DE2343511A1

DE2343511A1 - Regelungseinrichtung mit selbsttaetiger adaption der reglerparameter

Info

Publication number: DE2343511A1
Application number: DE19732343511
Authority: DE
Inventors: Erhart Dipl Ing Kunze; Max Dr Rer Nat Syrbe
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1975-03-13
Also published as: CH586425A5; DE2343511C2

Description

BMOWN₁ BOVlMI & ClE · AKTIENGESELLSCHAFT

MANNHEIM ' BHOV.'n BOV^fil

Mp.-Nr. 619/73 Mannheim, den 27. Aug. 1973

PAT- Mn/Fl.

"Regelungseinrichtung mit selbsttätiger Adaption der Regler- ι parameter" \

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungseinrichtung mit selbsttätiger Adaption der Reglerparameter des Reglers an eine Regelstrecke, unter Zuhilfenahme eines Bezugsmodells.

Regelkreise arbeiten nur dann zufriedenstellend, wenn die Reglerparameter den Parametern der Regelstrecke, ggf. nach den Kenndaten der Führungs- und Störsignale angepaßt sind. Die Parameter der Regelstrecken und der Führungs- und Störsignale sind aber häufig nicht konstant und ändern sich vielfach in nicht vorherzusehender V/eise. Für eine optimale Reglereinstellung ist es in diesen Fällen notwendig, die Reglerparameter fortlaufend selbsttätig den Änderungen nachzuführen. In Fig.1 j ist ein Regler 1 gezeigt, dem die Regelabweichung (w-x) sowie die Parameter k ^ zugeführt werden und dessen Strecke 2 über ei- '■ nen Signalausgang 3 die Größe der anstehenden Streckenparame- ; ter signalisiert. Die Anpassung der Parameter der Regelstrecke an die Reglerparameter soll nun selbsttätig und in optimaler Weise geschehen.

Es ist bekannt, eine Adaption der Reglerparameter mit einem idealen Regelkreis als Bezugsmodell auszuführen (Fig.2). Hierbei wird die Führungsgröße w sowohl einem Regler 4 mit nachgeschalteter Regelstrecke 5 als auch einem Modell 6 zugeführt,

^J

dessen Ausgangssignal x_M auf den Modelleingang zurückgeführt wird. Der Modellregelkreis ist optimal dimensioniert, und die beiden Ausgangssignale (Regelgröße χ und x™) beider Kreise werden verglichen, aus dem Differenzsignal x^. = x— - x~ v/erden Signale zur Parameteranpassung für den Regler 4 des Originalregelkreises abgeleitet. Nachteilig sind der hohe Realisierungsaufwand, die geringe Stabilität sowie die relativ große Adaptionszeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels derer eine selbsttätige optimale Anpassung der Reglerparameter an die Parameter der Regelstrecke ermöglicht wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Bezugsmodell wenigstens eine Reihenschaltung aus einem festen Regler und einer festen, bekannten und vereinfachten Regelstrecke vorgesehen ist und daß Mittel vorgesehen sind, mittels derer die Regelparameter in Abhängigkeit von spezifischen Eigenschaften des Bezugsmodells zu einem optimalen Wert hin verstellbar sind.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine schnelle Anpassung des Regelkreises an das Bezugsmodell erreicht. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Bezugsmodell für den j offenen Regelkreis ein Parallelmodell benutzt.

Ebenso vorteilhaft ist es jedoch auch, ein inverses Bezugsmodell für den offenen Regelkreis zu benutzen (Serienmodell).

Ϊ Hierdurch können einfache Bezugsmodelle verwendet werden, so daß ! eine große Anwendungsbreite ermöglicht wird. Ferner sind stochastische und deterministische Führungs- und Störungssignale jeder Art zulässig.

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BAD ORIGINAL

Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen und technische Merkmale sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Es zeigen

Fig. 3 einen Regelkreis mit einem Modell,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Gleiche bzw. gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 3 wird die Führungsgröße w zuneinen einem Regler 4 zugeführt, der eine Strecke 5 regelt. Die Störungsgröße ζ wird der Regelgröße am Ausgang der Strecke 5 zugeführt. Zum anderen wird die Führungsgröße w dem Modell 6 zugeführt, an dessen Ausgang das Signal x_M anliegt, das mit dem Signal Xq das Signal x_D bildet. Der Ausgang des Modells 6 ist nicht über eine Rückführung mit dem Eingang verbunden, d.h. es ist ein aufgeschnittener Regelkreis.

Zur näheren Erläuterung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird Fig. 4 herangezogen. Die Führungsgröße w wird einem Regler zugeführt, dem die Regelstrecke 5 nachgeschaltet ist, an deren Ausgang die Störungsgröße ζ die Regelgröße x_Q beaufschlagt. Der Regelstrecke 5 ist ein D-FilterSnachgeschaltet, an dessen Ausgang über den Punkt A hinweg das Signal x_Q auf ein Sensitivitätsfilter 8 geführt wird, das aus einem Verstärker 11 besteht, dem ein Dividierglied 12 nachgeschaltet ist, dessen Ausgang zur Bildung der Reglerparameter k^ zu einem Ausgang 15 geführt ist. Zweitens wird das Ausgangssignal des Dividiergliedes 12 zu einem

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Integrierglied 13 geführt, dessen Ausgang zum einen zum Ausgang 16 geführt ist und zum anderen zum Integrierglied 14 und drittens zu einem Multiplizierglied 18, das den Wert des Reglerparameters kp mit dem Signalwert des anderen Eingangs multipliziert und das Ergebnis in den Operationsverstärker 11 leitet. Der Ausgang des Integriergliedes 14 wird in gleicher Weise zu einem Multiplizierglied 19 gegeben, das den Wert des Reglerparameters k-z multipliziert und das Ergebnis wiederum in den Operationsverstärker 11 führt. Die Ausgänge 15, 16, 17 des Sensitivitätsfilters 8 sind mit einem Parameter-Rechner 7 verbunden, der jeweils über ein Multiplizierglied, die Faktorenbildner <\ *rx?t l~-z und Integrierglieder die Regelparameter k«., kp, k-, bildet, die dem Regler 4 zugeführt werden. Die Regelabweichung w-x wird ferner dem Bezugsmodell 6 zugeführt, an dessen Ausgang ein zweites D-Filter 10 vorgesehen ist, das die Größe Xj, bildet. Aus den Größen x_Q, x"_M wird die Größe x^ gebildet, die den Multipliziergliedern dem Parameter-Rechner 7 zugeführt wird zur Bildung der Parameter k^, k₂, k,. Die D-Filter 9, 10 sind Differenzierglieder, die in symmetrischer Weise hinter den Ausgängen der Regelstrecke 4 und des Bezugsmodells 6 liegen und die Größen x_Q bzw. x_M in die gefilterten Größen xL bzw. xV, überführen. Die D-Filter 9,10 sind für eine stabile Arbeitsweise des Adaptionsverfahrens notwendig. Die Übertragungsfunktion (ÜF) der D-Filter 9, 10 muß ebenso viele Nullstellen in Ursprung der p.-Ebene haben wie die Reglerstreckenübertragungsfunktion Pole im Ursprung hat. Im Zweig des Bezugsmodells 6 kann das D-Filter 10 mit dem Bezugsmodell 6 zusammengefaßt werden, wodurch sich Vereinfachungen ergeben. Die Pole der D-Filter 9f10 müssen nicht notwendigerweise einfach oder reell sein.

Das Sensitivitätsfilter 8 realisiert die Übertragungsfunktion - c— ^ RO , wobei F_Dn die Übertragungsfunktion des Reglers

*R0 3"TT₁₇ ^κυ
im Originalsystem ist. Durch die Übertragungsfunktion

^FR0 ^{= k}1 ^{p + k}2 ^{+ k}3 ^ist ^⁰"¹** ^{das in Fi}ß· ^ gezeigte Sensiti-

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vitätsfilter gegeben. Die Ausgänge des Sensitiv!tätsfliters liefern die Größen 9 xL , wobei y den betreffenden Reglerparameter

bezeichnet. In der Umgebung der optimalen Reglerparameter k ^op können die Division im Vorwärtszweig und die Multiplikationen in den Rückführungen des Sensitivitätsfilters durch die konstanten Faktoren k^⁰^ bzw. kp ⁰^ ^ersetzt werden. Dadurch ergibt sich eine strukturelle Vereinfachung, die insb. zu einer gerätetechnischen Vereinfachung führt. Der Parameter-Rechner 7 berechnet die Reglerparameter nach dem Gradienten-Verfahren. Unter Gradienten-Verfahren ist zu verstehen eine Beziehung der Form:

Es können verschiedene Arbeitsgleichungen realisiert werden

¹· fr" = -^*d ⁹*o

^dt sr;

^XD

y Konstanten, die nach Gesichtspunkten der Stabilität und der Einstellgeschwindigkeit dimensioniert werden.

Das Bezugsmodell 6 besteht aus der Reihenschaltung von Regierund Streckennachbildungen und kann wesentlich einfachere Strukturen aufweisen als das Original. Insbesondere ist es auch möglich, das Verfahren mit einem inversen Bezugsmodell -r«—

^^FR'^FS^jM

zu betreiben, entsprechend der Anordnung nach Fig. 5. Dabei ist N ein Filter, dessen übertragungsfunktion die Realisierung des inversen Modellganges ermöglicht. Gleichzeitig muß N die Funktionen der D-Filter in 9, 10 in der Anordnung nach Fig. 4 mit

*bzw. ^^^υ - 6 -

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ORIGINAL INSPECTED

übernehmen, wenn die Übertragungsfunktion des inversen Modelles Pole im Ursprung hat. Zur Unterscheidung wird das Verfahren in Fig. 4 als Parallelmodell-Verfahren und das nach Fig. 5 als Serienmodellverfahren bezeichnet. Mit N ^Fp'Fo)», erhält man

aus der Struktur des Serienmodellverfahrens die Struktur des Parallelmodellverfahrens.

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Claims

- 7 Patentansprüche

1.^: Regelungseinrichtung mit selbsttätiger Adaption der Reglerparameter des Reglers an eine Regelstrecke, unter Zuhilfenahme eines Bezugsmodells, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugsmodell v/enigstens eine Reihenschaltung aus einem Regler und einer Regelstrecke vorgesehen ist und daß Mittel vorgesehen sind, mittels derer die Regelparameter in Abhängigkeit von spezifischen Eigenschaften des Bezugsmodells zu einem optimalen Wert hin verstellbar sind.

2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsmodell als Parallelmodell ausgebildet ist,

3. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsmodell als inverses Serienmodell ausgebildet ist.

4. Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ordnung des Bezugsmodells kleiner ist als die Ordnung des offenen Regelkreises.

5· Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochpaßfilter zur Stabilisierung des Adaptionsprozeßes vorgesehen ist.

6. Regelungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensitivitätsfilter vorgesehen ist, das an die gefilterte Regelgröße (Punkt A in Fig. 1 und Fig.2) angeschlossen ist.

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7. Regelungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensitivitätsfilter vorgesehen ist, das an die gefilterte Bezugsgröße (Punkt B in Fig. 4 und Fig.5) angeschlossen ist.

8. Regelungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaktoren des Sensitivitätsfilters im Vorwärtszweig und in den Rückführungen während der Adaption synchron durch die Regelparameter nachstellbar sind.

9. Regelungs einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaktoren des Sensitivitätsfliters konstant sind.

10. Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Parameter-Rechner vorgesehen ist und daß zur Berechnung der Regelparameter die Funktion sign. 9 ausgerechnet und eingesetzt wird.

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