DE1812266C3 - Anfahrschaltung für einen Regler mit nachgebender Rückführung - Google Patents

Description

F₁ =

T_Fp

zugeführt. Die Ausgangsgröße W₁ des Verzögerungsgliedes 1 ist zusammen mit der Regelgröße χ der

ίο Summationsstelle 2 zugeführt. Die Summationsstelle 3 bildet die Eingangsgröße x_e = x_wl — x_r, wobei x_r die Ausgangsgröße der Rückführung ist. Die Ausgangsgröße y des Verstärkers 4 ist einerseits zusammen mit der Störgröße ζ der Summationsstelle 5 zugeführt, deren Ausgangssignal y — ζ als Eingangsgröße für die Strecke 6 dient. Andererseits ist die Ausgangsgröße y des Verstärkers 4 der Rückführung zugeführt, die aus einem nachgebenden Glied 7 mit dem Frequenzgang

F =

^Γ 7

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anfahrschaltung für einen Regler mit nachgebender Rückführung, bei der ein Überschwingen der Regelgröße über den Sollwert vermieden wird.

Bei der Betrachtung des dynamischen Verhaltens eines Regelkreises unterscheidet man zwischen dem Störverhalten und dem Führungsverhalten des geschlossenen Regelkreises. Nach DIN 19 226 vom Mai 1968 ist das Störverhalten das Verhalten der Regelgröße unter dem Einfluß von Störgrößen, wohingegen das Führungsverhalten das Verhalten der Regelgröße unter dem Einfluß von Führungsgrößen ist. Es ist nicht möglich, die Parameter eines Regelkreises so einzustellen, daß sowohl optimales Führungsverhalten als auch optimales Störverhalten erzielt wird. Regelkreise, die auf optimales Störverhalten eingestellt sind, wie z. B. Festwertregelungen, haben den Nachteil, daß die Regelgröße χ bei schnellen — z. B. sprungartigen — Änderungen der Führungsgröße w, insbesondere jedoch beim Einschalten der Anlage (Anfahren), erst nach mehrmaligem Überschwingen über ihren Sollwert diesen erreicht. Es ist bekannt, in Anlagen, bei denen ein Uberschwingen der Regelgröße χ über ihren Sollwert nicht zulässig ist, die Führungsgröße w verzögert auf den Reglereingang zu schalten. Dazu dient ein Verzögerungsglied erster Ordnung, bei dem die Verzögerungszeitkonstante T_F ungefähr 0,1 ... 1,0 T_n beträgt, wobei mit T_n die Zeitkonstante der nachgebenden Rückführung bebesteht. Hierbei ist der Proportionalbereich wie üblich mit x„ bezeichnet. Diese Regeleinrichtung hat

die Nachteile, daß ein zusätzliches Verzögerungsglied 1 irn Eingang benötigt wird und daß der volle Betrag der Führungsgröße vv verzögert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schaltung gerätetechnisch zu vereinfachen, insbesondere soll das zusätzliche Verzögerungsglied zur Verzögerung der Führungsgröße entfallen. Weiterhin soll das Anfahrverhalten des Reglers gegenüber der bekannten Anfahrschaltung verbessert werden.

Die Erfindung geht aus von einer Anfahrschaltung für einen Regler mit nachgebender Rückführung, bei der ein Überschwingen der Regelgröße über den Sollwert vermieden wird und besteht darin, daß im Rückführungskreis eine Summierstelle vorgesehen ist, der

die Reg'.erausgangsgröße sowie über einen einstellbaren Abschwächer ein der Führungsgröße proportionaler Wert zugeführt ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen die Summierstelle zur Bildung der Regelabweichung und die Summierstelle im Eingang des Regelverstärkers ein PD-Glied geschaltet, das dem Regler PID-Verhalten gibt.

Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild einer bekannten Anfahrschaltung für einen Regler mit nachgebender Rückführung,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anfahrschaltung für einen Regler mit nachgebender Rückführung,

F i g. 3 den zeitlichen Verlauf der Führungsgröße w, der wirksamen Führungsgröße w* sowie dei Regelgröße χ für die Anfahrschaltung nach Fig. 2. F i g. 4 das Blockschaltbild einer Anfahrschaltung nach der Erfindung für einen PID-Regler, F i g. 5 den zeitlichen Verlauf der Führungs größe w, der wirksamen Führungsgröße w* sowie de Regelgröße χ für die Anfahrschaltung nach F i g. 4 F i g. 6 und 7 zwei weitere Blockschaltbilder voi

Anfahrschaltungen nach der Erfindung für PID Regler.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Anfahr schaltung nach der Erfindung. Teile, die mit dene der Fig. 1 übereinstimmen, sind mit den gleiche

<ί

Bezugszeichen versehen. Im Gegensatz zu dem Blockschaltbild nach F i g. 1 ist in F i g. 2 die Führungsgröße w der Summierstelle 2 direkt — also ohne Vorschaltung eines Verzögerungsgliedes — zugeführt. Gleichzeitig ist die Führungagröße w einem Abschwächer 9 zugeführt, dessen Ausgangsgröße kw — wobei k einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann — zusammen mit der Ausgangsgröße V.₂y eines Verstärkers 8 in der Summationsstelle 10 addiert wird. Durch das Einfügen des Verstärkers 8 läßt sich die Rückführung so auslegen, daß der Verstärkungsfaktor V_i des Verstärkers 8 den Proportionalbereich x_p und "das nachgebende Glied 7 die Nachstellzeitkonstante T_n des Reglers bestimmen. Das Eingangssignal für das nachgebende Glied 7 besteht also aus zwei sich additiv überlagernden Anteilen:

1. Aus dem der Führungsgröße w proportionalen Signal kw.

2. Aus dem der Ausgangsgröße y des Verstärkers 4 proportionalen Signal V., y.

Die Ausgangsgröße x_r* nimmt somit in der Operatorschreibweise die folgende Form an:

.. * /1,,., 1 ι/ .Λ η™

30

35

Da außer der Rückführgröße x_r* auf den Eingang des Verstärkers 4 noch die Führungsgröße w und die Regelgröße χ wirken, ergeben sich im einzelnen folgende Eingangsgrößen:

1. Die Führungsgröße w mit ihrem vollen Betrag.

2. Die abgeschwächte Führungsgröße k w als Verschwindsignal.

3. Die verstärkte Reglerausgangsgröße F₂ y, ebenfalls als Verschwindsignal.

4. Die Regelgröße χ mit ihrem vollen Betrag.

Die Summe der von der Führungsgröße w direkt abhängigen Größen, die auf den Verstärker 4 einwirken, ist in der folgenden Betrachtung als wirksame Führungsgröße w* bezeichnet. In der Operator-Schreibweise nimmt die wirksame Führungsgröße w* für die Anfahrschaltung nach F i g. 2 die folgende Form an:

w - —— = w

Regelgröße* schwingt über die wirksame Fühmngsgröße w*, jedoch nicht über den durch die Führungsgröße w gegebenen Sollwert hinaus. Durch die Vei änderung des Abschwächungsfaktors k wird der proportionale Anteil Δ\ν{\ — k) der wirksamen Führungsgröße w* verkleinert bzw. vergrößert. Die erfindungsgemäße Anfahrschaltung kann somit durch Verändern des Abschwächurgsfdctors k auf einfache Weise an beliebige Regelkreise angepaßt werden.

Die erfindungsgemäße Anfahrschaltung arbeitet auch dann, wenn der Verstärker 8 in der Rückführung nicht vorhanden ist. Der Verstärkungsfaktor V.₂ nimmt dann den Wert V₂ = 1 an.

F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem ebenfalls Teile, die mit denen der F i g. 1 und 2 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zwischen die Summierstellen 2 und 3 ist ein PD-Glied 11 eingefügt, das dem gesamten Regler PID-Verhalten verleiht. Den zeitlichen Verlauf der Führungsgröße w, der wirksamen Führungsgröße w* und der Regelgröße χ zeigt die Fig. 5. Als wirksame Führungsgröße w* ist die Summe der auf den Eingang des Verstärkers 4 einwirkenden Größen, die von der Führungsgröße w direkt abhängig sind, bezeichnet. Ist F₁₁ der Frequenzgang des PD-Gliedes 11 und F₇ der Frequenzgang des nachgebenden Gliedes 7, so gilt für die wirksame Regelabweichung:

Wegen des PD-Gliedes 11 hat die wirksame Führungsgröße w* einen anderen Verlauf als in Fig. 3. Die F i g. 6 und 7 zeigen weitere Blockschaltbilder der erfindungsgemäßen Anfahrschaltung für Regler mit PID-Verhalten. So ist es auch möglich, das PD-Glied 11 vor der Summationsstelle 2 anzuordnen (Fig. 6) oder aber anstatt des PD-Gliedes 11 ein Verzögerungsglied erster Ordnung 12 in dem Rückführkrcis anzuordnen (Fig. 7). Für die wirksame Regelabweichung gilt in diesem Fall:

+ T_nP

(!-Ze) W* = W

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Die Wirkung der erfindungsgemäßen Anfahrschaltung ist in F i g. 3 an Hand des zeitlichen Verlaufes der Regelgröße χ für einen Sprung der Führungsgröße w um den Betrag Δ w im Zeitpunkt I = O gezeigt. Zusätzlich ist der Verlauf der als Hilfsgröße dienenden wirksamen Führungsgröße w* gezeigt. Die Sie hat in beiden Fällen den gleichen Verlauf wie in Fig. 3. Jedoch ändert sich jetzt der Verlauf der Regelgröße χ auf Grund des PID-Verhaltens gegenüber dem in Fig. 3 gezeigten Verlauf. Durch entsprechende Wahl der Parameter ist es jedoch ebenfalls möglich, ein Überschwingen der Regelgröße χ über ihren Sollwert zu verhindern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anfahrschaltung für einen Regler mit nachgebender Rückführung, bei der ein Überschwingen der Regelgröße über den Sollwert vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückführungskreis eine Summierstelle (10) vorgesehen ist, der die Reglerausgangsgröße (y) sowie über einen einstellbaren Abschwächer (9) ein der Führungsgröße (w) proportionaler Wert (A: w mit 0 ■< k < 1) zugeführt ist.

2. Anfahrschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Proportionalbereiches des Reglers ein Verstärker (8) in den Rückführungskreis eingefügt und mit der Reglerausgangsgröße (y) beaufschlagt ist.

3. Anfahrschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Summierstelle (2) zur Bildung der Regelabweichung (x_u,) und die Summierstelle (3) im Eingang des Regelverstärkers (4) ein PD-Glied (11) geschaltet ist.

4. Anfahrschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße (x) über ein PD-Glied (11) auf die Summierstelle (2) zur Bildung der Regelabweichung (x_w) geführt ist.

5. Anfahrschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungsglied erster Ordnung (12) in dem Rückführkreis vorgesehen ist, das die Reglerausgangsgröße verzögert der Summierstelle (IC) im Rückführkreis zuführt.

F i g. 1 zeigt eine derartige bekannte Regeleinrichtung. Die Führungsgröße w ist einem Verzögerungsglied 1 erster Ordnung mit dem Frequenzgang