DE102022116485A1 - Method for vibration-free, precise control - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Regelgröße (y) eines Systems, wobei das System eine systemspezifische und reproduzierbare Sprungantwort auf eine Sprungfunktion zeigt, und wobei die Reaktion der Regelgröße (y) einer Stellgröße (u) in vorhersagbarer Weise folgt, und wobei die Regelgröße (y) mit einem Messglied als Istwert (ym) erfasst wird,Die Erfindung ist gekennzeichnet durch Bewerten des erfassten Istwertes (ym) nach folgenden Regeln:a) wenn der erfasste Istwert (ym) innerhalb eines vorher bestimmten Abstandes (s) als Schwellwert von einem Sollwert (w) liegt, dann wird auf einen Regeleingriff in das System verzichtet, b) wenn der erfasste Istwert (ym) außerhalb eines vorher bestimmten Abstandes (s) als Schwellwert von einem Sollwert (w) liegt, dann wird ein Regeleingriff durch Stellen einer Stellgröße usbewirkt, wobei die Amplitude der Stellgröße (us) als fortlaufende Kompensation der auf das geregelte System einwirkenden äußeren Störung (d) proportional ist zum Abstand des erfassten Istwertes (ym) zum Schwellwert, wobei bei einer Bestimmung dieser Überschreitung durch eine rechnerische Simulation der systemspezifischen Sprungantwort zurückliegende Regeleingriffe berücksichtigt werden.The invention relates to a method for controlling a controlled variable (y) of a system, wherein the system shows a system-specific and reproducible step response to a step function, and wherein the reaction of the controlled variable (y) follows a manipulated variable (u) in a predictable manner, and wherein the Controlled variable (y) is recorded with a measuring element as the actual value (ym). The invention is characterized by evaluating the recorded actual value (ym) according to the following rules: a) if the recorded actual value (ym) is within a predetermined distance (s) as a threshold value from a setpoint (w), then there is no control intervention in the system, b) if the recorded actual value (ym) lies outside a previously determined distance (s) as a threshold value from a setpoint (w), then a control intervention is carried out Setting a manipulated variable us, whereby the amplitude of the manipulated variable (us) as continuous compensation for the external disturbance (d) acting on the controlled system is proportional to the distance of the recorded actual value (ym) to the threshold value, whereby this exceedance is determined by a computational simulation previous control interventions in the system-specific step response are taken into account.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Regelgröße eines Systems, wobei das System eine systemspezifische und reproduzierbare Sprungantwort auf eine Sprungfunktion zeigt, und wobei die Reaktion der Regelgröße einer Stellgröße in vorhersagbarer Weise folgt, und wobei die Regelgröße mit einem Messglied als Istwert erfasst wird.The invention relates to a method for controlling a controlled variable of a system, wherein the system shows a system-specific and reproducible step response to a step function, and wherein the reaction of the controlled variable follows a manipulated variable in a predictable manner, and wherein the controlled variable is recorded as an actual value using a measuring element.
Zum Regeln von physikalischen Systemen werden in der Regel sogenannte PID-Regler eingesetzt, die aus verschiedenen aus einer Messwertreihe erfassten Istwertdaten des Systems eine Regelstrategie ableiten, um das zu regelnde System über eine Stellgröße konstantzuregeln. PID-Regler als solche haben sich in der Praxis bewährt und die mathematische Beschreibung eines PID-Reglers, der sich mathematisch durch eine Übertragungsfunktion als Differentialgleichung beschreiben lässt, ist gut verstanden. Nachteilig an bekannten PID-Reglern ist einerseits, dass die Strategie zum manuellen Einstellen von Regelparametern für das Proportionalglied, für das Integralglied und für das Differentialglied nicht sehr einfach und nicht intuitiv naheliegend ist. In der Folge regeln viele PID-Regler mit weit vom Idealzustand eingestellten Regelparametern. Selbst eine computerunterstützte Einstellung eines PID-Reglers führt häufig nicht zum Idealzustand des gesamten Regelkreises, da die Systemparameter, wie die systemspezifische Sprungantwort (bspw. zeitlicher Verlauf einer Istgröße) des Systems als Antwort auf eine sprunghafte Änderung der Stellgröße nicht in die Bestimmung der idealen Regelparameter eingehen oder, wenn sie eingehen, nur empirisch im Regelkreis bestimmt werden. Andererseits ist es bekannt, dass der Idealzustand der Parametrierung eines PID-Reglers nahe bei einer zum Schwingen neigenden Parametrierung liegt. Ein so eingestellter (parametrierter) Regler kann durch äußere Einflüsse gestört werden, so dass das zu regelnde System mitsamt seinem Sprungantwort-Verhalten und der zunächst ideal parametrierte Regler einen Schwingkreis bilden. In der Folge variiert die Regelgröße zeitlich um einen Mittelpunkt. Je nach Art des zu regelnden Systems kann diese Restschwingung vernachlässigt werden, da sie unterkritisch ist. Ein Beispiel hierfür wäre die Temperaturregelung für ein Schwimmbad. Das Schwimmbad als zu regelndes System hat eine lange Nachlaufzeit beim Regeln der Temperatur, die Sprungantwort ist sehr flach, die Variation der Temperatur um weniger als 1°C ist hingegen unerheblich. Schwingt die Temperatur mit dieser kleinen Amplitude ist es unbeachtlich. Andere Systeme, die eine eher kürzere Nachlaufzeit haben und präzise eingestellt werden müssen, können Betriebsparameter für einen Verbrennungsmotor sein oder auch Korrekturparameter für eine zusätzliche Magnetfeldstabilisierung in einem magnetisch geschirmten Raum. Die Korrektur des Magnetfeldes durch einen Strom in einer Spule hat eine kurze Nachlaufzeit und schon kleinste Variationen der Magnetfeldstärke im magnetisch geschirmten Raum können einen erheblichen Einfluss auf die Resultate der Experimente haben, die in dem magnetisch beruhigten Raum durchgeführt werden. Beispiele hierfür sind Untersuchungen am lebenden Körper oder physikalischen Grundlagenexperimente. Die bei solchen Experimenten eingesetzten, extrem empfindlichen und rauscharmen SQUID-Magnetfelddetektoren (SQUID; super conducting quantum interference device) und OPMs (OPM; optically pumped magnetometer) erfordern, dass eine Regelung des lokalen magnetischen Feldes in der Laboranordnung so konstant sein sollte, dass das Rauschen auf dem Istwert, hervorgerufen aus unterschiedlichen Quellen im Regelkreis, nicht vernachlässigbar ist. Würde hier ein herkömmlicher PID-Regler eingesetzt, um das Magnetfeld der Laboranordnung konstantzuregeln, so würde der ideal und nahe am Schwingungszustand parametrierte PID-Regler mitsamt dem zu regelnden System schon durch das Rauschen des erfassten Istwertes zum Schwingen angeregt. Es ist daher wünschenswert, über ein Regelverfahren oder über einen Regler zu verfügen, der nicht zum Schwingen neigt, gleichwohl aber sehr präzise regelt.To control physical systems, so-called PID controllers are usually used, which derive a control strategy from various actual value data of the system recorded from a series of measured values in order to constantly regulate the system to be controlled using a manipulated variable. PID controllers as such have proven themselves in practice and the mathematical description of a PID controller, which can be mathematically described by a transfer function as a differential equation, is well understood. The disadvantage of known PID controllers is, on the one hand, that the strategy for manually setting control parameters for the proportional element, for the integral element and for the differential element is not very simple and not intuitively obvious. As a result, many PID controllers regulate with control parameters set far from the ideal state. Even a computer-aided setting of a PID controller often does not lead to the ideal state of the entire control loop, since the system parameters, such as the system-specific step response (e.g. time course of an actual variable) of the system in response to a sudden change in the manipulated variable, are not involved in determining the ideal control parameters or, if they do occur, they can only be determined empirically in the control loop. On the other hand, it is known that the ideal state of the parameterization of a PID controller is close to a parameterization that tends to oscillate. A controller set (parameterized) in this way can be disturbed by external influences, so that the system to be controlled together with its step response behavior and the initially ideally parameterized controller form an oscillating circuit. As a result, the controlled variable varies over time around a center point. Depending on the type of system to be controlled, this residual oscillation can be ignored because it is subcritical. An example of this would be temperature control for a swimming pool. The swimming pool as a system to be controlled has a long follow-up time when regulating the temperature, the step response is very flat, but the variation in temperature of less than 1°C is insignificant. If the temperature oscillates with this small amplitude, it is irrelevant. Other systems that have a rather shorter follow-up time and must be set precisely can be operating parameters for an internal combustion engine or correction parameters for additional magnetic field stabilization in a magnetically shielded room. The correction of the magnetic field by a current in a coil has a short follow-up time and even the smallest variations in the magnetic field strength in the magnetically shielded room can have a significant influence on the results of the experiments carried out in the magnetically calmed room. Examples of this are studies on living bodies or basic physics experiments. The extremely sensitive and low-noise SQUID magnetic field detectors (SQUID; super conducting quantum interference device) and OPMs (OPM; optically pumped magnetometer) used in such experiments require that regulation of the local magnetic field in the laboratory arrangement should be so constant that Noise on the actual value, caused by different sources in the control loop, is not negligible. If a conventional PID controller were used here to constantly regulate the magnetic field of the laboratory arrangement, the PID controller parameterized ideally and close to the oscillation state, together with the system to be controlled, would be stimulated to oscillate by the noise of the recorded actual value. It is therefore desirable to have a control method or a controller that does not tend to oscillate, but still regulates very precisely.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Regeln eines Systems und einen dazu korrespondierenden Regler zur Verfügung zu stellen, der ohne Schwingungsneigung sehr präzise regelt.The object of the invention is therefore to provide a method for controlling a system and a corresponding controller which regulates very precisely without any tendency to oscillate.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Verfahrensmerkmalen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben. Ein dazu korrespondierender Regler ist in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.The object according to the invention is solved by a method with the method features according to claim 1. Further advantageous embodiments of the method are specified in the subclaims to claim 1. A corresponding controller is specified in claims 10 and 11.
Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sprungantwort des zu regelnden Systems, wie beispielsweise die Änderung eines physikalischen Parameters als Antwort auf einen Regeleingriff in Form einer Sprungfunktion einer Stellgröße, antizipiert wird. Im Regelalgorithmus ist somit vorgesehen, dass der Regeleingriff unter Beachtung des tatsächlichen Sprungantwortverhaltens des Gesamtsystems zeitlich und rechnerisch simuliert wird. Ein Regeleingriff erfolgt nur dann, wenn ein erfasster Istwert außerhalb eines Schwellwertintervalls liegt. Das Schwellwertintervall ist zentriert um den Sollwert bzw. der Führungsgröße. Das Schwellwertintervall wird durch eine obere und untere Schwelle gebildet mit einem als Schwellwert bezeichneten Abstand vom Sollwert. Über das Schwellwertintervall wird verhindert in das System einzugreifen, wenn kein Eingriff notwendig ist. Dies ist der Fall, wenn die durch das Rauschen auf dem Istwert hervorgerufenen Änderungen nicht signifikant sind und/oder die Änderung so klein ist, dass sie aufgrund des Hardwareaufbaus des Systems nicht mit ausreichend kleinen Schritten kompensiert werden kann. Verlässt der Istwert das Schellwertintervall, kann die signifikante Änderung des Systems aufgrund der Kenntnis der finalen Systemänderung nach einer Sprungantwortfunktion vorhersagbar kompensiert werden. Aufgrund des zeitlichen Verlaufes des Sprungantwortverhaltens des Systems sind bei der Festlegung, ob eine weiter signifikante korrigierbare äußere Änderung des Systemzustandes vorliegt, alle durch die Reglung zuvor ausgelösten und noch nicht abgeschlossenen Kompensationen bei der Entscheidung, ob wieder eingegriffen werden soll, zu berücksichtigen. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Eine Möglichkeit ist den durch das Messglied gemessenen Istwert anzupassen, eine weitere gleichwertige Ausführungsform ist den Schwellwertbereich bestehend aus einem konstanten Anteil und einen dynamischen Anteil, abhängig von den zuvor erfolgten Systemeingriffen zu definieren. Durch schnelle periodische Abfragen auf eine Schwellwertüberschreitung werden signifikante äußere Störungen nach dem Auftreten in minimalen Schritten fortlaufend kompensiert. Die Regelgröße wird dadurch mit nur geringen Überschreitungen innerhalb des dynamischen Schwellwertes gehalten. Wird die Hardware als vorgegeben betrachtet, wird die kleinste Standardabweichung der Regelgröße für die vorhandene Hardware durch einen minimalen, und damit auch optimalen, konstanten Schwellwert für diese Hardwareausführung erreicht. Seine Größe ergibt sich aus der Forderung einer Minimierung der durch das Rauschen bedingten statistisch vorkommenden Systemeingriffe und der Vorgabe, dass die kleinstmögliche Systemänderung nicht zu einer Überschreitung der gegenüberliegenden Schwelle führt. Bei einer gegenüber dem Rauschen nicht vernachlässigbaren kleinstmöglichen Systemzustandsänderung ist es vorteilhaft, die der Schwellwertüberschreitung proportionale Stellgrößenänderung auf den nächsthöheren ganzzahligen vielfachen Wert der kleinstmöglichen Systemzustandsänderung zu runden, um auch auf kleinste signifikante Systemänderungen zu reagieren.According to the idea of the invention, it is provided that the step response of the system to be controlled, such as the change in a physical parameter in response to a control intervention in the form of a step function of a manipulated variable, is anticipated. The control algorithm therefore provides for the control intervention to be simulated in terms of time and calculation, taking into account the actual step response behavior of the entire system. A control intervention only takes place if a recorded actual value lies outside a threshold value interval. The threshold value interval is centered around the setpoint or reference variable. The threshold value interval is formed by an upper and lower threshold with a distance from the setpoint value called the threshold value. The threshold value interval prevents intervention in the system if no intervention is necessary. This is the case when the noise on the Changes caused by the actual value are not significant and/or the change is so small that it cannot be compensated for with sufficiently small steps due to the hardware structure of the system. If the actual value leaves the threshold value interval, the significant change in the system can be predictably compensated for using a step response function based on knowledge of the final system change. Due to the time course of the system's step response behavior, when determining whether there is a further significant correctable external change in the system state, all compensations previously triggered by the control and not yet completed must be taken into account when deciding whether to intervene again. This can be done in different ways. One possibility is to adapt the actual value measured by the measuring element; another equivalent embodiment is to define the threshold value range consisting of a constant component and a dynamic component, depending on the previous system interventions. By means of quick, periodic queries to check whether the threshold value has been exceeded, significant external disturbances are continuously compensated for in minimal steps after they occur. The controlled variable is thereby kept within the dynamic threshold value with only minor exceedances. If the hardware is viewed as given, the smallest standard deviation of the controlled variable for the existing hardware is achieved by a minimum, and therefore optimal, constant threshold value for this hardware version. Its size results from the requirement to minimize the statistically occurring system interventions caused by noise and the requirement that the smallest possible system change does not lead to the opposite threshold being exceeded. If the smallest possible system state change is not negligible compared to the noise, it is advantageous to round the manipulated variable change proportional to the threshold value exceedance to the next highest integer multiple of the smallest possible system state change in order to respond to even the smallest significant system changes.
Wegen der Berücksichtigung des Zeitverzuges der Systemantwort auf alle vorgenommenen Kompensationen bei der Abfrage der Schwellwertüberschreitung ist das geregelte System nicht im klassischen Sinne der Regelungstechnik zurückgekoppelt und neigt daher nicht zu Regelschwingungen. Durch die schnelle periodische Abfrage nach einer Schwellwertüberschreitung sind die vom Regler veranlassten Stellgrößenänderungen entsprechend klein. Bei einer plötzlich auftretenden großen Stellgrößenänderung handelt es sich um Messwertausreißer. Um die Auswirkungen von Ausreißern zu reduzieren, kann der Systemeingriff durch Einführung einer maximal erlaubten Stellgliedänderung begrenzt werden. Ist es ein einmaliger Ausreißer wird die maximal erlaubte und ausgeführte Stellgliedänderung beim nächsten Abfragezeitpunkt zurückgenommen. Handelt es sich bei dem Ausreißer um eine stufenförmige Änderung z.B. durch eine spontane Änderung der elektrischen Kontaktwiderstände im Regelkreis, wird der Sollwert mit einer Rampe, deren Steigung sich aus dem Verhältnis maximale Stellwertänderung zu Abfragezeitintervall ergibt, angefahren. Mögliche Überschwinger nach der Rampe bzw. dem Vor- und Rückschalten bei einem Einzelausreißer sind Folge der Systemantwort und schaukeln sich nicht zu einer Regelschwingung auf.Because the time delay of the system response to all compensations made is taken into account when querying whether the threshold value is exceeded, the controlled system is not fed back in the classic sense of control technology and is therefore not prone to control oscillations. Due to the quick periodic query after a threshold value has been exceeded, the manipulated variable changes caused by the controller are correspondingly small. If a large change in the manipulated variable occurs suddenly, this is a measured value outlier. In order to reduce the effects of outliers, the system intervention can be limited by introducing a maximum permitted actuator change. If it is a one-time outlier, the maximum permitted and executed actuator change is reversed at the next query time. If the outlier is a step-shaped change, e.g. due to a spontaneous change in the electrical contact resistances in the control loop, the setpoint is approached with a ramp whose slope results from the ratio of the maximum control value change to the query time interval. Possible overshoots after the ramp or switching up and down in the event of a single outlier are a result of the system response and do not build up to a control oscillation.
Alle Parameter zur Festlegung des konstanten Schwellwertes, alle vom Regler benötigten Eigenschaften des Systems zur Berechnung der Kompensation erkannter signifikanter korrigierbarer Systemänderungen durch äußere Störungen auf das System und die Vorhersage der Systemreaktion auf einen erfolgten Regeleingriff lassen sich am ungeregelten System bestimmen.All parameters for determining the constant threshold value, all properties of the system required by the controller to calculate the compensation for recognized significant correctable system changes caused by external disturbances on the system and the prediction of the system reaction to a control intervention that has taken place can be determined on the uncontrolled system.
Der konstante Anteil des Schwellwerts errechnet sich aus dem Rauschen auf dem Istwert und den kleinstmöglichen Stelleingriff in das System. Beides kann durch Messungen am ungeregelten System bestimmt werden. Dazu wird die Systemantwortfunktion für kleine Stufen (in der Größenordnung des Schwellwertes bzw. des kleinstmöglichen Stelleingriffes) gemessen Die Bestimmung ist am ungeregelten System durch ein periodisches stufenweises Vor- und Zurückschalten der Stellgröße am Stellglied möglich (getriggertes Signal). Durch ein Mitteln unter Berücksichtigung des Vorzeichens der Stufen lässt sich die Sprungantwortfunktion für kleinste Stufen mit entsprechender Genauigkeit bestimmen, unabhängig vom Verlauf der auf das System während der Messung einwirkenden äußeren Störungen. Der asymptotische Grenzwert der Sprungantwortfunktion dient zur Berechnung der am Stellglied einzustellenden Änderung, um die im letzten Abfragezeitraum beobachtete Istwertänderung über den Schwellwert hinaus zu kompensieren.The constant portion of the threshold value is calculated from the noise on the actual value and the smallest possible control intervention in the system. Both can be determined by measurements on the uncontrolled system. For this purpose, the system response function is measured for small steps (in the order of magnitude of the threshold value or the smallest possible control intervention). The determination is possible on an uncontrolled system by periodically switching the manipulated variable back and forth on the actuator (triggered signal). By averaging, taking the sign of the steps into account, the step response function for the smallest steps can be determined with appropriate precision, regardless of the course of the external disturbances affecting the system during the measurement. The asymptotic limit value of the step response function is used to calculate the change to be set at the actuator in order to compensate for the actual value change above the threshold value observed in the last query period.
Die Standardabweichung des Rauschens kann aus der Signalamplitude im Frequenzspektrum oberhalb der höchsten noch auszuregelnden Störfrequenz ermittelt werden oder durch Bestimmung der Signalamplitude des mit einem Hochpass gefilterten Istwertes des ungeregelten Systems mit einer Eckfrequenz entsprechend der höchsten noch auszuregelnden Frequenz der äußeren Störung.The standard deviation of the noise can be determined from the signal amplitude in the frequency spectrum above the highest interference frequency that still needs to be adjusted or by determining the signal amplitude of the high-pass filtered actual value of the uncontrolled system with a corner frequency corresponding to the highest frequency of the external interference that still needs to be adjusted.
Sind die zeitlichen Abstände zwischen den Abfragen der Schwellwertüberschreitung kurz, sind die vom Regler veranlassten Stellgrößenänderungen entsprechend klein. Es ist möglich, den Istwertes über einen Tiefpassfilter im Signalpfad des Messgliedes als elektronischer Filter und/oder im Weg der Erfassung des Istwertes als digitaler Filter zu erfassen, um die durch eine hohe Bandbreite bedingte Erhöhung des Rauschens auf dem Istwert zu reduzieren. Auch möglich ist ein Erfassen des Istwertes über einen oder mehrere Bandpassfilter im Signalpfad des Messgliedes als elektronischer Filter und/oder im Weg der Erfassung des Istwertes als digitaler Filter, um Frequenzen und Frequenzbereiche, die nicht der Reglung unterliegen sollen, im Istwert zu unterdrücken.If the time intervals between the threshold value violation queries are short, the manipulated variable changes caused by the controller are correspondingly small. It is possible to measure the actual value via a low-pass filter in the signal path of the measuring element as an electronic filter and/or in the way of recording the actual value as a digital filter in order to reduce the increase in noise on the actual value caused by a high bandwidth. It is also possible to record the actual value via one or more bandpass filters in the signal path of the measuring element as an electronic filter and/or in the way of recording the actual value as a digital filter in order to suppress frequencies and frequency ranges that should not be subject to regulation in the actual value.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Skizze zur Verdeutlichung einer Sprungfunktion und einer Sprungantwort, -
2 eine Skizze zur Verdeutlichung der Messung eines verrauschten Istwertes auf einer Sprungantwortfunktion, -
3 eine Skizze zur Verdeutlichung des Zusammenhangs einer Gaußverteilung und dem Rauschen eines Signales, -
4 eine Skizze zur Verdeutlichung, dass eine kleine zeitlich begrenzte Störgröße n(t) durch eine dynamische Schwelle auf einer Sprungantwortfunktion erkannt wird. -
5 eine Skizze zur Verdeutlichung der Regelstrategie, -
6 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung in Ausführungsform „angepasster Istwert“, -
7 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung in Ausführungsform „dynamischer Schwellwert“.
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1 a sketch to illustrate a step function and a step response, -
2 a sketch to illustrate the measurement of a noisy actual value on a step response function, -
3 a sketch to illustrate the connection between a Gaussian distribution and the noise of a signal, -
4 a sketch to illustrate that a small, time-limited disturbance n(t) is detected by a dynamic threshold on a step response function. -
5 a sketch to clarify the control strategy, -
6 a flowchart to illustrate the function of the method according to the invention for control in the “adapted actual value” embodiment, -
7 a flowchart to illustrate the function of the method according to the invention for control in the “dynamic threshold” embodiment.
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Es gibt auch Systeme, die folgen schnell der Sprungfunktion us(t) und neigen sogar zum Überschwingen, bspw. y4(t) und y5(t). Die Art der Ausprägung der Sprungantwort y(t) hat einen starken Einfluss auf das Regelverhalten und damit auf die erreichbare Stabilität der Regelgröße y(t).There are also systems that quickly follow the step function us(t) and even tend to overshoot, for example y 4 (t) and y 5 (t). The type of expression of the step response y(t) has a strong influence on the control behavior and thus on the achievable stability of the controlled variable y(t).
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Die Stellgrößenänderung wird vom Regler über ein Stellglied bewirkt, wobei das Stellglied unmittelbar Auswirkung auf die Regelgröße der Regelstrecke hat. Innerhalb des durch Strichlinien umrandeten Reglers befindet sich eine vorher bestimmte Parametrierung einer gemessenen Regelstreckenantwort. Diese Parametrierung, die den asymptotisch angenäherten Wert für t=∞ enthält, hat Einfluss auf die berechnete Stellgrößenänderung für die Kompensation der aufgetretenen signifikanten und korrigierbaren Überschreitung der Stellwerte. Der parametrierte Zeitverlauf der Regelstreckenantwort und die gespeicherte Historie erfolgter Regeleingriffe dienen zur Berechnung von Ccomp(t) zur Anpassung des Istwertes auf bereits erfolgte Regeleingriffe.The change in the manipulated variable is effected by the controller via an actuator, whereby the actuator has a direct effect on the controlled variable of the controlled system. Within the controller surrounded by dashed lines there is a previously determined parameterization of a measured controlled system response. This parameterization, which contains the asymptotically approximated value for t=∞, influences the calculated change in the manipulated variable to compensate for the significant and correctable exceedance of the manipulated values that has occurred. The parameterized time course of the controlled system response and the stored history of control interventions that have taken place are used to calculate C comp (t) to adapt the actual value to control interventions that have already taken place.
Der konstante Schwellwert sconst muss als Kompromiss aus zwei gegensätzlichen Forderungen festgelegt werden. Ein kleiner Wert reduziert die Standardabweichung der Regelgröße y(t), während ein zu kleiner Wert die Zahl der durch das Rauschen n(t) auf dem Istwert ym(t) bedingten Regeleingriffe erhöht. Ist die Standardabweichung σn des Rauschens gegenüber dem kleinstmöglichen Wert für eine Änderung des Systemzustandes LSS vernachlässigbar, darf sconst den Wert von LSSj2 nicht unterschreiten. Ein allgemeiner guter Kompromiss für die Wahl von sconst ist sconst = kn * σn + LSS/2 mit kn=3. Für diesen Wert von kn kommt es bei annähernd weißem Rauschen bei 0,3% aller Abfragen nach Schwellwertüberschreitung zu einer durch das Rauschen bedingten Stellwertänderung unabhängig von der Größe von Ccomp(t).The constant threshold s const must be a compromise between two opposing requirements be determined. A small value reduces the standard deviation of the controlled variable y(t), while a value that is too small increases the number of control interventions caused by the noise n(t) on the actual value y m (t). If the standard deviation σ n of the noise is negligible compared to the smallest possible value for a change in the system state LSS, s const must not be less than the value of LSSj2. A general good compromise for choosing s const is s const = k n * σ n + LSS/2 with k n =3. For this value of k n , with approximately white noise, in 0.3% of all queries after the threshold value has been exceeded, a control value change caused by the noise occurs, regardless of the size of C comp (t).
In
Der konstante Schwellwert sconst muss als Kompromiss aus zwei gegensätzlichen Forderungen festgelegt werden. Ein kleiner Wert reduziert Standardabweichung der Regelgröße y(t), während ein zu kleiner Wert die Zahl der durch das Rauschen n(t) auf dem Istwert ym(t) bedingten Regeleingriffe erhöht. Ist die Standardabweichung σn des Rauschens gegenüber dem kleinstmöglichen Wert für eine Änderung des Systemzustandes LSS vernachlässigbar, darf sconst den Wert von LSSj2 nicht unterschreiten. Ein allgemeiner guter Kompromiss für die Wahl von sconst ist sconst = kn * σn + LSS/2 mit kn=3. Für diesen Wert von kn kommt es bei annähernd weißem Rauschen bei 0,3% aller Abfragen nach Schwellwertüberschreitung zu einer durch das Rauschen bedingten Stellwertänderung unabhängig von der Größe von Ccomp(t).The constant threshold s const must be set as a compromise between two opposing requirements. A small value reduces the standard deviation of the controlled variable y(t), while a value that is too small increases the number of control interventions caused by the noise n(t) on the actual value y m (t). If the standard deviation σ n of the noise is negligible compared to the smallest possible value for a change in the system state LSS, s const must not be less than the value of LSSj2. A general good compromise for choosing s const is s const = k n * σ n + LSS/2 with k n =3. For this value of k n , with approximately white noise, in 0.3% of all queries after the threshold value has been exceeded, a control value change caused by the noise occurs, regardless of the size of C comp (t).
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- Ccomp(t)Ccomp(t)
- KompensationsverzugCompensation delay
- d(t)d(t)
- StörgrößeDisturbance variable
- GG
- GaußverteilungGaussian distribution
- pp
- Wahrscheinlichkeitprobability
- knkn
- ganze Zahlinteger
- LSSLSS
- kleinstmögliche Systemzustandsänderungsmallest possible system state change
- n(t)n(t)
- RauschenRush
- sconstsconst
- konstanter Schwellwertconstant threshold
- s(t)s(t)
- dynamischer Schwellwertdynamic threshold
- σnσn
- StandardabweichungStandard deviation
- tt
- ZeitTime
- u(t)u(t)
- StellsignalControl signal
- us(t)us(t)
- Stellgrößemanipulated variable
- umaxumax
- maximale Stellgrößemaximum manipulated variable
- ww
- SollwertSetpoint
- y(t)y(t)
- Regelgrößecontrolled variable
- ym(t)ym(t)
- Istwertactual value
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022116485.3A DE102022116485A1 (en) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | Method for vibration-free, precise control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022116485.3A DE102022116485A1 (en) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | Method for vibration-free, precise control |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022116485A1 true DE102022116485A1 (en) | 2024-01-04 |
Family
ID=89167528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022116485.3A Pending DE102022116485A1 (en) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | Method for vibration-free, precise control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022116485A1 (en) |
-
2022
- 2022-07-01 DE DE102022116485.3A patent/DE102022116485A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed |