DE19846818A1 - Maximumregler - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Maximumregler mit einem Sollwertgenerator (13) und einem herkömmlichen Regler (2), wobei der Sollwertgenerator (13) einen Sollwert (1) erzeugt, der dem herkömmlichen Regler (2) zugeführt wird und der herkömmliche Regler (2) einen Stellwert (3) erzeugt, der auf den zu regelnden Prozeß (4) einwirkt und von dem Prozeß (4) ein Istwert (5) erfaßt wird, der dem herkömmlichen Regler (2) als Eingangsgröße zugeführt wird, wobei der vom herkömmlichen Regler (2) erzeugte Stellwert (3) oder ein von diesem Stellwert abhängiger weiterer Wert (15) zur Beeinflussung (14) der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator (13) verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Maximumregler.

Die Erfindung entstammt der Regelungstechnik und betrifft hierin das Gebiet sol­ cher technischer Prozesse, die durch geeignete Mittel dergestalt beeinflußt werden sollen, daß unter den jeweils herrschenden aktuellen Betriebsbedingungen eine be­ stimmte Prozeßgröße so weit als technisch möglich maximiert wird.

Da einerseits auf dem Gebiet der Regelungstechnik eine gewisse Begriffsvielfalt herrscht und die Begriffe auch unter Fachleuten im Sprachgebrauch nicht immer mit exakt denselben Bedeutungsinhalten belegt werden, sowie andererseits der Ge­ genstand der vorliegenden Erfindung recht speziell ist und es demnach auf die ex­ akten Bedeutungsinhalte der technischen Begriffe ankommt, auf denen die Erfin­ dung basiert, ist die folgende Beschreibungseinleitung etwas breiter angelegt, um so eine präzise Begriffsbestimmung und Begriffsverwendung zu gewährleisten aber auch, um das der Erfindung zugrundeliegende spezielle regelungstechnische Problem und seine Motivation anhand anschaulicher Beispiele zu erläutern.

Üblicherweise wird bei der planmäßigen Einflußnahme auf einen technischen Pro­ zeß durch eine Beeinflussungseinrichtung zwischen dem Steuern einerseits und dem Regeln andererseits unterschieden.

Unter Steuern versteht man einen Vorgang, bei dem Eingangsgrößen vom techni­ schen Prozeß kommend von der Steuereinrichtung (kurz: Steuerung) erfaßt werden und Ausgangsgrößen aufgrund einer, innerhalb der Steuerung abgebildeten Ge­ setzmäßigkeit (z. B. mittels einer Schaltung, eines entsprechend programmierten Mikroprozessors oder auch einer geeigneten mechanischen Anordnung) erzeugt werden, die dann auf den zu steuernden Prozeß einwirken. Auch kann in geeigne­ ten Fällen einer Steuerung auf die Erfassung von den o. a., vom Prozeß kommenden Eingangsgrößen durch die Steuerung verzichtet werden, so daß dann die den Pro­ zeß steuernden Ausgangsgrößen lediglich aufgrund einer in der Steuerung abge­ bildeten Gesetzmäßigkeit gebildet werden (z. B. das Einschalten eines Aggregates zu einer bestimmten Uhrzeit oder die zeitlich festgelegte Ausgabe eines Signals, wie es etwa als ansteigende Rampe zur Steuerung des Hochlaufs von Motoren Verwendung finden kann). Kennzeichen für das Steuern ist der offene Wirkungs­ ablauf, d. h. die fehlende Rückkopplung der Ausgangsgrößen über den Prozeß, so daß auf den zu steuernden Prozeß einwirkende Störgrößen nicht ausgeregelt wer­ den.

Demgegenüber stellt das Regeln einen Vorgang dar, bei dem eine Größe, nämlich die zu regelnde Größe fortlaufend erfaßt und mit einer anderen Größe, der Füh­ rungsgröße, verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleiches im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflußt wird. Der sich dabei ergebende Wirkungsablauf findet beim Regeln somit in einem geschlossenen Kreis, dem soge­ nannten Regelkreis, statt. (Zur näheren Abgrenzung zwischen Steuern und Regeln und zum allgemeinen Verständnis sei hier auf die DIN 19 226 - Regelungstechnik und Steuerungstechnik verwiesen).

Unter einem Regler (herkömmlicher Regler) sei im folgenden somit eine Einrich­ tung zum Regeln eines technischen Prozesses im vorstehenden Sinne verstanden.

Dabei weist ein solcher Regler im allgemeinen
eine erste Eingangsgröße (w), die im folgenden als Sollwert be­ zeichnet wird und die der vorste­ hend erwähnten Führungsgröße ent­ spricht,
eine zweite Einganggröße (x), die im folgenden als Istwert be­ zeichnet wird und die der vorste­ hend erwähnten zu regelnden Größe entspricht, und
eine Ausgangsgröße (y), die im folgenden als Stellwert be­ zeichnet wird und die den zu re­ gelnden Prozeß mittels geeigneter Stellglieder zu beeinflussen geeignet ist, auf.

Ein Regelkreis mit einem solchen Regler ist zum besseren Verständnis schematisch in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt, auf die hiermit nebst ihrer zugehö­ rigen Beschreibung verwiesen sei.

Das vorstehend angeführte Modell geht von je einem Sollwert, Stellwert und Ist­ wert aus. Dies findet sich in der Realität zwar häufig so, ist gleichwohl aber nur prinzipieller Natur, da auch Regler Verwendung finden, die gleichzeitig mehrere Größen regeln, so daß die zahlenmäßige Beschränkung auf je einen Soll-, Stell- und Istwert auch durchaus entfallen kann. So zeigt etwa die DE 44 20 800 A1 in Fig. 2 einen Regler mit einer Vielzahl von Sollwerten, einem Stellwert und einer Vielzahl von Istwerten. Allgemein ist die Verwendung einer jeweils beliebigen anderen Zahl dieser Größen in beliebiger Kombinahon miteinander in einem Regler (bei geeigne­ ter Wahl des Reglertyps und des damit gewählten Regelverhaltens) grundsätzlich durchaus möglich, so daß prinzipiell unter einem Istwert auch eine Vielzahl von Istwerten, unter einem Sollwert auch eine Vielzahl von Sollwerten und unter einem Stellwert auch eine Vielzahl von Stellwerten verstanden werden kann. Wegen des grundsätzlichen Charakters und der einfacheren Darstellung halber, sprechen die nachstehenden Ausführungen jedoch immer von einem Stell-, einem Ist- und einem Sollwert.

Der Regler erzeugt in Abhängigkeit seiner Eingangsgrößen (Soll-, Istwert) eine Ausgangsgröße (Stellwert). Hierzu existieren eine Reihe von unterschiedlichen Reglertypen mit unterschiedlichem Regelverhalten, wobei das Regelverhalten den Zusammenhang zwischen Ein- und Ausgangsgrößen beschreibt.

So sind als Standardvarianten herkömmlicher Regler etwa Proportional-Regler (P-Regler), integrierende Regler (I-Regler), differenzierende Regler (D-Regler) oder auch Totzeit-Regler (T-Regler) bekannt. Ebenso existieren beliebige Mischformen dieser Regler (etwa PI-, PD- oder auch PID-Regler) deren Regelverhalten sich dann aus der Kombination der jeweilig gewählten Regelverhalten ergibt (vgl. DIN 19 226).

Alle diese Regler sind in ihrem jeweiligen konkreten Regelverhalten jedoch nicht nur durch den gewählten Typ (z. B. P-, I-, D-, PI-, PD- oder PID-Regler) bestimmt, sondern bedürfen darüber hinaus zumeist auch noch einer dem jeweiligen Typ an­ gepaßten Parametrierung. So verlangt etwa ein P-Regler zum Betrieb die zweckent­ sprechende Wahl eines sogenannten Proportionalbeiwertes K_P, ein I-Regler die ei­ nes Integrierbeiwerts K_I, ein D-Regler die eines Differenzierbeiwertes K_D und ein T-Regler die Wahl einer Totzeit T_t. Für weitere Reglertypen sind darüber hinaus andere Parameter, die das Regelverhalten im Rahmen des gewählten Grundtyps beeinflussen denkbar. Üblicherweise werden dabei diese Parameter von sachkun­ digen Fachleuten so eingestellt, daß sie möglichst gut auf den zu regelnden techni­ schen Prozeß abgestimmt sind.

Es existieren jedoch auch Regler, die über eine Analyseeinrichtung das Verhalten des jeweilig zu regelnden technischen Prozesses ermitteln und entsprechend einem geeignet gewählten mathematisch analytischen Modell oder einer brauchbaren Heuristik die zu wählenden Regelparameter selbsttätig verändern und über diese Rückkopplung des technischen Prozesses auf die Regelparameter (z. B. K_P, K_I, K_D, T_t) versuchen, zu einer möglichst guten Parameterwahl des Reglers zu gelangen. Derartige Regler werden üblicherweise als adaptive Regler bezeichnet (vgl. auch Busch, Peter - Elementare Regelungstechnik, Würzburg 1995, 249f).

Weiterhin existieren auch modernere Reglertypen, die ihr internes Regelverhalten etwa nach den Gesetzen der Fuzzy-Logik bestimmen. Die bereits erwähnte DE 44 20 800 A1 beschreibt etwa eine solchen Reglertyp.

Auch existieren Regler die auf der Verwendung künstlicher neuronaler Netze ba­ sieren, wie etwa solche, die aus der DE 195 17 198 C1 bekannt sind.

All diese Reglertypen und auch unter Umständen weitere neue Typen können un­ tereinander in vielfältiger Weise kombiniert werden. Dies kann dadurch geschehen, daß sie zu einem neuen Reglertyp verschmolzen werden, dessen Regelverhalten sich dann aus dem Verhalten der einzelnen verwendeten Typen und der Art einer Kombination untereinander ergibt.

Sie können aber auch durch geeignete Verschaltung, wie etwa Kaskadierung, Par­ allel- oder auch Kreisanordnung zu komplexeren Strukturen zusammengestellt werden, die dann insgesamt bei geeigneter Auslegung einen für die jeweiligen Verhältnisse angepaßten komplexeren Regler ergeben.

Auf diese Art und Weise lassen sich unzählige Regler mit beliebig komplexer Struktur für eine eben solche Unzahl von technischen Problemen aufbauen. All die­ sen Reglern, die im Sinne der vorliegenden Erfindung als herkömmliche Regler bezeichnet werden, ist jedoch eines gemeinsam: Das eingangs erwähnte Prinzip, nach dem das Regeln einen Vorgang darstellt, bei dem eine Größe, nämlich die zu regelnde Größe fortlaufend erfaßt und mit einer anderen Größe, der Führungsgrö­ ße, verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleiches im Sinne einer An­ gleichung an die Führungsgröße beeinflußt wird. Alle herkömmlichen Regler, so komplex sie auch intern aufgebaut sein mögen, bedürfen einer von außen vorgege­ benen Führungsgröße, nämlich der Vorgabe eines Sollwertes. An diesen Sollwert versucht der Regler dann die zu regelnde Größe, nämlich den Istwert anzugleichen, in dem er den technischen Prozeß mittels des Stellwertes beeinflußt.

Die Sollwertvorgabe erfolgt bei solchen herkömmlichen Reglern nach dem Stand der Technik auf unterschiedliche Art und Weise:
Im einfachsten Fall wird mittels einer technischen Einrichtung (z. B. mittels eines Potentiometers, einer Eingabe an einem Computer oder auch eines einfachen He­ bels) ein Sollwert durch einen Bediener vorgegeben. So wählt etwa der Fahrer eines Autos, daß über eine automatische Geschwindigkeitsregelungsanlage (oft als Tem­ pomat bezeichnet) verfügt eine von ihm gewünschte Geschwindigkeit vor, die der hierfür vorgesehene Regler als Sollwert erfaßt und mittels seiner Stellglieder (z. B. Stellung der Drosselklappe bzw. Drehzahl der Einspritzpumpe) zu erreichen sucht, wobei er die tatsächliche Geschwindigkeit über einen Tacho als Istwert er­ faßt.

Schwieriger sind jedoch die Fälle zu handhaben, in denen die Sollwertvorgabe nicht mehr unmittelbar aufgrund einer Bedienereinstellung erfolgen kann.

Dies Problem stellt sich etwa bei einer Robotersteuerung: Ein Roboter verfügt über eine Reihe unabhängig voneinander beeinflußbarer Antriebe (Motoren), die z. B. mittels eines ihnen jeweils zugeordneten Reglers auf eine bestimmte Geschwindig­ keit gebracht werden können. Weiterhin kann über diesen Geschwindigkeitsregler noch ein äußerer Positionsregler kaskadiert sein, der als Sollwertvorgabe eine be­ stimmte anzufahrende Position erhält und hieraus dann die jeweiligen Sollwert­ vorgaben für den Geschwindigkeitsregler über die Zeit hin ermittelt und als Stell­ wert ausgibt, welche der Geschwindigkeitsregler dann wiederum als Sollwert auf­ faßt. In dem kaskadierten Zusammenwirken von äußerem Positions- und innerem Geschwindigkeitsregler ergibt sich so ein Gesamtpositionsregler je Roboterantrieb, dem nur noch die jeweils vom Antrieb anzufahrende Position als Sollwert übermit­ telt zu werden braucht. Die Antriebe eines Roboters können in der Regel aber nicht unabhängig voneinander gefahren werden, da der Roboter ja meist mit einem Werkzeug (z. B. einer Schweißelektrode) einer bestimmten Kurve im Raum (z. B. entlang eines Werkstücks) folgen soll, die einzelnen Antriebe jedoch nur die Bewe­ gung entlang einer feststehenden Bahn im Raum beeinflussen können. Es bedarf zur freien Bewegung im Raum somit der geeigneten Koordination der Antriebe und mithin der entsprechenden Koordination der Sollwertvorgaben an die den ein­ zelnen Antrieben zugeordneten Positionsregler.

In solchen Fällen erfolgt die Sollwertvorgabe an die Regler durch einen Sollwertge­ nerator, der intern über ein Modell des zu beeinflussenden technischen Prozesses verfügt, auf den er mittels der Regler einzuwirken sucht. Im Falle des Roboters be­ nutzt der Sollwertgenerator also ein Modell der erforderlichen Bewegungsabläufe.

In einfacheren Anwendungen kann dabei eine solche automatische Sollwertvorga­ be mittels Sollwertgenerators einem fest in einer Ablaufsteuerung hinterlegten Pro­ gramm folgen (etwa wenn der Roboter aus dem voranstehenden Beispiel immer einem oder mehreren festen Bewegungsabläufen folgen soll). Häufig werden dabei Grenzwertmeldungen des Prozeßgeschehens dazu verwendet, den nächsten Pro­ grammschritt der Ablaufsteuerung und somit auch einen neuen Sollwert auszulö­ sen. Erreicht etwa der Roboter eine bestimmte Zwischenposition, so wird hierdurch eine entsprechende Grenzwertmeldung, nämlich das Erreichen oder Überschreiten der Zwischenzielposition, ausgelöst, die nun eine neue Sollwertvorgabe (also etwa eine nächste Zielposition) durch die Ablaufsteuerung bewirkt. Dabei erfolgt jedoch durch den Prozeß keine Beeinflussung der Sollwertvorgabe im regelungstechni­ schen Sinne. Vielmehr arbeitet die Ablaufsteuerung unabhängig vom Regelkreis, sie stellt nur fest, ob bestimmte für sie relevante Ereignisse im technischen Prozeß auftreten und löst in Abhängigkeit hiervon u. U. neue Sollwertvorgaben aus. Alter­ nativ hierzu können die Sollwertvorgaben durch die Ablaufsteuerung jedoch auch mittels einer einfachen Zeitfolgeschaltung ausgelöst werden, d. h. , daß hierbei die jeweiligen neuen Sollwertvorgaben zu festgelegten Zeitpunkten erfolgen.

Schwieriger ist die Situation, wenn sich die erforderlichen Sollwertvorgaben nicht mehr als starres Programm hinterlegen lassen. Dann ist es erforderlich, ein mathe­ matisches (auch analytisch genanntes) Modell zu entwickeln, welches aufgrund der jeweils an den technischen Prozeß zu stellenden Anforderungen die notwendigen Sollwertvorgaben berechnen kann. Dies wäre im Falle des Roboterbeispiels dann der Fall, wenn der Roboter nicht nur festen Bewegungsabläufen folgen soll, son­ dern auch flexibel reagieren muß, etwa weil eine Kamera, die mit dem System zur Beeinflussung des technischen Prozesses verbunden ist ein Hindernis erkannt hat, und der Roboter mit seinem Werkzeug auf dem Weg zum Werkstück nicht der vorgegebenen Bahn folgen darf, sondern dem erkannten Hindernis ausweichen muß. Auch hierbei erfolgt mittels des mathematischen Prozeßmodells keine Beein­ flussung der Sollwertvorgabe durch den technischen Prozeß im regelungstechni­ schen Sinne. Vielmehr arbeitet das mathematische Prozeßmodell, wie die zuvor erwähnte Ablaufsteuerung unabhängig vom Regelkreis, es stellt nur bestimmte, für es selbst relevante Ereignisse und Größen im technischen Prozeß fest und bildet in Abhängigkeit hiervon u. U. neue Sollwertvorgaben.

Das bisher Erläuterte führt somit zu folgendem Ergebnis: Die Einwirkung auf einen technischen Prozeß mittels herkömmlicher Regler, gleich welcher Komplexität fin­ det auf zwei unterschiedlichen technischen Abstraktionsebenen statt:

• - Erstens auf der Ebene der eigentlichen Regelung, also der Anpassung des Istwertes an den Sollwert, und
• - zweitens auf der Ebene der prozeßgeeigneten Sollwertgenerierung.

Auf der ersten Ebene findet dabei die Anpassung der Regler an den Prozeß mittels geeigneter Reglertyp- und entsprechender Parameterwahl auf der Basis von Erfah­ rungswerten oder analytischen Methoden statt.

Auf der zweiten Ebene bedarf es, sofern nicht eine Sollwertvorgabe durch einen Bediener erfolgt, entweder der Hinterlegung fester Sollwertprogramme in einer sogenannten Ablaufsteuerung, die in Abhängigkeit der jeweiligen Anforderungen an den technischen Prozeß abgefahren werden oder aber eines mathematischen Modells, welches aus den gerade gestellten Anforderungen heraus in der Lage ist die geeigneten Sollwertvorgaben zu ermitteln.

Nun existieren technische Prozesse auf die dahingehend eingewirkt werden soll, daß ein technisches Ergebnis des Prozesses maximiert wird.

So kann es beispielsweise in bestimmten Situationen sinnvoll sein, einen Verbren­ nungsmotor so zu regeln, daß dieser sein ein Leistungsmaximum erbringt. Man denke hier zur Veranschaulichung nur an ein Marineschnellboot, welches unter den aktuell gerade herrschenden Umgebungsbedingungen (Wellengang, Windge­ schwindigkeit etc.) mit der höchst erzielbaren Geschwindigkeit betrieben werden soll. Eine solche Leistungsmaximierung (und infolge dessen auch Geschwindig­ keitsmaximierung) kann nicht etwa derart erfolgen, daß der Verbrennungsmotor auf seine maximal zulässige Drehzahl gebracht wird, da die Leistung eines Ver­ brennungsmotors im allgemeinen zunächst zwar mit der Drehzahl ansteigt, dann aber gegen die maximal zulässige Drehzahl hin wiederum abfällt. Der Punkt ma­ ximaler Leistung liegt mithin unterhalb der maximalen Drehzahl und hängt von der Charakteristik des Motors ab. Hat man diese Charakteristik in Form einer von der Drehzahl abhängigen Leistungskennlinie ermittelt, so braucht man nur die Drehzahl, die der maximalen Motorleistung entspricht in dem Sollwertgenerator zu hinterlegen, der den zur Erzielung der Maximalleistung verwendeten Regler dann mit diesem Sollwert ansteuert. Aktiviert man nun den Sollwertgenerator, so fährt dieser den Verbrennungsmotor auf seine maximale Leistung.

Jedoch existieren beim Verbrennungsmotor eine Reihe von Parametern, die auf den Verlauf der Drehzahl/Leistungskennlinie Einfluß haben. So bewirkt etwa eine Ver­ stellung des Zündzeitpunktes oder auch eine Verstellung (sofern möglich) der Ven­ tilsteuerung des Motors eine Veränderung dieser Kennlinie. Werden nun solche Parameter nach der Bestimmung der Kennlinie, etwa bei Wartungsarbeiten verän­ dert, so kann sich hierdurch auch der Drehzahlpunkt des Motorleistungsmaxi­ mums verschieben. Solchen Einflüssen kann auf herkömmliche Weise dadurch be­ gegnet werden, daß man sie erfaßt (etwa durch die meßtechnische Registrierung des genauen Zündzeitpunktes) und entsprechend für jede erfaßte Abweichung in­ nerhalb eines zulässigen Bereiches eine eigene Kennlinie bzw. einen eigenen Maxi­ malleistungswert im Sollwertgenerator hinterlegt; Zwischenwerte können dabei durch Interpolation ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein analytisches Modell zu ermitteln, welches der Sollwertgenerator benutzt, um hier­ mit aufgrund der erfaßten und evtl. geänderten Parameter einen aktualisierten, dem neuen Leistungsmaximum entsprechenden, Sollwert zu berechnen.

Die Bestimmung eines solchen mathematischen Modells zur Sollwertbestimmung, aber auch die gedanklich einfachere Ermittlung einer endlichen Anzahl von Kenn­ daten, jeweils zur optimalen Sollwertgenerierung im Hinblick auf die Erzielung eines bestimmten technisch möglichen Maximums im zu beeinflussenden Prozeß verursacht oftmals hohen Meß- und Forschungsaufwand und damit auch hohe Ko­ sten.

Darüber hinaus existieren auch technische Prozesse, für die es gar nicht möglich oder zumindest doch extrem aufwendig ist eine endliche Anzahl von Kenndaten für verschiedene Prozeßparameter zu hinterlegen und für die es auch nicht erfolg­ versprechend wäre oder die es sogar aufgrund fehlender Erkenntnisse nicht erlau­ ben, einen mathematischen Zusammenhang zwischen den Änderungen der Pro­ zeßparameter und ihren Auswirkungen auf prozeßspezifische Kennlinien und ins­ besondere deren Maxima zu beschreiben.

So ist etwa die maximale Förderrate einer kreisförmigen Förderanlage zur Förde­ rung von Schüttgut nicht nur von der Drehgeschwindigkeit abhängig, sondern auch von der Beschaffenheit des Schüttgutes selbst. Bei zu hoher Drehgeschwin­ digkeit und niedrigem Reibungskoeffizienten wird das Schüttgut infolge der Flieh­ kraft vom Drehteller getragen und die erzielte Förderrate sinkt. Soll eine solche Anlage zur Förderung von beliebigem Schüttgut mit jeweils maximal erzielbarer Förderrate betrieben werden, scheidet somit eine Beeinflussung des Prozesses mit den zuvor vorgestellten Methoden zur Sollwertgenerierung für den Drehge­ schwindigkeitsregler aus. Eine Hinterlegung von den jeweilig optimalen Ge­ schwindigkeiten des Drehtellers für alle Schüttgüter kann nicht erfolgen, da im vorhinein ja nicht bekannt ist welches Schüttgut gerade gefördert werden soll. Auch ist kein mathematischer Zusammenhang zwischen einer, in einer solchen Anlage sinnvoll erfaßbaren Materialeigenschaft des Schüttgutes und seinem jewei­ ligen Reibungskoeffizienten bekannt, der eine Berechnung des optimalen Drehge­ schwindigkeitssollwertes erlauben würde. (Zur weiteren Veranschaulichung dieses Beispieles sei hier auf die Fig. 2 und 3 der Zeichnung mit zugehöriger Beschreibung verwiesen.)

Ein weiteres Beispiel stellt die Beeinflussung der Stromentnahme aus Solarzellen dar. Solarzellenpaneele haben die Eigenschaft mit steigender Stromentnahme (bei zunächst konstanter Spannung) auch eine steigende elektrische Leistung zu liefern. Ab einem bestimmten Punkt sinkt die Spannung mit steigender Stromentnahme dann jedoch rapide ab, die Leistung sinkt in Folge damit auch. Der Verlauf dieser Kennlinie und damit auch das Leistungsmaximum ist für das jeweilige Solarpaneel jedoch nicht konstant, sondern vielmehr von äußeren Faktoren, wie Temperatur und Bewölkung (also Lichteinfall) abhängig, die sich innerhalb kurzer Zeit stark ändern können. Es stellt sich somit hier das technische Problem, den Solarzellen jeweils ihre gerade maximal mögliche Leistung zu entnehmen, um sie optimal nut­ zen zu können. Kann man den Strom ermitteln, bei dem die Zellen gerade ihr Lei­ stungsmaximum erbringen, so ist es möglich diesen Stromwert als Sollwertvorgabe für einen herkömmlichen Stromregler zu verwenden, der die Zellen dann in diesem Leistungsmaximumpunkt betreibt und damit das Problem löst. Ein irgendwie gear­ teter mathematischer Zusammenhang zwischen den angeführten Umweltfaktoren und dem exakten Verlauf der Kennlinie ist jedoch nicht bekannt; eine feste Kennda­ tenhinterlegung, wie sie beispielsweise in der DE 195 02 762 vorgeschlagen wird, scheidet aus schon aus praktischen Gründen wegen der durch die enorme Größe des Produkts aus Einflußfaktoren und Anzahl der Zellen hervorgerufenen sehr ho­ hen Datenvolumens und Meßaufwandes hierfür und der dadurch entstehenden Kosten aus.

Die vorstehenden Beispiele machen somit deutlich, daß grundsätzlich ein Bedürfnis dafür besteht, auf technische Prozesse mittels eines herkömmlichen Reglers und einem Sollwertgenerator mit einer jeweils geeigneten Sollwertvorgabe für den her­ kömmlichen Regler so einwirken zu können, daß eine technische Größe des Prozes­ ses, so weit als jeweils gerade möglich, maximiert wird, ohne daß es zur Ermittlung der hierfür jeweils notwendigen Sollwertvorgabe eines mathematisches Prozeßmo­ dells oder einer Kenndatenhinterlegung des beeinflußten technischen Prozesses im Sollwertgenerator bedarf.

Eine Einrichtung die dies ermöglicht, wird im folgenden Maximumregler genannt. Ein Maximumregler weist im Gegensatz zu einem herkömmlichen Regler keinen Sollwert als Eingangsgröße auf. Er weist hingegen einen Sollwertgenerator und einen herkömmlichen Regler auf, wobei der Sollwertgenerator einen Sollwert er­ zeugt, der dem herkömmlichen Regler zugeführt wird und der herkömmliche Regler einen Stellwert erzeugt, der auf den zu regelnden Prozeß einwirkt und von dem Prozeß ein Istwert erfaßt wird, der dem herkömmlichen Regler als Eingangs­ größe zugeführt wird. Dabei wird ein Sollwert vom Sollwertgenerator so erzeugt, daß er sich dem jeweils technisch maximal erreichbaren Istwert so gut als möglich annähert und im Idealfall auch erreicht.

Selbstverständlich ist der Begriff Maximumregler ohne Beschränkung der Allge­ meinheit zu verstehen, d. h. auch ein Regeln auf ein angestrebtes Minimum soll hierunter verstanden werden, da sich aus einem solchen Minimum durch eine ge­ eignete, meist einfache mathematische Umformung (z. B. durch bilden des Kehr­ werts, Absolutbetrag etc.) immer auch ein Maximum bilden läßt, auf das geregelt werden kann.

Bekannt sind derartige Maximumregler zur Leistungsmaximierung von Solarzel­ len. Die technische Größe die es hierbei zu maximieren gilt, ist die Leistung der Zellen. Wie bereits vorstehend beschrieben, haben Solarzellenpaneele die Eigen­ schaft mit steigender Stromentnahme (bei zunächst konstanter Spannung) auch eine steigende Leistung zu liefern. Ab einem bestimmten Punkt sinkt die Spannung und damit auch die Leistung mit steigender Stromentnahme dann jedoch wieder ab. Der Verlauf dieser Kennlinie und damit auch das Leistungsmaximum ist für das jeweilige Solarpaneel nicht konstant, sondern von äußeren Faktoren, wie Tempera­ tur und Lichteinfall abhängig. Die bekannten Maximumregler versuchen nun den geeigneten Sollwert (Leistung oder auch den, bei konstanter Spannung, der Lei­ stung proportionalen Strom) mittels eines Maximalwertsuchalgorithmus im Soll­ wertgenerator zu ermitteln.

Hierzu existieren im wesentlichen zwei Möglichkeiten: Bei einer ersten Verfah­ rensweise wird der Sollwertgenerator zyklisch (in etwas längeren Abständen) in einem besonderen Suchmodus betrieben, indem z. B. der den Zellen entnommene Strom linear hochgefahren und währenddessen gleichzeitig die Leistung gemessen wird. Arbeitet der Sollwertgenerator in diesem Suchmodus, so kann der ange­ schlossene technische Prozeß währenddessen natürlich nicht normal betrieben werden, weshalb die Abstände zwischen den einzelnen Suchzyklen nicht zu kurz bemessen sein dürfen. Auf der im Suchverfahren aktuell erhaltene Kennlinie wird dann mittels mathematischer Methoden eine Extremwertsuche zur Bestimmung des globalen Maximums der erhaltenen Kennlinie eingeleitet. Ist das Maximum gefunden, so kann der Prozeß wieder normal betrieben werden, indem der vom Sollwertgenerator im Suchverfahren gefundene Wert dem herkömmlichen Regler als neuer Sollwert vorgegeben wird. Ein ganz wesentlicher Nachteil dieses Verfah­ rens besteht darin, daß der ermittelte Sollwert oftmals nicht aktuell ist, da die glo­ bale Suche aus den o. a. Gründen nicht zu oft gefahren werden darf, hingegen sich die Umgebungsbedingungen, man denke nur an schnell vorbeiziehende Wolken­ felder, oft rasch verändern. Für viele Prozesse, wie etwa den oben erwähnten För­ derteller, ist ein so arbeitender Maximumregler ohnehin nicht geeignet, da hier ein experimentelles Durchfahren des Arbeitsbereiches schon aus praktischen Gründen nicht in Frage kommt. Auch ist ein solcher Regler sowohl in der Entwicklung, wie auch in der Fertigung recht aufwendig und daher kostenintensiv. Es bedarf näm­ lich der Entwicklung eines geeigneten Suchalgorithmus und der Verwendung eines Mikroprozessors zur Realisierung einer solchen Regelung.

In der Solartechnik finden solche Regler jedoch Verwendung, wie etwa in den Pro­ dukten der Fa. Inek, die etwa alle 5 Minuten eine solche globale Maximalwertsuche starten.

Eine zweite Variante versucht nun den Nachteil der vorstehend beschriebenen glo­ balen Maximalwertsuche zu umgehen, indem sie eine prozeßbegleitende Maxi­ mumsuche realisiert. Diese prozeßbegleitende Maximumsuche ist dabei jedoch notwendigerweise auf die lokale Umgebung des aktuellen Arbeitspunktes be­ schränkt, um den Prozeß selbst nicht zu sehr zu stören.

So wird in dem Verfahren nach der DE 32 45 866 der Prozeß in seinen Schwankun­ gen ständig durch den Sollwertgenerator beobachtet und ein hierbei neu erkanntes Maximum als neuer Sollwert an den herkömmlichen Regler vorgegeben.

Hingegen versucht das Verfahren nach der DE 40 19 710 durch aktive Veränderung von Prozeßparametern in der Umgebung des aktuellen Arbeitspunktes festzustel­ len in welche Richtung die Leistung der Solarzellen gerade steigt, um so einen neu­ en Sollwert für den herkömmlichen Regler zu finden.

Diese Verfahrensweisen zur Sollwertgenerierung beseitigen zwar den Nachteil, den technischen Prozeß gelegentlich unterbrechen zu müssen, um mittels einer voll­ ständigen aktuellen Kennlinienbestimmung und anschließender globaler Maxi­ mumsuche auch wirklich den absolut maximalen Arbeitspunkt zu finden, sie er­ kaufen dies jedoch um den Nachteil einer bloß lokalen Maximumsuche, bei der keine Gewißheit darüber besteht, daß auch tatsächlich der optimale Arbeitspunkt gefunden wurde und nicht nur ein lokales Maximum. Auch verbleibt in beiden Fällen der Nachteil des hohen Aufwands, hervorgerufen durch die erforderliche Softwareentwicklung und die Notwendigkeit der Verwendung eines Mikroprozes­ sors zur Verfahrensrealisierung.

Um die Beseitigung dieses Nachteils ist jedoch die Vorrichtung nach der DE 197 20 427 A1 bemüht, die zur lokalen Maximumsuche eine Schaltung ohne Mi­ kroprozessor vorschlägt, indem sie mittels eines Vergleichs elektrischer Ladungen über festgelegte Meßintervalle die Verschiebung des maximalen Leistungspunktes detektiert und so den neuen Sollwert generiert. Der durch diese Schaltung realisier­ te Maximumregler weist jedoch den neuen Nachteil auf, daß er nur spezifisch auf den Prozeß der Solarzellenleistungsmaximierung ausgerichtet ist und nicht zur Maximumregelung anderer Prozesse, wie etwa dem bereits erläuterten Kreisförde­ rer taugt. Darüber hinaus wird auch hier der dem Verfahren der lokalen Maxi­ mumsuche grundsätzlich anhaftende Nachteil der Unsicherheit darüber, ob das lokale Maximum denn auch das globale ist nicht beseitigt. Obendrein ist auch die vorgeschlagene Schaltung nicht unbedingt als besonders einfach zu bezeichnen. Sie kommt zwar ohne einen Mikroprozessor aus, jedoch ist die dort vorgeschlagene Maximalleistungspunkt-Erfassungseinrichtung, welche in Fig. 3 der dortigen Schrift im Blockschaltbild zu sehen ist, in ihrem Aufbau auch nicht eben einfach gehalten. Letzlich handelt sich hierbei um nichts anderes, als einen auf die lokale Leistungsmaximalwertsuche spezialisierten Analogrechner.

Ausgehend von der DE 192 20 427 als nächstem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen möglichst einfach aufgebauten Maxi­ mumregler zu schaffen, der insbesondere ohne einen Rechner (z. B. einen Mikro­ prozessor) auskommen kann. Dabei sollte möglichst auch eine weitgehende Ver­ meidung der Nachteile einer lokalen Maximalwertsuche erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch einen Maximumregler mit einem Sollwertgenerator und einem herkömmlichen Regler gelöst, wobei der Sollwertgenerator einen Sollwert erzeugt, der dem herkömmlichen Regler zugeführt wird und der herkömmliche Regler einen Stellwert erzeugt, der auf den zu regelnden Prozeß einwirkt und wo von dem Prozeß ein Istwert erfaßt wird, der dem herkömmlichen Regler als Ein­ gangsgröße zugeführt wird und der Maximumregler erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der vom herkömmlichen Regler erzeugte Stellwert oder ein von diesem Stellwert abhängiger weiterer Wert zur Beeinflussung der Sollwertge­ nerierung im Sollwertgenerator verwendet wird. Eine solche erfindungsgemäße Rückkopplung auf den Sollwertgenerator widerspricht dabei allen bisher bekann­ ten regelungstechnischen Erkenntnissen, die lediglich eine Auswertung des Istwer­ tes im Sinne eines Vergleiches mit dem Sollwert vorsehen, nie aber eine weitere Verwendung des Stellwertes oder eines hiervon abhängigen Wertes zur Beeinflus­ sung der Sollwertgenerierung. Vielmehr wird der Sollwert in herkömmlichen Be­ griffskategorien nach dem Stand der Technik gerade so definiert, daß er keiner Be­ einflussung durch den Regelkreis unterliegt (vgl. etwa DIN 19 226).

Nach der vorliegenden Erfindung geschieht die Beeinflussung der Sollwertgenerie­ rung im Sollwertgenerator vorzugsweise durch unmittelbare Beeinflussung, d. h. sie geschieht ohne Zwischenschaltung eines mathematischen Prozeßmodells oder einer Ablaufsteuerung, unter die auch ein Modell hinterlegter Kenndaten oder Kennlini­ en zur Sollwerterzeugung fällt.

Als abhängiger weiterer Wert kann auch ein weiterer Stellwert eines weiteren her­ kömmlichen Reglers zur Beeinflussung der Sollwertgenerierung im Sollwertgene­ rator verwendet werden. Dies bietet sich insbesondere in solchen Fällen an, wo von dem Stellwert des herkömmlichen Reglers des erfindungsgemäßen Maximumreg­ lers technische Prozeßgrößen abhängen, die auch dem Einfluß weiterer Regler un­ terliegen. Der Stellwert des weiteren Reglers kann dabei insbesondere über seine eigene Istwertrückkopplung auch vom Stellwert des herkömmlichen Reglers des Maximumreglers abhängen. Dieser Stellwert des weiteren Reglers kann dann zur erfindungsgemaßen Beeinflussung des Sollwertgenerators des Maximumreglers verwendet werden.

Der Sollwertgenerator kann so ausgelegt sein, daß er ohne Berücksichtigung der Beeinflussung durch den Stellwert vom herkömmlichen Regler oder durch den von diesem abhängigen weiteren Wert einen mit fortlaufender Zeit monoton steigenden Sollwert erzeugt. Insbesondere kann der Sollwert natürlich auch streng monoton steigend erzeugt werden, wobei er bevorzugterweise einer Geraden mit einer be­ stimmten Steigung (einer sogenannten steigenden Rampe) folgt.

Vorzugsweise beeinflußt der Stellwert des herkömmlichen Reglers oder der von diesem abhängige weitere Wert die Erzeugung des Sollwertes im Sollwertgenerator immer dann, wenn der Stellwert oder der von diesem abhängige weitere Wert oberhalb oder in Höhe eines bestimmten Grenzwertes liegt. Eine solche Ausfüh­ rung einer unmittelbaren Beeinflussung der Sollwertgenerierung hat sich in Versu­ chen als besonders praktikabel erwiesen. Die geeignete Bemessung des Grenzwer­ tes kann hierbei im Hinblick auf den jeweiligen Prozeß aufgrund von Versuchen ermittelt werden.

Vorzugsweise erfolgt diese Bemessung des Grenzwertes so, daß der Grenzwert et­ was unterhalb des maximal erreichbaren Stellwertes oder etwas unterhalb der Ma­ ximalgröße des von dem Stellwert abhängigen weiteren Wertes liegt. In einer Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung sollte der Grenzwert dabei höchstens 15% unterhalb, besser noch höchstens 10% unterhalb des maximalen Stellwertes bzw. unterhalb der Maximalgröße des von diesem Stellwert abhängigen weiteren Wertes liegen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung wird der Grenzwert so bemessen, daß er in gleicher Höhe wie der maximal erreichbare Stellwert oder der von diesem abhängige weitere Wert liegt.

Eine Alternative besteht jedoch u. a. auch darin, daß der Stellwert des herkömmli­ chen Reglers oder der von diesem abhängige weitere Wert die Erzeugung des Sollwertes im Sollwertgenerator immer dann beeinflußt, wenn die erste Ableitung des Stellwertes nach der Zeit oder die erste Ableitung des von diesem Stellwert ab­ hängigen weiteren Wertes nach der Zeit oberhalb oder in Höhe eines bestimmten Grenzwertes liegt.

Selbstverständlich ist auch eine Kombination der beiden vorstehenden Beeinflus­ sungsmethoden denkbar, ebenso wie die Verwendung weiterer höherer Ableitun­ gen oder auch die Verwendung anderer Werte und Beeinflussungsmethoden, etwa die Bildung eines Integrals über eine bestimmte Zeit, welches dann mit einem Grenzwert verglichen wird. Denkbar sind hier vor allem solche Beeinflussungsme­ thoden, die ohne Zwischenschaltung eines mathematischen Prozeßmodells aus­ kommen. Auch sind beliebige Kombinationen solcher Beeinflussungsmethoden denkbar.

In allen Fällen der Beeinflussung kann der Stellwert des herkömmlichen Reglers oder der von diesem abhängige weitere Wert die Erzeugung des Sollwertes im Sollwertgenerator dahingehend beeinflussen, daß der Sollwert während der Beein­ flussung durch den Stellwert oder durch den von diesem Stellwert abhängigen wei­ teren Wert auf dem Niveau gehalten wird, zu dem er sich vor Beginn der Beein­ flussung befand.

Alternativ hierzu beeinflußt der Stellwert des herkömmlichen Reglers oder der von diesem abhängige weitere Wert die Erzeugung des Sollwertes im Sollwertgenerator dahingehend, daß der Sollwert solange monoton fällt wie die Beeinflussung andau­ ert, was sich in Versuchen besonders gut bewährt hat.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwert des herkömmlichen Reglers oder der von diesem abhängige wei­ tere Wert die Erzeugung des Sollwertes im Sollwertgenerator dahingehend beein­ flußt, daß der Sollwert solange monoton fällt wie die Beeinflussung andauert und dieser monotone Abfall des Sollwertes während der Beeinflussung durch den Stellwert oder durch den von diesem abhängigen weiteren Wert einer Geraden mit einer bestimmten negativen Steigung (einer sogenannten fallenden Rampe) folgt. (Ebenso kann allgemeiner natürlich auch ein streng monotones oder monotones Fallen vorgesehen sein.)

Diese im unmittelbar vorangehenden Absatz beschriebenen Ausführungsformen eignen sich dabei besonders in Kombination mit denjenigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung, in denen der Sollwertgenerator, solange er nicht unter der erfindungsgemäßen Beeinflussung steht, einen monoton steigenden Sollwert, vor­ zugsweise eine steigende Rampe, erzeugt.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutbetrag (der Betrag ohne Vorzeichen) der negativen Steigung der fallenden Sollwertrampe während der Beeinflussung durch den Stellwert oder durch den von diesem abhängigen weiteren Wert größer ist, als der Absolutbetrag der steigenden Sollwertrampe ohne die Beeinflussung durch den Stellwert oder durch den von diesem abhängigen weiteren Wert. Mit dieser Aus­ führungsform wurden in Versuchen hervorragende Ergebnisse erzielt, die bei ge­ eigneter Wahl (etwa durch Experimente) der Steigungen der Auf- und Ab­ wärtsrampen schnelle Anpassungen des generierten Sollwertes an das jeweils aktu­ ell erzielbare Maximum ermöglichen.

Besonders eignet sich die Verwendung eines Maximumreglers nach der vorliegen­ den Erfindung zur Regelung der elektrischen Leistung einer Stromquelle auf Ma­ ximalleistung zur Abgabe in ein Stromnetz, welches kein typisches Inselnetz ist. Hier gibt die Stromquelle ihre Leistung in ein Netz ab, dessen Impedanz annähernd 0 Ω beträgt (etwa das öffentliche Netz, also kein typisches Inselnetz) und es wird als Soll-, Stell- und Istwert der elektrische Strom verwendet. Dabei wird der elektri­ sche Strom als Istwert des herkömmlichen Reglers nach dem Stellglied des her­ kömmlichen Reglers erfaßt, wobei der Stromstellwert des herkömmlichen Reglers zur Beeinflussung der Sollwertgenerierung des Stromsollwertes im Sollwertgenera­ tor verwendet wird.

Auch kann ein Maximumreglers nach der vorliegenden Erfindung zur Regelung der elektrischen Leistung einer Stromquelle auf Maximalleistung verwendet wer­ den, wobei diese Verwendung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stromquelle ihre Leistung an einen ohmschen Verbraucher abgibt, daß als Soll-, Stell- und Ist­ wert die elektrische Leistung verwendet wird und der elektrische Strom, wie auch die elektrische Spannung zur Bildung des Istwertes des herkömmlichen Reglers nach dem Stellglied des herkömmlichen Reglers erfaßt werden, wobei der Lei­ stungsstellwert des herkömmlichen Reglers zur Beeinflussung der Sollwertgenerie­ rung des Leistungssollwertes im Sollwertgenerator verwendet wird.

Statt die Leistung unmittelbar zu verwenden kann natürlich die Leistungsregelung auch über den Strom als Soll-, Stell- und Istwert erfolgen, solange sichergestellt ist, daß der Strom mit der Leistung steigt.

Weiterhin ist auch eine Verwendung von Maximumreglern nach der vorliegenden Erfindung zur Regelung der elektrischen Leistung von parallel geschalteten Gleich­ stromquellen auf Maximalleistung geeignet. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß die Gleichstromquellen vor Aufschaltung auf das Stellglied des herkömmlichen Reglers, vorzugsweise mittels eines Leistungsstellers, auf ein einheitliches Span­ nungsniveau gebracht werden. Auf diese Weise können Gleichstromquellen, die ganz unterschiedliche Spannungen liefern parallel zueinander betrieben werden.

Insbesondere kann ein erfindungsgemäßer Maximumregler zur Regelung der elek­ trischen Leistung von Solarzellen, (also von Zellen, die Licht in elektrische Energie wandeln), verwendet werden, ohne daß es hierzu aufwendiger Regelungseinrich­ tungen zur Maximalleistungspunktsuche dieser Zellen bedarf. Hier kann ein erfin­ dungsgemäßer Maximumregler bei besserer Arbeitsweise zu einem Bruchteil der Kosten bekannter sogenannter MPP (Maximum Point of Power)-Regler zur Ver­ fügung gestellt werden.

Schließlich eignen sich Maximumregler nach der vorliegenden Erfindung auch zur Regelung des Wirkungsgrades einer Mikrowellenerzeugungsvorrichtung auf ein dort erzielbares Maximum. Diese Verwendung ist dadurch kennzeichnet, daß als Soll- und Istwert die elektrische Spannung einer Spannungsquelle zur Versorgung eines Magnetrons verwendet wird und die elektrische Verlustleistung als ein vom erzeugten Spannungsstellwert des herkömmlichen Reglers abhängiger weiterer Wert zur Beeinflussung der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator benutzt wird.

Ebenso ist es hierbei möglich den elektrischen Strom als einen vom erzeugten Spannungsstellwert des herkömmlichen Spannungsreglers abhängigen weiteren Stellwertes eines weiteren herkömmlichen Stromreglers zur Beeinflussung der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator zu verwenden, wie auch noch in den Ausführungsbeispielen zu sehen sein wird.

Die erfindungsgemaßen Maximumregler erfüllen ihre Aufgabe auf einfache Art und Weise, ohne daß es spezifischer Kenntnisse über den zu regelnden technischen Prozeß bedarf.

Es miß lediglich eine für den jeweiligen technischen Prozeß geeignete Ausfüh­ rungsform eines solchen Reglers ausgewählt werden und sodann die dieser Aus­ führung entsprechenden Regel-Parameter (wie z. B. Steigung der Auf- und Ab­ wärtsrampen des Sollwertgenerators oder etwa der Beeinflussungsgrenzwert) dem Prozeß entsprechend eingestellt werden, was durch einige Experimente mit dem technischen Prozeß möglich ist.

Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Regler ausgesprochen preisgünstig herzustellen, da sie zu ihrer Realisierung keinerlei aufwendiger Komponenten be­ dürfen. So sind etwa statt eines Mikroprozessors, wie er nach dem Stand der Tech­ nik für derartige Aufgaben nötig ist, lediglich einige Operationsverstärker und ei­ nige einfachere elektrische Bauteile zum Aufbau der Regler notwendig, da zur er­ findungsgemaßen Sollwertgenerierung keinerlei komplexen mathematischen Be­ rechnungen zu bewältigen sind. Der Kostenfaktor zur Solarzellenregelung auf das jeweils erzielbare Leistungsmaximum beträgt so z. B. gegenüber herkömmlichen MMP-Reglern etwa 1 zu 20. Das bedeutet natürlich nicht, daß die erfindungsgemä­ ßen Maximumregler nicht auch mittels Rechnern (wie Mikroprozessoren) realisiert werden können. Auch in diesem Falle behalten sie ihre erfindungsgemäßen Vor­ teile, insbesondere den Vorteil, daß sie die Nachteile einer nur lokalen Maximal­ wertsuche weitgehend vermeiden.

Im folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen herkömmlichen Regler nach dem Stand der Technik in schemati­ scher Prinzipdarstellung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Förderanlage, die mit einem Maxi­ mumregler betrieben werden kann,

Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf die Förderanlage nach Fig. 2,

Fig. 4-Fig. 8 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Maximum­ regler in schematischer Prinzipdarstellung,

Fig. 9a-Fig. 9o Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Maximumregler zur Regelung der elektrischen Leistung von Solarzellen auf Maximalleistung in Prinzipdarstellungen und zugehörigen Darstellungen von Signalmeß­ schrieben,

Fig. 10 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maximumreglers zur Regelung der elektrischen Leistung von parallegeschalteten Solarzellen auf Maximalleistung, und

Fig. 11a-11f Ausführungsformen erfindungsgemäßer Maximumregler zur Rege­ lung der Verlustleistung in einem Mikrowellengerät auf ein Minimum, bzw. zur Regelung des Wirkungsgrades auf ein Maximum.

Fig. 1 zeigt einen Regelkreis, bei dem eine Größe, nämlich die zu regelnde Größe fortlaufend erfaßt und mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleiches im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflußt wird. Der sich dabei ergebende Wirkungsablauf findet hier somit in einem geschlossenen Kreis, nämlich dem Regelkreis statt. Dabei wirkt, wie hier zu sehen ist, eine erste Eingangsgröße, die als Sollwert 1 bezeichnet wird und die der vorstehend erwähnten Führungsgröße entspricht auf den Regler 2 ein. Dieser erzeugt einen Stellwert 3, der auf den zu regelnden Prozeß 4 mittels geeigne­ ter Stellglieder einwirkt. Von dem so beeinflußten technischen Prozeß 4 erhält der Regler 2 eine zweite Einganggröße, die als Istwert 5 bezeichnet wird und die der vorstehend erwähnten zu regelnden Größe entspricht. Aufgrund der Abweichung von Istwert 5 und Sollwert 1 und des jeweils gewählten Reglertyps, also der inne­ ren Verhaltensweise des Reglers 2, wird dann jeweils ein neuer Stellwert 3 mittels eines Stellgliedes an den Prozeß weitergegeben; der Regelkreis wird so geschlos­ sen.

Fig. 2 zeigt eine Förderanlage für Schüttgut im Querschnitt und soll der näheren Veranschaulichung der technischen Aufgabe eines Maximumreglers dienen. Eine solche Förderanlage, wie hier zu sehen, kann dabei etwa der Beförderung von Schüttgut um Ecken herum dienen.

Ein Bandförderer 6 fördert ein Schüttgut 7 eine Förderstrecke hinan, um es an sei­ nem Ende auf einen kreisförmigen Förderteller 8 herabstürzen zu lassen, der sich um eine Achse 9 dreht. Die Geschwindigkeit des Förderbandes 6 und die Drehge­ schwindigkeit des Fördertellers 8 hängen sind dabei derart gekoppelt, daß eine Er­ höhung der Fördertellerdrehgeschwindigkeit immer auch eine Erhöhung der För­ derbandgeschwindigkeit bewirkt und umgekehrt eine Reduzierung jener auch zu einer Verlangsamung dieser führt. Damit ist immer gewährleistet, daß der Förder­ teller 8 soviel Schüttgut 7 vom Förderband 6 erhält wie er nach seiner durch die Tellerfläche nach oben begrenzten Kapazität zumindest theoretisch transportieren könnte. In einem Winkel beabstandet zu der Stelle, wo das Schüttgut 7 auf den Förderteller 8 auftrifft befindet sich ein Abstreifer 10, der das Schüttgut 7 vom Tel­ ler 8 an dieser Stelle wieder abstreift, worauf es vom Förderteller 8 herab über Schaufelrad 11, daß sich frei um eine Achse 12 dreht, weiter nach unten fällt, von wo ab sein weiteres Schicksal für die Betrachtung hier ohne Belang ist. Mittels der Messung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Schaufelrades 11 ist es möglich die Förderrate des Schüttgutes auf dem Förderteller 8 zu messen.

Die maximale Förderrate des Fördertellers 8 ist jedoch nicht nur von seiner Drehge­ schwindigkeit und seiner Fläche abhängig (diese Parameter bilden vielmehr nur eine theoretische Obergrenze), sondern insbesondere auch von der Beschaffenheit des Schüttgutes 7 selbst. Bei zu hoher Drehgeschwindigkeit und zu niedrigem Rei­ bungskoeffizienten wird das Schüttgut 7 infolge der Fliehkraft vom Förderteller 8 getragen und die erzielte Förderrate sinkt. Soll eine solche Anlage zur Förderung von beliebigem Schüttgut 7 mit jeweils maximal erzielbarer Förderrate betrieben werden, so bedarf es einer geeigneten Einflußnahme auf diesen technischen Prozeß.

Dabei scheidet eine Beeinflussung des Prozesses mit herkömmlichen Methoden zur Sollwertgenerierung für die Drehgeschwindigkeit aus: Eine Hinterlegung der je­ weilig optimalen Geschwindigkeiten des Tellers 8 für alle denkbaren Schüttgüter 7 kann nicht erfolgen, da im vorhinein ja nicht bekannt ist welches Schüttgut 7 gera­ de gefördert werden soll. Auch ist kein mathematischer Zusammenhang zwischen einer, in einer solchen Anlage sinnvoll erfaßbaren Materialeigenschaft des Schütt­ gutes 7 und seinem jeweiligen Reibungskoeffizienten bekannt, der eine Berechnung des optimalen Geschwindigkeitssollwertes erlauben würde. Somit stellt der hier vorgestellte technische Prozeß eine Aufgabe für einen Regler zur Erzielung eines Maximums (Maximumregler) dar. Zur weiteren Erläuterung des vorstehenden Bei­ spiels sei hier auch auf die Fig. 3 der Zeichnung verwiesen.

Fig. 3 zeigt die Förderanlage für Schüttgut nach vorstehend beschriebener Fig. 2 nun in Aufsicht von oben und dient der Ergänzung der Ausführungen hierzu zum besseren räumlichen Verständnis des Betrachters.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maximumreglers in schematischer Darstellung. Der Maximumregler hier weist dabei zunächst einen Sollwertgenerator 13 auf, welcher einen Sollwert 1 erzeugt. Weiterhin besteht er aus einem herkömmlichen Regler, wie zu Fig. 1 beschrieben, dem der vom Soll­ wertgenerator 13 kommende Sollwert 1 als Eingangsgröße zugeführt wird. Der Witz des hier zu sehenden Maximumreglers besteht nun darin, daß der vom her­ kömmlichen Regler 2 erzeugte Stellwert 3 nicht nur zur Beeinflussung des techni­ schen Prozesses 4 verwendet wird, sondern auch zur Beeinflussung der Sollwert­ generierung im Sollwertgenerator 13, was den hier zu sehenden Regelkreis zu ei­ nem Maximumregler macht. Diese Beeinflussung ist in der Zeichnung als Signal­ rückkopplungsstrecke 14 des Stellwertes 3 auf den Sollwertgenerator 13 dargestellt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maximum­ reglers in schematischer Darstellung. Hier wird nicht der Stellwert 3 selbst, sondern ein von diesem Stellwert 3 abhängiger weiterer Wert 15 zur Beeinflussung der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator 13 verwendet. Die Abhängigkeit des weiteren Wertes 15 vom Stellwert 3 ist dabei in der Darstellung hier in Form der Signalstrecke 16 dargestellt.

Auch Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maxi­ mumreglers in schematischer Darstellung. Hier dient als abhängiger weiterer Wert ein weiterer Stellwert 15 eines weiteren herkömmlichen Reglers 17 zur Beein­ flussung der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator 13. Dies bietet sich in sol­ chen Fällen an, wo von dem Stellwert 3 des herkömmlichen Reglers 2 des erfin­ dungsgemäßen Maximumreglers im Gesamtprozeß 4 technische Teilprozesse 18 abhängen, die auch dem Einfluß weiterer Regler 17 unterliegen. Der Stellwert 15 des weiteren Reglers hängt hier über die eigene Istwertrückkopplung dieses weite­ ren Reglers 17 vom Teilprozeß 18 her somit auch vom Stellwert 3 des herkömmli­ chen Reglers 2 des Maximumreglers ab, was in Fig. 5 durch die Signalstrecke 16 dargestellt ist. Dieser Stellwert 15 des weiteren Reglers 17 dient dann der erfin­ dungsgemäßen Beeinflussung 14 des Sollwertgenerators 13 des Maximumreglers.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maximumreglers schematisch dargestellt, in der ein vom Stellwert 3 abhängiger weiterer Wert 15 zur Beeinflussung 14 der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator 13 verwendet wird. Dabei erfolgt dies hier so, daß der vom Stellwert 3 abhängige weitere Wert 15 die Erzeugung des Sollwertes im Sollwertgenerator 13 immer dann beeinflußt, wenn der vom Stellwert 3 abhängige weitere Wert 15 oberhalb eines bestimmten Grenzwertes 19 liegt. In der schematischen Darstellung wird dies so dargestellt, daß auf der die Beeinflussung 14 darstellenden Signalstrecke ein Komparator 20 (eine Vergleichsschaltung) in die Signalstrecke eingeschleift ist, der die Beeinflus­ sung 14 des Sollwertgenerators 13 durch den Wert 15 immer nur dann zuläßt wenn der Wert 15 größer ist als der Grenzwert 19. Dies stellt nur eine von vielen Realisierungsmöglichkeiten einer solchen grenzwertabhängigen Beeinflussung dar. Dabei kann die Grenzwertüberwachung natürlich auch als Bestandteil des Soll­ wertgenerators selbst realisiert sein.

Fig. 8 zeigt ebenfalls eine schematisch dargestellte Ausführungsform nach der vor­ liegenden Erfindung, in der ein abhängiger weiterer Wert 15 zur Beeinflussung 14 der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator 13 verwendet wird und dieser Wert 15 die Erzeugung des Soliwertes im Sollwertgenerator 13 immer dann beein­ flußt, wenn der vom Stellwert 3 abhängige weitere Wert 15 oberhalb eines be­ stimmten Grenzwertes 19 liegt. Hier arbeitet der Sollwertgenerator 13 so, daß er ohne Berücksichtigung der Beeinflussung 14 durch den vom Stellwert abhängigen weiteren Wert 15 eine mit fortlaufender Zeit steigende Rampe 21 (eine Gerade mit einer bestimmten Steigung) erzeugt. Während einer Beeinflussung 14 hingegen fällt der Sollwert entsprechend einer Geraden mit einer bestimmten negativen Stei­ gung 22 (sogenannte fallenden Rampe). Der Absolutbetrag (der Betrag ohne Vor­ zeichen) der negativen Steigung der fallenden Sollwertrampe 22 während der Be­ einflussung 14 durch den vom Stellwert abhängigen weiteren Wert 15 ist dabei größer, als der Absolutbetrag der steigenden Sollwertrampe ohne die Beeinflus­ sung 14.

Anhand der Fig. 9a-9o werden im folgenden Ausführungsformen erfindungsge­ mäßer Maximumregler zur Regelung der elektrischen Leistung von Solarzellen auf Maximalleistung besprochen.

Dabei geben die Fig. 9a und 9b zunächst einen Überblick über den Aufbau solcher Regler.

Fig. 9a zeigt dabei zunächst den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Maximumreglers in dieser Verwendung. Ein Sollwertgenerator 13 erzeugt einen Stromsollwert (I-Soll) 1 der an einen herkömmlichen Regler 2, vorzugsweise einen PI-Regler gegeben wird. Dieser wiederum erzeugt einen Stellwert 3 (I-Stell) zur Beeinflussung der Stärke des Stromes, der aus dem Prozeß, also den Solarzellen, entnommen werden soll. Dies geschieht mittels eines Stellgliedes, vorzugsweise eines Inverters. Der tatsächlich fließende Strom 5 (I-Ist) wird dann als Istwert des Prozesses dem herkömmlichen Regler 2 wieder zugeführt. Gleichzeitig wird der Stellwert 3 (I-Stell) zur Beeinflussung 14 der Erzeugung des Stromsollwertes im Sollwertgenerator 13 verwendet.

Fig. 9b zeigt den in Fig. 9a prinzipiell beschriebenen Aufbau des Maximumreglers nun detaillierter, in dem hier insbesondere der technische Prozeß 4, also die Ent­ nahme von elektrischem Strom aus den Solarzellen und dessen Abgabe in ein elek­ trisches Netz näher dargestellt ist. Solarzellen 23, üblicherweise als Paneele, also in flachen rechteckigen Anordnungen einer Vielzahl einzelner in Reihe geschalteter Zellen verfügbar, weisen ihnen eigentümliche Strom-/Spannungskennlinien 24 und infolge dessen auch eine Strom-/Leistungskennlinien auf, die von verschiede­ nen Umgebungseinflüssen abhängt. Die wichtigsten dieser Einflüsse sind die Inten­ sität des einfallenden Lichtes und die Umgebungstemperatur der Zellen. Jedem Solarpaneel ist daher eine Schar von Kennlinien 24 zu eigen, wobei die gerade ak­ tuelle Linie von den o. a. Einflüssen abhängt. Die so jeweils umgebungsabhängig schwankende Leistung soll nun der Solarzelle entnommen und in ein Netz dessen Impedanz annähernd 0 Ω beträgt (etwa das öffentliche Netz) abgegeben werden, wobei angestrebt wird, immer die jeweils unter den Bedingungen der aktuellen Kennlinie größtmögliche Leistung aus dem Solarzellenpaneel 23 herauszuholen. Unter den hier vorgenannten Bedingungen ist steht nun aber die Leistung in einem direkten funktionalen Zusammenhang zu dem hinter dem Inverter 26 aus dem So­ larpaneel fließenden elektrischen Strom. Dies liegt daran, daß im Netz 29 (welches hier ja annähernd 0 Ω Impedanz aufweist, wie etwa das öffentliche Stromversor­ gungsnetz, somit kein typisches Inselnetz ist) die Spannung immer konstant ist, so daß es aufgrund dessen möglich ist, nicht die Leistung selbst, die ja das Produkt aus gerade fließendem Strom und zum gleichen Zeitpunkt anstehender Spannung darstellt, sondern den Strom selbst zu maximieren. Dies erspart den Aufwand für eine Multiplikationsschaltung, welche in preisgünstiger analoger Technik schwierig zu realisieren ist und führt unter diesen Bedingungen gleichwohl zum gewünsch­ ten Ergebnis, nämlich der Maximierung der jeweils gerade aus dem Solarpaneel entnommenen Leistung. Um diesen Strom nun regeln zu können, ist eine Inver­ ter-Schaltung 26 vorgesehen, die mit Hilfe von vier Stellgliedern, beispielsweise Thyri­ storen, die Beeinflussung des aus dem Solarpaneel 23 fließenden Stromes gestattet. Zugleich wird mittels dieses Inverters 26 der aus den Solarzellen 23 entnommene Strom wechselgerichtet. Die Ansteuerung des Inverters 26 erfolgt dabei über eine Ansteuerschaltung 27, etwa einen Pulsweitenmodulator, der aus dem vom Regler erzeugten Stellwert (I-Stell) 3 die entsprechenden Steuersignale für den Inverter 26 erzeugt. Der Strom wird nun nach dem Inverter 26 am Punkt 28 gemessen und als Istwert (I-Ist) 5 an den herkömmlichen Regler 2, hier ein PI-Regler, geleitet. Die Be­ einflussung 14 des Sollwertgenerators 13, der den Stromsollwert (I-Soll) 1 generiert, geschieht dabei mittels des Stellwertes (I-Stell) 3. Dabei erfolgt die Beeinflussung 14 immer dann, wenn der Wert I-Stell 3 oberhalb eines Grenzwertes 19 liegt, was mit­ tels eines Komparators 20 festgestellt wird. Der Sollwertgenerator 13 arbeitet so, daß er ohne Berücksichtigung der Beeinflussung 14 durch den Stellwert 3 eine mit fortlaufender Zeit steigende Rampe 21 (eine Gerade mit einer bestimmten Stei­ gung) erzeugt. Während der Beeinflussung 14 hingegen fällt der Sollwert 1 ent­ sprechend einer Geraden mit einer bestimmten negativen Steigung 22 (sogenannte fallenden Rampe). Der Absolutbetrag (der Betrag ohne Vorzeichen) der negativen Steigung der fallenden Sollwertrampe 22 während der Beeinflussung 14 durch den Stellwert 3 ist dabei größer, als der Absolutbetrag der steigenden Sollwertrampe 21 ohne die Beeinflussung 14.

Im weiteren wird nun die Funktionsweise des Maximumreglers anhand von Meß­ schrieben in den Fig. 9c-9n erläutert. Diese Meßschriebe wurden mit einem Pro­ gramm zur Simulation von Regelungsvorgängen erzeugt, daß dem prinzipiellen Funktionsaufbau entsprechend Fig. 9b nachgebildet war. Dabei wurden die techni­ schen Prozeßbedingungen unter denen der erfindungsgemäße Regler hierbei zu arbeiten hatte, äußerst schwierig, (weit schwieriger als in der Realität), gewählt, um seine Leistungsfähigkeit zu zeigen. So wurde etwa das Prozeßverhalten, also die Abhängigkeit der elektrischen Leistung der Solarzellen vom jeweils gezogenen Strom äußerst dynamisch gewählt, d. h. auf eine Änderung des Stromstellwertes reagieren die Solarzellen in der Simulation beinahe ohne jede Verzögerung. Damit ist es für den Regler insbesondere in Bereichen, in den die Leistung mit zunehmen­ dem Strom stark abfällt besonders schwierig, den Prozeß auszuregeln. Dies gilt um so mehr, als daß die Charakteristik der Solarkennlinien so gewählt wurde, (was in diesem Punkt im übrigen auch der Realität entspricht), daß ihr optimaler Betriebs­ leistungspunkt gerade kurz vor diesem problematischen steilen Bereich liegt. Unter tatsächlichen Bedingungen gestaltet sich der Prozeß jedoch nicht gar so schwierig, da er nicht verzögerungslos, sondern infolge einer meist zwischengeschalteten Ka­ pazität weit träger und damit einfacher zu beherrschen reagiert. Auch wurden die Reglerparameter in diesen Beispielen so gewählt, daß der Regler über den Bereich, der sich aus beiden als Extrembeispielen gewählten Solarzellen-Leistungskennli­ nien ergibt, hinaus noch in der Lage ist Leistungskennlinien zu regeln, die auch noch für Stromwerte größer als 9,0 Ampere eine Leistung der Solarzellen auswei­ sen. Es wurde mithin ein Beispiel gewählt, daß einen möglichst großen Regelbe­ reich unter recht schwierigen Regelbedingungen abzudecken versucht. Der Soll­ wertgenerator erzeugte dabei einen Stromsollwert, der ohne Beeinflussung durch den Stellwert des herkömmlichen Reglers einer sehr flachen Steigung, nämlich 0,004 A pro Zeiteinheit folgte. War die Beeinflussung durch den Stellwert hingegen gegeben (also gerade aktiv), so fiel der Sollwert mit -0,45 A pro Zeiteinheit. Als herkömmlicher Regler wurde ein PI-Regler verwendet, dessen Proportionalver­ stärkung (Proportionalbeiwert K_P) mit 0,35 und dessen Integralverstärkung (Inte­ grierbeiwert K_I) mit 0,000125 gewählt wurde. Dieser Regler war in der Lage Stell­ werte zu erzeugen die einer Beeinflussung der Stromstärke im Bereich von 0 A-9,5 A (Regelbereich) entsprachen. Der Grenzwert, ab dem die Beeinflussung des Sollwertgenerators durch den Stellwert aktiviert wurde betrug 8,9, (was einer Stromstärke von ca. 8,9 Ampere bei annähernd ungestörter Reaktion des Prozesses auf den Stellwert entspricht). Die beiden als Beispiele verwendeten Leistungskenn­ linien weisen bereits ab 9,0 A keine Leistung mehr auf. Es ist jedoch unter den vor­ genannten Bedingungen denkbar, daß sich eine solche Kennlinie bei besonders starker Sonneneinstrahlung noch weiter verbessert und dann das Solarpaneel auch noch Leistung bei Stromstärken über 9,0 A abgibt. Auch hierauf sollte der erfin­ dungsgemaße Maximumregler, wie bereits erwähnt, eingerichtet sein. Daher wur­ de sein Regelbereich auf einen Wert nicht unterhalb von 9,0 A begrenzt, sondern auf 9,5 A Maximum bemessen.

Fig. 9c zeigt den Verlauf einer Strom-/Spannungskennlinie 24a der Solarzellen bei unbewölktem Himmel, also einigermaßen intensivem Lichteinfall. Als Abszisse ist der Strom I in der Waagerechten und als Ordinate die Spannung U in der Senkrech­ ten aufgetragen. Der dargestellte Wertebereich des Stroms erstreckt sich hier von 0-10 Ampere, der der Spannung von 0-100 Volt. Die Kennlinie 24a verläuft bis zu einem Strom von etwas unterhalb 7,5 Ampere etwa konstant bei 100 Volt und stürzt dann nach einer kurzen Übergangsphase steil ab, um bei 9,0 Ampere bereits bei 0 Volt anzulangen, wo sie dann im weiteren auch verbleibt.

Fig. 9d zeigt den zur Strom-/Spannungskennlinie nach Fig. 9c zugehörigen Verlauf einer Strom-/Leistungskennlinie 30a. Sie findet ihr Maximum bei etwa 7,5 Ampere mit ca. 718 Watt.

In Fig. 9e ist nun anhand eines Meßschriebes die Arbeitsweise eines erfindungsge­ mäßen Maximumreglers mit einem Solarzellenpaneel mit einer Charakteristik nach den Fig. 9c und 9d zu sehen. Dabei ist hier der Verlauf des Sollwertes 1, des Stell­ wertes 3 und der aktuell aus dem Solarpaneel erzielten Leistung 30 zu sehen, wobei die Leistung der besseren Skalierbarkeit des Diagramms wegen durch den Faktor 100 dividiert wurde. Weiterhin ist der Grenzwert 19, oberhalb dessen die erfin­ dungsgemäße Beeinflussung des Sollwertes 1 durch den Stellwert 3 erfolgt, durch eine gestrichelte Linie eingezeichnet.

Da die einzelnen Kurvenverläufe für den nicht mit der Materie vertrauten Betrach­ ter nicht immer einfach voneinander zu trennen sind, sind die einzelnen Kurven der verschiedenen Werte noch einmal in den nachfolgenden Fig. 9f, 9g und 9h dar­ gestellt, und zwar:

• - der Verlauf des Sollwertes 1 in der Fig. 9f,
• - der Verlauf des Stellwertes 3 in Fig. 9g, und
• - der Verlauf der aktuellen Leistung 30 in Fig. 9h.

Die folgenden Ausführungen zur Funktion des erfindungsgemäßen Maximumreg­ ler beziehen sich daher nicht nur auf die Darstellung in Fig. 9e, sondern auch auf die Fig. 9f, 9g und 9h, die jeweils eine Betrachtung der einzelnen Kurvenverläufe ermöglichen.

Zunächst erzeugt der Sollwertgenerator eine steigende Rampe des Sollwertes 1. Zeitgleich hierzu steigt der Stellwert 3 etwas verzögert und, zunächst deckungs­ gleich mit der Leistungskurve 30. Nach einer Weile erreicht der Sollwert eine Größe von etwa 11 Ampere. Kurz zuvor war die Leistung 30 infolge eines mittlerweile zu hoch gewordenen Stellwertes 3 bereits abgesunken. Infolge dieses Absinkens und des weiter steigenden Sollwertes 1 reagiert der herkömmliche PI-Regler jedoch so, daß er versucht den Stellwert 3 weiter zu erhöhen, was die Leistung 30 jedoch noch stärker abfallen läßt. Stellwert 3 und Leistung 30 laufen wie eine Schere auseinan­ der. Jener 3 steigt immer stärker, diese 30 sinkt immer mehr, bis schließlich der Stellwert 3 so stark nach oben springt, daß er den Grenzwert 19 überschreitet. Auf diesem Niveau des Stellwertes 3, nämlich ab 9,0 (was einer Stromstärke von ca. 9,0 Ampere bei annähernd ungestörter Reaktion des Prozesses auf diesen Stell­ wert entspricht) bricht die Leistung nun aber völlig auf 0 Watt zusammen, was die steile Flanke, die auf den Wert 0 abfällt, im Diagramm zeigt. Durch dieses Über­ schreiten des Grenzwertes 19 durch den Stellwert 3 wird nun jedoch die erfin­ dungsgemäße Sollwertbeeinflussung des Sollwertgenerators aktiv, die den Soll­ wert 1 mit einer sehr steilen Rampe zurücknimmt. (Diese Rampe wirkt in der Dar­ stellung des Diagramms so, als ob der Sollwert senkrecht abfällt. Dies ist jedoch nicht so lediglich die zu geringe Auflösung des Diagramms weckt diesen Ein­ druck beim Betrachter. Wie bereits o. a. sinkt der Sollwert tatsächlich mit 0,45 A je Zeiteinheit.) Aufgrund der starken Rücknahme des Sollwertes 1 sinkt nun auch wieder der Stellwert 3 rasch unter die Beeinflussungsgrenze 19 ab und die Lei­ stung 30 steigt wieder rapide an. Da der Stellwert 3 nun den Sollwert 1 nicht mehr beeinflußt, steigt dieser von neuem an, was wiederum eine Erhöhung des Stellwer­ tes 3 bewirkt, worauf auch die Leistung 30 weiter ansteigt, bis zu dem Punkt, wo die Leistung 30 mit steigendem Stromstellwert 3 wieder absinkt. Hier beginnt der Zyklus nun von neuem und das Geschehen wiederholt sich. Auf diese Weise kann selbst bei diesem hochdynamischen Prozeßverhalten eine mittlere Leistung von ca. 675 Watt erzielt werden, was etwa 94% der theoretisch möglichen Spitzenlei­ stung von 718 Watt entspricht. In der Praxis liegen die Verhältnisse jedoch noch viel günstiger wie im weiteren noch dargestellt wird.

Zum Vergleich zeigt Fig. 9i den Verlauf der drei Größen ohne die erfindungsgemä­ ße Beeinflussung des Sollwertgenerators durch den Stellwert 3 Hier ist zu sehen, wie die Leistung 30 mit immer weiterer Erhöhung des Stromstellwertes (I-Stell) 3 schließlich zusammenbricht und bei 0 Watt verbleibt.

Fig. 9j zeigt den Verlauf einer Strom-/Spannungskennlinie 24b der Solarzellen bei bewölktem Himmel, also geringerem Lichteinfall. Als Abszisse ist der Strom I in der Waagerechten und als Ordinate die Spannung U in der Senkrechten aufgetra­ gen. Der dargestellte Wertebereich des Stroms erstreckt sich hier von 0-10 Am­ pere, der der Spannung von 0-100 Volt. Die Kennlinie 24b verläuft hier bis zu ei­ nem Strom von etwas unterhalb 4,5 Ampere etwa konstant bei 100 Volt und sinkt dann in einer längeren Phase ab, um auch hier bei 9,0 Ampere auf einem Wert von 0 Volt anzulangen, wo sie dann verbleibt.

Fig. 9k zeigt den zur Strom-/Spannungskennlinie nach Fig. 9i zugehörigen Verlauf einer Strom-/Leistungskennlinie 30b. Sie findet ihr Maximum bei etwa 6,6 Ampere mit ca. 570 Watt.

In Fig. 91 ist nun anhand eines Meßschriebes die Arbeitsweise eines erfindungsge­ mäßen Maximumreglers mit einem Solarzellenpaneel mit einer Charakteristik nach den Fig. 9i und 9k zu sehen. Die Arbeitsweise entspricht dem Prinzip, welches be­ reits unter Fig. 9e beschrieben wurde. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederho­ lungen wird daher an dieser Stelle auf die dortige Beschreibung verwiesen. Da der Kurvenverlauf der einzelnen dargestellten Werte hier etwas klarer zu trennen ist, wurde überdies auf eine nachfolgende Darstellung der Einzelkurven in jeweilig besonderen Diagrammen verzichtet. Im vorliegenden Fall konnte mit dem erfin­ dungsgemäßen Maximumregler eine mittlere Leistung von ca. 560 Watt erzielt werden, was etwa 98% der theoretisch möglichen Spitzenleistung von 570 Watt entspricht. Auch hier liegen die Verhältnisse in der Praxis aus den bereits eingangs erwähnten Gründen noch weit besser.

Fig. 9m zeigt eine Leistungsanpassung von einem Solarzellenkennlinienverlauf auf den anderen. Zusätzlich zu den bisher bereits erwähnten Größen ist hier noch die jeweilig erzielte mittlere Leistung 31 dargestellt. Zunächst stellt sich der erfin­ dungsgemäße Maximumregler während einer unbewölkten Phase auf die Leistung der Solarzellen unter diesen Bedingungen ein (vgl. hierzu auch die Kennlinien 24a und 30a in Fig. 9c und Fig. 9d). Er erreicht eine mittlere Leistung 31 von ca. 675 Watt. Sodann verstellt während einer Zeitphase 32 eine Wolke den unge­ hinderten Lichteinfall auf die Solarzellen. Sogleich führt die bereits unter Fig. 9e geschilderte Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Maximumreglers zu einer Lei­ stungsanpassung entsprechend der neuen, der Bewölkung entsprechenden Kennli­ nie der Solarzellen (vgl. hierzu auch die Kennlinien 24b und 30b in Fig. 9j und Fig. 9k). Die mittlere Leistung 31 sinkt während der Bewölkungsphase 32 auf etwa 560 Watt. Nach Ende der Bewölkungsphase 32 tritt der umgekehrte Fall ein. Der Prozeß wird automatisch wieder auf die neue Kennlinie (vgl. hierzu die Kurven 24a und 30a in Fig. 9c und Fig. 9d) in unbewölkter Situation bei etwa 675 Watt hochge­ fahren.

Fig. 9n zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der Fig. 9m, nämlich genau die Stelle an der die Leistungsanpassung auf die bewölkte Situation eintritt. Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Maximumreglers entspricht der unter Fig. 9e beschriebe­ nen. An der Stelle des hier dargestellten Leistungssprungs, also zu Beginn der Be­ wölkungsphase 32 tritt von hier ab der Sprung des Stellwertes 3 über den Grenz-, wert 19 früher auf, da die Leistung 30 infolge der veränderten Kennlinie nun früher zusammenbricht. Der Sollwert 1 wird somit früher durch den Stellwert 3 beeinflußt und die Leistung 30 somit auf dem gerade noch erzielbaren Maximum auf nun niedrigerem Niveau als zuvor gehalten, was sich auch an den kürzeren Abständen der Überschreitungen des Grenzwertes 19 durch den Stellwert 3 zeigt.

Fig. 9o gibt einen Eindruck davon, wie sich der Maximumregler aus den Fig. 9c-9n verhält, wenn man die verwendeten Kennlinienbeispiele tatsächlich als Extrem­ verläufe der Kennlinien auffaßt und dann in Folge den Regelbereich des herkömm­ lichen Reglers auf 8,9 A Maximalwert und den Beeinflussungsgrenzwert 19 auf 8,0 festlegen kann. Hier kann der Leistungswert 30 nicht bis auf 0 Watt absacken, da die Grenzwertüberschreitung des Stellwertes 3 über den Beeinflussungsgrenz­ wert 19 so früh eintritt, daß die hierauf stattfindende Korrektur des Sollwertes 1 zu einer rechtzeitigen Rücknahme des Stellwertes 3 und damit auch zu einem Auffan­ gen der Leistung 30 führt, bevor diese zu steil abfällt. Im übrigen gelten auch für die Fig. 9o die vorstehenden Erläuterungen zur Funktionsweise des erfindungsge­ mäßen Maximumreglers.

Allgemein kann zu den in den Fig. 9a-9o besprochenen Ausführungsformen er­ findungsgemäßer Maximumregler gesagt werden, daß diese auch die Nachteile einer nur lokalen Maximalwertsuche weitgehend vermeiden. Dies konnte in Expe­ rimenten mit der Reglersimulationssoftware deutlich gezeigt werden. Dabei wurde die Strom-/Spannungskennlinie eines Solarpaneels zunächst so verändert, daß sie bereits ein lokales Minimum bei 5,0 Ampere mit 55 Volt aufwies. Der Regler ging problemlos über dieses lokale Minimum, an dem die Leistung ja bereits abfiel, hin­ weg um dann, wie gewohnt dem Leistungsmaximum nach diesem Tal der Strom-/Spannungskennlinie zuzustreben. Auch stärkere Einbrüche auf dem Weg zum Maximum meisterte er problemlos. Bedingung scheint hierfür jedoch wohl zu sein, daß das globale Leistungsmaximum tatsächlich auch vor dem global stärksten auf­ tretenden Leistungsabfall liegt. Dies ist für Solarzellen jedenfalls immer der Fall, da hier die Leistung ab einer bestimmten Stromstärke immer zusammenbricht. Für viele andere technische Prozesse sind ähnliche Verhaltensweisen zu beobachten (etwa für das Kreisförderanlagenbeispiel oder die Leistungskurve eines Verbren­ nungsmotors in Abhängigkeit von der Drehzahl), so daß die erfindungsgemäßen Maximumregler somit weitgehend auch die Nachteile nur lokal arbeitender Maxi­ mumregler vermeiden.

In Fig. 10 ist wird die Verwendung eines Maximumreglers zur Regelung der elek­ trischen Leistung von parallel geschalteten Solarzellen 23 als Gleichstromquellen auf Maximalleistung gezeigt. Hier werden die parallelen Solarzellenpaneele 23 vor Aufschaltung auf das Stellglied (den Inverter) 26 des herkömmlichen Reglers 2, mittels Leistungsstellern 25, etwa Hochsetz- oder Tiefsetzstellern (auch Aufwärts- oder Abwärtswandler bzw. Spannungswandler genannt) auf ein einheitliches Spannungsniveau gebracht. Dies ermöglicht es insbesondere auch Solarzellenmo­ dule 23 (Solarpaneele) zu verwenden die unterschiedliche Ausgangsspannungsni­ veaus liefern. Für den erfindungsgemäßen Maximumregler verhalten sich diese parallel geschalteten Solarzellen 23 dann nach den Spannungswandlern 25 auf dem dortigen Spannungsniveau wie ein einziges Solarpaneel.

Anhand der Fig. 11a-11f wird nun ein erfindungsgemäßer Maximumregler zur Regelung der Verlustleistung in einem Mikrowellengerät auf ein Minimum bespro­ chen, was in anderen Worten gesagt einer Maximierung des Wirkungsgrades ent­ spricht. Hierbei werden als Soll- und Istwert die elektrische Spannung einer Span­ nungsquelle zur Versorgung eines Magnetrons und der Stellwert eines weiteren Stromreglers bzw. die elektrische Verlustleistung als ein vom erzeugten Span­ nungsstellwert des herkömmlichen Reglers abhängiger weiterer Wert zur Beein­ flussung der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator verwendet.

Fig. 11a zeigt dabei zunächst den Aufbau dieser Regelung mittels eines erfin­ dungsgemäßen Maximumreglers. Vom Prinzip her entspricht diese Regelung dem Prinzipschaltbild nach Fig. 6, auf deren Beschreibung hiermit auch ergänzend ver­ wiesen wird. Der zu regelnde technische Prozeß 4 wird hier jedoch detailliert dar­ gestellt.

Eine regelbare Spannungsquelle 33 versorgt einen Teilprozeß 18 des gesamten technischen Prozesses 4, nämlich ein Magnetron 18, welches eine bestimmte Strom-/Spannungskennlinie 36 (Detaildarstellung in Fig. 11f) aufweist mit der erforderli­ chen elektrischen Betriebsspannung.

Will man die Leistung eines Magnetrons regeln, so kann man dies etwa mittels ei­ nes Stromreglers, wie dies aus der US 5 053 882 bekannt ist, tun. Ein solcher Regel­ kreis ist auch hier als Bestandteil des technischen Gesamtprozesses 4 zu sehen. Aus einer vorgegebenen Leistung 35 (P-Soll)wird anhand der Strom-/Span­ nungskennlinie 36 des geregelten Magnetrons 18 die, dieser Leistung ent­ sprechende Stromstärke (I-Soll) 37 ermittelt, die als Sollwert auf einen weiteren Regler 17 geschaltet wird. Dieser weitere Regler 17 steuert mit seinem Stellwert 15 ein Stellglied 34, hier ein Potentiometer mit paralleler Überspannungs­ schutz-Zenerdiode, an, welches in der Lage ist, den Strom im Magnetronstromkreis auf das erwünschte Maß zu begrenzen. Der infolge dieser Einflußnahme noch im Ma­ gnetronstromkreis fließende Strom wird sodann als Istwert 38 dem weiteren Reg­ ler 17 zugeführt, der diesen Regelkreis so einregelt, daß sich der gewünschte Stromsollwert 37 und infolge dessen die gewünschte Leistung 35 auch tatsächlich einstellten.

Hierzu ist es jedoch erforderlich, daß die Spannungsquelle 33 eine, entsprechend der Strom-/Spannungskennlinie 36 (Detaildarstellung in Fig. 11f) zum Betrieb des Magnetrons 18 ausreichende Betriebsspannung zur Verfügung stellt. Damit hängt der technische Teilprozeß 18 (das Magnetron) nicht nur von der Stellgröße 15 des weiteren Reglers 17 ab, sondern auch von der, von der Spannungsquelle 33 erzeug­ ten Betriebsspannung.

Das Problem einer für jeden Leistungs- bzw. Strompunkt der Magnetronkennli­ nie 36 ausreichenden Spannungsversorgung des Magnetrons 18 ließe sich nun so lösen, daß die Spannungsquelle 33 zumindest immer die nach der Kennlinie 36 ma­ ximal erforderliche Betriebsspannung zur Verfügung stellen würde. In einem sol­ chen Falle würde das Stellglied 34 den Strom 38 und infolge dessen auch die Span­ nung am Magnetron 18 auf das Maß begrenzen, daß sich entsprechend der Kennli­ nie 36 am Magnetron bei diesem Strom 38 einstellt. Die Differenz würde am Stell­ glied 34, hier also dem Potentiometer, abfallen und als Verlustleistung in Wärme umgesetzt.

Besser wäre es jedoch, wenn die Spannungsquelle 33 jeweils nur die Betriebsspan­ nung zur Verfügung stellen würde, die für das Magnetron 18 im gewünschten Lei­ stungsbetriebspunkt erforderlich ist, um so keine Verlustleistung entstehen zu las­ sen.

Dies wird durch die vorliegende Anordnung mittels eines erfindungsgemäßen Ma­ ximumreglers erreicht. Der Stellwert 3 des herkömmlichen Reglers 2 steuert hierbei die regelbare Spannungsquelle 33 hinsichtlich der von ihr erzeugten Spannung an. Die Spannung, die sich dann tatsächlich an der Quelle 33 einstellt wird als Ist­ wert (U-Ist) 5 dem herkömmlichen Regler 2 zugeführt, der somit als Spannungs­ regler verwendet wird. Weiterhin wird der Stellwert (I-Stell) 15 des weiteren Reg­ lers 17 zur erfindungsgemäßen Beeinflussung 14 des Sollwertgenerators 13 ver­ wendet, der den Spannungssollwert (U-Soll) 1 des herkömmlichen Reglers 2 er­ zeugt.

Wie bereits vorstehend angeführt, hängt der technische Teilprozeß 18 (das Magne­ tron) nicht nur von der Stellgröße 15 des weiteren Reglers 17 ab, sondern auch von der, von der Spannungsquelle 33 erzeugten Betriebsspannung. Damit hängt der Teilprozeß 18 somit auch vom Stellwert 3 des herkömmlichen Reglers 2 ab.

Das Magnetron 18, als zu regelnder Teilprozeß wirkt über den Strom 38, der über es fließt auch auf den weiteren Regler 17 ein, da der Strom 38 hier als Istwert ver­ wendet wird. Infolge des im weiteren Regler 17 ablaufenden Regelprozesses ent­ steht damit weiterhin eine Wirkung auf den Stellwert (I-Stell) 15 des weiteren Reg­ lers 17.

Der Stellwert 15 des weiteren Reglers 17 hängt somit durch die vorangehend erläu­ terten Abhängigkeiten über die Rückkopplung des Istwertes 38 auf den weiteren Regler 17 vom Teilprozeß 18 her auch vom Stellwert 3 des herkömmlichen Reg­ lers 2 ab.

Die Beeinflussung 14 des Sollwertgenerators 13 durch den Stellwert 15 erfolgt im­ mer dann, wenn sich dieser Stellwert 15 oberhalb einer bestimmten Grenze 19 be­ findet.

Der Sollwertgenerator 13 selbst arbeitet in dieser Ausführungsform nach der vor­ liegenden Erfindung so, daß er ohne Berücksichtigung der Beeinflussung 14 durch den vom Stellwert abhängigen weiteren Wert 15 eine mit fortlaufender Zeit stei­ gende Rampe 21 (eine Gerade mit einer bestimmten Steigung) erzeugt. Während der Beeinflussung 14 hingegen fällt der Sollwert 1 entsprechend einer Geraden mit einer bestimmten negativen Steigung 22 (sogenannte fallenden Rampe). Der Abso­ lutbetrag (der Betrag ohne Vorzeichen) der negativen Steigung der fallenden Soll­ wertrampe 22 während der Beeinflussung 14 durch den Stellwert 15 ist dabei grö­ ßer, als der Absolutbetrag der steigenden Sollwertrampe 21 ohne die Beeinflus­ sung 14.

Diese Ausführungsform eines Maximumreglers nach der vorliegenden Erfindung führt so bei geeigneter Reglerparameterwahl zum gewünschten Ergebnis einer Verlustleistungsminimierung und damit zu einer Wirkungsgradmaximierung, was anhand der nachfolgenden Meßschriebe in den nachfolgenden Figur zu sehen ist.

Diese Fig. 11b-11e wurden genau wie die Schriebe der Fig. 9c-9o mit einer Simulati­ onssoftware erstellt, mit deren Hilfe der Regelkreis nach Fig. 11a abgebildet wurde, um dessen Funktionsweise nachvollziehen zu können.

Hier zeigt Fig. 11b eine Diagrammdarstellung, in der in der Abszisse die fortlau­ fende Zeit dargestellt ist und wo die Ordinate sowohl die elektrische Spannung U, wie auch die Leistung P wiedergibt. Die im Diagramm dargestellten Kurven geben den Spannungssollwert 1, den Stellwert des Spannungsreglers 3 sowie die Verlust­ leistung 39 für den Fall wieder, daß kein erfindungsgemäßer verlustleistungsopti­ mierender Maximumregler zum Einsatz kommt (also die erfindungsgemäße Rück­ kopplung des Stellwertes 15 auf den Sollwertgenerator 13 nach Fig. 11a fehlt).

Für das vorliegende Beispiel wurde eine Solleistung des Magnetrons von 1825 Watt vorgewählt. Eine Leistung von 1825 Watt entspricht nach der in Fig. 11f dargestell­ ten dortigen Kennlinie 36 des Magnetrons einer Stromstärke von 0,5 Ampere, auf die der Stromregler regeln muß, um diese Leistung bereitzustellen. Bei dieser Stromstärke liegt am Magnetron entsprechend seiner Kennlinie eine Spannung von 3650 Volt an. Der Spannungsregler muß die Spannungsquelle jedoch so regeln, daß das Magnetron jede Leistung entlang seiner Kennlinie zu erbringen in der Lage ist. D. h. er muß eine Spannung zur Verfügung stellen, die auch bei größtmöglich ge­ wählter Solleistung noch ausreicht. Da er diese Spannung im vorliegenden Fall nicht auf einen jeweiligen, von der gerade nachgefragten Leistung abhängigen Wert optimieren kann, muß er nach der in Fig. 11f dargestellten Kennlinie des hier verwendeten Magnetrons immer die mit 3800 Volt maximal notwendige Spannung erzeugen.

Entsprechend fährt der Sollwert 1 eine Rampe hoch, um dann gegen eine Sollwert­ begrenzung bei 3900 Volt zu laufen. Der Stellwert 3 regelt infolge dessen bis an sei­ ne maximale Stellgröße von 3800, was hier im Falle eines annähernd ungestört rea­ gierenden Prozesses auch unmittelbar zu einem Istwert von 3800 Volt an der Span­ nungsquelle führt.

Bei einem Istwert von 3800 Volt und einem Strom von 0,5 Ampere der einer Lei­ stung des Magnetrons von 1825 Watt entspricht, stellt sich am Magnetron jedoch nur eine Spannung von 3650 Volt ein. Die restliche Spannung von 150 Volt fällt am Stellglied des Stromreglers ab und wird dort als Verlustleistung 39 in Wärme um­ gesetzt. Diese Verlustleistung beträgt unter den vorangehend beschriebenen Ver­ hältnissen 75 Watt, nämlich 150 Volt Spannungsabfall mal 0,5 Ampere Stromfluß.

Die im Diagramm zu sehende negative Verlustleistung 39 im linken Teil der Kurve ist rein rechnerisch bedingt und kommt dadurch zustande, daß hier die Istspan­ nung der Spannungsquelle noch nicht ausreicht, um das Magnetron mit genügen­ der Spannung betreiben zu können.

Fig. 11c zeigt den Verlauf der Verlustleistungskurve 39 aus Fig. 11b in vergrößerter Darstellung zur besseren Übersicht.

Fig. 11d zeigt eine Diagrammdarstellung wie in Fig. 11b, dies jedoch für den Fall, daß ein erfindungsgemäßer verlustleistungsoptimierender Maximumregler zum Einsatz kommt (d. h. also, daß die erfindungsgemäße Rückkopplung des Stellwer­ tes 15 auf den Sollwertgenerator 13 nach Fig. 11a vorhanden ist).

Auch für dieses Beispiel wurde eine Solleistung des Magnetrons von 1825 Watt vorgewählt. Eine Leistung von 1825 Watt entspricht, wie bereits erläutert, nach der in Fig. 11f dargestellten Kennlinie 36 des Magnetrons einer Stromstärke von 0,5 Ampere, auf die der Stromregler regeln muß, um diese Leistung bereitzustellen. Bei dieser Stromstärke liegt am Magnetron entsprechend seiner Kennlinie eine Spannung von 3650 Volt an. Der Spannungsregler muß die Spannungsquelle jedoch so regeln, daß das Magnetron jede Leistung entlang seiner Kennlinie zu erbringen in der Lage ist. D. h. er muß eine Spannung zur Verfügung stellen, die auch bei größtmöglich gewählter Solleistung noch ausreicht. Vorliegend optimiert nun der in Fig. 11a dargestellte erfindungsgemäße Maximumregler dahingehend, daß er immer nur die Spannung erzeugt die gerade nötig ist, um das Magnetron bei der nachgefragten Leistung noch ausreichend zu versorgen.

Zunächst fährt der erfindungsgemäße Maximumregler den Sollwert 1 eine Rampe hoch, um dann zunächst gegen eine Sollwertbegrenzung bei 3900 Volt zu laufen Der Stellwert 3 (des herkömmlichen Reglers 2 aus Fig. 11a) steigt infolge dessen ebenfalls weiter an, und zwar solange, bis die Spannungsquelle dem Magnetron eine höhere Spannung, als eigentlich notwendig wäre, zur Verfügung stellt. Der Stromregler (der weitere Regler 17 aus Fig. 11a) muß nun infolge dessen den Strom begrenzen, was zu einem Spannungsabfall an seinem Stellglied und somit zu einer Verlustleistung 39 führt. Infolge des weiter ansteigenden Spanungsstellwertes 3 muß nun auch der Stromregler seinen Stellwert (der Stellwert 15 aus Fig. 11a) er­ höhen, um die gewünschte Stromstärke von 0,5 Ampere halten zu können. Dies geschieht solange, bis der Stellwert des Stromreglers eine bestimmte Grenze (näm­ lich den Grenzwert 19 aus Fig. 11a) überschreitet. Durch diese Überschreitung wird nun der Sollwertgenerator des Maximumreglers derart beeinflußt, daß er, solange die Beeinflussung andauert, nun einen Spannungssollwert 1 in absteigender Rampe generiert. Infolge dessen regelt der herkömmliche Regler (der Regler 2 aus Fig. 11a) die Spannungsquelle wieder herunter und der Stromregler kann seinen Stellwert etwas zurücknehmen, da er nun bei niedrigerer Spannung, nicht mehr so stark be­ grenzen muß, um 0,5 Ampere Stromstärke zu halten. Dies setzt sich solange fort, bis der Stellwert des Stromreglers wieder unter die Beeinflussungsgrenze gesunken ist und sodann den Sollwertgenerator nicht mehr beeinflußt, worauf dieser wieder einen Spannungssollwert 1 in steigender Rampe generiert. Dieser Vorgang wieder­ holt sich periodisch und hat bei geeigneter Reglerparametereinstellung, die sich am jeweiligen Prozeß durch Experimentieren bestimmen läßt, zur Folge, daß der Span­ nungsabfall am Stellglied des Stromreglers und damit auch die Verlustleistung 39 minimal d. h. für die Verlustleistung 39 um etwa 0 Watt gehalten wird, was energe­ tisch optimal ist.

Die im Diagramm zu sehende negative Verlustleistung 39 ist hier ebenfalls rechne­ risch bedingt und kommt dadurch zustande, daß hier die Istspannung der Span­ nungsquelle noch nicht ausreicht um das Magnetron mit ausreichender Spannung betreiben zu können.

Fig. 11e zeigt den Verlauf der Verlustleistungskurve 39 aus Fig. 11d in vergrößerter Darstellung zur besseren Übersicht. Das schwingende Verhalten der Verlustlei­ stungskurve 39 läßt sich im Vergleich zu der hier zu sehenden Darstellung bei wei­ terer Optimierung der Reglerparameter noch erheblich dämpfen.

Fig. 11f zeigt den für die Beispiele in den Fig. 11b-11e verwendeten Verlauf einer Magnetron Strom-/Spannungskennlinie 36. Selbstverständlich arbeitet die anhand der Fig. 11d und 11e erläuterte erfindungsgemäße Regelung unabhängig von der konkreten Form dieser Kennlinie. Vielmehr ist die Regelung aufgrund ihrer Ar­ beitsweise in der Lage, sich auf den jeweiligen konkreten Verlauf einer Magnetron­ kennlinie automatisch einzustellen. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig, da der genaue Kennlinienverlauf auch von Magnetronen gleichen Typs (sogar aus gleicher Fertigung) stärkeren Schwankungen unterliegt. Dies ist mit einem Maximumregler erfindungsgemäßen Typs, wie etwa zuvor stehend beschrieben, jedoch völlig un­ problematisch, da ein solcher Regler sich jeweils von selbst auf den genauen Kenn­ linienverlauf einstellt.

Allgemein kann zu den Fig. 11a-11f noch bemerkt werden, daß alternativ zum Stellwert des Stromreglers auch die elektrische Verlustleistung als ein vom erzeug­ ten Spannungsstellwert des herkömmlichen Reglers abhängiger weiterer Wert zur Beeinflussung der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator verwendet werden kann. Dies hat zur Folge, daß der Regler etwas leichter parametrierbar wird, da der Beeinflussungsgrenzwert leichter auf die jeweiligen technischen Prozesse einzu­ stellen ist. Jedoch wird dieser Vorteil mit dem Nachteil eines etwas erhöhten Meß­ aufwandes für die Verlustleistung erkauft, die ja einer Multiplikation von Span­ nung und Strom bedarf. In Einzelfällen wo die Reglerparametrierung Schwierigkei­ ten bereiten mag, kann dies jedoch gleichwohl sinnvoll sein.

Claims (19)

1. Maximumregler mit
einem Sollwertgenerator (13) und
einem herkömmlichen Regler (2),
wobei der Sollwertgenerator (13) einen Sollwerte (1) erzeugt, der dem her­ kömmlichen Regler (2) zugeführt wird und
der herkömmliche Regler (2) einen Stellwert (3) erzeugt, der auf den zu re­ gelnden Prozeß (4) einwirkt und
von dem Prozeß (4) ein Istwert (5) erfaßt wird, der dem herkömmlichen Regler (2) als Eingangsgröße zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
der vom herkömmlichen Regler (2) erzeugte Stellwert (3) oder, ein von diesem Stellwert abhängiger weiterer Wert (15) zur Beeinflussung (14) der Sollwertge­ nerierung im Sollwertgenerator (13) verwendet wird.

2. Maximumregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflus­ sung (14) der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator (13) durch unmittelba­ re Beeinflussung ohne Zwischenschaltung eines mathematischen Prozeßmo­ dells oder einer Ablaufsteuerung geschieht.

3. Maximumregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als abhängiger weiterer Wert (15) ein weiterer Stellwert eines weiteren herkömm­ lichen Reglers (17) zur Beeinflussung (14) der Sollwertgenerierung im Soll­ wertgenerator (13) verwendet wird.

4. Maximumregler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgenerator (13) ohne Berücksichtigung der Beeinflussung (14) durch den Stellwert (3) vom herkömmlichen Regler (2) oder durch den von diesem abhängigen weiteren Wert (15) einen mit fortlaufender Zeit monoton steigen­ den Sollwert (1) erzeugt.

5. Maximumregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der monotone Anstieg des Sollwertes (1) einer Geraden mit einer bestimmten Steigung (21), (einer sogenannten steigenden Rampe) folgt

6. Maximumregler nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwert (3) des herkömmlichen Reglers (2) oder der von diesem abhängi­ ge weitere Wert (15) die Erzeugung des Sollwertes (1) im Sollwertgenera­ tor (13) immer dann beeinflußt, wenn der Stellwert (3) oder der von diesem abhängige weitere Wert (15) oberhalb oder in Höhe eines bestimmten Grenz­ wertes (19) liegt.

7. Maximumregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenz­ wert (19) etwas unterhalb des maximal erreichbaren Stellwertes (3) oder etwas unterhalb der Maximalgröße des von dem Stellwert abhängigen weiteren Wer­ tes (15), vorzugsweise höchstens 15% unterhalb und besonders bevorzugter­ weise höchstens 10% unterhalb gewählt wird.

8. Maximumregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenz­ wert (19) so bemessen ist, daß er in gleicher Höhe wie der maximal erreichbare Stellwert (3) oder der von diesem abhängige weitere Wert (15) liegt.

9. Maximumregler nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwert (3) des herkömmlichen Reglers (2) oder der von diesem abhängi­ ge weitere Wert (15) die Erzeugung des Sollwertes (1) im Sollwertgenera­ tor (13) immer dann beeinflußt, wenn die erste Ableitung des Stellwertes (3) nach der Zeit oder die erste Ableitung des von diesem Stellwert abhängigen weiteren Werts (15) nach der Zeit oberhalb oder in Höhe eines bestimmten Grenzwertes (19) liegt.

10. Maximumregler nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwert (3) des herkömmlichen Reglers (2) oder der von diesem abhängi­ ge weitere Wert (15) die Erzeugung des Sollwertes (1) im Sollwertgenera­ tor (13) dahingehend beeinflußt, daß der Sollwert (1) während der Beeinflus­ sung (14) durch den Stellwert (3) oder durch den von diesem Stellwert abhän­ gigen weiteren Wert (15) auf dem Niveau gehalten wird, zu dem er sich vor Beginn der Beeinflussung (14) befand.

11. Maximumregler nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwert (3) des herkömmlichen Reglers (2) oder der von diesem abhängi­ ge weitere Wert (15) die Erzeugung des Sollwertes (1) im Sollwertgenera­ tor (13) dahingehend beeinflußt, daß der Sollwert (1) solange monoton fällt wie die Beeinflussung (14) andauert.

12. Maximumregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stell­ wert (3) des herkömmlichen Reglers (2) oder der von diesem abhängige weitere Wert (15) die Erzeugung des Sollwertes (1) im Sollwertgenerator (13) dahinge­ hend beeinflußt, daß der Sollwert (1) solange monoton fällt, wie die Beeinflus­ sung (14) andauert und dieser monotone Abfall des Sollwertes (1) während der Beeinflussung (14) durch den Stellwert (3) oder den von diesem abhängigen weiteren Wert (15) einer Geraden mit einer bestimmten negativen Steigung (22) (einer sogenannten fallenden Rampe) folgt.

13. Maximumregler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolut­ betrag (der Betrag ohne Vorzeichen) der negativen Steigung der fallenden Sollwertrampe (22) während der Beeinflussung (14) durch den Stellwert (3) oder den von diesem abhängigen weiteren Wert (15) größer ist, als der Abso­ lutbetrag der steigenden Sollwertrampe (21) ohne die Beeinflussung (14) durch den Stellwert (3) oder den von diesem abhängigen weiteren Wert (15).

14. Verwendung eines Maximumreglers nach einem der Ansprüche 1-13 zur Re­ gelung der elektrischen Leistung (30) einer Stromquelle (23) auf Maximallei­ stung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (23) ihre Leistung (30) in ein Netz (29) abgibt, dessen Impedanz annähernd 0 Ω beträgt (etwa das öffent­ liche Netz), als Soll- (1), Stell- (3) und Istwert (5) der elektrische Strom verwen­ det wird und der elektrische Strom als Istwert (5) des herkömmlichen Reg­ lers (2) nach dem Stellglied (26) des herkömmlichen Reglers (2) erfaßt wird, wobei der Stromstellwert (3) des herkömmlichen Reglers (2) zur Beeinflus­ sung (14) der Sollwertgenerierung des Stromsollwertes (1) im Sollwertgenera­ tor (13) verwendet wird.

15. Verwendung eines Maximumreglers nach einem der Ansprüche 1-13 zur Re­ gelung der elektrischen Leistung einer Stromquelle auf Maximalleistung, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stromquelle ihre Leistung an einen ohmschen Verbraucher abgibt, daß als Soll- (1), Stell- (3) und Istwert (5) die elektrische Leistung (30) verwendet wird und der elektrische Strom, wie auch die elektri­ sche Spannung zur Bildung des Istwerts (5) des herkömmlichen Reglers (2) nach dem Stellglied (26) des herkömmlichen Reglers (2) erfaßt werden, wobei der Leistungsstellwert des herkömmlichen Reglers (2) zur Beeinflussung (14) der Sollwertgenerierung des Leistungssollwertes (1) im Sollwertgenerator (13) verwendet wird.

16. Verwendung eines Maximumreglers nach einem der Ansprüche 1-15 zur Re­ gelung der elektrischen Leistung (30) von parallel geschalteten Gleichstrom­ quellen (23) auf Maximalleistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleich­ stromquellen (23) vor Aufschaltung auf das Stellglied (26) des herkömmlichen Reglers (2), vorzugsweise mittels eines Leistungsstellers (25), auf ein einheitli­ ches Spannungsniveau gebracht werden.

17. Verwendung eines Maximumreglers nach einem der Ansprüche 1-15 zur Re­ gelung der elektrischen Leistung (30) einer Stromquelle (23) auf Maximallei­ stung, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle (23) Solarzellen, die Licht in elektrische Energie wandeln, verwendet werden.

18. Verwendung eines Maximumreglers nach Anspruch 1 oder 2 zur Regelung des Wirkungsgrades einer Mikrowellenerzeugungsvorrichtung auf ein erzielbares Maximum, dadurch gekennzeichnet, daß als Soll- (1) und Istwert (5) die elek­ trische Spannung einer Spannungsquelle (33) zur Versorgung eines Magne­ trons (18) verwendet wird und die elektrische Verlustleistung (39) als ein vom erzeugten Spannungsstellwert (3) des herkömmlichen Reglers (2) abhängiger weiterer Wert (15) zur Beeinflussung (14) der Sollwertgenerierung im Soll­ wertgenerator (13) verwendet wird.

19. Verwendung eines Maximumreglers nach Anspruch 3 zur Regelung des Wir­ kungsgrades einer Mikrowellenerzeugungsvorrichtung auf ein erzielbares Ma­ ximum, dadurch gekennzeichnet, daß als Soll- (1) und Istwert (5) die elektri­ sche Spannung einer Spannungsquelle (33) zur Versorgung eines Magne­ trons (18) verwendet wird und der elektrische Strom als ein vom erzeugten Spannungsstellwert (3) des herkömmlichen Spannungsreglers (2) abhängiger weiterer Stellwert (15) eines weiteren herkömmlichen Stromreglers (17) zur Be­ einflussung (14) der Sollwertgenerierung im Sollwertgenerator (13) verwendet wird.