verstärker wird. Den Begrenzungssollwert liefert der Begrenzungssollwertbildner 6, der durch einen Sunnierverstärker 11 realisiert ist. Auf den Eingang des Summierverstärkers 11 sind der statische Begrenzungssollwert', der durch den Einstellregler 10 vorgegeben wird und das Potential des Ausganges des Istwerttriggers 9 geführt. Die Schwelle des Istwerttrig-

- Ίο -

gers 9 ist durch den Sinstellregler 20 veränderbar. Iat der Istwert.am. Eingang des Istwerttriggers 9 kleiner als die eingestellte Schwelle, so wird der Ausgang des Istwert triggers 9 auf !Mullpotential durch die Diode 12 begrenzt. Der Begrenzungssollwert am Ausgang des Summierverstärkers 11 entspricht dann dem statisch eingestellten Begrenzungssollv/ert. Wird die Eingangsspannung des Istwerttriggers 9 größer als dessen eingestellte Schwelle, so wird dessen Ausgang ,negativ und der Begrenzungssollv/ert am Ausgang des Summierverstärkers 11 wird auf die positive Flußspannung der Diode 15 begrenzt· Während - der Uullsteuerung wird ein positives Signal an das Gate des MOS-FET. 13 geführt. Damit sperrt dieser,¹ der Transistor 14 schaltet durch und der Begrenzungs soliwert .wird Null.

Die Erfindung kann bei analogen Regelschaltungen mit einem PI-Regler eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig erfolgt der Einsatz für thyristorgespeiste Gleichstromantriebe, bei denen die Feldumkehrschaltung mit ELiK-Re geluiig angewendet wird. Mit der Erfindung wird unabhängig vom dynamischen Verhalten des PI-Reglers ein überschwingen des Istwertes von einem bestimmten Betrag an sicher Vermieden. Die^!Schaltungsanordnung erfordert einen geringen Aufwand -und erreicht eine ausreichende Genauigkeit, . , .

Claims

Erfindungsansprucii

1. Verfahren zur Beeinflussung des Übertragungsverhaltens eines Regelkreises mit einem PI-Regler, gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit von einem Steuersignal (St1; St2) eine Reduzierung des Begrenzungssollwertes für das am Ausgang des' PI-Regler anliegende Signal £££ und gleichzeitig eine Umschaltung des PI-Reglers (1) auf einen offenen P-Verstärker erfolgt. _:

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadμrch, daß das Steuersignal (St1) der einstellbare Schwellwert eines analogen Signals ist.

3» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet· dadurch, daß das Steuersignal (St2) ein externes logisches Signal ist.

4« Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 3 ^it einem PI-Regler, an dessen Zihgang der Sollwert anliegt, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des PI-Reglers (1) r_it dem 3ingang eines Begrensungsre.'glers (2) verbunden ist, an dessen zv/eiteri 3ingang Teer eine Sollwertbildung (4;

5; S büT/.T) ein Steuersignal (StI; St2) angeschlossen ist und ein ausgang des Segrensun^sreglers (2) über

einen Begrenzungsdetektor (3) mit dem Steuereingang eines 'elektronischen Schalters (8) im Rückführungszweig- -(R; C) des P-I-Reglers (1) in Verbindung steht und daß an Ausgang des Begrenzungsreglers (Z) ein begrenzter Sollwert (Soll¹) entnehmbar ist.

Schaltungsanordnung nach Punkt 1, 2 und-4» gekennzeichnet dadurch", .daß-als analoges Signal der Istwert (Ist) über einen Istwert-Komparator (4) an einen Eingang eines Begrenzungssollv/ertbildners (6) angeschlossen ist, mit dessen zv/eit-em Eingang ein einstellbarer Begrenzungssollwertgeber (5) verbunden ist und an dessen Ausgang das Steuersignal(Sti·) entnehmbar ist. ...

Schaltungsanordnung nach Punkt 1, 3 und 4» gekennzeichnet dadurch, daß das'externe logische Signal über eine Hüllsteuerung (7) als Steuersignal (St2) mit einem Eingang des Begrenzungsreglers (2) in Verbindung steht. · ' ·

- Hierzu 2 Seiten Zeichnungen -