DE102009020022A1 - Redundantly designed regulating system has common control variable and two parallely active regulating devices, where each individual regulating device has average value creator and controller - Google Patents

Redundantly designed regulating system has common control variable and two parallely active regulating devices, where each individual regulating device has average value creator and controller Download PDF

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DE102009020022A1
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Phillip Kegel
Georg Ried
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Abstract

The redundantly designed regulating system has a common control variable and two parallely active regulating devices (L1,L2). The regulating devices have independent target- and actual value sensors and variable output element. Each individual regulating device has an average value creator (4) and controllers (20,30,40).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein redundant ausgelegtes Regelsystem mit einer gemeinsamen Regelgröße, mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtungen mit unabhängigen Soll- und Ist-Wertsensoren und eigenen Stellgrößenausgabeelementen.The The present invention relates to a redundant control system with a common controlled variable, at least two parallel active control devices with independent setpoint and actual value sensors and own control value output elements.

In der Fachwelt wird ein Regelkreis als ein geschlossenes rückgekoppeltes System definiert, das mindestens eine Regelstrecke, mindestens einen Regler und eine Rückführung aufweist. Dabei werden Regelkreise in der Technik häufig verwendet, wenn das Verhalten der Regelstrecke nicht den technischen angestrebten Anforderungen an das System entspricht und ein kontinuierliches automatisiertes Nachregeln der Regelstrecke erforderlich ist. Anwendungsgebiete sind überall dort in der Technik zu finden, wo durch einen automatisierten Vorgang anhand gezielter Beeinflussung von physikalischen, chemischen, biologischen oder anderen Größen in Geräten, Anlagen und Fahrzeugen das Verhalten dieser Größen einem gewünschten Verhalten möglichst nahekommen soll.In The professional world is fed back a closed loop as a closed loop System defines the at least one controlled system, at least one Regulator and a feedback. In this case, control loops are frequently used in technology if the behavior the controlled system does not meet the technical requirements corresponds to the system and a continuous automated readjustment the controlled system is required. Application areas are everywhere to find in engineering where through an automated process by purposeful influence of physical, chemical, biological or other sizes in equipment, facilities and vehicles the behavior of these sizes a desired Behavior as possible should come close.

Ein derartiges Regelsystem kann durch die nachfolgenden Kenngrößen und den allgemeingültigen Ablauf näher beschrieben werden. Dabei entspricht die Regeldifferenz der Differenz zwischen dem Soll-Wert und dem tatsächlichen Ist-Wert, wobei der Ist-Wert über die negative Rückkopplung auf den Regler zurückgeführt wird. Über den Regler wird ein neuer Stellwert berechnet, der über die Regelstrecke den Ist-Wert beeinflußt. Dadurch ergibt sich ein neuer Ist-Wert, der die Regeldifferenz verkleinert.One Such control system can by the following parameters and the universal one Process closer to be discribed. The control difference corresponds to the difference between the target value and the actual actual value, wherein the Actual value over the negative feedback is returned to the controller. On the Controller, a new control value is calculated, the actual value via the controlled system affected. This results in a new actual value, which reduces the control difference.

Regelkreise werden auch als Regelsysteme bezeichnet, insbesondere dann, wenn in einem Regelsystem mehrere Regelkreise ineinandergreifen.control loops are also called control systems, especially if in a control system mesh several control loops.

Die Verwendung der genannten Regelkreise in speziellen Fahrzeugen, insbesondere im Flugverkehr, stellt an die verwendeten Regelsysteme besonders hohe Ansprüche im Bezug auf sicherheitstechnische Aspekte. Dabei müssen die verwendeten Regelgeräte bestimmte Mindestanforderungen an die Zuverlässigkeit erfüllen. Auch sollen durch den Ausfall einzelner Elemente der Regelgeräte die Funktionalität nicht beeinflußt werden. Aus diesem Grund werden zumindest einzelne Teilelemente der Reglervorrichtung redundant ausgelegt, wodurch eine erste Erkennung und Reaktion auf Fehler innerhalb des Systems ermöglicht wird. In den meisten Fällen wird der Ebene des Regelkreises eine Überwachungsebene hinzugefügt, um seine Zuverlässigkeit zu verbessern. Dies führt zu relativ komplexen Konstrukten mit speichernden Zustandsgeneratoren.The Use of said control circuits in special vehicles, in particular in air traffic, adjusts to the used control systems high standards in terms of safety aspects. The must used control devices meet certain minimum reliability requirements. Also The functionality should not be due to the failure of individual elements of the control devices affected become. For this reason, at least individual sub-elements the controller device designed redundantly, whereby a first detection and respond to errors within the system. In most cases a level of monitoring is added to the level of the control loop to its reliability to improve. this leads to to relatively complex constructs with storing state generators.

Ein weiteres Problem beim Einsatz redundanter Regelsysteme ergibt sich daraus, dass ein Gleichlauf der parallelen Installation funktional identischer Regelkreise vorausgesetzt ist.One Another problem with the use of redundant control systems arises from that a synchronization of the parallel installation functional identical control circuits is required.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, dem Fachmann eine Vorrichtung an die Hand zu geben, die geeignet ist, in einem mehrfach redundanten Regelsystem einzelne Fehler ohne die Unterstützung spezieller Überwachungselemente zu absorbieren.task It is therefore the object of the present invention to provide a device to a person skilled in the art to give in the hand, which is suitable in a multi-redundant Control system individual errors without the support of special monitoring elements to absorb.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine vereinfachte Vorrichtung aufzuzeigen, die den Gleichlauf der parallel installierten Regelkreise bewirkt.A Another object of the present invention is to provide a simplified Device to show the synchronism of the parallel installed Causes control circuits.

Diese Aufgabe wird durch ein redundant ausgelegtes Regelsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is a redundant control system with the Characteristics of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen redundant ausgelegten Regelsystems sind dabei Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the redundant control system according to the invention are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung umfaßt dabei ein redundant ausgelegtes Regelsystem mit einer gemeinsamen Regelgröße, mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtung mit unabhängigen Soll- und Ist-Wertsensoren und eigenen Stellgrößenelementen, wobei jede einzelne Regiervorrichtung einen Mittelwertbildner und einen Regler umfaßt, wobei die Eingänge des Mittelwertbildner mittelbar oder unmittelbar mit der eigenen Stellgröße und der oder den Stellgrößen der mindestens einen parallel aktiven Reglervorrichtung verschaltet sind. Bei einem solch redundant ausgelegten Regelsystem lassen sich einzelne Fehler ohne die Unterstützung spezieller Überwachungselemente in ihrer Auswirkung reduzieren. Dabei spielt die implizite Nutzung der Reglerparameter wie Regelabweichung einschließlich Verstärkungsfaktor in geschlossenen parallelen Regelkreisen eine entscheidende Rolle zur Umsetzung eines fehlertoleranten redundanten Reglungssystem. Auf die Auswertung der physikalischen Daten wie Soll-Wert oder Ist-Wert anhand relativ komplexer Konstrukten mit speichernden Zustandsgeneratoren, wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann verzichtet werden.The present invention while a redundant control system with a common Controlled variable, at least two parallel active regulator device with independent reference and Actual value sensors and their own manipulated variable elements, each one being individual Regiervorrichtung comprises an averager and a controller, wherein the entrances of the averager, directly or indirectly with one's own Manipulated variable and the or the manipulated variables of the interconnected at least one parallel active regulator device are. In such a redundantly designed control system can be single mistakes without the support special monitoring elements reduce in their impact. The implicit use plays thereby the controller parameter such as control deviation including amplification factor in closed parallel control loops a crucial role to implement a fault-tolerant redundant control system. On the evaluation of the physical data such as target value or actual value using relatively complex constructs with storing state generators, such as known from the prior art can be dispensed with.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen die einzelnen parallel installierten Reglervorrichtung aus jeweils einem Regler, dessen berechnete Regelgröße über dessen Ausgang mit einem Eingang eines Mittelwertbildners verschaltet ist. Weiterhin wird die Stellgröße ebenfalls mit den Eingängen der einzelnen Mittelwertbildner der übrigen parallel aktiven Reglervorrichtung oder Reglervorrichtungen verschaltet. Somit berechnet der Mittelwertbildner einen Mittelwert, der sich aus den berechneten Stellgrößen der einzelnen Regler der parallel aktiven Reglervorrichtungen ergibt.In the case of the device according to the invention, the individual regulator devices installed in parallel each consist of a regulator whose calculated controlled variable is connected via its output to an input of an averaging device. Furthermore, the manipulated variable is also connected to the inputs of the individual mean value of the other parallel active regulator device or regulator devices. Thus, the mean value calculator calculates an average value that is calculated from the calculated manipulated variables of the individual controllers of the parallel active ones Reglervorrichtungen results.

Vorteilhafterweise sieht jeder Regler der mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtungen einen Summenpunkt zur Bestimmung der Regelabweichung vor. In dem Summenpunkt wird aus der rückgeführten Regelgröße bzw. Rückführgröße und der Führungsgröße die aktuelle Regeldifferenz bzw. der Regelfehler berechnet. Weiterhin ist an dem genannten Summenpunkt ein anschließendes Verstärkungsmittel mittelbar oder unmittelbar verschaltet, wodurch die berechnete Regelabweichung verstärkt wird und weiter mittelbar oder unmittelbar mit zumindest einem Eingang des nachfolgenden Mittelwertbildners verschaltet ist.advantageously, sees each controller of at least two parallel active regulator devices a summation point for determining the control deviation. By doing Summation point is calculated from the returned controlled variable or Return size and the reference variable the current Control difference or the control error calculated. Furthermore, it is on the aforementioned summation point a subsequent reinforcing agent indirectly or directly interconnected, whereby the calculated control deviation reinforced is and continues indirectly or directly with at least one input the subsequent averaging is interconnected.

Im einfachsten Fall umfaßt das Verstärkungsmittel einen P-Regler. Dabei besteht der P-Regler ausschließlich aus einem proportionalen Anteil der Verstärkung K. Damit ist er mit seinem Ausgangssignal proportional zu seinem Eingangssignal. Denkbar ist ebenfalls ein Regler höherer Ordnung.in the the simplest case the reinforcing agent a P-controller. The P controller consists exclusively of this a proportional portion of the gain K. He is with his Output signal proportional to its input signal. It is conceivable also a regulator higher Order.

In weiterhin vorteilhafter Weise weist das Verstärkungsmittel einen Verstärkungsfaktor K > 1 auf.In Furthermore advantageously, the amplification means has a gain factor K> 1 up.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Regelsystems ergibt sich daraus, dass zwischen Regler und Mittelwertbildner ein Wertebegrenzer verschaltet ist, wodurch der ermittelte Stellwert des Reglers auf einen zu definierenden Maximalwert begrenzbar ist. Die automatische Kompensation eines Einzelfehlers innerhalb des Regelsystems, beispielsweise ein fehlerhafter Sollwert, beruht auf der Sättigung, die ein einzelner ausreißender Wert über den Verstärkungsfaktor und die anschließende Wertelimitierung vor dem Mittelwertbildner erfährt.A further advantageous development of the control system according to the invention results from the fact that between controller and averaging a value limiter is interconnected, whereby the determined control value of the controller a maximum value to be defined can be limited. The automatic Compensation of a single error within the control system, for example a faulty setpoint, based on saturation, which is a single outrageous value over the gain and the subsequent one Value limit before the averager learns.

Bevorzugt bildet der zu definierende Maximalwert des Wertebegrenzers, auf den der ermittelte Stellwert begrenzt werden soll, den maximalen Signalbereich des Regelsystems ab. Dadurch wird zusätzlich verhindert, dass durch die Übersteuerung einzelner Systemkomponenten ein Fehlverhalten des Regelsystems auftritt.Prefers forms the maximum value to be defined of the value limiter which the determined control value is to be limited, the maximum Signal range of the control system from. This additionally prevents that by overriding individual System components a malfunction of the control system occurs.

Die Erfindung betrifft des weiteren ein redundant ausgelegtes Regelsystem mit einer gemeinsamen Regelgröße, mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtungen mit unabhängigen Soll- und Ist-Wertsensoren und eigenen Stellgrößenausgabeelementen, wobei parallel zu jeweiligen Reglervorrichtung ein Mittelwertbildner geschaltet ist, dessen Eingänge mittelbar oder unmittelbar mit der zurückgeführten Regelgröße der jeweiligen Reglervorrichtung und mit den zurückgeführten Regelgrößen der mindestens einen parallel aktiven Reglervorrichtung verschaltet sind und dessen Ausgang mit der zurückgeführten eigenen Regelgröße der jeweiligen Reglervorrichtung in einem Summenpunkt verschaltet ist. Durch die genannte Vorrichtung wird ein notwendiger Gleichlauf der Stellgrößen innerhalb der unabhängigen Reglervorrichtungen gewährleistet, wodurch statische Fehler in hochdynamischen redundanten Regelsystemen kompensiert werden können. Dieser „langsame” Gleichlaufalgorithmus beruht auf einem Mittelwertbildner, dessen Ergebnis, die mittlere Regelgröße, kontinuierlich mit dem eigenen Wert im genannten Summenpunkt verglichen wird und die Abweichung als Kompensationswert dem eigenen schnellen Regler der jeweiligen Reglervorrichtung ständig zugeführt wird. Über diese Zuführung auf den Regler wird ein Abgleich der effektiven Rückführsignale und damit ein Gleichlauf zwischen den einzelnen aktiven Kanälen erzielt.The The invention further relates to a redundantly designed control system with a common controlled variable, at least two parallel active control devices with independent setpoint and actual value sensors and own manipulated variable output elements, wherein an averager is connected in parallel with the respective regulator device is whose inputs directly or indirectly with the returned controlled variable of the respective Regulator device and with the returned controlled variables of at least a parallel active regulator device are connected and whose Output with the returned own Controlled variable of the respective Regulator device is interconnected in a summing point. By the said device is a necessary synchronization of the manipulated variables within the independent one Ensures regulator devices, resulting in static errors in highly dynamic redundant control systems can be compensated. This "slow" synchronization algorithm is based on an averager whose result is the mean Controlled variable, continuous is compared with its own value in the aforementioned summation point and the deviation as a compensation value to your own fast controller the respective regulator device is constantly supplied. About this feeder up the controller is a comparison of the effective feedback signals and thus a synchronization achieved between the individual active channels.

Durch diesen „langsamen” Gleichlaufalgorithmus sind besonders digitale Regler in ihrer Leistungsanforderung deutlich entlastet, da der Gleichlauf des dynamischen Systems mit niedrigeren Abtastsequenzen als der Abtastsequenz des eigentlichen Regelkreises gewährleistet werden kann.By this "slow" synchronization algorithm Especially digital controllers are clear in their power requirement relieved, since the synchronization of the dynamic system with lower Sample sequences as the sample sequence of the actual control loop guaranteed can be.

Denkbar ist, dass das redundant ausgelegte Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit der genannten Vorrichtung zur Gewährleistung des Gleichlaufs der Stellgrößen der einzelnen unabhängigen Reglervorrichtungen kombiniert ist.Conceivable is that the redundant control system according to one of claims 1 to 6 with said device to ensure synchronization the manipulated variables of the individual independent Regulator devices is combined.

Vorteilhafterweise umfaßt oder umfassen der oder die Mittelwertbildner einen selektiven Mittelwertbildner. Durch den selektiven Mittelwertbildner der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist aus zwei oder mehr Eingangswerten ein mittlerer Wert ermittelbar, dadurch dass jede Reglervorrichtung ihr ermitteltes Stellkommando mit den anderen Reglervorrichtungen zunächst austauscht und dann jeden empfangenen Eingangswert, d. h. jedes empfangene Stellkommando der parallel aktiven Reglervorrichtungen, auf bestimmte Kriterien hin überprüft und innerhalb der jeweiligen Reglervorrichtung ein Mittelwert über das eigene Stellkommando und die empfangenen überprüften Stellkommandos bildbar ist. Nur die Eingangswerte, d. h. die empfangenen Stellkommandos, die bestimmte Kriterien erfüllen, werden in jeder Reglervorrichtung dem selektiven Mittelwertbildner zugeführt. In vorteilhafter Weise ist durch den selektiven Mittelwertbildner ein arithmetisches Mittel über die Eingänge berechenbar.advantageously, comprises or the averaging agent or agents comprise a selective averaging agent. By the selective mean value of the device after a the claims 1 to 6 is a middle value of two or more input values ascertainable, in that each regulator device determines its Replacement command with the other regulator devices first and then each received input value, d. H. each received command parallel active regulator devices, to certain criteria checked out and within the respective regulator device an average over the own Stellstellando and the received control commands received is picturable. Only the input values, d. H. the received positioning commands, that meet certain criteria, are supplied to the selective averager in each regulator device. In Advantageously, the selective averager is one arithmetic mean over the inputs predictable.

Der selektive Mittelwertbildner gemäß des „langsamen” Gleichlaufalgorithmus aus Anspruch 7 berechnet dabei eine mittlere Regelgröße aus der eigenen Regelgröße und den überprüften empfangenen Regelgrößen der parallel aktiven Reglervorrichtungen, wobei auch hier vorteilhafterweise ein arithmetisches Mittel berechnet wird.Of the selective averaging agents according to the "slow" synchronization algorithm from claim 7 calculates a mean controlled variable from the own controlled variable and the verified received Controlled variables of parallel active regulator devices, also here advantageously an arithmetic mean is calculated.

In weiterhin vorteilhafter Weise sind die Eingänge des selektiven Mittelwertbildners auf die Kriterien von Verfügbarkeit bzw. Gültigkeit überprüfbar bzw. auswählbar.In The inputs of the selective mean value generator are furthermore advantageously on the criteria of availability validity or verifiable selectable.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass der im Summenpunkt aus der mittleren Regelgröße und der kontinuierlich rückgeführten Regelgröße der jeweiligen Reglervorrichtung berechnete Kompensationswert über einen verschalteten Wertebegrenzer auf einen Maximalwert begrenzbar ist und der Reglervorrichtung zuführbar ist. Der Wertebegrenzer für diesen Kompensationswert bewirkt eine Autoritätsbegrenzung im Vorwärtszweig der Reglervorrichtung und damit eine Begrenzung des Transienten für den Fall eines einzelnen Fehlers in der Rückführung einer Reglervorrichtung. Es wird in diesem Fall ein Stellgrößenkonflikt zwischen den guten aktiven Kanälen verhindert. Die Auswirkung dieses Stellgrößenkonflikts ist begrenzt, da er im inneren Positionsregler auftritt.A Another advantageous development is characterized in that the summation point of the average controlled variable and the continuously returned controlled variable of the respective Controller device calculated compensation value via a switched value limiter can be limited to a maximum value and the regulator device can be fed. The value limiter for this compensation value causes an authority limit in the forward branch the regulator device and thus a limitation of the transient for the Case of a single fault in the feedback of a regulator device. In this case, there will be a control variable conflict between the good ones active channels prevented. The effect of this control variable conflict is limited since it occurs in the inner position controller.

Denkbar ist, dass die Regelsysteme nach den Ansprüchen 1 und 7 mit ihren jeweiligen Ausführungsvarianten nach den Unteransprüchen 2 bis 6 und 9 bis 11 nicht notwendigerweise in Kombination einsetzbar sind, sonder auch jeweils für sich in einschleifigen oder auch mehrschleifigen Regelkreisen mit mehreren parallel aktiven Regelvorrichtungen einsetzbar sind.Conceivable is that the control systems according to claims 1 and 7 with their respective variants according to the subclaims 2 to 6 and 9 to 11 are not necessarily used in combination are, but also each for in single-loop or multi-loop control loops several parallel active control devices can be used.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further Details and advantages of the invention will be apparent from a in the Drawing illustrated embodiment explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild eines mehrschleifigen Reglers gemäß der vorliegenden Erfindung.The single figure shows a circuit diagram of a multi-loop controller according to the present Invention.

Das fehlertolerante redundante Regelsystem mit hohem Gleichlauf wird in sicherheitskritischen Anwendungen bei mehrschleifigen Regelkreisen benötigt, um eine hohe Verfügbarkeit und einen geringen Kraftkonflikt der redundanten Stellgrößen zu erreichen.The fault-tolerant redundant control system with high synchronization will be in safety-critical applications with multi-loop control circuits needed for a high availability and to achieve a small force conflict of the redundant control variables.

Es besteht im wesentlichen aus zwei Merkmalen:

  • 1. einem redundanten Regler mit Mittelwertbildung gesättigter Stellgrößen 15
  • 2. einer Kompensation statischer Fehler in hochdynamischen redundanten Regelsystemen 5.
It consists essentially of two features:
  • 1. a redundant controller with averaging of saturated control variables 15
  • 2. Compensation of static errors in highly dynamic redundant control systems 5 ,

In 1 ist dabei eine erste von mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtungen L1 und L2 dargestellt. Die erste aktive Reglervorrichtung wird dabei mit dem Bezugszeichen L1 versehen. Die Bezugszeichen „to L2” und „from L2” weisen dabei auf eine Verbindung zu einer zweiten parallel aktiven Reglervorrichtung L2 hin. Der Aufbau der dargestellte Reglervorrichtung L1 erfolgt nach dem Prinzip einer kaskadierten Regelung, wobei diese aus drei ineinander verschachtelten Regelkreisen besteht. Der Reglervorrichtung L1 wird ein Soll-Wert 1 zugefügt, der anhand eines unabhängigen Soll-Wertsensors meßbar ist. Die ineinander geschachtelten Regelkreise bestehen aus einem äußersten Regelkreis, der aus dem Regler 20 sowie der Regelstrecke 60 besteht, einem mittleren Regelkreis, der aus dem Regler 30 und der Regelstrecke 50 besteht und einem inneren Regelkreis, der aus dem Regler 40 und der Regelstrecke 50 besteht. Die jeweiligen Rückführungen der Regelgrößen der einzelnen Regelkreise der kaskadierten Regelung werden von außen nach innen durch die Bezugszeichen 2, 3, 70 bezeichnet.In 1 In this case, a first of at least two parallel-active regulator devices L1 and L2 is shown. The first active regulator device is provided with the reference symbol L1. The reference symbols "to L2" and "from L2" indicate a connection to a second parallel-active regulator device L2. The structure of the illustrated regulator device L1 is based on the principle of a cascaded control, which consists of three nested control loops. The regulator device L1 becomes a target value 1 added, which is measurable by an independent target value sensor. The nested control circuits consist of an outermost control loop, which is out of the controller 20 as well as the controlled system 60 consists of a middle control loop coming out of the regulator 30 and the controlled system 50 exists and an inner loop, which is out of the regulator 40 and the controlled system 50 consists. The respective feedbacks of the controlled variables of the individual control circuits of the cascaded control are indicated from outside to inside by the reference symbols 2 . 3 . 70 designated.

Der äußerste Regelkreis mit dem Regler 20 dient in dem ausgeführten Ausgestaltungsbeispiel aus 1 zur Regelung einer Stellantriebsposition. Der mittlere Regelkreis mit dem Regler 30 und der Regelstrecke 50 dient zur Regelung einer Ventilposition, wobei das Regelsystem sich durch eine hochdynamische gemeinsame Regelgröße charakterisieren läßt.The outermost loop with the regulator 20 serves in the executed embodiment example 1 for controlling an actuator position. The middle control loop with the regulator 30 and the controlled system 50 serves to control a valve position, wherein the control system can be characterized by a highly dynamic common control variable.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihren jeweiligen parallel aktiven Reglervorrichtungen L1, L2 einen redundanten Regler mit Mittelwertbildung gesättigter Stellgrößen auf. Jede einzelne, redundante Reglervorrichtung L1, L2 besteht aus dem eigentlichen Regler 20 und einem selektiven Mittelwertbildner 4. Dabei besteht der Regler aus einem Summenpunkt 16 zur Ermittlung der Regelabweichung der Regelgröße 2 von der Führungsgröße 1, sowie dem anschließenden äußeren Positionsregler mit einem Verstärkungsfaktor K. Wichtig hierbei ist, dass der Verstärkungsfaktor > 1 ist und in einem abschließenden Wertebegrenzer 14 das ermittelte Stellkommando 7 auf einen definierten Maximalwert, der vorzugsweise im Signalbereich der Reglervorrichtung liegt, limitiert wird. Der Ausgang des Wertebegrenzers 14 ist dabei mit einem Eingang des selektiven Mittelwertbildners 4 verbunden. Weiterhin wird das Ausgangssignal des Wertebegrenzers 14 zur zweiten parallel aktiven Reglervorrichtung L2 geführt. Der zweite Eingang des selektiven Mittelwertbildners wird durch die verstärkte Regelabweichung 8 der zweiten parallel aktiven Reglervorrichtung L2 gespeist. Damit ermittelt der selektive Mittelwertbildner aus zwei oder mehr Eingangswerten 7, 8 einen mittleren Wert 9, in dem jede Reglervorrichtung ihr ermitteltes Stellkommando 7, 8 mit den anderen Reglervorrichtungen L2 zunächst austauscht und dann jeder empfangene Eingangswert 8 auf Verfügbarkeit bzw. Gültigkeit überprüft wird.Furthermore, the device according to the invention has in its respective parallel active regulator devices L1, L2 a redundant regulator with mean value formation of saturated manipulated variables. Each individual, redundant regulator device L1, L2 consists of the actual controller 20 and a selective averager 4 , The controller consists of a summing point 16 for determining the control deviation of the controlled variable 2 from the reference variable 1 , and the subsequent outer position controller with a gain K. It is important that the gain is> 1 and in a final value limiter 14 the determined Stellkommando 7 is limited to a defined maximum value, which is preferably in the signal range of the regulator device. The output of the value limiter 14 is there with an input of the selective mean value generator 4 connected. Furthermore, the output signal of the value limiter 14 led to the second parallel active regulator device L2. The second input of the selective averager is due to the increased control deviation 8th the second parallel active regulator device L2 fed. Thus, the selective averager determines from two or more input values 7 . 8th a mean value 9 in which each regulator device determines its acting command 7 . 8th with the other regulator devices L2 first and then each received input value 8th checked for availability or validity.

Nur die für gut befundenen Eingangswerte, und damit aktiven Kanäle n, werden in jeder Reglervorrichtung L1, L2 dem selektiven Mittelwertbildner 4 zugeführt, wel cher aus den Eingangswerten ein arithmetisches Mittel bildet und dieses an seinem Ausgang 9 zur Verfügung stellt.Only the good input values, and thus active channels n, become the selective averager in each regulator L1, L2 4 supplied, wel cher from the input values an arith forms metic agent and this at its exit 9 provides.

Die automatische Kompensation eines Einzelfehlers innerhalb des Regelsystems beruht auf der Sättigung, die ein einzelner ausreißender Wert über den Verstärkungsfaktor K und die anschließende Wertelimitierung durch den Wertebegrenzer 14 vor dem selektiven Mittelwertbildner 4 erfährt. Beispielsweise kann der resultierende Fehler infolge eines fehlerhaften Soll-Wertes oder des Ist-Wertes im Regelkreis in einem der aktiven Kanäle mit einem jeweiligen Verstärkungsfaktor K = 20%/% und einer Anzahl der aktiven Kanäle n = 4 wie folgt berechnet werden: T = 100%/(n × K) = 100%/(4 × 20%/%) = 1,25%. The automatic compensation of a single error within the control system is based on the saturation, which is a single outlier value over the gain K and the subsequent value limitation by the value limiter 14 before the selective averager 4 experiences. For example, the resulting error due to a faulty set value or the actual value in the control loop in one of the active channels with a respective gain K = 20% /% and a number of active channels n = 4 can be calculated as follows: T = 100% / (n × K) = 100% / (4 × 20% /%) = 1.25%.

Des Weiteren ist in 1 ein fehlertolerantes redundantes Regelsystem mit hohem Gleichlauf dargestellt, bei dem die statische Fehlerkompensation in hochdynamischen redundanten Regelsystemen durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Korrektur der Rückführsignale dargestellt ist. Dabei wird der notwendige Gleichlauf der Stellgrößen innerhalb der unabhängigen Reglervorrichtungen durch die Schaltungsanordnung 5 gelöst. Der „langsame” Gleichlaufalgorithmus beruht dabei auf einem selektiven Mittelwertbildner 6, dessen Ergebnis 11, die mittlere Regelgröße, kontinuierlich mit dem eigenen Wert, d. h. die Regelgröße 3 des mittleren Regelkreises bestehend aus dem Regler 30 und der Regelstrecke 50 verglichen wird und die Abweichung 12 als Kompensationswert dem eigenen schnellen Regler 30 ständig in einem Summenpunkt 17 zugeführt wird. Über diese Zuführung auf den Regler 30 wird ein Abgleich der effektiven Rückführsignale 3 der einzelnen Reglervorrichtungen L1, L2 und damit ein Gleichlauf zwischen den aktiven Kanälen erzielt. Der Wertebegrenzer 13 für diesen Kompensationswert 12 bewirkt eine Autoritätsbegrenzung im Vorwärtszweig des Reglers 30 und damit eine Begrenzung des Transienten für den Fall eines einzelnen Fehlers in der Rückführung 3 einer der parallel aktiven Reglervorrichtung. Der genannte selektive Mittelwertbildner 6 berechnet dabei die mittlere Regelgröße, insbesondere das arithmetische Mittel, aus der eigenen Regelgröße der jeweiligen Vorrichtung L1 sowie der zweiten parallel aktiven Reglervorrichtung L2, deren Regelgröße 10 ebenfalls dem selektiven Mittelwertbildner 6 zugeführt wird.Furthermore, in 1 a fault-tolerant redundant control system with high synchronization is shown, in which the static error compensation is shown in highly dynamic redundant control systems by a device according to the invention for correcting the feedback signals. In this case, the necessary synchronization of the manipulated variables within the independent regulator devices by the circuit arrangement 5 solved. The "slow" synchronization algorithm is based on a selective mean value generator 6 whose result 11 , the mean controlled variable, continuous with its own value, ie the controlled variable 3 of the middle control loop consisting of the regulator 30 and the controlled system 50 is compared and the deviation 12 as compensation value to your own fast controller 30 constantly in a buzz point 17 is supplied. About this feeder on the regulator 30 becomes an adjustment of the effective feedback signals 3 the individual regulator devices L1, L2 and thus achieved a synchronization between the active channels. The value limiter 13 for this compensation value 12 causes an authority limit in the forward branch of the controller 30 and thus a limitation of the transient in the case of a single fault in the feedback 3 one of the parallel active regulator device. The named selective averager 6 in this case calculates the average controlled variable, in particular the arithmetic mean, from its own controlled variable of the respective device L1 as well as the second parallel active regulator device L2, whose controlled variable 10 also the selective averager 6 is supplied.

Durch den „langsamen” Gleichlaufalgorithmus sind besonders digitale Regler in ihrer Leistungsanforderung deutlich entlastet, da der Gleichlauf des dynamischen Systems mit niedrigeren Abtastfrequenzen als der Abtastfrequenz des eigentlichen Regelkreises gewährleistet werden kann.By the "slow" synchronization algorithm Especially digital controllers are clear in their power requirement relieved, since the synchronization of the dynamic system with lower Sampling frequencies as the sampling frequency of the actual control loop guaranteed can be.

Claims (12)

Redundant ausgelegtes Regelsystem mit einer gemeinsamen Regelgröße, mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtungen (L1, L2) mit unabhängigen Soll- und Istwert Sensoren und eigenen Stellgrößen Ausgabe-Elementen, dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Regelvorrichtung (L1, L2) einen Mittelwert-Bildner (4) und einen Regler (20) umfaßt, wobei die Eingänge des Mittelwert-Bildners (4) mittelbar/unmittelbar mit der eigenen Stellgröße (7) und der mindestens einen Stellgröße (8) der mindestens einen parallel aktiven Reglervorrichtung (L2) verschaltet sind.Redundant designed control system with a common controlled variable, at least two parallel active regulator devices (L1, L2) with independent setpoint and actual value sensors and own manipulated variables output elements, characterized in that each individual control device (L1, L2) an average value generator ( 4 ) and a controller ( 20 ), the inputs of the mean value generator ( 4 ) indirectly / directly with the own manipulated variable ( 7 ) and the at least one manipulated variable ( 8th ) of at least one parallel active regulator device (L2) are connected. Regelsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Regler (20) der mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtungen (L1, L2) einen Summenpunkt (16) zur Bestimmung der Regelabweichung sowie einen mittelbar/unmittelbar anschließendes Verstärkungsmittel mit einem Verstärkungsfaktor K vorsieht, dass mittelbar/unmittelbar mit zumindest einem Eingang des nachfolgenden Mittelwert-Bildner (4) verschaltet ist.Control system according to claim 1, characterized in that each regulator ( 20 ) of the at least two parallel active regulator devices (L1, L2) has a summation point ( 16 ) for determining the control deviation as well as an indirectly / immediately subsequent amplifying means with a gain factor K provides that indirectly / directly with at least one input of the subsequent mean value generator ( 4 ) is interconnected. Regelsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmittel einen P-Regler oder einen Regler höherer Ordnung umfaßt.Control system according to claim 2, characterized in that the amplifying means is a P-controller or a controller higher Order includes. Regelsystem gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmittel einen Verstärkungsfaktor K größer 1 vorsieht.Control system according to claim 2 or 3, characterized in that the amplifying means has a gain factor K greater than 1 provides. Regelsystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Regler (20) und Mittelwert-Bildner (4) ein Werte-Begrenzer (14) verschaltet ist, wodurch der ermittelte Stellwert (7) auf einen zu definierenden Maximalwert begrenzbar ist.Control system according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that between controllers ( 20 ) and averaging ( 4 ) a value delimiter ( 14 ), whereby the determined control value ( 7 ) can be limited to a maximum value to be defined. Regelsystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Maximalwert den maximalen Signalbereich des Regelsystems abbildet.Control system according to claim 5, characterized in that the defined maximum value of the maximum Signal range of the control system maps. Redundant ausgelegtes Regelsystem mit einer gemeinsamen Regelgröße, mindestens zwei parallel aktiven Reglervorrichtungen (L1, L2) mit unabhängigen Soll- und Istwerten Sensoren und eigenen Stellgrößen Ausgabe-Elementen, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur jeweiligen Reglervorrichtung ein Mittelwert-Bildner (6) geschaltet ist, dessen Eingänge mittelbar/unmittelbar mit der zurückgeführten Regelgröße (3) der jeweiligen Reglervorrichtung (L1) und mit den Regelgrößen (10) der mindestens einen parallel aktiven Reglervorrichtung (L2) verschaltet sind und dessen Ausgang mit der Regelgröße (3) der jeweiligen Reg lervorrichtung (L1) in einem Summenpunkt zur Berechnung eines Kompensationswerts (12) verschaltet ist.Redundant designed control system with a common controlled variable, at least two parallel active regulator devices (L1, L2) with independent setpoint and actual values sensors and own manipulated variables output elements, characterized in that parallel to the respective regulator device a mean value generator ( 6 ), the inputs of which are indirectly / directly connected to the feedback controlled variable ( 3 ) of the respective regulator device (L1) and with the controlled variables ( 10 ) of the at least one parallel active regulator device (L2) are connected and whose output with the controlled variable (L2) 3 ) of the respective Reg device (L1) in a summing point for calculating a Kompensati onswert ( 12 ) is interconnected. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 ausgeführt wird.Control system according to one of Claims 1 to 6, characterized that the control system according to the characterizing Part of claim 7 executed becomes. Regelsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Mittelwert-Bildner (4, 6) einen selektiven Mittelwert-Bildner umfassen und durch den selektiven Mittelwert-Bildner ein arithmetisches Mittel über die Eingänge berechenbar ist.Control system according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more mean value formers ( 4 . 6 ) comprise a selective mean value generator and the arithmetic mean of the inputs can be calculated by the selective mean value generator. Regelsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge des selektiven Mittelwert-Bildner auf Verfügbarkeit bzw. Gültigkeit überprüfbar bzw. auswählbar sind.Control system according to claim 9, characterized that the inputs of the selective mean value creator can be checked for availability or validity selectable are. Regelsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kompensationswert über einen verschalteten Werte-Begrenzer (13) auf einen Maximalwert begrenzbar ist und der begrenzte Kompensationswert (12) dem Regler (30) in einem Summenpunkt (17) zuführbar ist.Control system according to one of Claims 7 to 10, characterized in that the said compensation value is connected via a connected value limiter ( 13 ) is limited to a maximum value and the limited compensation value ( 12 ) the controller ( 30 ) in a summation point ( 17 ) can be fed. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einem der Ansprüche 7, 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelsysteme jeweils für sich in einschleifigen oder auch mehrschleifigen Regelkreisen mit mehreren parallel aktiven Regelvorrichtungen einsetzbar sind.Control system according to one of claims 1 to 6 or one of claims 7, 9 to 11, characterized in that the control systems respectively for themselves in single-loop or multi-loop control loops with several parallel active control devices can be used.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9697096B2 (en) 2013-03-14 2017-07-04 Fts Computertechnik Gmbh Method for limiting the risk of errors in a redundant, safety-related control system for a motor vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1538558B2 (en) * 1965-04-13 1971-11-11 Hawker Siddeley Dynamics Ltd., Hatfield, Hertfordshire (Grossbritannien) REDUNDANT ELECTRIC SIGNAL TRANSMISSION DEVICE FOR CONTROL OR REGULATING CIRCUITS
US4532630A (en) * 1981-05-28 1985-07-30 Marconi Avionics Limited Similar-redundant signal systems
DE4005546A1 (en) * 1990-02-22 1991-08-29 Gutehoffnungshuette Man METHOD FOR REDUNDANT SPEED CONTROL AND DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD
US5757641A (en) * 1995-07-03 1998-05-26 General Electric Company Triplex control system with sensor failure compensation
DE69410751T2 (en) * 1993-10-20 1998-12-17 United Technologies Corp Double control with averaging and exchange of two sensors
DE69814971T2 (en) * 1997-04-07 2003-12-11 Eurocopter Marignane Flight control device for an aircraft, in particular for a helicopter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1538558B2 (en) * 1965-04-13 1971-11-11 Hawker Siddeley Dynamics Ltd., Hatfield, Hertfordshire (Grossbritannien) REDUNDANT ELECTRIC SIGNAL TRANSMISSION DEVICE FOR CONTROL OR REGULATING CIRCUITS
US4532630A (en) * 1981-05-28 1985-07-30 Marconi Avionics Limited Similar-redundant signal systems
DE4005546A1 (en) * 1990-02-22 1991-08-29 Gutehoffnungshuette Man METHOD FOR REDUNDANT SPEED CONTROL AND DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD
DE69410751T2 (en) * 1993-10-20 1998-12-17 United Technologies Corp Double control with averaging and exchange of two sensors
US5757641A (en) * 1995-07-03 1998-05-26 General Electric Company Triplex control system with sensor failure compensation
DE69814971T2 (en) * 1997-04-07 2003-12-11 Eurocopter Marignane Flight control device for an aircraft, in particular for a helicopter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9697096B2 (en) 2013-03-14 2017-07-04 Fts Computertechnik Gmbh Method for limiting the risk of errors in a redundant, safety-related control system for a motor vehicle

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