DD278431A1

DD278431A1 - Verfahren zur adaptiven Steuerung kaskadierter digitaler Regelkreise beiBegrenzung der Reglerausgangssignale

Info

Publication number: DD278431A1
Authority: DD
Publication date: 1990-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Steuerung kaskadierter digitaler Regelkreise bei Begrenzung der Regelausgangssignale. Das Verfahren dient zur Steuerung kaskadierter digitaler Regelkreise bei Begrenzung der Ausgangssignale einzelner Teilstrecken. Erfindungsgemäß setzt sich das Fehlersignal aus einem Fehler infolge Ansprechen der eigenen Begrenzung des jeweiligen Regelkreises im vorangegangenen Abtastintervall und einem generierten Begrenzungsfehler des unterlagerten Regelkreises im vorangegangenen Abtastintervall zusammen. Dieses wird jeweils einer Begrenzungsverrechnungseinheit zugeführt. Die Berechnungszeit für die Begrenzungsverrechnung des Gesamtkreises wird damit erheblich verringert und die Dynamik erhöht.{Regelkreis, kaskadiert, Begrenzung, adaptiv, digital, Fehlersignal, Begrenzungsverrechnung, Abtastintervall, Dynamik, Berechnungszeit}

Description

prinzipiell vom innersten Regelkreis nach außen gehend vorgenommen werden. Anschließend erfolgt in jeweils aktuellen Abtastintervall die Auslösung der Regler in ums^kehrter Reihenfolge, also vom äußersten Regelkreis ausgehend nach innen. Bei unterschiedlichen Abtastzeiten der Regelkreise ist vor dem Auslösen der Begrenzungsverrechnung des betrachteten Regelkreises der Mittelwert der Abweichung des nichtrealisierten Sollwertes des unterlagerten Regelkreises zu bilden. Sind alle Abtastze'ten gleich groß, so kann diese Mittelwertbildung entfallen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt einen Signalflußplan einer Kaskadenregelung mit drei Teilregelstrecken und verzögerter Begrenzungsrückrechnung.

Dabei könnte es sich beispielsweise um die Lageregelung eines Stromrichterantriebes mit untergeordneter Drehzahl- und Stromregelung handeln.

Die Regelstrecke besteht aus den Teilregelstrecken S1-S3. Die mit den Meßgliedern MG 1-MG3 erfaßten Istwert-Signale werden mit den vom Sollwertgeber SW bzw. von der jeweils überlagerten adaptiven Regeleinheit R 2 oder R 3 vorgegebenen Sollwert verglichen und die Differenz auf den jeweiligen Regler R1-R3 gegeben, der über seine Begrenzung E1—B3 den Sollwert für die unterlagerten Regelkreise bzw. die Stellgröße für das Stellglied SG liefert.

Die adaptive Steuerung der 3 digitalen Regelkreise erfolgt bei Begrenzung der Reglerau-.gangsgrößen in der Weise, daß im jeweils aktuellen Abtastintervall T₁, T₇, T₃ für jeden Regelkreis beginnend von der inneren Regeleinheit R1 bis zur äußeren Reglereinheit R 3 ein Fehlersignal gebildet wird. Dieses Fehlersignal setzt sich aus einem Fehler infolge Ansprechen der eigenen Begrenzung des jeweiligen Regelkreises im vorangegangenen Abtastintervall und einem generierten Begrenzungsfehler des unterlagerten Regelkreises im vorangegangenen Abtastintervall zusammen und wird der entsprechenden Begrenzungsverrechnungseinheit BV1, BV2 bzw. BV3 zugeführt. In Systemen mit unterschiedlichen Abtastzeiten der Regelkreise, bei denen vorzugsweise die Abtastzeiten der übergeordneten Regelkreise T2, T3 ein Vielfaches der Abtastzeit des inneren Regelkreises T1 betragen, ist für den generierten Begrenzungsfehler des jeweils unterlagerten Regelkreises eine Mittelwertbildung bezogen auf seine Abtastzeit durchzuführen, da die Weiterverarbeitung dieses Fehlersignals nur zu den größeren Abtastzeiten des jeweils übergeordneten Regelkreises erfolgt. Es bleiben i.a. der Fehlereingang der inneren Reglereinheit R1 sowie der Fehle>ausgang der äußeren Reglereinheit R 3 unbenutzt. Im aktuellen Abtastintervall wird also durch die Begrenzungsverrechnung BV1, Mittelwertbildner M (T₁), Begrenzungsvenechnung BV2, Mittelwertbildner M (T₂), Begrenzungsverrechnung BV3 und ggf. Mittelwertbildner M (T₃) ein korrigierter Sollwert für jeden Regelkreis errr,' telt, wobei ein Steuerwerk die Abarbeitung in dieser Reihenfolge zu gewährleisten hat.

Danach erfolgt im gleichen Abtastintervall die Regelung in der umgekehrten Reihenfolge über Regler R 3, Begrenzungsglied B 3, Regler R2, Begrenzungsglied B2, Rsi.ler R1, Begrenzungsglied B1. Dabei erfolgen Begrenzungsvenechnung und Abarbeitung des Regelalgorithmus für jeden Reg jli.reis nur einmal pro Abtastzeit des Regelkeises.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine Reduzierung des Berechnungsaufwandes für die digitalen Regler und eine damit verbundene Minimierung der Rechnerbelastung bei'mikroprozessorgesteuerten Systemen. Das ermöglicht kleinere Abtastzeiten und ein gutes weitgehend überschwingfreies dynamisches Verhalten des Systems. Die freiwerdende Rechnerkapazität kann für andere Aufgaben wie z. B. Steuerung u. Kommunikation verwendet werden. Damit werden u. a. die Voraussetzungen geschaffen, um beispielsweise alle antriebsbezogenen Steuer- und Regelaufgaben digitalen Stromrichterantriebs mit dem geringen Schaltungsaufwand von nur einem Mikrorechner zu realisieren.

Claims

1. Verfahren zur aciaptiven Steuerung kaskadierter digitaler Regelkreise bei Begrenzung der Reglerausgangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung des im vorangegangenen Abtastintervall realisierten begrenzten Reglerausgangssignals jedes Reglers von seinem berechneten Wert zu der im vorangegangen Abtastintervall auf den nichtrealisierten Teil des Reglerausgangssignals zurückgerechneten Wert der Sollwertveränderung des jeweils unterlagerten Reglers ggf. über einen Mittelwertbildner addiert und dieser Gesamtfehler auf die Sollwertveränderung des jeweils betrachteten Regelkreises zurückgerechnet wird, wobei die Auslösung der Begrenzungsverrechnung vom innersten Regelkreis nach außen gehend und die Auslösung der Regler in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Abtast2eit der Regelkreise keine Mittelwertbildung für das Fehlersignal des jeweils unterlagerten Regelkreises vorgenommen wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung dient zur adaptiven Steuerung kaskadierter digitaler Regelkreise bei Begrenzung der Ausgangssignale einzelner Teilstrecken, die u.a. für die Regelung von Stromrichterantrieben zur Erzielung eines weitgehend überschwingfreien dynamischen Verhaltens im gesamten Betriebsbereich angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Berücksichtigung von Begrenzungen in einem Regelkreis ist aus (1) ein Verfahren bekannt, nach dem der nichtrealisierte Teil der Stellgröße (Reglerausgangssignal) auf eine geringere Sollwertänderung zurückgerechnet wird. Auf ka&kadierte Regelkreise übertragen bedeutet das eine mehrfache .A ,wendung dieser Vorschrift für die Regeln jedes Regelkreises, beginnend vom „äußeren" Regelkreis bis zum „inneren" Regelkreis. Liegen z.B. η kaskadierte Regelkreise vor, so erfolgt im ungünstigsten Fall eine n-malige Begrenzungsverrechnung von „außen" nach „innen" und anschließend eine (n - 1)-malige Begrenzungsverrechnung der kaskadierten Regelkreise vom inneren Regelkreis zum äußeren Regelkreis, da beim Ansprechen aller Begrenzungen in einer Kaskadenstruktur nur der innerste Regelkreis mit einer Begrenzungsverrechnung richtig adaptiv gesteuert wird. Die Begrenzungsverrechnung eines inneren Regelkreises wirkt für den nächstfolgenden überlagerten Regelkreis wie eine dynamische Adaption der Grenzen seines Reglerausganges. Sprechen alle Begrenzungen in der Kaskadenstruktur an, müßte das Verfahren zur angepaßten Sollwert-Vorgabe mithin (2n - 1)-mal pro Abtastzyklus der digitalen Regelung verwendet werden. Dies stellt eine komplizierte, aufwendige und zeitlich ungünstige Lösung dar. Das Steuerwerk hierfür wird praktisch zu umfangreich und die Gesamtstruktur der Regelung zu unübersichtlich. Der hohe Rechenaufwand bedingt u. U. größere Abtasueiten und damit ein schlechteres dynamisches Verhalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer übersichtlichen Reglerstruktur für kaskadierte digitale Regelkreise und die Realisierbarkeit kleiner Abtastzeiten unter Beibehaltung eines weitgehend überschwingfreien dynamischen Verhaltens bei Begrenzung der Ausgangssignale der einzelnen Toilstrecken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelungsverfahren für kaskadierte digitale Regelungen zu finden, das bei Begrenzung der Ausgangssignale der Teilregelstrecken mit einem minimalen Berechnungsaufwand arbeitet und gleichbleibend gutes dynamisches Verhalten im gesamten Betriebsbereich gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgendes Verfahren gelöst:

Im aktuellen Abtastintervall werden nur die Begrenzungen der jeweiligen Reglerausgangssignale ausgeführt und die beim Ansprechen der Begrenzung auftretenden Abweichungen zwischengespeichert. Die Reglersteuerung für die einzelnen Regelkreise zur Berücksichtigung der Begrenzungen erfolgt dann so, daß im aktuellen Abtastintervall über ein Steuerwerk für jeden Regler die Abweichungen, die durch Ansprechen der eigenen Begrenzung im vorangegangenen Abtastintervall aufgetreten waren, sowie der auf den nichtrealisierten Teil des Reglerausgangssignals zurüekgerechnete Wert der Sollwertänderung des unterlagerten Regelkreises addiert werden. Diese Gesamtabweichung wird danach den gewählten Begrenzungsverrechnungsalgorithmus des jeweils betrachteten Reglers zugeführt, der seinerseits ein Fehlersignal über den nichtrealisierten Sollwertanteil generieren muß. Die Auslösung des Begrenzungsverrechnungsalgorithmus muß dabei