DD247304A1

DD247304A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur stabilisierung von regelkreisen mit nichtlinearen stellgliedern

Info

Publication number: DD247304A1
Application number: DD28776386A
Authority: DD
Inventors: Bernd Bosse; Werner Rudolph; Bernd Kuehnel
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke
Priority date: 1986-03-11
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1987-07-01

Abstract

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Regelkreisen mit nichtlinearen Stellgliedern, z. B. Stellventilen, durch Kompensation der Nichtlinearitaet. Um unabhaengig vom Arbeitspunkt auf der nichtlinearen Stellgliedkennlinie die Stabilitaet des Regelkreises zu gewaehrleisten, soll die Kennlinie staendig erfasst und ihre Nichtlinearitaet im Regelkreis ausgeglichen werden. Das Reglerausgangssignal wird staendig der Stellgliedkennlinie angepasst, in dem der Durchfluss hinter dem Stellglied gemessen und der Quotient aus der Stellgliedstellung und dem Durchfluss, der den Anstieg der inversen Stellgliedkennlinie kennzeichnet, gebildet und als Multiplikationsfaktor fuer die vorgegebene Reglerverstaerkung oder das Reglerausgangssignal herangezogen wird. Eine Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens ist angegeben. Figur

Description

Ausführungsbeispiel

Die näherer Erläuterung erfolgt an Hand der Zeichnung, die einen Dampftemperaturregelkreis mit Einspritzregelung teilweise in der Regelstruktur darstellt.

Zur Regelung der Heißdampftemperatur ist ein Einspritzkühler 1 vorgesehen, dem das einzuspritzende Wasser über ein Stellventil 2 zugeführt wird. Der Antrieb 3 des Stellventils 2 liegt im Temperaturregelkreis mit einem PI-Regler 4. Um negative Auswirkungen der nichtlinearen Ventilkennlinie auf das Regelverhalten auszuschließen, ist hinter dem Ventil 2 eine nach dem Wirkdruckprinzip arbeitende Durchflußmeßeinrichtung 5 vorgesehen. Der Ausgang des Meßwertwandlers 5 ist an eine Divisionsstelle 6 gelegt, in der der Durchfluß den Divisor bildet, während die Ausgangsgröße des Stellungsgebers des Ventils als Dividend zugeführt ist. Der in dieser Divisionsstelle 6 gebildete Quotient gibt Auskunft über den Anstieg der inversen Ventilkennlinie und wird in einer Multiplikationsstelle 8 mit dem den Verstärkungsfaktor Kr des Reglers kennzeichnenden Faktor multipliziert.

Die Ausgangsgröße der Multiplikationsstelle 8 bestimmt die Reglerverstärkungsänderung des Reglers 4, mit dem die nichtlineare Ventilkennlinie kompensiert wird.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Stabilisierung von Regelkreisen mit Stellgliedern, z. B. Stellventilen, die eine nichtlineare Kennlinie aufweisen, durch Kompensation dieser Nichtlinearität, gekennzeichnet dadurch, daß das Reglerausgangssignal ständig der Stellgliedkennlinie angepaßt wird, indem der Durchfluß hinter dem Stellglied gemessen und der Quotient aus der Stellgliedstellung und dem Durchfluß, der den Anstieg der inversen Stellgliedkennlinie kennzeichnet, gebildet und als Mulitplikationsfaktor für die vorgegebene Reglerverstärkung oder das Reglerausgangssignal herangezogen wird.
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in die mit dem Ausgang des Stellgliedes, insbesondere Stellventil (2), verbundene Leitung eine Durchflußmeßeinrichtung, z. B. eine nach dem Wirkdruckprinzip arbeitende Meßblende, eingebaut ist, deren Meßwertwandler (5) an einer Divisionsstelle (6) liegt, die ferner mit dem Meßwertwandler (7) des Stellungsgebers des Stellgliedes verbunden ist, wobei das den Durchfluß charakterisierende Signal als Divisor und das die Stellgliedstellung charakterisierende Signal als Dividend anliegen und der Ausgang der Divisionsstelle (6) an eine Multiplikationsstelle (8) geführt ist, an der als weiterer Faktor ein den voreingestellten Verstärkungsfaktor (Kr) kennzeichnendes Signal liegt und der Regler (4) mit der die Reglerverstärkungsänderung beinhaltenden Ausgangsgröße der Multiplikationsstelle (8) beaufschlagt ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von Regelkreisen mit nichtlinearen Stellgliedern und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Gestaltung von Regelkreisen mit Stellventilen ist die Ermittlung der Ventilgröße, sowie die Festlegung der linearen oder gleichprozentigen Kennliniencharakteristik seitens des Projektanten mit großen Unsicherheiten verbunden. Da die technologischen Werte, wie Durchfluß und Differenzdruck, im Projektstadium nur in weiten Grenzen bekannt sind, werden die Ventile oft überdimensioniert. Während des Betriebes treten auf Grund der Differenzdrücke Kavitationserscheinungen auf, die die Ventilkennlinie weiter verändern. Damit ergeben sich Ventilkennlinie, die bei kleinem Öffnungsgrad bereits einen großen Durchfluß und einen steilen Anstieg der Kennlinie aufweisen.

Es ist ein Mikroprozessorregler bekannt, bei dem durch einen Polygonzug mit 5 Stützpunkten die nichtlinieare Kennlinie des Ventils kompensiert werden soll (Katalog Automation Bausteine [KAB], Katalogblatt VCELBSTN 01). Durch Kavitation und Differenzdruckschwankungen verändert sich aber der nichtlineare Verlauf der Kennlinie; Außerdem tritt durch Driften des Rückführgebers eine Kennlinienverschiebung auf.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Kompensation der Nichtlinearitäten von Drosselorganen in Regelkreisen, bei dem ein überlagerter Mengenregelkreis dazu benutzt wird, die erforderliche Stellgrößenänderung zu sichern (DD 230097). In vielen Fällen ist der Aufbau derartiger Regelstrukturen, insbesondere das Nachrüsten bestehender Regelsysteme in dieser Weise nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, unabhängig vom Arbeitspunkt auf der nichtlinearen Stellgliedkennlinie die Stabilität des Regelkreises zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erfüllung der Zielstellung ein Verfahren anzugeben, bei dem die Kennlinie des Stellgliedes ständig erfaßt und ihre Nichtlinearität im Regelkreis ausgeglichen wird, sowie eine Schaltungsanordnung für seine Realisierung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Reglerverstärkung ständig an die Stellgliedkennlinie angepaßt. Dazu wird der Durchfluß hinter dem Stellglied, z. B. Stellventil, gemessen und der Quotient aus der Stellung des Stellgliedes und dem Durchfluß

Δ Stellgliedstellung (in %)
Δ Durchfluß (in %)

gebildet. Er kennzeichnet den Anstieg der inversen Stellgliedkennlinie. Durch Multiplikation dieses Wertes mit der Reglerverstärkung oder dem Reglerausgangssignal wird die Nichtlinearität der Stellgliedkennlinie im Regelkreis kompensiert. Zur Realisierung des Verfahrens ist in die mit dem Stellgliedausgang verbundene Leitung eine Durchflußmeßeinrichtung, z. B. eine Wirkdruckmeßeinrichtung, eingebaut, deren Meßwertwandler an einer Divisionsstelle liegt, die ferner mit dem Meßwertwandler des Stellungsgebers des Stellgliedes verbunden ist. Der Ausgang der Divisionsstelle ist mit einer Multiplikationsstelle gekoppelt, an der außerdem eine den Verstärkungsfaktor des Reglers kennzeichnende Eingangsgröße liegt. Die Ausgangsgröße dieser Multiplikationsstelle, gebildet aus den beiden anliegenden Faktoren, ist in den Regler geführt und bestimmt die Rec'erverstärkungsänderung, mit der die nichtlineare Stellgliedkennlinie ausgeglichen wird. Da die Kreisversterkung jetzt unabhängig vom Arbeitspunkt auf der Stellgliedkenniinie relativ konstant ist, kann die Reglerverstärkung erhöht werden, ohne daß die kritische Kreisverstärkung in einem Punkt erreicht wird. Somit wird auch die Regelgüte verbessert.