DE2447632A1

DE2447632A1 - Regeleinrichtung zur regelung von mehreren regelgroessen

Info

Publication number: DE2447632A1
Application number: DE19742447632
Authority: DE
Inventors: Ernst-Reinhard Dipl I Oberhaus; Hans-Juergen Von Dipl Ing Thun
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-10-05
Filing date: 1974-10-05
Publication date: 1976-04-15
Also published as: DE2447632C2

Description

Regeleinrichtung zur Regelung von mehreren Regelgrößen Die ERfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung zur schnellen Regelung von in mehreren miteinander gekoppelten Regelkreisen auftretenden Regelgrößen, wobei Jede Regelgröße unabhängig von der anderen einstellbar ist.
Bei eng-miteinander gekoppelten Regtikreisen findet eine große gegenseitige Beeinflussung bei Änderung des Sollwertes für eine Regelgröße statt, welche sich darin äußert, daß bei der Änderung einer Regelgröße bzw. die anderen Regelgrößen ebenfalls unerwünschterweise geändert werden.
0 Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die gegenseitige BeeinLlussung die Regelgrößen kreise beseitigt, ohne daß die Systemdämpfung erhöht ist, und die Regeldynymik der miteinander vermaschten Kreise zu verbesserin.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Regelstrekke ein Stromregelkreis zugeordnet ist, dem jeweils ein Regel-I kreis für eine vorgebbare Regelgröße überlagert ist und daß ein Entkopplungsnetzwerk vorgesehen ist, über das die an einem StroF regelkreis auftretende Regelabweichung im Eingang anderer Stromregelkreise zuführbar ist.
Die Entkopplungsschaltung verändert vorteilhafterweise die dynamischen Eigenschaften der miteinander gekoppelten Regelkreise, so daß eine erhebliche Dynamikverbesserung erreicht wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Anordnung zur Zusatzdämpfung vorgesehen, mittels derer die Auswirkung der Kopplung der Regelkreise in der Weise kompensiert werden können, daß keine Schwingungen auftreten.
Vorteilhafterweise wird eine weitere Verbesserung des Regelverhaltens über eine Vorsteuerung der unterlagerten Regelkreise ermöglicht, so daß ebenfalls die Änderung der einen Regelgröße andere Regelgrößen nicht beeinträchtigt. Die Erfindung wird anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen Signalflußplan von drei miteinander vermaschten Regelkreisen in P-kanonischer Darstellung, Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Hinterachsgetriebeprüfstandes für den Regelkreise nach Fig.1 vorgesehen sind, Fig. 3 Frequenzgang und Phasenwinkel für das Entkopplungsnetzwerk, berechnet fßr ein LKW-Hinterachsgetriebe, Fig. 4 den Reglungsaufbau mit Entkopplung und Vorsteuerungseinrichtung am Beispiel von Regelkreisen für einen Hinterachsgetriebeprüfstand, Fig. 5 Regelkreise für einen Hinterachsgetriebeprüfstand mit Zusatzdämpfung.
Der in Fig.1 gezeigte vermaschte Regelkreis für die Regelung von Drehzahl und Drehmoment mittels der Regler 6,7a,7b und den unterlagerten Stromregelkreisen FIV> H1 und FIH2 ist nur beispielhaft für die Regelung an Prüfständen dargestellt; es können auch beliebig andere Regelgrößen mit Hilfe von mehreren miteinander vermaschten Regelkreisen geregelt werden.
Am Beispiel eines Hinterachsgetriebeprüfstandes wie er in Fig.2 gezeigt ist,wird das reglungstechnische Signalflußbild nach Fig später erläutert. Vorauszuschicken ist, daß ein Hinterachsgetriebeprüfstand einen Prüfling 1 (Fig2) aufnimmt, der über eine Antriebswelle und ein Schaltgetriebe 2 von einer elektrischen Maschine, gewöhnlich einer Gleichstrommaschine, der sogenannten: Vordermaschine 3 angetrieben wird.
An den Abtriebswellen des Prüflings 1 sind weitere elektrische Maschinen, sogenannte Hintermaschinen 4,5 angeschlossen, welche: ein vorgebbares Antriebs- oder Bremsmoment auf die Abtriebswellen ausüben. Sowohl Vordermaschine 3 als auch die Hintermaschinen 4,5 sind gesöhnlich mit Stromregelkreisen ausgerüstet, denen Regelkreise zur Drehzahlregelung bzw. air Momentenregelung verlagert sind.
In Fig.1 ist mit 6 der überlagerte Drehzahlregler bezeichnet, dem ein Stromregelkreis FIV unterlagert ist. Der Stromregelkreis FIV ist der Vordermaschine 3 (") zugeordnet, während die beiden Momentenregler 7a und 7b mit ihren unterlagerten Stromregelkreisen FIH1 FIH2 den Hintermaschinen 4,5 zugeordnet sind.
Zwischen den einzelnen Regelkreisen 6,7a,7b bestehen Kopplungen, die mit Hilfe der mit KK21, K31, K12' K32, K13 K23 bezeichneten Entkopplungsglieder aufgehoben werden können. Am Ausgang der unterlagerten Stromregelkreise treten Kopplungsnetzwerke auf, welche die Regelgröße der anderen Regelkreise beeinflussen. Die ihnen zugrunde liegenden Kopplungsfaktoren sind mit S11, S21 S31' S12' S22, S322 S13^ S23 533 S33 bezeichnet. Regelungstechnisch stellt der Prüfstand ein gekoppeltes Drei-Größen-Regelsystemdar, für das folgende Entkopplungsbedingungen abzuleiten sind unter der Voraussetzung gleicher Stromregelkreise.
Durch den symmetrischen Aufbau der Hinterachsen und deren Ani triebe lassen sich diese Entkopplungsbedingungen vereinfachen.
Aus Symmetriegründen ist jetzt S22 = S33 S.12 = S13 s = S23 32 = 23 S21 = S31 Es ergibt sich ferner Die Entkopplungsglieder enthalten Polynome höherer Ordnung} deren Frequenzgänge mit einem Digitalrechner in einfacher Weise ausgerechnet werden können. Die Ergebnisse der numerischen Auswertung mit Parametern eines ausgeführten Prüfstandes ist in Fig.3 gezeigt, wo die Frequenzgänge und Phasenwinkel von K21, 3 sowie K K13 und K23> K32 nach Amplitude und Phasenwinkel aufgezeichnet sind.
Die Entkopplungsnetzwerke zwischen den Regelkreisen können unter dem Gesichtspunkt vereinfacht werden, daß der starken Kopplung von Drehzahl-Drehmomentregelkreis (Spriinge von 5% der Nenndrehzahl) bewirkt Moment-Sinbrüche von 40X0 des Nenndrehmoments) die schwache Kopplung des Drehmoment-Drehzahlregelkreises gegenüber steht (Sprünge von 50% den Nenndrehms!.ents bewirken ein Nenndreli zahleinbruch von 3% der Nenndrehzahl). Eine Vereinfachung der Kopplungsnetzwerke ist dann möglich, wenn mehr Gesicht darauf gelegt wird, den Einfluß des Drehzahlregelkreises auf die Momentenregelkreise zu kompensieren.
Eine weitere Vereinfachung ist möglich, wenn von den Entkopp -lungsgliedern K21 bzw. K31 lediglich die Verstärkungen im stationären Zus-tand realisiert werden, die in einem Frequenzgang nach Fig. 3a ziemlich konstant sind.
Die Höhe der Verstärkung ist aus Syjnmetriegründen gegeben durch hierbei bedeuten Tmh die mechanische Konstante der Hintermaschine 4 bzw. 5 (Fig.2), Tmv die mechanische Zeitkonstante der Vordermaschine und Tmg die mechanische Zeitkonstante des Getriebes.
Da die Entkopplungsglieder K23 und K32 sich im stationären Zustand nicht auswirken, können diese entfallen.
Durch zusätzliches Einführen von dynamisch wirksamen Entkopplungsgliedern K12 und K13 wird eine entdämpfende Wirkung der Glieder K21 und K31 kompensiert.
Am Beispiel von Fig.4 wird gesagt, wie die Dynamik der Regelkreise durch einsatz einer Vorsteuerung neben der Verwendung des Entkopplungsnetzwerkes verbessert werden kann. Hierbei stellt 8 den Pl-Regler für den Geschwindigkeitsregelkreis dar, dem ein Stromregler 9 mit nachgeschaltetem Stromsteller 10 unterlagert ist. Die Stromregelgröße wird in den Eingang 11 des unterlagerten Stromregelkreises 9,10 zurückgeführt und zugleich die Drehzahl der Vordermaschine 3 in den Eingang 12 des überlagerten Drehzahlregelkreises zurückgegeben. Weitere, entsprechend ausgebildete unterlagerte Stromregelkreise 9,10 sind für den Antr; der Maschinen 4,5 vorgesehen, wobei an diesen Maschinen 4,5 im vorliegenden Fall das Drehmoment Mdh1, zu Mdh2 gemessen und zum Eingang bereit sind, 14 zurückgeführt wird.
Da Strom und Drehmoment in elektrischen Maschinen einander proportional sind, wird zur Realisierung der Vorsteuerung der Silwertfür dao Drehmoment zusätzlich mit positiven Vorzeichen in die Eingänge 15 bzw. 16 der Stromregelkreise 9,10 für die Hintermaschine 4,5 eingegeben und mit negativem Vorzeichen in den Eingang 11 des Stromregelkreises 9,10 für die Vordermaschine 3.
Die sich nun am Eingang 11 einstellende Regelabweichung Xw wird über das Entkopplungsnetzwerk 17 in den Eingang 15 bzw. 16 der unterlagerten Stromregelkreise für die Hintermaschine 4,5 eingegeben. Das Ehtkopplungsnetzwerk 17 kann als Verstärker mit einem Verstärkerfaktor kleine 1 ausgebildet sein.
Durch die Vorsteuerung wird die erheblich bessere Dynamik der unterlagerten Stromregelkreise ausgenutzt und der Drehmomentrea ler 18 bzw. 19 hat nur noch die Aufgabe,stationär entstehende Abweichungen auszuregeln.
Anstelle des in Fig.4 gezeigten Regelkreises für eine Drehzahlregelung der Vordermaschine 3 und einer Momentenregelung der Hintermaschinen 4,5 ist auch eine Umschaltung in der Weise möglich, daß die Vordermaschine 3 auf Drehmoment und die Hintermaschinen 4,5 auf Drehzahl geregelt werden.
Eine weitere Verbesserung des Regelverhaltens bringt eine Zusatz dämpfung im Bereich der Stromregelkreise wie sie in Fig.5 gezeigt ist. Gleiche bzw. gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Als zusätzliche Maßnahme ist eine Zusatzdämpfung 20 vorgesehen, in welcher aus den Drehzahlen der Vorddrmaschine 3 und denen ein Signal gewonnen wird, das in den Eingang L bzw. 15,16 der unterlagerten Stromregelkreise mit positivem Vorzeichen eingegeben wird und in den Stromregelkreivf; eine Dämpfung verursacht, die proportional der Abweichungen der Drehzahlen der Hintermaschinen untereinander bzw. der Drehzahlen zwischen Vordermaschine und Hintermaschinen ist, und die mit einer vorgebbaren Verstärkung auf die Stromregler als Zusatzsollwert aufgeschaltet wird. Die dämpfende Wirkung der Zusatzdämpfung 20 ist abhängig von der Verstärkung, mit der die Differenz der Drehgeschwindigkeiten aufgeschaltet wird. Es ist demnach erforderlich, einmal die Differenz der Drehgeschwindigkeiten der beiden Hintermaschinen 4,5au erfassen und zum anderen die Differenz der Drehgeschwindigkeiten von Vordermaschine 3 zu Hintermaschinen 4,5 zu bilden. Mit der Differenz zwischen den Drehzahlen der beiden Hintermaschinen 4,5 werden die Schwingungen dieser Maschinen gegeneinander gedämpft, mit der Differenz von Drehzahl der Vordermaschine 3 zu den Drehzahlen der Hintermaschinen 4,5 lassen sich zusätzlich die Schwingungen dämpfen, die stetig von dem Getriebe 1 angeregt werden und zusätzlich das Ubergangsverhalten der beteiligten Regelkreise beeinflussen.
Die Vorteile, die sich aus der elektrischen Zusatzdämpfung über die Stromregelkreise, eine Teilentkopplung der Regelkreise und einer Momentenvorstauung ergeben, bestehen darin, daß eine erhebliche Dynamikverbesserung erreicht wird und die schwache Dämpfung von Regelstrecken und die vage Verkopplung der Regelkreise über die Regelstrecke ausgeglichen wird.

Claims

i Ansprüche

1 1. Einrichtung zur schnellen Regelung von in mehreren miteinander gekoppelten Regelkreisen auftretenden Regelgrößen, wobei Jede Regelgröße unabhängig von der anderen einstellbar ist, dadurch ekennzeichnet, daß jeder Regelstrecke ein Stromregelkreis zugeordnet ist, dem Jeweils ein Regelkreis für eine vop gebbare Regelgröße überlagert ist und daß ein Entkopplungsnetzwerk vorgesehen ist, über das die an einem Stromregelkreis auftretende Regelabweichung dem Eingang anderer Stromregelkreise zuführbar ist.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung für eine reglungstechnische Zusatzdämpfung der Stromregelkreise vorgesehen ist.
3. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch ! gekennzeichnet, daß eine Vorsteuereinrichtung vorgesehen vorgeschen ist, mittels derer ein vorgebbarer Regelsollwert zugleich als zusätzlicher Stromsollwert in alle unterlagerten Stromregelkreise eingebbar ist.
4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgrößen die an einem Hinterachsgetriebeprüfstand auftretenden Drehzahlen und Drehmomenten an der Antriebs- und Abtriebswelle vorgesehen sind, daß die Antriebs- und jede Abtriebswelle des zu prüfenden Hinterachsgetriebes jeweils mit einer elektrischen Maschine (Vorder-bzw. Hintermaschine) verbunden sind, daß jede Maschine einen eigenen Stromregelkreis aufweist und daß jedem Stromregelkreis ein Drehmomentenregelkreis und/oder ein Drehzahlregelkreis überlagert ist.
5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromregelkreis der Vordermaschine ein DrehzahlregeRres und dem t0mreg6kreiS jeder Hintermaschine ein Drehmomentregelkreis überlagerbar ist.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekelmzeichnet, daß dem Stromregelkreis der Vordermaschine ein Drehmomentenregelkreis und dem Stromregelkreis jeder Hintermaschine ein Drehzahlregelkreis überlagerbar ist.
7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung für die Zusatzdämpfung in der Weise ausgebildet ist, daß die gemessenen Drehzahlen nv, nH1 nH2 der elektrischen Maschinen miteinander vergleichbar sind und aus auftretenden Drehzahldifferenzen ein Regelsignal gebildet ist, das in die Stromregelkreise eingebbar ist und eine Dämpfung hervorruft.
8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Differenz der Drehgeschwindigkeiten gebildete Signal mit vorgebbarer Verstärkung auf die Stromregler als I Zusatzstromsollwerte aufschaltbar ist.
9. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Simmulatoreinrichtung vorgesehen istJ mittels derer nach einem Programm geordnete Sollwerte für die überlagerten Regelkreise eingebbar sind.

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