DE19619271C2 - Regeleinrichtung mit adaptiver Parameterkorrektur - Google Patents
Regeleinrichtung mit adaptiver ParameterkorrekturInfo
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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.
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.
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DE1996119271 DE19619271C2 (de) | 1996-05-13 | 1996-05-13 | Regeleinrichtung mit adaptiver Parameterkorrektur |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996119271 DE19619271C2 (de) | 1996-05-13 | 1996-05-13 | Regeleinrichtung mit adaptiver Parameterkorrektur |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19619271A1 DE19619271A1 (de) | 1997-11-20 |
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ID=7794199
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996119271 Expired - Fee Related DE19619271C2 (de) | 1996-05-13 | 1996-05-13 | Regeleinrichtung mit adaptiver Parameterkorrektur |
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Country | Link |
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DE (1) | DE19619271C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004064143B3 (de) | 2003-12-12 | 2022-02-24 | Via Mechanics, Ltd. | Scanner-System |
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---|---|---|---|---|
DE19823096C2 (de) * | 1998-05-22 | 2002-10-10 | Atmel Germany Gmbh | Verfahren zur Regelung einer Regelgröße und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1147790B (de) * | 1958-08-18 | 1963-04-25 | Siemens Ag | Proportional-integral wirkender Regler mit Vorhalt |
DE3207815C2 (de) * | 1982-03-04 | 1987-06-11 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De |
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1996
- 1996-05-13 DE DE1996119271 patent/DE19619271C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE1147790B (de) * | 1958-08-18 | 1963-04-25 | Siemens Ag | Proportional-integral wirkender Regler mit Vorhalt |
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DE102004064143B3 (de) | 2003-12-12 | 2022-02-24 | Via Mechanics, Ltd. | Scanner-System |
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