DE19619271C2 - Regeleinrichtung mit adaptiver Parameterkorrektur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung mit einem Regelkreis zur Regelung der Istgröße einer Regelstrecke auf eine vorgegebene Sollgröße, wobei der Regelkreis einen Proportional-Anteil (P-Glied) und/oder einen Integral-Anteil (I-Glied) und/oder einen Differenzial-Anteil (D-Glied) aufweist, mit einer Vergleichseinrichtung, mittels der eine Regeldifferenz zwischen der Sollgröße und der Istgröße ermittelbar ist, und mit einer einen variablen Verstärkungsfaktor aufweisenden Istwert- Korrektureinrichtung.

Bei der Dimensionierung von linearen Reglertypen wird davon ausgegangen, daß die Parameter der Regelstrecke bekannt sind. Diese Parameter sind jedoch in der Praxis aufgrund von Nichtlinearitäten oder vielfachen Einflußgrößen oft nur schwer zu bestimmen. Um in diesen Fällen eine Optimierung des Verhaltens des Regel­ kreises zu ermöglichen, ist es bekannt, die Parameter einer bestehenden Regelein­ richtung durch entsprechende Korrektureinrichtungen zu korrigieren.

Aus der Patentschrift DE 40 38 212 C1 ist eine Regeleinrichtung mit einem PID- Regler in Parallelstruktur bekannt. Um ein gutes Einschwingverhalten für den ge­ samten Bereich des Sollwertes zu erreichen, schaltet eine Korrektureinrichtung die Regeldifferenz mit entgegengesetztem Vorzeichen auf den Eingang des I-Gliedes, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des P-Gliedes und dem Ausgangssignal des D-Gliedes einen vorgegebe­ nen Wert überschreitet. Hierdurch wird eine Sättigung des I-Glie­ des bei großen Sollwertänderungen verhindert.

Aus der Patentschrift DE 15 38 533 ist eine Regeleinrichtung mit einem PI-Regler bekannt, wobei der Parameter des I-Gliedes selbsttätig an den Betrag der Regelabweichung anpaßbar ist. Um die Stellgeschwindigkeit im Falle großer Regelabweichungen groß und im Falle kleiner Regelabweichungen klein zu halten, ist eine Reihe von PI-Gliedern mit unterschiedlichen Integrationskonstan­ ten vorgesehen, wobei das Istwertsignal mit der größten Abwei­ chung vom Sollwert dem PI-Glied mit der kleinsten Integrations­ konstante zugeführt ist und umgekehrt.

Aus der Auslegeschrift DE 11 47 790 ist weiterhin eine Regelein­ richtung mit einem PID-Regler bekannt, wobei die einzelnen Para­ meter des PID-Reglers durch eine einen variablen Verstärkungsfak­ tor aufweisenden Korrektureinrichtung korrigierbar sind. Der variable Verstärkungsfaktor hängt von dem Betrag der Regelabwei­ chung ab, wobei davon ausgegangen wird, daß bei kleinem Betrag der Regelabweichung die Nachstellzeit mit abnehmendem Betrag der Regelabweichung zunimmt und dei Vorhaltzeit mit abnehmendem Be­ trag der Regelabweichung abnimmt.

Ein Nachteil der obengenannten Regeleinrichtungen besteht darin, daß eine Verbesserung des Regelverhaltens nur durch aufwendige Stellglieder oder durch Diskontinuitäten erzeugende Umschaltein­ richtungen erfolgt. Außerdem ist mit den bestehenden Korrektur­ einrichtungen die Ermittlung der Korrekturfunktion schwierig und aufwendig, so daß insgesamt eine praxisgerechte Verwendung der bekannten Korrektureinrichtungen oft nicht möglich ist.

Ein weiterer Nachteil der obengenannten Regeleinrichtungen mit einer entspre­ chenden Korrektureinrichtung ist es, daß mit den Korrektureinrichtungen nur das Anfahrverhalten des Regelkreises, nicht jedoch die stationäre Genauigkeit des Re­ gelkreises verbessert wird. Bei vielen Anwendungen, wie z. B. bei der Lagerege­ lung eines Scannerspiegels in einem Laserbeschriftungsgerät, ist jedoch auch die stationäre Genauigkeit des Regelkreises von höchster Wichtigkeit, wobei gleichzei­ tig eine ausreichende Schnelligkeit des Regelkreises gewährleistet sein muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Regeleinrichtung zu schaffen, die ausgehend von einer vorgegebenen Reglerstruktur eine Korrektur der Reglerparameter zur Verbesserung der stationären Genauigkeit des Regelkreises ermöglicht, ohne daß sich der Regelkreis nennenswert verlangsamt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß in der Praxis jeder Regelkreis mit Begrenzungen, Nichtlinearitäten und Reibungsverlusten behaftet ist. Die Begren­ zungen haben zur Folge, daß die Stellgröße des Regelkreises nicht beliebig an­ wachsen kann, während aufgrund der Reibungsverluste kleine Stellgrößen mitunter gar nicht auf die Istgröße durchgreifen können. Erfindungsgemäß ist eine Istwert- Korrektureinrichtung mit variablem Verstärkungsfaktor vorhanden, wobei der varia­ ble Verstärkungsfaktor durch den Betrag der Regeldifferenz und/oder durch den Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße steuerbar ist und wobei der Propor­ tional-Anteil und/oder der Integral-Anteil und/oder der Differenzial-Anteil durch den variablen Verstärkungsfaktor der Korrektureinrichtung multplikativ derart korrigier­ bar, daß der Durchgriff der Regeldifferenz auf die Ist-Größe mit abnehmendem Be­ trag der Regeldifferenz und/oder mit abnehmendem Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße zunimmt. Diese Maßnahme hat zwar theoretisch bei großen Regel­ differenzen eine Verlangsamung des Regelkreises zur Folge, da bei großer Regel­ differenz die Regeleinrichtung nur in abgeschwächter Form auf die Regel­ strecke einwirkt - praktisch wirkt sich diese Verlangsamung des Regelkreises jedoch kaum aus, da auch ohne die erfindungsgemäße Parameterkorrektur die Stellgröße für große Regeldifferenzen in die Begrenzung läuft. Umgekehrt wirken sich bei kleiner Regeldif­ ferenz und somit auch kleiner Stellgröße die auf die Stellgröße wirkenden Reibungsverluste und Nichtlinearitäten nicht so stark aus, da die Regeleinrichtung bei kleiner Regeldifferenz erfin­ dungsgemäß ein verstärkter Durchgriff auf die Istgröße erfolgt. Entsprechendes gilt auch für die Parameterkorrektur der Regel­ strecke, da es gemäß der erfindungsgemäßen Lehre nur darauf an­ kommt, daß der Durchgriff auf die Istgröße bei abnehmender Regel­ differenz und/oder bei abnehmenden Betrag der zeitlichen Ände­ rung der Sollgröße zunimmt. Prinzipiell kann das gleiche Ergeb­ nis also sowohl durch eine Parameterkorrektur der Parameter in der Regeleinrichtung als auch durch eine Parameterkorrektur der Parameter der Regelstrecke erreicht werden.

Der verstärkte Durchgriff auf die Istgröße aufgrund der erfin­ dungsgemäßen Parameterkorrektur kann für den gesamten Frequenzbe­ reich oder im speziellen Fall auch nur für einen begrenzten Fre­ quenzbereich der Regeldifferenz erfolgen, je nachdem, ob fre­ quenzunabhängige oder frequenzabhängige Parameter der Regelein­ richtung und/oder der Regelstrecke korrigiert werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich ohne nennenswerte Verlangsamung des Regelkreises eine höhere stationäre Genauigkeit des Regelkreises erzielen läßt. Die erfindungsgemäße Lehre läßt sich dabei auf nahezu alle Typen von Regelkreisen anwenden, so daß hierdurch auch eine uni­ verselle Möglichkeit zur Optimierung eines bereits entworfenen Regelkreises gegeben ist. In besonders vorteilhafter Weise kann diese Optimierung On-Line, d. h. also im laufenden Betrieb des Regelkreises, erfolgen, indem der variable Verstärkungsfaktor der Korrektureinrichtung in Abhängigkeit von dem Betrag der Re­ geldifferenz und/oder von dem Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße und dessen Einwirkung auf die Parameter der Regelein­ richtung und/oder der Regelstrecke experimentell bestimmt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß diese so­ wohl analog als auch digital gleichermaßen einfach zu realisie­ ren ist. In analoger Realisierung wird man vorzugsweise nichtli­ neare elektrische Bauelemente, wie z. B. Dioden, Transistoren steuerbare Widerstände oder multiplizierende Operationsverstär­ ker, verwenden, um einen oder mehrere Parameter der Regeleinrich­ tung und/oder der Regelstrecke durch einen variablen Verstär­ kungsfaktor multiplikativ zu korrigieren. Bei einer digitalen Realisierung ist es dagegen denkbar, eine Kennlinie in Form einer Tabelle in einem digitalen Speicher abzulegen und den zu korrigierenden Parameter der Regeleinrichtung und/oder der Regel­ strecke nach jedem Rechenzyklus mit dem gerade anliegenden Tabel­ lenwert zu multiplizieren. Da die geeigneten Korrekturfunktionen sehr einfach sind, z. B. Hyberbelfunktionen, kann der Rechner den Korrekturfaktor auch in jeden Rechenzyklus mit berechnen, ohne Tabellenwerte benutzen zu müssen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der variable Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem Betrag der Regeldifferenz und/oder in Abhängigkeit von dem Betrag der zeit­ lichen Änderung der Sollgröße vom Typ einer Hyperbelfunktion oder einer Exponentialfunktion ist. Empirisch wurde herausgefun­ den, daß derartige Funktionstypen sich am besten dazu eignen, um die erfinderische Lehre zu verwirklichen. Zweckmäßigerweise weist die Funktion bei verschwindender Regeldifferenz bzw. bei verschwindender zeitlicher Änderung der Sollgröße ein Maximum auf, wobei dieses Maximum einen endlichen Wert annehmen muß. Bei der abklingenden Exponentialfunktion ist diese Voraussetzung gegeben, bei der Hyperbelfunktion ist hierfür eine entsprechende Verschiebung an der X-Achse vorzusehen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Eingang der Korrektureinrichtung die Regeldifferenz ist und daß der Ausgang der Korrektureinrichtung den Eingang eines auf eine Regelstrecke einwirkenden Reglers bildet. Handelt es sich beispielsweise um einen PID-Regler, so wird auf diese Weise erfindungsgemäß der Übertragungsbeiwert des Reglers korrigiert.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Regler der Regeleinrichtung ein PID-Regler mit parallel geschalteten PID-Gliedern ist, wobei für das P-Glied, das I-Glied und das D-Glied jeweils eine unabhängig konfigurierbare Korrektureinrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise wirkt die Korrektureinrichtung nicht mehr nur auf den Übertragungsbeiwert des Reglers, sondern es können sämtliche Parameter des Reglers getrennt korrigiert werden. Vorzugsweise nimmt dabei der Verstär­ kungsfaktor der Korrektureinrichtung für das P-Glied bei ver­ schwindender Regeldifferenz einen konstanten Faktor größer 1 an und strebt bei großer Regeldifferenz gegen 1. Demgegenüber ist für das I-Glied und das D-Glied vorzugsweise vorzusehen, daß der Verstärkungsfaktor der Korrektureinrichtung bei verschwindender Regeldifferenz den Faktor 1 annimmt und bei großer Regeldiffe­ renz gegen 0 strebt. Durch eine derartige Dimensionierung der einzelnen Verstärkungsfaktoren läßt sich eine sehr vorteilhafte Korrektur eines PID-Reglers gemäß der Erfindung verwirklichen. Bei sehr großen Regeldifferenzen wirkt der Regler demnach als reiner Proportionalregler, während bei kleinen Regeldifferenzen der Regler als PID-Regler mit erhöhtem Proportionalanteil wirkt.

Die oben beschriebene Korrektur von PID-Parametern in einer Re­ geleinrichtung gilt in gleicher Weise auch für die Korrektur von PID-Parametern einer Regelstrecke, soweit die Regelstrecke durch eine Zusammenschaltung von PID-Gliedern beschreibbar ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß gemäß der Erfindung es lediglich darauf ankommt, daß der Durchgriff der Regeldifferenz auf die Istgröße mit abnehmendem Betrag der Regeldifferenz und/oder mit abnehmendem der zeitlichen Änderung der Sollgröße zunimmt. Ist also beispielsweise ein I-Anteil in der Regelstrecke vorhanden, so kann die Parameterkorrektur des I-Anteils auch in der Regel­ strecke anstatt im PID-Regler erfolgen.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß der zu korrigierende Parameter der Regelstrecke der D-Anteil der Regel­ strecke ist. Eine Rückkopplung des D-Anteils der Regelstrecke bewirkt dabei eine Dämpfung des gesamten Regelkreises. Durch diese Maßnahme kann also die stationäre Genauigkeit des Regel­ kreises zusätzlich gesteigert werden, da mit abnehmender Regel­ differenz bzw. mit abnehmendem Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße der Regelkreis ein zunehmend trägeres Verhalten annimmt. Gleichzeitig wirkt sich diese Parameterkorrektur kaum auf die Schnelligkeit des Regelkreises aus, da die erhöhte Träg­ heit des Regelkreises bei großer Regeldifferenz erfindungsgemäß nicht wirksam ist. Eine solche variable Dämpfung der Strecke kann im mechanischen Fall eine Wirbelstrombremse sein, bei der das Magnetfeld bei größerer Regeldifferenz abnimmt oder im elek­ trischen Fall ein variabler Widerstand, der bei größerer Regel­ differenz gegen Null geht. Diese Korrektur des D-Anteils der Regelstrecke ist insbesondere auch aus energetischer Sicht vor­ teilhaft. Demnach ist bei großen Regeldifferenzen und damit auch bei großen Stellgrößen der Dämpfungsfaktor des Regelkreises klein, so daß auch die Energieverluste gering gehalten werden können. Umgekehrt ist zwar der Dämpfungsfaktor bei kleinen Regel­ differenzen groß, allerdings ist die umgesetzte Leistung nach wie vor klein, da auch die auf die Regelstrecke wirkenden Stell­ größen nur gering sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Regeleinrichtung als analoge Schaltung auf einem inte­ grierten Schaltkreis realisiert ist und daß die funktionale Ab­ hängigkeit des variablen Verstärkungsfaktors durch externe Bau­ elemente programmierbar ist. Besteht der Regler der Regeleinrich­ tung beispielsweise aus einem PID-Regler, so läßt sich dieser in bekannter Weise mit entkoppelt einstellbaren Koeffizienten durch entsprechende Operationsverstärker in analoger Form auf einem Schaltkreis integrieren. Dem P-Glied, dem I-Glied sowie dem D-Glied sind dann zweckmäßigerweise Korrektureinrichtungen mit einem variablen Verstärkungsfaktor vorgeschaltet, so daß die Parameter des PID-Reglers multiplikativ korrigierbar sind. Die Korrektureinrichtungen weisen zweckmäßigerweise eine Abhängig­ keit von dem Betrag der Regeldifferenz vom Typ einer Hyperbel­ funktion auf, so daß erfindungsgemäß der Durchgriff der Regeldif­ ferenz auf die Istgröße mit abnehmendem Betrag der Regeldiffe­ renz zunimmt. Zur Realisierung dieser nichtlinearen Abhängigkeit kann wiederum ein Operationsverstärker verwendet werden, der entsprechend mit nichtlinearen Hauelementen, beispielsweise mit einem Opto-FET beschaltet ist. Zweckmäßigerweise weist ein derar­ tiger integrierter Schaltkreis außer dem Regler und der die Reg­ lerparameter korrigierenden Korrektureinrichtung noch eine Ver­ gleichseinrichtung auf, so daß der Schaltkreis eine komplette Regeleinrichtung darstellt, der als Eingangsgrößen die Führungs­ größe und die Regelgröße und als Ausgangsgröße die Stellgröße und den Korrekturfaktor aufweist. Zweckmäßigerweise ist ein der­ artiger Schaltkreis außerdem noch durch passive Bauelemente be­ schaltbar, so daß verschiedene Parameter des Reglers und/oder der Korrektureinrichtung veränderbar sind. Mit einem derartigen integrierten Schaltkreis läßt sich also auf einfache Weise eine analoge Regeleinrichtung schaffen, mit der vielfältige Einrich­ tungen, insbesondere aus der Gerätetechnik geregelt werden kön­ nen.

Selbstverständlich kann die Regeleinrichtung aber auch als digi­ tales Rechenprogramm auf einem Mikroprozessor realisiert werden. Sowohl in analoger als auch in digitaler Form ist die erfindungs­ gemäße Regeleinrichtung demnach in einfacher Weise realisierbar, so daß diese einen weiten Anwendungsbereich eröffnet.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung läßt sich besonders vor­ teilhaft verwenden zur Lageregelung eines Scannerspiegels in einem Laserbeschriftungsgerät, da bei einem derartigen Gerät die Anforderungen an die stationäre Genauigkeit besonders hoch sind.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläu­ tert. In dieser zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Laserbeschriftungsgeräts,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Galvanometerscanner,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

Fig. 5 die Regelgröße in Abhängigkeit von der Zeit für eine PD-Regelung eines Galvanometerscanners,

Fig. 6 die Regelgröße in Abhängigkeit von der Zeit für eine PID-Regelung eines Galvanometerscanners und

Fig. 7 die Regelgröße in Abhängigkeit von der Zeit für eine PID-Regelung eines Galvanometerscanners mit der erfin­ dungsgemäßen Korrektur der Reglerparameter.

Fig. 1 zeigt die Prinzipdarstellung eines Laserbeschriftungsge­ räts. Seinen wesentlichen Komponenten nach besteht das Laserbe­ schriftungsgerät aus einem Laser 1, zwei baugleichen Galvanome­ terscannern 3 und 3' mit daran angelenkten Spiegeln 2 und 2' sowie einem Planfeldobjektiv 4, unter dem das zu beschriftende Werkstück 5 angeordnet ist. Der Laserstrahl 6 des Lasers kann durch die beiden Spiegel 2 und 2' derart abgelenkt werden, daß dieser in X- und Y-Richtung auf dem Werkstück 5 führbar ist.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen der beiden Galvanometer­ scanner gemäß Fig. 1. Der mit 3 bezeichnete Galvanometerscanner besteht demnach aus einem Drehmagnet 11, an dessen einem Ende ein Spiegel 2 befestigt ist und an dessen anderem Ende ein Posi­ tionsdetektor 15 die Position des Drehmagneten abgreift. Der Drehmagnet ist durch das Kugellager 12 gelagert und von einem Eisenpaket 13 umgeben. Außerdem wird der Drehmagnet 11 in axia­ ler Richtung durch eine nicht näher dargestellte Torsionsfeder gehalten. Werden die Spulen 14 mit Strom beaufschlagt, so ent­ steht ein dem Strom näherungsweise proportionales Magnetfeld, durch das der Drehmagnet 11 soweit ausgelenkt wird, bis das ma­ gnetische Moment gleich dem Gegenmoment der Torsionsfeder ist. Der Galvanometerscanner stellt also ein schwingungsfähiges, unge­ dämpftes System dar. Dieses System kann allerdings zusätzlich durch die Ausnutzung von Wirbelstromeffekten dadurch bedämpft werden, indem die Spulen durch einen Widerstand beschaltet oder auch, soweit diese nicht mit Strom zu beaufschlagen sind, kurz­ geschlossen werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung. Die dargestellte Regeleinrichtung 21 läßt sich insbesondere zur Regelung des in Fig. 2 dargestellten Galvanometerscanners verwenden, wobei in diesem Fall die Stellgröße y dem zu beaufschlagenden Strom der Magnetspulen 14 und die Regelgröße x dem Ausgangssignal des Posi­ tionsdetektors 15 entspricht. Die Regeleinrichtung selber umfaßt den gestrichelt eingefaßten Teil 21 und besteht aus einer Ver­ gleichseinrichtung 22 mit einem nachfolgenden Regler. Die Ver­ gleichseinrichtung 22 bildet dabei die Regeldifferenz e zwischen der Sollgröße w und der Regelgröße x. Die Regeldifferenz e wird einem PID-Regler in Parallelstruktur zugeführt. Der PID-Regler besteht in an sich bekannter Weise aus einem I-Glied 23, einem P-Glied 24 und einem D-Glied 25, wobei die Ausgänge der einzel­ nen Glieder durch die Summierstelle 26 aufsummiert werden und die Stellgröße y bilden. Vor den einzelnen Regelgliedern sind erfindungsgemäß die Korrektureinrichtungen 27, 28 und 29 vorge­ schaltet, so daß die Reglerparameter des PID-Reglers unabhängig voneinander korrigierbar sind. Die Funktionen f(u), g(u) und h(u) hängen von dem Betrag der Regeldifferenz e ab, wobei die Variable u dem Betrag der Regeldifferenz e entspricht. Für die einzelnen Korrektureinrichtungen haben sich insbesondere die folgenden Abhängigkeiten als vorteilhaft erwiesen:

Nimmt die Regeldifferenz e sehr große Werte an, so gehen die Funktionen f und h gegen 0 und die Funktion g gegen 1, so daß die Regeleinrichtung als reiner P-Regler wirkt. Nimmt dagegen die Regeldifferenz e ab, so erhöht sich die Einwirkung der Regel­ einrichtung auf die Regelstrecke, da nun auch das I-Glied und das D-Glied wirksam werden und der P-Anteil sich gleichzeitig erhöht. Hierdurch nimmt auch der Durchgriff der Regeldifferenz auf die Istgröße bzw. Regelgröße zu.

Als ausreichend hat es sich auch herausgestellt, nur den I-An­ teil durch die Korrektureinrichtung 27 zu korrigieren und den P-Anteil sowie den D-Anteil durch Weglassen der Korrekturein­ richtungen 28 und 29 unbeeinflußt zu lassen. Hierdurch wirkt die Regeleinrichtung bei großen Regeldifferenzen wie ein PD-Regler und weist bei kleinen Regeldifferenzen die stationäre Genauig­ keit eines PID-Reglers auf.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung. Gegenüber der Regeleinrichtung 21 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich die Regelein­ richtung 41 dadurch, daß der Regler nur aus einem PI-Regler be­ steht und statt dessen im Rückführungszweig ein zusätzliches D-Glied 48 mit einer Korrektureinrichtung 49 vorgesehen ist. Der Ausgang des D-Gliedes 48 wird zusammen mit der Regelgröße x selbst der Vergleichseinrichtung 42 zugeführt, die aus der Diffe­ renz der beiden zugeführten Größen zu der Führungsgröße w die Regeldifferenz e bildet. Hinter der Vergleichseinrichtung 42 folgt der PI-Regler, der aus dem I-Glied 43 sowie dem P-Glied 44 besteht, und dessen Ausgang durch die Summationsstelle 45 gebil­ det wird. Vor den Regelgliedern 43 und 44 sind erfindungsgemäß die Korrektureinrichtungen 46 und 47 geschaltet. Die funktiona­ len Abhängigkeiten der Funktionen f, g und h gelten entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3. Gegenüber dem er­ sten Ausführungsbeispiel bewirkt das D-Glied 48 in dem Rückfüh­ rungszweig dabei eine zusätzliche Dämpfung des gesamten Regel­ kreises, so daß der Regelkreis mit der Regeleinrichtung 41 insge­ samt eine höhere Stabilitätsreserve als der Regelkreis mit der Regeleinrichtung 21 aufweist.

Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen die Regelgröße x in Abhängig­ keit von der Zeit für verschiedene Reglertypen des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels gemäß Fig. 3. Aufgetragen ist jeweils der Meßwert des Drehwinkels des Spiegels des Galvanometerscanners in Volt über der Zeit in Millisekunden, wobei der Drehwinkel durch den Positionsdetektor 15 gemäß Fig. 2 erfaßt ist. Gemessen wurde jeweils die Antwort der Regelgröße x auf einen Führungsgrößen­ sprung der Führungsgröße w von -2,5 V auf +2,5 V.

Fig. 5 zeigt das Ergebnis für eine PD-Regelung, d. h. die Funktio­ nen g und h wurden mit 1 und die Funktion f mit 0 ersetzt. Die Regelgröße x ist demnach bereits nach drei Millisekunden ausgere­ gelt, allerdings verbleibt im stationären Fall eine gewisse Unge­ nauigkeit. Fig. 6 zeigt weiterhin das Ergebnis für eine PID-Rege­ lung, d. h. die Funktionen f, g und h wurden alle mit 1 ersetzt. Eine zufriedenstellende Ausregelung der Regelgröße zeigt sich demnach erst nach ca. zehn Millisekunden, dafür zeigt sich eine hohe stationäre Genauigkeit des Regelkreises.

Fig. 7 zeigt schließlich das Ergebnis einer PID-Regelung mit der erfindungsgemäßen Korrektur der Regelparameter. Dabei wurden die Funktionen g und h weiterhin mit 1 besetzt, so daß nur eine Kor­ rektur des I-Gliedes 23 durch die Korrektureinrichtung 27 statt­ fand. Der Parameter c₁ hatte dabei den Wert 10. Als Ergebnis zeigt sich, daß wie bei der PD-Regelung gemäß Fig. 5 die Regel­ größe x bereits nach drei Millisekunden ausgeregelt ist, aller­ dings gegenüber der herkömmlichen PD-Regelung eine wesentlich höhere stationäre Genauigkeit aufweist, die wiederum der statio­ nären Genauigkeit der PID-Regelung gemäß Fig. 6 entspricht. So­ mit konnte die Schnelligkeit der PD-Regelung mit der stationären Genauigkeit der PID-Regelung kombiniert werden.

Claims (12)

1. Regeleinrichtung mit einem Regelkreis zur Regelung der Istgröße einer Re­ gelstrecke auf eine vorgegebene Sollgröße, wobei der Regelkreis einen Pro­ portional-Anteil (P-Glied) und/oder einen Integral-Anteil (I-Glied) und/oder ei­ nen Differenzial-Anteil (D-Glied) aufweist,
mit einer Vergleichseinrichtung, mittels der eine Regeldifferenz zwischen der Sollgröße und der Istgröße ermittelbar ist, und
mit einer einen variablen Verstärkungsfaktor aufweisenden Istwert- Korrektureinrichtung, wobei der variable Verstärkungsfaktor durch den Betrag der Regeldifferenz und/oder durch den Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße steuerbar ist und wobei der Proportional-Anteil und/oder der Inte­ gral-Anteil und/oder der Differenzial-Anteil durch den variablen Verstärkungs­ faktor der Korrektureinrichtung multiplikativ derart korrigierbar ist, daß der Durchgriff der Regeldifferenz auf die Istgröße mit abnehmendem Betrag der Regeldifferenz und/oder mit abnehmendem Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße zunimmt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei der variable Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem Betrag der Regeldifferenz und/oder in Abhängigkeit von dem Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße vom Typ einer Hyper­ belfunktion oder einer Exponentialfunktion ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Eingang der Korrektur­ einrichtung die Regeldifferenz ist und der Ausgang der Korrektureinrichtung den Eingang eines auf eine Regelstrecke einwirkenden Reglers bildet.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, wobei der Regler ein PID-Regler mit par­ allel geschalteten PID-Gliedern ist und wobei für das P-Glied, das I-Glied und das D-Glied jeweils eine unabhängig konfigurierbare Korrektureinrichtung vor­ gesehen ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Regelstrecke eine Zusammenschaltung von PID-Gliedern ist und wobei für jedes P-Glied und/oder I-Glied und/oder D-Glied jeweils eine unabhängig konfigurierbare Korrektureinrichtung vorgesehen ist.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Verstärkungsfaktor der Korrektureinrichtung für das P-Glied bei verschwindender Regeldifferenz ei­ nen konstanten Wert größer 1 annimmt und bei großer Regeldifferenz gegen 1 strebt.

7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Verstär­ kungsfaktor der Korrektureinrichtung für das I-Glied bei verschwindender Re­ geldifferenz den Wert 1 annimmt und bei großer Regeldifferenz gegen 0 strebt.

8. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Verstär­ kungsfaktor der Korrektureinrichtung für das D-Glied bei verschwindender Regeldifferenz den Wert 1 annimmt und bei großer Regeldifferenz gegen 0 strebt.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zu korrigierende Para­ meter der Regelstrecke der D-Anteil der Regelstrecke ist.

10. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Regeleinrich­ tung als analoge Schaltung auf einem integrierten Schaltkreis realisiert ist und wobei die funktionale Abhängigkeit des variablen Verstärkungsfaktors durch externe Bauelemente festlegbar ist.

11. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Regeleinrichtung als digitales Rechenprogramm auf einem Mikroprozessor realisiert ist und wo­ bei die funktionale Abhängigkeit des variablen Verstärkungsfaktors durch eine in einem digitalen Speicher abgelegte Tabelle programmierbar ist.

12. Verwendung der Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Lageregelung eines Scannerspiegels in einem Laserbeschriftungsgerät.