DE102021129000B3 - Verfahren zur Steuerung eines Reglers - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Reglers Download PDF

Info

Publication number
DE102021129000B3
DE102021129000B3 DE102021129000.7A DE102021129000A DE102021129000B3 DE 102021129000 B3 DE102021129000 B3 DE 102021129000B3 DE 102021129000 A DE102021129000 A DE 102021129000A DE 102021129000 B3 DE102021129000 B3 DE 102021129000B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
control
valves
designed
valve
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102021129000.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Andreas Fiebiger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samson AG
Original Assignee
Samson AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samson AG filed Critical Samson AG
Priority to DE102021129000.7A priority Critical patent/DE102021129000B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102021129000B3 publication Critical patent/DE102021129000B3/de
Priority to PCT/EP2022/081079 priority patent/WO2023079164A1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/011—Automatic controllers electric details of the correcting means
    • 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
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/305—Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/3056—Assemblies of multiple valves
    • F15B2211/30565—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F15B2211/30575—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve in a Wheatstone Bridge arrangement (also half bridges)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/31—Directional control characterised by the positions of the valve element
    • F15B2211/3138—Directional control characterised by the positions of the valve element the positions being discrete
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/32—Directional control characterised by the type of actuation
    • F15B2211/327—Directional control characterised by the type of actuation electrically or electronically
    • F15B2211/328—Directional control characterised by the type of actuation electrically or electronically with signal modulation, e.g. pulse width modulation [PWM]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6336—Electronic controllers using input signals representing a state of the output member, e.g. position, speed or acceleration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6656—Closed loop control, i.e. control using feedback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7052—Single-acting output members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7053—Double-acting output members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/885—Control specific to the type of fluid, e.g. specific to magnetorheological fluid
    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Reglers (12) zum Betätigen eines Antriebs für ein Stellventil (36) mittels einer Dreipunktregelung (14). Ein zugehöriger Regelkreis (10) weist zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand mit zumindest einer ersten Zustandsrückführung (18) und einer zweiten Zustandsrückführung (20) auf. Erfindungsgemäß ist die erste Zustandsrückführung (18) mit dem ersten Zustand als eine Regelgröße (x) ausgebildet. Zusammen mit einem Sollwert (w) wird eine Regeldifferenz (e) gebildet Die zweite Zustandsrückführung (20) ist mit dem zweiten Zustand als eine erste, zeitliche Ableitung (dx/dt) des ersten Zustands (x) ausgebildet. Durch ein Produkt mit einem einstellbaren Parameter (Vr) wird die Regeldifferenz (e) korrigiert. Der korrigierte Wert ist als eine angepasste Regeldifferenz (e*) ausgebildet. Der Parameter (Vr) ist abhängig von der Regeldifferenz (e).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Reglers gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
  • Das Verfahren wird vorzugsweise für die Stellungsregelung eines pneumatischen Aktuators in einem Stellventil eingesetzt. Die Stellungsregelung wird hierbei durch das Zuführen bzw. Abführen von Luft mittels zumindest zweier Ventile durchgeführt. Die Stellungsregelung weist dabei durch die Ventile drei mögliche Zustände auf: Belüften, Entlüften und Halten. Diese Zustände werden über eine Steuereinheit geregelt.
  • Üblicherweise weist ein Regelkreis eine Führungsgröße, einen Regler, eine Regelstrecke mit Störgröße, eine Regelgröße und eine Rückführung auf. Die rückgeführte Regelgröße bildet dabei zusammen mit der Führungsgröße die Regelabweichung. Die Regelabweichung wird dabei durch den Regler in eine Stellgröße umgewandelt. Durch die Regelstrecke wird die Stellgröße durch den Einfluss der Störgröße in eine Regelgröße umgewandelt. Um drei Regelzustände realisieren zu können, wird in der Regel ein Dreipunktregler als Regler eingesetzt. Die Regelung mit einem Dreipunktregler kann dabei mit einer rückgeführten Regelgröße umgesetzt werden. Dies führt auf der einen Seite zu wenig Schaltspielen und schnellen Stellzeiten, aber auf der anderen Seite zu einer geringen Regelgüte. Eine weitere Möglichkeit der Regelung mit einem Dreipunktregler stellt das Rückführen eines zweiten Signals dar. Neben der Regelgröße wird ein weiteres Signal zurückgeführt, wobei dies durch ein DT1-Glied zeitlich abgeleitet und mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird. Dadurch weist die Regelung neben der Regelabweichung, eine angepasste Regelabweichung auf. Dies führt auf der einen Seite zu einer hohen Regelgüte, aber auf der anderen Seite zu vielen Schaltspielen und langsamen Stellzeiten. Da die Lebensdauer der Ventile auf eine bestimmte Anzahl an Schaltspielen begrenzt ist, führen viele Schaltspiele zu einem Versagen nur kurzer Zeit.
  • Die DE 196 35 979 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Positionierantriebs und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Einrichtung und das Verfahren beziehen sich dabei auf die Regelung eines drehzahlgesteuerten Antriebs, wobei ein Steuersignal für einen Steller durch die Regeleinrichtung vorgegeben, und eine Ist-Geschwindigkeit z.B. durch Messung der Motordrehzahl erfasst und rückgeführt wird.
  • Die DE 10 2019 201 798 A1 offenbart ein Antriebssystem, dass eine Trajektorien-Planungseinheit aufweist, welches ein zweiteiliges Trajektoriensignal ausbildet, wobei ein erster Signalabschnitt gerade und ein zweiter Signalabschnitt einen asymptotischen Signalverlauf aufweist. Durch die Kombination von verschiedenen Regelgliedern wird der Signalverlauf durch die Trajektorien-Planungseinheit generiert. Die Trajektorien-Planungseinheit ist dabei im Antriebssystem der Stelleinheit, umfassend einer Regeleinheit und einer Aktoreinheit vorgeschaltet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Reglers der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass die Regelung eine geringe Regelabweichung, geringe Schaltzeit und eine hohe Lebensdauer aufweist.
  • Diese Aufgabe wird für das Verfahren zur Steuerung eines Reglers durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Kombination von zwei Regelungstypen, die jeweiligen Nachteile vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß zeichnet sich die Regelung durch mindestens zwei Rückführungen von mindestens zwei Zuständen aus, wobei eine erste Zustandsrückführung mit einem ersten Zustand als eine Regelgröße x ausgebildet ist und zusammen mit dem Sollwert w eine Regeldifferenz e bildet, und dass eine zweite Zustandsrückführung mit dem zweiten Zustand als eine erste, zeitliche Ableitung dx/dt des ersten Zustands x ausgebildet ist und durch ein Produkt mit einem einstellbaren Parameter Vr die Regeldifferenz e korrigiert wird, wobei der korrigierte Wert als eine angepasste Regeldifferenz e* ausgebildet ist, und wobei der Parameter Vr abhängig von der Regeldifferenz e ist.
  • Die erfindungsgemäße Ausarbeitung erweist sich als besonders vorteilhaft, da durch das Verfahren eine Regelung mit wenig Schaltspielen, einer hohen Regelgüte und schnellen Stellzeiten realisiert wird.
  • Vorzugsweise wird die zeitliche Ableitung des ersten Zustands durch ein DT1-Glied realisiert. DT1-Glieder eignen sich besonders gut, da durch beispielsweise ein D0-Glied hohe Frequenzen stark verstärkt werden. Dies würde zu unnötigen Stellvorgängen und verfälschten Signalen führen. Durch ein DT1-Glied sind die Verstärkungen für hohe Frequenzen auf einen unschädlichen Wert begrenzt.
  • Bevorzugt ist der erste Zustand x als eine Ventilpositionsgröße des Stellventils und der einstellbare Parameter Vr als eine Zeiteinheit ausgebildet. Hierdurch wird eine direkte Regelung des Aktuators im Stellventil ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, weist eine Kennlinie des einstellbaren Parameters Vr zur Regeldifferenz e eine Trapezform auf, wobei ein Startpunkt der Kennlinie eU nicht gleich dem Nullpunkt ist. Durch die Kennlinie können kleinere Totzonen eingestellt werden.
  • Vorzugsweise ist zur Steuerung des Reglers eine Steuereinheit vorgesehen. Hierbei kann durch die Steuereinheit eine Stellventilposition aufgezeichnet werden und entsprechend einer Führungsgröße w eine Ist-Position eingestellt werden.
  • Bevorzugt ist der Antrieb als ein druckmittelbetriebener Antrieb ausgebildet, wodurch eine hohe Kraftdichte des Antriebs realisiert werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind für den Regler zwei Ventile vorgesehen, um die benötigten drei Zustände realisieren zu können. Dies ist vorteilhaft, da durch die Ventile hohe Stellgeschwindigkeiten realisiert werden können.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei den Ventilen um 2/2-Wege-Magnetventile, umfassend eines Magnetkerns, einer Spule und einem zwischen Offen- und Geschlossen-Stellung schaltenden Anker, wobei der Regler durch die Verschaltung der Ventile als ein 3/2-Wege-Ventil wirkt. Hierdurch wird eine Steuerung eines einfachwirkenden Aktuators realisiert.
  • Bevorzugt sind die Magnetventile als direktgesteuerte Ventile mit Rückhaltefedern ausgebildet. Durch die Ausbildung der Ventile als direktgesteuerte Magnetventile mit Rückhaltefedern, schalten die Ventile bei Wegnahme der Spannung durch die Federkraft und/oder unter Zuhilfenahme des Vordrucks in die vorbestimmte sichere Position.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können beide Ventile unabhängig voneinander angesteuert werden, wodurch eine Realisierung von drei Zuständen ermöglicht wird.
  • Vorzugsweise weisen die Magnetventile drei fluidische Anschlüsse auf, wobei ein erster Anschluss als ein Zuluft-Anschluss, ein zweiter Anschluss als ein Abluft-Anschluss und ein dritter Anschluss als ein Entlüftungsanschluss ausgebildet ist. Der Entlüftungsanschluss entlüftet insbesondere gegen den atmosphärischen Druck. Durch die drei fluidischen Anschlüsse wird insbesondere ein Entlüften durch den Entlüftungsanschluss einfach ermöglicht.
  • Um eine pneumatische Steuerung des Aktuators zu ermöglichen, ist zumindest ein Magnetventil zum Belüften und zumindest ein anderes Magnetventil zum Entlüften des Stellventils ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Regler vier 2/2-Wege-Magnetventilen, wobei der Regler als ein 5/3-Wege-Ventil wirkt. Dies ermöglicht eine Steuerung eines doppeltwirkenden Aktuators mit zwei Druckkammern.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
    • 1 eine schematische Ansicht des Regelkreises zur Regelung des Stellungsreglers mit einer Dreipunktregelung;
    • 2 eine schematische Komplettansicht des Prozessanordnung zum Betreiben eines Prozess-Stellventils;
    • 3 eine Darstellung zweier Diagramme, die zum einen die Ventilpositionsgröße gegenüber der Zeit und zum anderen den Regelausgang gegenüber der Zeit darstellen für eine Regelung nach dem Stand der Technik, und
    • 4 eine Darstellung zweier Diagramme, die zum einen die Ventilpositionsgröße gegenüber der Zeit und zum anderen den Regelausgang gegenüber der Zeit darstellen für die erfindungsgemäße Regelung.
  • Die 1 zeigt eine schematische Ansicht des Regelkreises 10 für die Regelung des Stellungsreglers 12 mit einem Dreipunktregler 14.
  • Der Regelkreis 10 aus 1 umfasst die Führungsgröße w, den Dreipunktregler 14, der Regelstrecke 16, einer ersten Zustandsrückführung 18 und einer zweiten Zustandsrückführung 20. Die erste Zustandsrückführung 18 führt die Regelgröße x zurück und bildet mit der Führungsgröße w die Regelabweichung e. Die zweite Zustandsrückführung 20 umfasst ein DT1-Glied 22 und einer Kennlinie 24 eines einstellbaren Parameters Vr.
  • Die zweite Zustandsrückführung 20 führt die Regelgröße x zum DT1-Glied 22 zurück. Die Regelgröße x wird durch das DT1-Glied 22 nach der Zeit abgeleitet dx/dt. Die abgeleitete Regelgröße dx/dt wird mit dem einstellbaren Parameter Vr multipliziert. Das entstandene Produkt bildet zusammen mit der Regelabweichung e die korrigierte Regelabweichung e*.
  • Die korrigierte Regelabweichung e* wird vom Dreipunktregler 14 in die Stellgröße y umgewandelt. Die Stellgröße y wird anschließend über die Regelstrecke 16 in die Regelgröße x umgewandelt.
  • Das DT1-Glied 22 ist beispielsweise aus einer Reihenschaltung eines D-Glieds und eines PT1-Glieds ausgebildet.
  • Die Kennlinie 24 des einstellbaren Parameters Vr weist einen trapezförmigen Verlauf auf. Die Kennlinie 24 ist mit einer x-Achse, auf der die Regelabweichung e aufgebracht ist. Diese ist in 1 als Betrag ausgebildet. Die Kennlinie 24 begrenzt dabei die zweite Zustandsrückführung auf den Wertebereich der Regelabweichung e im Bereich eU < |e| < eO, wobei eU in 1 ungleich dem Nullpunkt ist. Die y-Achse der Kennlinie 24 weist den einstellbaren Parameter Vr auf. Die Kennlinie 24 weist in axialer Richtung entlang der y-Achse ein Plateau auf. Dieses Plateau wird durch den maximal einstellbaren Parameter Vr_max gebildet. Die Kennlinie 24 kann sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieachse, die in axialer Richtung entlang der y-Achse verläuft und mittig das Plateau schneidet, ausgebildet sein. Der einstellbare Parameter Vr ist somit abhängig von der Regelabweichung e.
  • Die Regelstrecke 16 wird durch die eingesetzten Magnetventile 26, 28, den einfachen pneumatischen Antrieb 30 und ein Ventil 32 gebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Regelgröße x als eine Ventilpositionsgröße und der einstellbare Parameter Vr als eine Zeiteinheit ausgebildet.
  • In 2 ist eine schematische Komplettansicht der Prozessanordnung 34 zum Betreiben eines Prozess-Stellventils 36 dargestellt.
  • Der Prozessanordnung 34 umfasst ein Prozess-Stellventil 36 und einen Stellungsregler 12.
  • Das Prozess-Stellventil 36 ist durch ein Ventil 32, einen Positionssensor 40 und einen Aktuator 42 aufgebaut.
  • Der Stellungsregler 12 umfasst eine Steuereinheit 44, ein erstes Magnetventil 26 und ein zweites Magnetventil 28. Das zweite Magnetventil 48 ist mit einem Entlüftungsanschluss 30b verbunden, der insbesondere gegen atmosphärischen Druck entlüftet. Das erste Magnetventil 26 ist mit einem Zuluftanschluss 30b verbunden. Bei den beiden Magnetventilen 26,28 handelt es sich vorzugsweise um 2/2-Wege-Magnetventile. Der Steuereinheit 44 wird durch einen Steueranschluss 31 eine Führungsgröße w, beispielsweise ein 4-20 mA Signal durch eine Leitwarte zugeführt. Die Steuereinheit 44 ist über die Ventilpositionsrückführung mit dem Positionssensor 40 verbunden. Die Regelung der beiden Magnetventile 26, 28 zur Steuerung der Ventilposition des Prozess-Stellventils 36 wird durch die Steuereinheit 44 vorgenommen.
  • Das erste Magnetventil 26 und das zweite Magnetventil 28 wirken jeweils binär mit einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung. Hierdurch werden vier Zustände ermöglicht, wobei der Zustand, bei dem beide Ventile 26,28 in einer Offen-Stellung sind, unzulässig ist. Die drei Zustände sind als Belüften, Entlüften und Halten zur Steuerung des Aktuators 42 im Prozess-Stellventil 36 ausgebildet. Das erste Magnetventil 26 ist zum Belüften und das zweite Magnetventil 28 zum Entlüften ausgebildet. Die beiden Magnetventile 26, 28 sind so ausgebildet, dass Sie in einem stromlosen Zustand in jeweils einer Ausgangsposition durch jeweils eine Rückhaltefeder gehalten werden. In der Ausgangsposition ist das erste Magnetventil 26 geschlossen und das zweite Magnetventil 28 geöffnet. Dies stellt den Zustand Entlüften dar. Für den Zustand Belüften werden beide Ventile geschalten, somit ist das erste Magnetventil 26 in einer Offen-Stellung und das zweite Magnetventil 28 in einer Geschlossen-Stellung. Der Zustand Halten ist durch ein Schalten des zweiten Magnetventils 28 ausgebildet, dadurch befindet sich beide Magnetventile 26,28 in einer Geschlossen-Stellung.
  • Die drei Zustände werden über den Dreipunktregler 14 in dem Regelkreis 10 aus 1 geregelt.
  • In einer weitern nicht dargestellten Ausführungsform wird der Stellungsregler 38 zum Betreiben eines doppeltwirkenden Aktuators verwendet. Dieser weist vier Magnetventile. Bevorzugt werden vier 2/2-Wege-Ventile verwendet. Der Stellungsregler 12 wirkt als ein 5/3-Wege-Ventil.
  • In 3 ist im oberen Teil die Ventilpositionsgröße auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse für eine Regelung, die durch zwei Zustandsrückführungen ausgebildet ist, wobei eine die Ventilpositionsgröße und eine andere das Produkt aus der zeitlich abgeleiteten Ventilpositionsgröße dx/dt mit einem Parameter rückführt, dargestellt ist. Der gestrichelt dargestellte Graph stellt die Führungsgröße w dar und der durch eine durchgezogene Linie dargestellte Graph zeigt die Regelgröße x. Die Stellzeit für diese Regelung ist langsam, weist jedoch eine hohe Regelgüte auf.
  • Im unteren Teil ist der Reglerausgang y auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse dargestellt. Dieser Teil zeigt sehr viele Schaltspiele der Regelung.
  • 4 zeigt die beiden Graphen aus 3 für die erfindungsgemäße Regelung. Dies zeigt, dass durch die Kombination der Funktionalität der beiden Zustandsrückführungen 18, 20, wobei die zweite Zustandsrückführung 20 erst ab einer vorbestimmten Regelgröße x aktiv wird, eine Regelung mit wenig Schaltspielen, hoher Regelgüte und schnellen Stellzeiten realisiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Regelkreis
    12
    Stellungsregler
    14
    Dreipunktregler
    16
    Regelstrecke
    18
    erste Zustandsrückführung
    20
    zweite Zustandsrückführung
    22
    DT1-Regelglied
    24
    Kennlinie des einstellbaren Parameters Vr
    26
    erstes Magnetventil
    28
    zweites Magnetventil
    30a
    Entlüftungsanschluss
    30b
    Zuluftanschluss
    31
    Steueranschluss
    32
    Ventil
    34
    Prozessanordnung
    36
    Prozess-Stellventil
    40
    Positionssensor
    42
    Aktuator
    44
    Steuereinheit

Claims (12)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Reglers (12) zum Betätigen eines Antriebs für ein Stellventil (36) mittels einer Dreipunktregelung (14), wobei ein zugehöriger Regelkreis (10) zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand mit zumindest einer ersten Zustandsrückführung (18) und einer zweiten Zustandsrückführung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zustandsrückführung (18) mit dem ersten Zustand als eine Regelgröße (x) ausgebildet ist und zusammen mit einem Sollwert (w) eine Regeldifferenz (e) bildet, und dass die zweite Zustandsrückführung (20) mit dem zweiten Zustand als eine erste, zeitliche Ableitung (dx/dt) des ersten Zustands (x) ausgebildet ist und durch ein Produkt mit einem einstellbaren Parameter (Vr) die Regeldifferenz (e) korrigiert wird, wobei der korrigierte Wert als eine angepasste Regeldifferenz (e*) ausgebildet ist, und wobei der Parameter (Vr) abhängig von der Regeldifferenz (e) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand (x) als eine Ventilpositionsgröße und der einstellbare Parameter (Vr) als eine Zeiteinheit ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (24) des einstellbaren Parameters (Vr) zur Regeldifferenz (e) trapezförmig ausgebildet ist, wobei ein Startpunkt (eU) nicht gleich dem Nullpunkt ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Reglers (12) eine Steuereinheit (44) vorgesehen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als ein druckmittelbetriebener Antrieb ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (12) zwei Ventile (26, 28) umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (26,28) als 2/2-Wege-Magnetventile ausgebildet sind, umfassend eines Magnetkerns, einer Spule und einem zwischen Offen- und Geschlossen-Stellung schaltenden Anker, wobei der Regler (12) durch die Verschaltung der Ventile (26, 28) als ein 3/2-Wege-Ventil wirkt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Ventilen (26, 28) um direktgesteuerte Magnetventile mit Rückhaltefedern handelt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (26, 28) unabhängig voneinander angesteuert werden können.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (26, 28) drei fluidische Anschlüsse aufweisen, wobei ein erster Anschluss als ein Zuluft-Anschluss (30b), ein zweiter Anschluss als ein Abluft-Anschluss und ein dritter Anschluss als ein Entlüftungsanschluss (30a) ausgebildet ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ventil (26) zum Belüften und zumindest ein anderes Ventil (28) zum Entlüften des Stellventils ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (12) vier 2/2-Wege-Magnetventilen umfasst, wobei der Regler (12) als ein 5/3-WegeVentil wirkt.
DE102021129000.7A 2021-11-08 2021-11-08 Verfahren zur Steuerung eines Reglers Active DE102021129000B3 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021129000.7A DE102021129000B3 (de) 2021-11-08 2021-11-08 Verfahren zur Steuerung eines Reglers
PCT/EP2022/081079 WO2023079164A1 (de) 2021-11-08 2022-11-08 Verfahren zur steuerung eines reglers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021129000.7A DE102021129000B3 (de) 2021-11-08 2021-11-08 Verfahren zur Steuerung eines Reglers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021129000B3 true DE102021129000B3 (de) 2022-08-25

Family

ID=82702462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021129000.7A Active DE102021129000B3 (de) 2021-11-08 2021-11-08 Verfahren zur Steuerung eines Reglers

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021129000B3 (de)
WO (1) WO2023079164A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19635979A1 (de) 1996-09-05 1998-03-12 Abb Patent Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Positionierantriebs
DE102019201798A1 (de) 2019-02-12 2020-08-13 Festo Se & Co. Kg Antriebssystem, Trajektorien-Planungseinheit und Verfahren

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10306801A (ja) * 1997-05-01 1998-11-17 Smc Corp 自動制御空気圧装置の制御方法
BR112016022564B1 (pt) * 2014-04-09 2021-02-09 Knorr-Bremse Systeme Fuer Nutzfahrzeuge Gmbh dispositivo de controle de freio de mão eletropneumático

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19635979A1 (de) 1996-09-05 1998-03-12 Abb Patent Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Positionierantriebs
DE102019201798A1 (de) 2019-02-12 2020-08-13 Festo Se & Co. Kg Antriebssystem, Trajektorien-Planungseinheit und Verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023079164A1 (de) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4326452B4 (de) Elektrohydraulisches Stellventil mit Kompensation der Durchflußcharakteristik
DE102007062207B4 (de) Pneumatischer Verstärker und Anordnung zum Stellen einer Stellarmatur einer verfahrenstechnischen Anlage
DE102007058518A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Stellungsreglers
DE102016222153B4 (de) Elektropneumatisches Steuerungssystem und Stellungsregler für ein derartiges System
DE102017207414A1 (de) Pneumatische Steuervorrichtung und damit ausgestattete Prozesssteuervorrichtung
DE102006006585B3 (de) Wandler eines elektrischen Eingangssignals in ein pneumatisches Ausgangssignal
EP0243527A1 (de) Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung des Druckes in einem Rezipienten
DE102021129000B3 (de) Verfahren zur Steuerung eines Reglers
EP0840685B1 (de) Elektromagnetische betätigungseinrichtung
DE102005049061B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Stellungsregelung eines pneumatischen Stellgeräts
EP3379120B1 (de) Elektromagnetische prallventilanordnung
DE19534017A1 (de) Elektrisch-pneumatisches System
DE3246537A1 (de) Einrichtung zum erfassen und regeln der geschwindigkeit des kolbens eines arbeitszylinders
EP0443384A2 (de) Verfahren zur redundanten Drehzahlregelung und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
EP0779166A2 (de) Niveauregeleinrichtung
EP1191190A1 (de) Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine und Dampfturbine
DE102019201798A1 (de) Antriebssystem, Trajektorien-Planungseinheit und Verfahren
DE3500482C2 (de)
EP0355723B1 (de) Einrichtung zur stetigen Beeinflussung eines Fluidstromes, insbesondere in einem Ventil
DE102022126449B3 (de) Vorrichtung zur Steuerung eines Masseflusses und System mit einer Vorrichtung zur Steuerung eines Masseflusses
DE102016209387A1 (de) Verfahren zur Einstellung eines Stellgesetzes für einen Sliding-Mode-Regler
DE2839476C2 (de) Regeleinrichtung für eine mittels zweier Teilstellglieder einer Gesamtstellgröße gesteuerten Regelstrecke
DE19746717C1 (de) Elektronische Einrichtung zur Ansteuerung eines Druckregelventils
DE19813531A1 (de) Verfahren zur Verbesserung der Dynamik von AGR-Regelungen
DE3234237A1 (de) Einrichtung fuer die ueberwachung der stellungsregelung von turbinenventilantrieben

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final