DE1804898C3 - Stetigähnlicher PID-Relaisregler - Google Patents

Description

bringt den Vorteil, daß mittels eines einzigen Drehknopfes für die Verstärkung die drei Reglerparameter ULMTieinsam verstellt werden können, wobei die einzelnen Parameterwerte sich auf Grund der durch die besondere Beschallung des Reglers gegebenen Gesetzmäßigkeiten einstellen.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführiingsbeispielen g^mäß den Zeichnungen erläutert.

laubt, die Verstärkung der *^Φ*?*£ Rüekführzweig 13 in Fortsetzung der Verteilung des Verstärkungsfaktors A zu verandern, wenn dieser seinen Minimalwert erreicht hat. Dadurcl Tgibt sich eine sehr vorteilhafte, erweiterte Moghchku zur Anpassung der Regelparameter an die Rg⁸JJ^" Der hier beschriebene Regler ^.^^

und die

Ρein Blockschaltbild eines ersten Ausfüh- xo runesbeispiels,

F i g. 2 ein Diagramm der gegenseitigen Abhängig-Vorhaltezeit abhängig ^m Wert £s J

lakiors λ ucs vcisioi ^ hen'or-

wie dies aus dem Diagramrn naen fr - ^

v,,e einem dem PI-Unterregler 1 nachgeschalteten dominanter Ze tkonstanJ^ ? _Diagramm, wenn integrator 4 besteht. Am Eingang der Reg'erschal- » sich ein der F ,*2 sch^ ahn., ^ ^g^ ^
,ung befindet sich ein Summierghed 5, dem eine Re- X„, T₁ und Λ, udlt β _eirf Zusammenhang zwi-

SÄts"TTJsz ίί&^{r und} *"-^vcr"

glied 6 erster Ordnung mit fester Zeitkonstante und einem festen Verstärkungsfaktor vom Wert Eins sowie ein Summierglied 7 auf, dem die Regelabweichung E über eine Verbindung 8 unmittelbar und gleichzeitig über das Trägheitsglied 6 mit zeitlicher Verzögerung zugeführt wird. Ein Eingang 9 des verzögerten Differentiators 2 ist demnach unmittelbar mit dem Ausgang 10 des Summiergliedes 5 ver-

i^.ii Addierglied 11 bildet den Eingang des PI-L'nterreglers 1; jenem ist die Regelabweichung E einmal unmiUelbar vom Ausgang 10 des Summiergliedes 5 her und zum anderen vom verzögerten Differentiator 2 her über den Verstärker 3 zugeführt, wobei diese Verstärker 3 einen mittels eines Einstellorganes einstellbaren Verstärkungsfaktor A aufweist. Der Unterregler 1 besteht aus einem Dreipunktrelais 12 mil Hysterese und Totzone, dem ein Rüekführzweig 13 mit einem Verzögerungsglied 14 erstei Ordnung mit fester Zeitkonstante und der Verstärkung Eins sowie einem Rückführverstärker 15 zugeordnet ist. Eine im Rüokführzweig 13 aus dem von einem Schaltungspunkt 16 abgenommenen Ausgangssignal des Dreipunktrelais 12 gebildete Rückführgröße Z ist dem Addierglied Il aufgeschaltet. Am Schaltungspunkt 16 liegt unmittelbar der Integrator 4 mit fester Zeitkenngröße, der z. B. ein Stellmotor sein kann und der eine Stellgröße Y" an eine in der Figur nicht dargestellte Regelstrecke abgibt.

Die Zeitkonstante des Trägheitsgliedes 6 wird mit Vorteil kleiner gewählt als die Zeitkonstante des ebenfalls als Tra'gheitsglied zu bezeichnenden Verzögerungsgliedes 14, um einen D-Effekt mit positivem Vorzeichen zu erzielen. Das Addierglied 11 bildet die Summe aus der Regelabweichung E und dem Ausgangssignal des Verstärkers 3 unter gleichzeitiger Subtraktion der Rückführgröße Z. Dais so entstandene Signal ergibt da& Eingangssignal des Dreipunktrclais 12.

2Lwischen dem Einstellorgan für die Größe des Verstärkungsfaktors A und einem Vcrstcllorgan für die Verstärkung im Rüekführzweig 13 kann mit Vorteil eine Wirkverbindung vorgesehen werden, die er-6 und 18 be-

Ndchstellzeit T₁ er-

giot sien aus der /.eitKonsiante des Verzögerungsgliedes 14, additiv vermehrt um das Produkt aus dem maximalen Wert des Verstärkungsfaktors A des Verstärkers 3 und der Zeitkonstante des Trägheitsgliedes 6. Im wesentlichen ist der Höchstwert der Nachstellzeit T,- aber durch ^Hnc PmHnkt aus der Zeitkonstante des verz"

Höchstwert des vci5vui»u„₆.... _

Man kann den Höchstwert der Nachstellzelt T₁ vorgeben und dann die Zeitkonstante des verzögerton DiiTerentiators 2 bzw. den Höchstwert des Verstär-" itärkers 3 so wählen, daß der rkungsfaktors A einen nach welcher in der Praxis leicht Diese Grenze kann

vcii η ~ 35 liegen, so daß der ver- ;hpegel noch innerhalb der Totzone des Dreipunktreiais 12 bleibt. Falls die Zeitkonstanten des Pl-Unterreglers 1 und des verzögerten Differentiators 2 gleich g:oß gewählt werden, wird der Regler zu einem PI-Regler; die Vorhaltezcit Τ,ι ist dabei eliminiert. Wenn die Zeitkonstantc der RegelstrecV ι. relativ klein ist, muß unter Umständen mit einem negativen Verstärkungsfaktor A des Verstärkers 3 gerechnet werden, um den bei der Verstärkung Null verbleibenden, der Zeitkonstante de· H-Unterrcglers gleichen Restwert der NachstellzHt T₁ weiter herabzusetzen. (Im Ginne der Anpassung der Regelparameter an die Regelstrecke.)

Der P-Bereich ist im angegebenen Beispiel direkt proportional der Verstärkung im Rüekführzweig Diese Verstärkung ist mittels eines Verstcllorganes veränderbar, was eine Anpassung des P-Bereichs an die Regelstrecke erlaubt.

In extremen Fällen können der Verstärkungsfaktor A auf Null gehalten und der P-Bcrcich durch Veränderung der Verstärkung im Rückführverstärker IS an die Regelstrecke angepaßt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 ist der in der F i g. 1 gezeigte, aus den Schaltungsgliedern 11,

2, 14, 15 aufgebaute Pl-Untcrregler und der Inte- ;rator 4 durch einen anderen PI-Unterregler ersetzt, dieser kann z. B. aus einem Zweipunktrelais 17 und :incm Trägheitsglicd 18 erster Ordnung, das zusammen mit einem Parallclzweig 19 und einer Summationsstelle 20 einen weiteren verzögerten Differentiator bildet, sowie einer Summationsstelle 21 und einem in einer Rückführung 22 angeordneten Rückführverstärker 23 bestehen, welcher den Proportionalbercich des Unterreglers bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

12. Regler nach Anspruch 3 oder 5, dadurch „ ... gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Rück- Patentanspruche: führgröße (Z) im Rückführungszweig (13, 22) veränderbar ist.

1. Stetigähnlicher PID-Relaisregler, insbeson- 5 13. Regler nach Anspruch 12, dadurch gekenndere für Heizungs- und Klimastrecken, mit einem zeichnet, daß eine starre Wirkverbindung zwi-PI-Unterregler, einem diesem vorgeschalteten, sehen einein Einstellorgan für den Verstärkungsaus einem Verstärker und mindestens einem ver- faktor (A) und einem Verstcllorgan für die •/erzögerten Differentiator bestehenden PD-Glied, Stärkung im Rückführzweig (13) zur Verstellung wobei der Pl-Unterregler sowie das PD-Glicd je io derselben in Fortsetzung der Verstellung den Verwenigstens ein Trägheitsglied enthalten, da- Stärkungsfaktors (A) vorgesehen ist.

durch gekennzeichnet, daß der Verstärker (3) zwischen dem Differentiator (2) und
dem mit der Quelle der Regelabweichung (E)

direkt verbundenen Eingang des PI-Untcrreg- 15

lers (1) geschaltet ist und einen stetig einstell-

baren Verstärkungsfaktor (A) aufweist, während
die Trägheitsglie^T (6, 14) des Differentiators (2)
und des Pl-Unteneglers(l) feste Zeitkonstanlen

aufweisen. 20

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verzögerte Differentiator (2) zur Die Erfindung bezieht sich auf einen stetigähn-Bildung der Differenz zwischen der verzögerten liehen PID-Relaisregler mit einem Pl-Unterregler, Regelabweichung und der Regelabweichung (E) einem diesem vorgeschalteten, aus einem Verstärker eingerichtet ist 25 und mindestens einem 'erzögerten Differentiator be-

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch stehenden PD-Glied, wobei der Pl-Unterregler sowie gekennzeichnet, daß der Pl-Unterregler aus einem das PD-Glied je wenigstens ein Trägheitsglied ent-Dreipunktrelais (12) besteht, dem das Trägheits- halten.

glied (14) in einen. Rückführzweig (13) entgegen- Ein solcher Regler ist in der Zeitschrift »Regegekoppelt ist und daß dem Pl-Un'crregler (1) ein 30 lungstechnik« 14 (1966) 4, S. 166-171 beschrieben. Integrator (4) mit fester Zeitkenngröße nachge- Regeistrecken der Klimatechnik und viele der Verschaltet ist. fahrenstechnik haben die Eigenschaft, daß ihre Pole

4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekenn- und Nullstellen negative Realteile besitzen. Meistens zeichnet, daß der Integrator (4) als Stellmotor kann man diese Strecken durch ein Totzeitglied in eines Stellgliedes ausgebildet ist. 35 Reihe mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung

5. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- darstellen. In der Praxis weisen die verschiedenen kennzeichnet, daß der PI-Unterrcgler aus einem Strecken ein sehr breites Band von i'urametern auf Zweipunküelais (17) besteht, dem ein zweiter Es ist wünschenswert, daß ein Regler, der an solche verzögerter Differentiator (18, 19, 20) in einer Strecken angeschlossen wird, diesen weiten Bereich Rückführung (22) zugeordnet ist. 40 von Parametern optimal beherrscht. Es ist möglich,

6. Regler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge- einen PID-Regler der eingangs genannten Art zu verkennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Trag- wenden und dessen P-Band, Nachstell- und Vorhalteheitsgliedes (6) des D.rferentiators kleiner ist als zeit nach einem der bekannten Kriterien, z. B. von die Zeitkonstante des Trägheitsgliedes (14) des Ziegler-Nichols, zu optimieren. Ein solcher Regler Pl-Unterreglers (1). 45 ist allerdings umständlich zu justieren. Während des

7. Regler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gc- Justierens müssen meist drei Knöpfe bedient werden, kennzeichnet, daß die Differenz zwischen den nämlich einer für den P-Bereich, einer für die Nach-Zeitkonstanten der Trägheitsglieder (6; 14) dem Stellzeit und einer für die Vorhaltzeit.
Höchstwert der Vorhaltezeit (T,;) entsprechend be- Praktische Untersuchungen haben gezeigt, daß ein messen ist. 50 Regler, dessen Proportionalbereich, Nachstellzeit und

,

8. Regler nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch Vorhaltezeit sich in bestimmter Weise an die domi-

gekennzeichnet, daß der Höchstwert der Nach- nante Zeitkonstante solcher Regelstrecken anpassen

stellzcit im wesentlichen durch das Produkt aus lassen, einen wesentlich breiteren Anwendungsbereich

der Zeitkonstante des Trägheitsgliedes (6) des für nahezu optimalen Betrieb aufweist,

ersten Differentiators (2) und dem Höchstwert 55 Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,

des Verstärkungsfaktors (A) bestimmt ist. den bekannten stetigähnlichen PID-Regler so zu er-

9. Regler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch weitern, daß die Justierung und Bedienung des Reggekennzeichnet, daß der Höchstwert des Ver- lers möglichst einfach zu gestalten ist, so daß Einstärkungsfaktors (A) so bemessen ist, daß der ver- stellfehler durch ungeschultes Personal weitgehend stärkte Rauschpegel innerhalb der Totzone des 60 ausgeschlossen werden können.
Dreipunktrelais (12) liegt. Diese Aufgabe wird bei einem Regler der eingangs

10. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch genannten Art dadurch gelöst, daß der Verstärker gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten des PI- zwischen dem Differentiator und dem mit der Quelle Unterrcglers (1) und des verzögerten Differen- der Regelabweichung direkt verbundenen Eingang tiators (2) gleich groß sind. 65 des Pl-Unterreglers geschaltet ist und einen stetig

11. Regler nach Anspruch 10, dadurch gekenn- einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweist, während zeichnet, daß der Verstärkungsfaktor (A) auf die Trägheitsglieder des Differentiators und des PI-

Werte einstellbar ist. Unterreglers feste Zeitkonstanten aufweisen. Dies