DE1263147C2 - PI-CONTROLLER FOR ADAPTING THE CONTROLLER TIME BEHAVIOR TO THE TIME BEHAVIOR OF THE REGULATED SYSTEM - Google Patents
PI-CONTROLLER FOR ADAPTING THE CONTROLLER TIME BEHAVIOR TO THE TIME BEHAVIOR OF THE REGULATED SYSTEMInfo
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- DE1263147C2 DE1263147C2 DE1966S0105593 DES0105593A DE1263147C2 DE 1263147 C2 DE1263147 C2 DE 1263147C2 DE 1966S0105593 DE1966S0105593 DE 1966S0105593 DE S0105593 A DES0105593 A DE S0105593A DE 1263147 C2 DE1263147 C2 DE 1263147C2
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- 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.
Description
strecke eigentümlichen Zeitkonstanten Γ in Abhän- sich mit der Zeitkonstante proportional ändert. Diestretch peculiar time constants Γ as a function of which changes proportionally with the time constant. the
gigkeit von ihrer Ausgangsgröße χ dargestellt. Die für in F i g. 2 dargestellte Regleranordnung wirkt wie einof their initial size χ. The for in F i g. 2 shown controller arrangement acts like a
die Regelstrecke maßgebliche Zeitkonstante weist PI-Regler, dessen Nachstellzeit proportional der ver-the time constant that is decisive for the controlled system has a PI controller, the reset time of which is proportional to the
also bei kleinen Werten einen großen und bei großen änderlichen Regelstreckenzeitkonstante T geändert So a large controlled system time constant T is changed for small values and a variable controlled system time constant T for large ones
Werten der Regelgröße einen relativ kleinen Wert auf 5 wird, wobei sein Integralanteil davon unberührtValues of the controlled variable a relatively small value to 5, whereby its integral component is unaffected
und wäre z. B. für einen leistungsgeregelten Heiz- bleibt. Damit ist eine selbsttätige Kompensation derand would be z. B. for a power-controlled heating remains. This is an automatic compensation of the
strahler charakteristisch. arbeitspunktabhängigen Zeitkonstanten für alle Ar-emitters characteristic. operating point-dependent time constants for all
F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Regeleinrich- beitspunkte, d. h. den gesamten Arbeitsbereich der tung für eine in Form eines Blocks 1 symbolisierte Regeleinrichtung möglich. Die Genauigkeit der ReRegelstrecke. Meist werden im Regelkreis noch wei- io gelung wird nicht beeinträchtigt, wenn die beiden tere, jedoch nk ht dargestellte Glieder mit Speicher- Funktionsgeneratoren 4 und S nicht genau übereineigenschaften vorhanden sein, welche im Zusammen- stimmen, weil der Integralregler 3 jede Regelabweiwirken mit der Regelstrecke 1 bei Fehlanpassung zu chung schließlich ausregelt.F i g. 2 shows the control device according to the invention, ie. H. the entire work area of the device for a control device symbolized in the form of a block 1 is possible. The accuracy of the Re control system. Most of the time the control loop is still defective if the two are not impaired Further, but not shown elements with memory function generators 4 and S do not exactly agree be present, which coincide, because the integral controller 3 deviate from each rule with the controlled system 1 in the event of a mismatch to chung finally corrects.
unerwünschten Regelschwingungen Anlaß geben F i g. 3 zeigt ein gerätetechnisches Ausführungsbeikönnen. In dem Blocksymbol 1 ist der zeitliche Ver- 15 spiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung. Für lauf der Regelstreckenausgangsgröße m Abhängig- entsprechende Elemente wurden die Bezugszeichen keit von einer spiunghaften Veränderung der Ein- aus Fig. 2 übernommen. Der Integralregler 3 ist gangsgröße dargestellt. durch einen kapazitiv gegengekoppelten Gleichstrom-unwanted control oscillations give rise to F i g. 3 shows a device-related embodiment. In the block symbol 1 is the time game of the control device according to the invention. For run of the controlled system output variable m dependent - corresponding elements have been given the reference symbols is taken over from a sudden change in the input from FIG. The integral controller 3 is size shown. through a capacitive negative feedback direct current
Je nach der Größe des Ausgangswertes, d. h. ab- verstärker 9 realisiert, wobei die für sein dynamisches hängig vom jeweiligen Arbeitspunkt, ergeben sich die 20 Verhalten charakteristische Größe T1 durch das Promit α bis c bezeichneten Übergangsfunktionen, wo- dukt des Eingangswiderstandes R'o und der Gegenbei die Übergangsfunktion α sich bei einem kleinsten kopplungskapazität C festgelegt ist. Die Funktionsund die Übergangsfunktion c sich bei einem größten generatoren 4 und S bestehen beim dargestellten Ausbetrachteten Wert von χ einstellt und sämtliche Über- führungsbeispiel aus zwei Gleichstromverstärkem 10 gangsfunktionen demselben Endwert zustreben. Der »5 und 11, die in gleicher Weise gegengekoppelt sind Frequenzgang dieser Regelstrecke hat daher die all- und deren Verstärkungsgrad sich ergibt als QuotientDepending on the size of the output value, ie implemented at the amplifier 9, with the variable T 1 characteristic of its dynamic behavior depending on the respective operating point, resulting from the transition functions designated by the promit α to c, resulting in the input resistance R ' o and the opposite, the transition function α is fixed at a smallest coupling capacitance C. The function and the transition function c are established in the case of a largest generator 4 and S in the illustrated considered value of χ and all the transfer example from two direct current amplifiers 10 output functions strive towards the same final value. The »5 and 11, which are fed back in the same way, frequency response of this controlled system therefore has the all and the gain of which results as a quotient
S ei e r 1C^es Jewei's wirksamen Gegenkopplungswiderstandes Rg und des Eingangswiderstandes Re. Parallel zuS ei er 1C ^ es Ewe i ' s effective negative feedback resistance R g and the input resistance R e . Parallel to
F5 t g gg e F 5 days gg e
1 + pT{x) 30 dem mit R'g bezeichneten Widerstand sind noch weitere Gegenkopplungspfade über die Widerstände 121 + pT {x) 30 the resistor labeled R ' g are further negative feedback paths via the resistors 12
wobei T,tl den in Fig. 1 dargestellten Verlauf haben und 13 vorgesehen, welche jeweils in Reihe mitwhere T, tl have the course shown in Fig. 1 and 13 are provided, each in series with
möge. Dioden 14 und IS an verschiedene, die Dioden inmay. Diodes 14 and IS to different ones, the diodes in
Die Regelgröße χ wird in üblicher Weise mit dem Sperrichtung beaufschlagende Spannungen ange-The controlled variable χ is applied in the usual way with voltages applied to the blocking direction.
Sollwert w in einer Mischstelle 2 verglichen und die 35 schlossen sind, die von einer mit — U bezeichnetenSetpoint w compared in a mixing point 2 and the 35 are closed, those of a designated with - U
Soll-Ist-Wertdifferenz dem Eingang eines Integral- Gleichspannungsquelle abgeleitet werden,Target-actual value difference can be derived from the input of an integral DC voltage source,
reglers 3 zugeführt, welcher einen Frequenzgang der Bei wachsendem Eingangssignal — χ werden dieRegulator 3 is supplied, which has a frequency response of When the input signal increases - χ the
Form JL aufweisen möge. Di°<*en 14 t und 1^ nacheinander durchlässig undForm JL may have. Di ° <* en 14 t and 1 ^ successively permeable and
pTl ° schalten auf diese Weise die Gegenkopplungswider- In this way, pTl ° switch the negative feedback
Sowohl die Regelgröße χ als auch der Sollwert w 40 stände 12 und 13 dem Widerstand R'g parallel, soBoth the controlled variable χ and the setpoint w 40 would be 12 and 13 parallel to the resistor R ' g, see above
sind über je einen Funktionsgenerator 4 und 5 ge- daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 10 stu-are via a function generator 4 and 5 each so that the gain factor of the amplifier 10 is
führt, welche als P-Anteil parallel zu dem Integral- fenweise vergrößert wird. Durch entsprechende Wahlleads, which is increased as the P component in parallel to the integral manner. By appropriate choice
regler 3 (I-Antoil) liegen. der die Dioden 14 und 15 beaufschlagenden Sperr-controller 3 (I-Antoil). the blocking force acting on diodes 14 and 15
Die Ausgangssignale der Funktionsgeneratoren 4 spannungen sowie gegebenenfalls durch weitere, vor- und 5 sind zu einer Mischstelle 6 geführt und wer- 45 gespannte Dioden enthaltende zusätzliche Gegenden dort voneinander abgezogen, so daß der Ein- kopplungspfade kann die in den Blocksymbolen 4 gang 7 der Regelstrecke 1 mit einer Größe beauf- und 5 der F i g. 2 dargestellte Funktion beliebig geschlagt wird, welche der Differenz de- Ausgangs- nau angenähert werden.The output signals of the function generators 4 voltages and, if necessary, by further, pre- and 5 are led to a mixing point 6 and are 45 additional areas containing voltage diodes there subtracted from each other so that the coupling paths can be those in the block symbols 4 passage 7 of the controlled system 1 with a variable and 5 of FIG. 2 function shown as desired which of the difference de- output will be approximated.
signale der Funktionsgeneratoren 5 und 4, vergrößert Der mit 11 bezeichnete Verstärker in Fig 3 stimmt um das Ausgangssignal des Integralreglers 3, ent- 50 bezüglich seiner Beschaltungselemente völlig mit dem spricht. In den Blocksymbolen der Funktionsgenera- Verstärker 10 überein und ist bezüglich der die Vortoren 4 und S sind deren statische Kennlinien darge- spannung liefernden Spannungsquelle + U symmestellt, d. h. der Verlauf ihrer Ausgangsgrößen A in trisch aufgebaut.signals of the function generators 5 and 4, enlarged. The amplifier labeled 11 in FIG. 3 corresponds to the output signal of the integral controller 3 and corresponds completely to the speaking with regard to its wiring elements. In the block symbols of the function generator amplifiers 10, and with respect to the front gates 4 and S, their static characteristic curves representing voltage supplying voltage source + U are symmetrized, ie the course of their output variables A is constructed in tric format.
Abhängigkeit von ihren Eingangsgrößen E. Diese Werden statt dem Gegenkopplungswiderstand R'g Dependence on their input variables E. These are instead of the negative feedback resistance R ' g
Kennlinien weisen gleichen Verlauf auf und sind so 55 dem Eingangswiderstand Re zusätzliche ParallelpfadeCharacteristic curves show the same course and are thus 55 additional parallel paths to the input resistance Re
gewählt, daß z. B. beim Funktionsgenerator 4 die nach Art der F i g. 3 zugeordnet, so wird mit wach-chosen that z. B. in the function generator 4, the type of F i g. 3 assigned, then with the watchful
Beziehung gilt sender Eingangsgröße der Verstärkungsfaktor stu-Relationship applies sender input variable the gain factor stu-
A = k j(x) d χ, fenweise vergrößert. Sieht man diese Parallelpfade sowohl beim Eingangs- als auch beim Gegenkopplungs- A = kj (x) d χ , enlarged by a window. If you see these parallel paths in both the input and the negative feedback
wobei k eine Konstante und /(v) die in Fig. 1 dar- 60 widerstand vor, dann lassen sich auf diese Weise begestellte Funktion für die Zeitkonstante Γ ist. liebige Funktionen zugrunde legen, so daß die Erfin-where k is a constant and / (v) the resistance shown in FIG. 1, then functions for the time constant Γ can be calculated in this way. based on various functions, so that the invention
Die Funktionsgeneratoren können demnach als dung nicht auf eine Regelstrecke beschränkt ist, derenThe function generators can therefore not be restricted to a controlled system whose
Verstärker aufgefaßt werden, deren Verstärkungsgrad Zeitkonstante nach Art von F i g. 1 verläuft.Amplifiers are understood, the gain of which time constant according to the type of FIG. 1 runs.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (2)
Spricht man von solchen Gliedern als Trägheiten und 35 Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß daordnet ihnen eine für ihr dynamisches Vcrhalttn durch, daß der P-Anteil aus zwei identisch aufgebaucharakteristische Zeitkonstante zu. Es ist üblich, die ten Verstärkern besteht, deren Ausgangssignaie vontneist durch die Regelstrecke gegebene Zeitkonstante einander subtrahiert werden, wovon der eine Verstär-So weit als möglich zu kompensieren, beispielsweise ker nur vom Istwertsignal und der andere Verstärker durch besondere Vorhaltglieder oder dadurch, daß 40 nur vom Sollwertsignal beaufschlagt ist und die Kennein PI-Regler verwendet wird, dessen Nachstellzeit linien der beiden Verstärker der Änderungsfunktion der zu kompensierenden Zeitkonstanten entspricht. der Regelstreckenzeitkonstanten in Abhängigkeit von Es gibt nun Regelstrecken, deren Trägheit bzw. deren der Regelgröße angepaßt sind. Durch diese Anordtnaßgebliche Zeitkonstante sich mit dem Arbeite- nung wird es möglich, bei unverändertem Integralpunkt ändert. Dies ist z. B. bei den meisten I rreger- 45 anteil einen zusätzlichen Proportionalanteil und dastromregelungen der Fall, wo die durch den Quotien- mit die Nachstellzeit des PI-Reglers in derselben ten aus Induktivität und Widerstand des Erregerkrei- Weise vom Arbeitspunkt abhängig zu machen wie die 6es gegebene Zeitkonstante mit wachsendem Erreger- Trägheit der Regelstrecke.In control loops, changes in the reset time that can be stored cause delays in certain elements to be compensated for, without the control deviations being reduced. Control technology speed must be accepted.
If one speaks of such members as inertia, this object is achieved according to the invention by assigning them to their dynamic behavior that the P component is made up of two identical, structurally characteristic time constants. It is customary to have the th amplifiers, the output signals of which are subtracted from each other by the time constants given by the controlled system, of which one amplifier has to be compensated as far as possible, for example only from the actual value signal and the other amplifier through special lead elements or through the fact that 40 is only acted upon by the setpoint signal and the characteristic PI controller is used whose reset time lines of the two amplifiers corresponds to the change function of the time constants to be compensated. of the controlled system time constants as a function of There are now controlled systems whose inertia or whose are adapted to the controlled variable. This time constant, which is relevant to the arrangement, changes with the work, making it possible to change with an unchanged integral point. This is e.g. B. with most I exciter part an additional proportional part and flow control is the case where the quotient with the reset time of the PI controller in the same th of inductance and resistance of the exciter circuit way of the working point as the 6es given time constant with increasing excitation inertia of the controlled system.
des Reglers gerätetechnisch mit der Führungsgröße Von besonderer Bedeutung erweist sich die erfinentsprechend zu verstellen (W. Oppelt, »Kleines dungsgemäße Einrichtung bei der Regelung der Ab-Handbuch technischer Regelvorgänge«, I960, S. 494 60 slrahlleislung elektrischer Heizstrahler, weil hierbei und 496). Bei Verwendung eines PI-Reglers würde die arbeitspunktabhängigen Schwankungen der Zeitdabei aber dessen Nachstellzeit konstant belassen, so konstanten der Strahler recht erhebliche Ausmaße daß eine derartige Verstellung für die obenerwähnte annehmen. Dies kommt daher, weil die abgestrahlte Kompensation grundsätzlich nicht geeignet ist. Wärmeleistung etwa mit der vierten Potenz derBtrom decreases as a result of iron saturation. For the optimal purpose, to simulate the operation of such a control loop, function generators would interrogate that the inertia compensating means apply which, in a further embodiment of the invention, continuously adapts its characteristic values to the changing changes in the setpoint and actual value branches similarly adjusted to time constants of the controlled system. built direct current amplifiers are arranged, where-It is to maintain a certain damping with the desired functions with non-linear degrees with working point-dependent change of the 55 negative feedback are realized, which from in series transfer coefficients of the controlled system in the Behar- with resistors and known by equation state, the Proportionality factor voltages biased diodes exist,
of the controller in terms of device technology with the reference variable The adjustment according to the invention proves to be of particular importance (W. Oppelt, "Small according to the device in the regulation of the Ab manual technical control processes", I960, p. . When using a PI controller, the operating point-dependent fluctuations in the time would, however, leave its reset time constant, so the radiator would be quite substantial that such an adjustment would take on the above-mentioned. This is because the emitted compensation is fundamentally unsuitable. Heat output roughly with the fourth power of
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DE2510837C3 (en) * | 1975-03-12 | 1985-07-11 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Device for regulating control systems with dead time |
-
1966
- 1966-08-30 DE DE1966S0105593 patent/DE1263147C2/en not_active Expired
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