DD250794A1

DD250794A1 - Digitaler elektronischer regler mit pi-verhalten

Info

Publication number: DD250794A1
Application number: DD29205386A
Authority: DD
Inventors: Guenter Hanusch; Guenter Mueller
Original assignee: Eaw Berlin Treptow Zentrum F F
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1987-10-21

Abstract

Mit vorliegender Erfindung eines digitalen elektronischen PI-Reglers wurde das Ziel und die Aufgabe verfolgt, ein ueberschwingungsfreies Verhalten der Regelgroesse beim Anfahren sowie eine hohe Regelgenauigkeit und Regelguete im eingeschwungenen Zustand zu erreichen bei Aufrechterhaltung des integrierenden Verhaltens eines Reglers fuer den gesamten Regelabweichungsbereich und ohne bleibende Abweichungen zuzulassen. Geloest wird die Aufgabe in der Weise, dass auf den fuer die Bildung des I-Anteil verantwortlichen Integrator ein Funktionsblock geschaltet, der seinerseits mit dem Betrag des P-Anteils beaufschlagt ist. Figur

Description

/Ylmex/ = /Ymax/ " W

=/Ymax/ - K /XW/ aufweist

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen elektronischen Regler mit Pl-Verhalten für die allgemeine Anwendung in der Verfahrensregelung relativ langsamer Regelvorgänge.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Erlangen eines überschwingungsfreien Anfahrverhaltens eines Pl-Reglers sind Maßnahmen erforderlich, die zu einer Begrenzung des I-Anteils, insbesondere bei großen Regelabweichungen, und somit zur Verhinderung der Integralsättigung führen.

Bekannte technische Lösungen verwenden zur Verbesserung des Regelverhaltens und insbesondere auch des Anfahrverhaltens von Reglern mit integrierendem Verhalten (PI-Regler, PID-Regler) Anordnungen, in denen der Integrator bei großen Regelabweichungen abgeschaltet oder überbrückt wird (DE 23 54916, DE 3433410, DD 132609).

Femer ist in Regelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik H 10/1973 S. 237-240 eine Lösung beschrieben, wo schaltungstechnisch eine Verhinderung der Integralsättigung und Begrenzung des I-Anteils durch eine Begrenzerschaltung gewährleistet wird.

Nach der Lösung gemäß DE-PS 2633102 sind ein elektrischer PI-Regler mit einem P- und einem I-Glied in Parallelschaltung sowie eine Begrenzeranordnung dargestellt, während des Automatikbetriebes wird das Ausgangssignal eines Summiergliedes für den P- und I-Anteil ausgewertet und damit eine generelle Begrenzung des Ausgangssignals erreicht.

Nach der DE 2736339 erfolgt eine Begrenzung des I-Anteils durch die Beschallung des Integrators mit Z-Dioden. Des weiteren ist ein Regler nach DE 3433410 mit einem P- und einem I-Glied in Parallelschaltung und einer Einrichtung zum Verbessern des Anfahrverhaltens bekannt, wo in Abhängigkeit der Größe der Regelabweichung bis zu einem Konstantwert dem J-Anteil zusätzlich ein D-Anteil abgeschaltet wird.

Die bekannten Anordnungen bringen den Nachteil mit sich, daß eine Abschaltung oder Überbrückung des I-Anteils bei bestimmten Regelstrecken zu bleibenden Regelabweichungen oder zu einem unerwünschten Überschwingen der Regelgröße führen kann bzw. ein erhöhter schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist, diese negativen Eigenschaften zu verhindern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei Aufrechterhaltung des integrierenden Verhaltens eines Reglers für den gesamten Regelabweichungsbereich bleibende Regelabweichungen zu vermeiden und eine Integralsättigung zu verhindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Regler mit integrierendem Verhalten, PI-Regler, zu schaffen, der ein überschwingungsfreies Verhalten der Reglergröße beim Anfahren sowie eine hohe Regelgenauigkeit und Regelgüte im eingeschwungenen Zustand gewährleistet bei Ausschöpfung der Eigenschaften eines Integrators über den gesamten Regelungsbereich und ohne eine Integralsättigung zuzulassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf den für die Bildung des I-Anteils im PI-Regler verantwortlichen Integrator, das I-Glied, ein Funktionsblock geschaltet ist. Dieser ist mit dem P-Anteil vom Ausgang des P-Gliedes beaufschlagt. Der Funktionsblock berechnet die Integrationsgrenzen in Abhängigkeit von den Regelabweichungen für das J-Glied mit relativ einfachen rechentechnischen Mitteln. Es sind nur eine geringe Speicherkapazität und entsprechend kleiner Programmaufwand erforderlich. Die Berechnung der Grenzen des I-Anteils erfolgt dabei nach folgender Gleichung

/Ylmax/ = /Ymax/ " /Yp/

=/Y_max/ - κ χ /xw/

— /Ymax/ der Betrag des Grenzwertes des Reglerausgangssignals (Stellsignals)

— /Yp/der Betrag des P-Anteils und

— /Yimax/ der Betrag der Grenze des I-Anteils ist.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß für eine gegebene Reglerstruktur/Y_max/ = const, ist, was sich aus dem konstanten Ausgangsbereich des Stellsignals ergibt, und, da /Y_P/ das Produkt aus Regelabweichung /XW/ und Proportionalverstärkung K darstellt, wird erreicht, daß mit wachsender Regelabweichung XW eine von XW abhängige Begrenzung des I-Anteils erfolgt. Somit wird erreicht, daß der I-Anteil immer so begrenzt wird, daß die Summe aus I-Anteil (Y|) und P-Anteil (Y_P) in keinem Falle den Grenzwert des Reglerausgangssignals (Stellsignals) Y_max überschreitet. Dabei wird bei großem P-Anteil, bzw. großer Regelabweichung, der I-Anteil auf einen schmalen Bereich begrenzt. Bei kleinem P-Anteil, also bei kleiner Regelabweichung, kann sich ein relativ großer I-Anteil aufbauen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt die vereinfachte Struktur eines Pl-Reglers als Regelkreisglied mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Funktionsblockes zur variablen Begrenzung des I-Anteils.

Dabei erfolgt die Realisierung der Struktur des Pl-Reglers und des Funktionsblockes zur Berechnung und Vorgabe der Integrationsgrenzen in einem Mikrorechner durch Abarbeitung eines entsprechenden Programms. Entsprechend erfolgt die Bereitstellung der Führungsgröße W und der Regelgröße X in digitaler Form. Die Bildung der Regelabweichung XW der P- und I-Anteile Yp, Y_t und des Reglerausgangssignals Y_Aerfolgt ebenfalls in Form von digitalen Werten. Die Regelabweichung YW wird sowohl auf das P-Glied 1 als auch auf das I-Glied 2 geschaltet, die ausgangsseitig mit einem Summierglied 3 verbunden sind. Der Betrag des Proportionalanteils Y_P vom Ausgang des P-Gliedes 1 ist zur Berechnung der Begrenzung des I-Anteils Y| auf den Funktionsblock 4 gelegt.

Die Vorteile, die sich aus dieser einfachen schaltungstechnischen Maßnahme ergeben, sind folgende: Mit einfachen technischen Mitteln wird eine ausreichende Anpassung des Reglers an die Regelstrecke erreicht, eine große Regelungenauigkeit und Regelgüte im eingeschwungenen stationären Zustand sind gegeben. Weiterhin sind ein überschwingungsfreies Anfahrverhalten und ein frühzeitiger Eingriff bei auftretenden Störgrößen gewährleistet.

Claims

1. Digitaler elektronischer PI-Regler mit einem P-Glied und einem I-Glied in Parallelschaltung sowie Mitteln zur Begrenzung des I-Anteils, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangsgröße Y_P des P-Giiedes (1) auf einen Funktionsblock (4) geführt ist, dessen Ausgangssignal (Y|_max) das I-Glied (2) zusätzlich zur Regelabweichung (XW) beaufschlagt.

2. Digitaler PI-Regler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Funktionsblock (4) einfache rechentechnische Mittel zur Berechnung der Grenzen des I-Antriebs nach der Gleichung