DE2001026A1

DE2001026A1 - Digitaler Regler

Info

Publication number: DE2001026A1
Application number: DE19702001026
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl-Ing Braun; Peter Dipl-Ing Braun
Original assignee: I & A Braun KG
Current assignee: I & A Braun KG
Priority date: 1970-01-12
Filing date: 1970-01-12
Publication date: 1971-07-22

Description

Digitaler Regler Es sind digitale Regler bekannt, die noch folgendem Prinzip arbeiten: Von der Regelgröße und der Führungsgröße wird je eine ihr proportionale Impulsfolge abgeleitet. Die Impulse in jeder Folge werden noch ihrer Anzahl fortlaufend miteinander verglichen. Tritt dabei eine Differenz auf, wird sie in einen Speicher eingegeben und verstellt dessen Stand entsprechend nach Betrag und Richtung. Der Speicherstand wird damit nach Größe und Vorzeichen proportional den aufgetretenen Impulsdifferenzen. Entsprechend dem jeweiligen Speicherstand wird - direkt oder indirekt - ein Stellorgan für die Regelgröße betätigt, in dem Sinne, daß es verringernd auf die Regelabweichung einwirkt, wodurch sich auch die Eingongs-Impulsfol gen einander angleichen.
FUhrt man einen derartigen Regler als elektronisches Gerät aus, dann wird er im wesentlichen aus Eingangs-Impulsformerstufen (E) mit Koinzidenz-Sperre (K), der lmpulsvergleicher-Schaltung (G), einem Vorwörts-Ruckwörts-Zd.hler (Z) als Speicher und einem diuron angeschlossenen Digitol-Analog-Umsetzer (U) zur Abgabe des Stell-Ausgangsstroms bestehen (Fig 1).
Solche Regler können fUr alle Größen eingesetzt werden, die sich durch eine Folge von Impulsen darstellen lassen. Sie vermögen dos Verhältnis zwischen einer Fuhrungs- und Folgegröße zu regeln, oder den Absolutwert einer Regelgröße, indem an zur Führung eine Impulsfolge passender Frequenz vorgibt.
Bei Anwendungen zur Mengenregelung - wobei die Impulse dann inem bestimmten Inkrement des Volumens oder der Masse entsprechen - oder zur Ldngen- oder Drehwinkelregelung - wobei jeder Impuls ein bestimmtes Weg- oder Winkelinkrement derstellt - hat der Regler proportionalen Charakter. Wird der Regler zur Durchfluß- oder Drehzahl- oder Geschwindigkeitsregelung eingesetzt, arbeitet er mit integralem Verhalten.
Vorteilhaft ist in allen Fällen die Möglichkeit, den Sollwert sehr genau vorzugeben, die sich aus dem rein impulsmßigeb Vergleich ergibt und die fehlerlose Speicherung der Abweichung, die ebenfalls aus der digitalen Arbeitsweise folgt. Dagegen bereitet das dynamische Verhalten eines solchen Reglers Schwierigkeiten. Da der Stellausgang nur eine Reihe diskreter Werte onneh.en kann, uß die Zahl dieser Stufen groß gewühlt werden, ul ein quasi-stetiges Ausgongssignol zu erhalten. Sonst führt die Stellgröße dauernd große Sprünge um den eigentlichen Wert aus, was bei einer Regelstrecke kleiner Zeitkonstante zu dauernden Schwankungen fUhrt. Bei Regelkreisen mit größerer Zeitkonstante, insbesondere wenn sie höherer Ordnung sind, mt der Regler mit eine. großen Proportionalbereich Xp bzw. einer kleinen Konstante KI (bei Einsatz als integraler Regler) ausgestattet werden.
Dies ergibt verhältnismäßig langsammen Ausgleich von Regelabweichungen, oder - bei Nichtbeachtung - starkes Überschwingen. Das Hinzufugen eines P- oder D-Anteils mit hinreichend kleiner Verzögerung zu. digitalen Regler zur Verbesserung seines Verhaltens ist oft mit Schwierigkeiten verknupft, wenn ols Istwert-Signal ausschließlich Impulse zur Verfugung stehen.
Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch beseitigt oder mindestens stark verringert, daß die Steilheit seiner Stellausgangs-Kennlinie selbsttätig geändert wird, in Abhängigkeit von der herrschenden Auslenkung eus dc. Beharrungszustand, Ist die Auslenkung kleih, arbeitet der Regler auf einer flachen Kennlinie (entsprechend einem großen Xp Bereich bzw. einer kleinen KI-Konstante), während bei einer großen Abweichung der Regler auf einen steilen Zweig seiner Kennlinie gelangt (Fig. 2). Dementsprechend führt eine groß Regelabweichung, beispielsweise durch eine starke plötzliche Störgrößenschwankung oder durch eine rasche Änderung der Führungsgröße hervorgerufen, zu einer schnellen Beeinflussung der Regelgröße. Kleinere Regelabweichungen jedoch werden langsamer, dafür aber ohne Sprünge oder titer schwingen ausgeglichen.
Ist der digitale Regler als elektronisches Gerät ausgeführt, läßt sich diese Wirkung beispielsweise wie folgt erzielen: Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der en Fehlerspeicher bildet, wird unterteilt in zwei hintereinander geschaltete Zähler Z1 und Z2 (Fig,3), hierbei kann der erste Zähler Z1 eine Zähldekade (xl) umfassen; der zweite Z2 die folgenden (xiO und xlOO). Über Torschaltungen T1 und T2 können die von der Vergleicherschaltung ausgegebenen Differenzimpulse wahlweise auf den ZähLeingang von Z1 oder von Z2 gegeben werden, jeweils wieder getrennt nach der Richtung (V oder R), in der sie zu zählen sind. Die Tore können ganz oder teilweise auch Bestandteil der Zählschaltung sein, die von Zdhlrichtungssignalen auf entsprechend geschalteten Steuerleitungen beeinflußt wird. An den Zähler Z1 sind zwei Vorwahischaltungen angeschlossen (S1 und S2), die bei bestimmten Zählerständen, beispielsweise bei 0 und bei 9 unter Berücksichtigung des Vorzeichens, ansprechen.
Geschieht dies, so wird der Zähler Z1 für die Weiterzehlung in der betreffenden Richtung gesperrt, während er - um die RUckkehr in den Ausgangszustand zu erlauben -für die Gegenrichtung offenbleibt. Gleichzeitig werden die Zählimpulse von Ausgang der Vergleicherschaltung direkt auf den Eingang der Zählschaltung Z2 gegeben, die bisher nur von den Ausgangsimpulsen der Zählschaltung Z1 gespeist worden war. An die Zahl schaltungen sind Digital-Analog-Umsetzer U1 und U2 angeschlossen, die am Stellausgang des Reglers solche Anteile liefern, wie sie der Zähidekaden-Wertigkeit im Normalscholtzustand (xl, xlO, xlOO) entsprechen.
Im Beharrungszustand des Regelkreises wird der Zähler Z1 innerhalb der Ansprechgrenzen der Vorwahl schaltungen liegen. Bei einer kleinen Auslenkung bewegt er sich noch innerhalb dieses Bereiches, mit entsprechend kleinen Anderungen am Stell ausgang. Tritt eine große Regelabweichung auf, gelongt der Zähler Z1 wegen des plötzlichen starken Uberwiegens von Impulsen einer Richtung an die eine oder andere Schaltgrenze. Von da ab wird der Zähler Z2 direkt durch die Vergleicher-Ausgangsimpulse, also mit viel höherer Geschwindigkeit verstellt. Dementsprechend reagiert der Ausgang mit größerer Steilheit. Sie bleibt wirksam, bis zwischen der Führungs- und Regelgrößen-Impulsfolge wieder Gleichheit herrscht. Die Regelgröße wird deswegen zunächst überschwingen; dadurch aber kehrt der Zähler Z1 sofort in seinen Normalzustand zurUck, dem die kleinere Steilheit (großer Xp-Bereich bzw. kleines KI) entspricht.
Der Regelkreis kann somit in seinen Beharrungszustand besser gedämpft einschwingen, als es bei gleichbleibend gro-Ber Steilheit der Fall gewesen ware. Aus der Wahl der Schaltgrenzen ergibt sich das Verhältnis der Kennlinien-Steilheiten. Damit ldßt sich der Regler diesbezüglich der Regelaufgabe anpassen.
Das Verfahren ldßt sich durch Hinzufügen weiterer Schaltgrenzen und entsprechende Unterteilung der Zähler erweitern und verfeinern.
Es ist auch anwendbor auf andere als elektronische Fehlerspeicher, z.B. auf Regler mit Schrittmotorverstellung des Steligliedes. Durch Einschaltung entsprechender mechanischer Ubertragungsglieder, z.B. mit Feintrieb und Mitnahme des Grobtriebs durch Anschlag wird donn die Steilheit der Einwirkung auf die Regelgröße geändert, ebenfalls in Abhängigkeit der Auslenkung des Regelkreises aus dem bis dahin herrschenden Beharrungszustand.

Claims

Patentansprüche

10 Digitaler Regler nach dem Prinzip des Impulsfolgevergleichs und der Speicher- und Stellgliedverstellung durch die Impulsdifferenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit der Verstellung, der Xp-Bereich bzw. die KI-Konstante, selbsttdtig in Abhöngigkeit von der Größe der Auslenkung aus dem jeweiligen Behorrungszustond sich mindert.
2. Digitaler Regler nach dem Prinzip des Impulsfolgever gleichs und der Speichçr- und Stellgliedverstellung durch die Impulsdifferenzen, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei oder mehrere Glieder mit unterschiedlichem Einfluß auf die Regelgröße aufweist, die in Abhängigkeit von der Auslenkung aus dem jeweiligen Beharrungszustand wirksam gemacht werden.
3. Digitaler Regler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Zahl stufen benutzt werden, die mit unterschiedlicher Wertigkeit auf das Stellglied einwirken, und die nach dem Grad der Auslenkung aus dem jeweiligen Beharrungszustand direkt oder Uber dovorliegend Zöhlerstufen mit den Impulsdifferenzen aus dem Impulsfolgevergleich beaufschlagt werden0
4. Digitaler Regler nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung vom einen in einen anderen Zustand ausgelöst wird, sobald eine oder mehrere der Zahlstufen an eingegebenen Grenzwerten angelangt ist.
5. Digitaler Regler nach Anspruch t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Impulsdifferenzen direkt oder indirekt das Stellglied verstellt wird, und daß das Antriebs- oder Ubertragungsglied mit unterschiedlicher Steilheit auf das Stellglied einwirkt, abhängig von der Auslenkung aus dem jeweiligen Beharrungszustand.

L e e r s e i t e