DE1588581B2

DE1588581B2 - Sich selbst einstellender Regler

Info

Publication number: DE1588581B2
Application number: DE1588581A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Henricus Eindhoven Loos (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-06-23
Filing date: 1967-06-20
Publication date: 1979-07-12
Also published as: DE1588581C3; CH472070A; DE1588581A1; US3506896A; GB1193982A; SE330630B; BE700374A; NL6608702A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein sich selbst einstellendes Regelsystem, in dessen Regelkreis ein Regler mit einem ersten Regelglied und einem Regelverstärker in Reihe geschaltet ist und das weiter eine Hilfsrückführung aufweist, die den Ausgang der Regelstrecke mit dem Eingang des als Begrenzer wirksamen Regelverstärkers verbindet und derart bemessen ist, daß in der Hilfsrückführung ein die Regelstrecke nicht wesentlich beeinflussendes Schwingungssignal erzeugt wird, dessen Amplitude sich bei einer Änderung der Übertragungseigenschaften der Regelstrecke ändert und damit die Verstärkung des Regelverstärkers derart regelt, daß das Produkt aus der Übertragungseigenschaft der Regelstrecke und der Regelverstärkung nahezu konstant ist. Derartige selbsteinstellende Regelsysteme sind z. B. aus dem Aufsatz »Self-adaptive Method for Accommodating Large Variations of Plant Gain in Control Systems« von R. J. Kochenburger, in der Zeitschrift »Automatic and Remote Control«, 1964, Seiten 464 bis 471, insbesondere Seite 465, rechte Spalte, zweiter und dritter Absatz, sowie Seiten 469, letzter Absatz, bekannt. Sie können P-, PI- oder PID-Regler enthalten.

Zur Erhaltung einer guten Regelung muß ein Regler durch die Einstellung von 1, 2 bzw. 3 Parametern der Regelstrecke angepaßt werden. Diese Einstellung muß bei einer gewünschten Änderung der Regelstrecke immer aufs neue vom Benutzer durchgeführt werden. Weil dies in der Praxis in einem geeigneten Augenblick und meistens nicht oft stattfinden wird, bietet diese Einstellung keine großen Probleme für den Benutzer. Ganz anders wird dieses Einstellproblem, wenn

Änderungen in den Übertragungseigenschaften der Regelstrecke in willkürlichen Zeitpunkten auftreten, so daß eine ständige Wachsamkeit geboten ist, um eine gewünschte Anpassung der Parameter durchführen zu können. Bei Reglern der eingangs genannten Art erfolgt eine derartige Anpassung des P-Parameters automatisch während einer Änderung der Übertragungseigenschaften der Regelstrecke durch die Verwendung einer Hilfsrückführung. Dabei regelt die Amplitude des in der Hilfsrückführung erzeugten Schwingungssignals, das sich selber bei Änderung der Übertragungseigenschaften der Regelstrecke ändert, die Regelverstärkung derart, daß das Produkt aus der Übertragungseigenschaft der Regelstrecke und der Regelverstärkung nahezu konstant bleibt. In der Praxis werden oft Regler verwendet, die nach dem PI-Prinzip arbeiten. Die gewünschte automatische Anpassung des P-Parameters reicht dabei bei Zeitverzögerungsänderungen der Regelstrecke, die gegebenenfalls gleichzeitig mit Übertragungsschwankungen auftreten können, nicht aus. Eine Anpassung des I-Parameters ist dabei besonders erwünscht. Wenn ein PID-Regler verwendet wird, ist es außerdem erwünscht, daß außer dem P- und I-Parameter ebenfalls der D-Parameter angepaßt wird.

In der DE-AS 11 06 336 wird die Anpassung des I-Parameters für Dampferzeuger vorgeschlagen. Dabei werden zwei Regelkreise benutzt, die vollständig voneinander getrennt sind und für den P-Anteil und für den I-Anteil getrennte Aufnehmer haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Anordnung zu schaffen, mit der die gewünschte Anpassung des I- bzw. D-Parameters erreicht wird, und zwar unter Verwendung des für den P-Parameter schon erzeugten Schwingungssignals.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hilfsrückführung mit dem ersten Regelglied des Reglers verbunden ist und die Frequenz des Schwingungssignals der Hilfsrückführung die Einstellung des integrierenden bzw. differenzierenden Teiles des ersten Regelgliedes bestimmt.

Dabei wurde die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Frequenz der Schwingung in der Hilfsrückführung durch die Phasendrehung in dieser Rückführung bestimmt wird. Wenn nun in der Rückführung keine oder eine für alle Frequenzen konstante Phasendrehung zulässig ist, ist die Schwingungsfrequenz ein Maß für die Verzögerungszeit der Regelstrecke. Die Einstellung des I-Parameters kann somit mit Vorteil von dieser Frequenz abhängig gemacht werden. Die von dieser Frequenz abhängige Einstellung des I-Parameters läßt sich auf einfache Weise dadurch durchführen, daß der für die I-Regelung verwendete Integrator periodisch statt ständig mit dem Eingangssignal verbunden wird. Die Periode wird dabei durch die Frequenz des Schwingungssignals bestimmt, während die Zeit, in der der Integrator mit dem Eingangssignal verbunden ist, konstant ist und z. B. durch die Umkippzeit eines monostabilen Multivibrators bestimmt wird. Die Anpassung eines D-Parameters im Falle einer PID-Regelung kann, weil der D-Parameter gewöhnlich in einem festen Verhältnis zum I-Parameter eingestellt wird, ebenfalls dadurch erfolgen, daß dieser D-Parameter von der Frequenz des Schwingungssignals abhängig gemacht wird.

Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Figur stellt 1 den Regelkreis dar, der einen Regler, der ein erstes Regelglied 2 und einen als

Begrenzer wirksamen Regelverstäker 3 enthält, und eine Regelstrecke 4 aufweist Mit 5 ist eine Hilfsrückführung angedeutet, durch die der Ausgang der Regelstrekke 4 mit einem Eingang des Regelverstärkers 3 verbunden ist. Die Hilfsrückführung 5 ist über eine '> Leitung 7 und über einen Impulserzeuger 8, einen monostabilen Multivibrator 9 und eine Schaltvorrichtung S mit dem ersten Regelglied 2 verbunden. In der Hilfsrückführung 5 liegen noch ein Hochpaßfilter 10 und ein Verstärker 11. Im Regelglied 2 stellt 2a ein P-Regelglied und 2b ein I-Regelglied oder ein ID-Regelglieddar.

Die Rückführung ist so bemessen, daß immer eine Schwingung auftritt, die durch den nichtlinearen Charakter des Begrenzers 3 in ihrer Amplitude begrenzt ι '· und stabil gehalten wird. Die Eigenschaften des Begrenzers 3 und der Hilfsrückführung 5 müssen derart eingestellt werden, daß das erzeugte Schwingungssignal am Ausgang des Reglers genügend klein ist, damit dieses keine Störung der Regelstrecke 4 hervorruft. .>«

Eine Änderung der Übertragung der Regelstrecke 4 verursacht eine Amplitudenänderung des erzeugten Schwingungssignals, wodurch sich die wirksame Verstärkung des Begrenzers 3 in entgegengesetztem Sinne ändert. Die Verstärkung für das Schwingungssignal r> bleibt konstant. Die Verstärkungsanpassung des Begrenzers 3 an die Übertragungsänderungen der Regelstrecke erfolgt sowohl für die Schwingungssignalfrequenzen als auch für andere Frequenzen, z. B. für Frequenzen von Einstellsignalen, die dem Eingang des so Reglers zugeführt werden können. Auf diese Weise ist die erwähnte, bereits bekannte Anpassung des P-Parameters im Regelsystem erhalten. Nach der Erfindung wird die bereits erwähnte Erkenntnis ausgenutzt, daß die Schwingungsfrequenz in der Hilfsrückführung 5 ein Maß für die Verzögerungszeit der Regelstrecke 4 ist Die Einstellung des I-Parameters (bzw. der I- und D-Parameter im Falle eines PID-Reglers) ist also durch diese Frequenz bestimmt. Zur Erhaltung dieser Einstellung ist die Hilfsrückführung 5 über die Leitung 7 mit dem I- (bzw. ID-)Regelglied 2odes ersten Regelglieds 2 verbunden. Damit auf einfache Weise das lineare Mitlaufen des I-Parameters (bzw. der ID-Parameter) mit der Schwingungsfrequenz erzielt wird, ist das Schwingungssignal vorzugsweise über den Impulserzeuger 8 dem monostabilen Multivibrator 9 zugeführt Der Multivibrator 9 steuert die Schaltvorrichtung S, die z. B. ein elektronischer Schalter sein kann. Damit wird das I-(bzw. ID-)Regelglied, abhängig von der Schwingungsfrequenz, während fester, durch die Umkippzeit des monostabilen Multivibrators bestimmter Zeiten periodisch mit dem Eingang des Regelsystems verbunden.

In die Hilfsrückführung 5 kann noch das Hochpaßfilter 10 aufgenommen sein. Dieses Filter dient dazu, keine Rückkopplung für konstante Signale zu erhalten. Zudem kann dieses Filter dafür sorgen, daß die Amplitude des Schwingungssignals klein ist, damit die bereits erwähnte etwaige Störung der Regelstrecke 4 durch das Schwingungssignal vermieden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sich selbst einstellendes Regelsystem, in dessen Regelkreis ein Regler mit einem ersten Regelglied und einem Regelverstärker in Reihe geschaltet ist und das weiter eine Hilfsrückführung aufweist, die den Ausgang der Regelstrecke mit dem Eingang des als Begrenzer wirksamen Regelverstärkers verbindet und derart bemessen ist, daß in der Hilfsrückführung ein die Regelstrecke nicht wesentlich beeinflussendes Schwingungssignal erzeugt wird, dessen Amplitude sich bei einer Änderung der Übertragungseigenschaft der Regelstrecke ändert und damit die Verstärkung des Regelverstärkers derart regelt, daß das Produkt aus der Übertragungseigenschaft der Regelstrecke und der Regelverstärkung nahezu konstant ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsrückführung (5) mit dem ersten Regelglied (2) des Reglers verbunden ist und die Frequenz des Schwingungssignals der Hilfsrückführung (5) die Einstellung des integrierenden bzw. differenzierenden Teiles des ersten Regelgliedes (2) bestimmt.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsrückführung (5) über einen Impulserzeuger (8) mit einem monostabilen Multivibrator (9) verbunden ist, der eine Schaltvorrichtung (S) steuert, die den Eingang des Regelsystems während fester Zeiten periodisch mit dem ersten Regelglied (2) des Reglers verbindet.

3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsrückführung (5) ein Hochpaßfilter (10) enthält.