DE2638231A1 - PID regulator with overshoot inhibition - has threshold trigger switching to prevent overshoot and steady state error - Google Patents
PID regulator with overshoot inhibition - has threshold trigger switching to prevent overshoot and steady state errorInfo
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Abstract
Description
PID-Regler mit nichtlinearem Eingriff PID controller with non-linear intervention
Die Erfindung betrifft einen PID-Regler mit nichtlinearem Eingriff, wie in den Ansprüchen gekennzeichnet.The invention relates to a PID controller with non-linear intervention, as characterized in the claims.
PID-Regler wirken in der Weise, daß nach einer auftretenden Störung die Stellgröße sehr schnell und nehr als notwendig verstellt wird, damit die Störung sofort wirkungsvoll bekämpft werden kann. Danach geht der Regler dann auf den zum Ausgleichen der Störung genügenden Wert zurück und regelt die Abweichung durch seinen Integralanteil vollständig aus.PID controllers act in such a way that after a fault has occurred the manipulated variable is adjusted very quickly and more than necessary so that the fault occurs can be effectively combated immediately. Then the controller goes to the Compensates for the disturbance back enough value and regulates the deviation by his Integral part completely.
Bisher bekannte Regler zeigen nach einer sprungförmigen Änderung des Sollwertes ein starkes Überschwingen der Regelgröße. Das Über schwingen der Regelgröße, insbesondere bei großer Amplitude und langer Zeitdauer, kann bei Reglern mit großer Verzögerungszeit bzw. Totzeit der Regelstrecke sehr stark sein. Dies führt zu einem unerwünschten Regelverhalten.Known regulators show after an abrupt change in the Setpoint a strong overshoot of the controlled variable. The overshoot of the controlled variable, especially with large amplitudes and long periods of time, controllers with large The delay time or dead time of the controlled system can be very large. This leads to a unwanted control behavior.
Dieses Verhalten ist u.a. bei der Temperaturregelung eines Heizelementes, das die Haut eines Probanden erwärmen soll, von Nachteil, da das Überschwingen unerwünscht hohe Temperaturen auf der Haut hervorruft, die u.a. zu Vei-brennungen führen können. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Regler zu entwicklen, bei dem das Überschwingen durch geeignete Eingriffe in den Regelkreis so verringert wird, daß eine vorgegebene obere Grenze der Scgungsamplitude nicht überschritten werden kann.This behavior is, among other things, with the temperature control of a heating element, which is supposed to warm the skin of a test person, disadvantageous, since the overshoot is undesirable causes high temperatures on the skin, which among other things can lead to burns. The object of the invention is to develop a controller in which the overshoot is reduced by suitable interventions in the control loop so that a predetermined upper limit of the vibration amplitude cannot be exceeded.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein nichtlinearer Eingriff in den PID-Regler erfolgt, sobald ein vorgegebener Grenzwert von der Regelabweichung überschritten wird. Durch die veränderte Einstellung des Reglers verringert sich die Überschwingweite und die Regelzeit.This object is achieved according to the invention in that a non-linear The PID controller is intervened as soon as a specified limit value of the control deviation is reached is exceeded. The changed setting of the controller is reduced the overshoot and the control time.
Gleichzeitig kann außerdem das Stellglied des Regelkreises durch geeignete Maßnahmen noch zusätzlich vorübergehend beim Uberschreiten des Grenzwertes blockiert werden. Damit wird eine zusätzliche Sicherung gegen zu große Überschwinger erreicht. Das Blockieren des Stellgliedes ohne den Eingriff in den Regler würde jedoch für sich alleine zu einem unerwünschten Schwingen des Regelkreiees führen.At the same time, the actuator of the control loop can also be controlled by suitable Measures are also temporarily blocked when the limit value is exceeded will. This provides an additional safeguard against excessive overshoots. Blocking the actuator without intervening in the controller would, however, for alone lead to an undesired oscillation of the control loop.
Für den Fall, daß der Regler ausfällt und dadurch die Regelstrecke unkontrollierbar ihre Werte verändert, kann das Stellglied durch eine weitere zusätzliche Schaltungsanordnung bleibend blockiert werden.In the event that the controller fails, and thereby the controlled system If their values change uncontrollably, the actuator can be replaced by a further additional Circuit arrangement are permanently blocked.
Die Erfindung wird anhand eines Blockschaltbildes (Figur 1) erläutert, an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben (Figur 2) und die Wirkung des Eingriffs an einem Diagramm (Figur 3) gezeigt.The invention is explained using a block diagram (Figure 1), described in more detail using an exemplary embodiment (FIG. 2) and the effect of the intervention shown on a diagram (Figure 3).
Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt einen Regelkreis mit der Regelstrecke 1, dem Stellglied 2, dem Regler 3 mit dem Summationspunkt S, dem Sollwertgeber U 11 dem Istwertaufnehmer ist und dem Vergleicher 5. Der Regelkreis mit diesen Elementen entspricht dem Stand der Technik.The block diagram according to FIG. 1 shows a control loop with the controlled system 1, the actuator 2, the controller 3 with the summation point S, the setpoint generator U 11 is the actual value pick-up and the comparator 5. The control loop with these elements corresponds to the state of the art.
Gemäß der Aufgabe der Erfindung soll ein nichtlinearer Engriff in den Regler erfolgen. Dies wird durch folgende Maßnahmen bewirkt: Der Unterschied von Ist- und Sollwert (Uist - Usoll) wird mit einem Grenzwert U im Vergleicher 6 verglichen, wobei ein g Schwellenwertschalter 4 ein Signal an den Summationspunkt S abgibt, sobald die Schwelle überschritten wird. Durch diesen Eingriff in den Regler S,3 wird dessen Regelverhalten verändert, sodaß das Überschwingen begrenzt wird. Die Stabilität des Regelkreises bleibt durch diese Anordnung erhalten.According to the object of the invention, a non-linear engagement in the controller. It does this by doing the following: The difference The actual and nominal value (Uact - Usoll) are compared with a limit value U in the comparator 6 compared, a g threshold switch 4 sends a signal to the summation point S releases as soon as the threshold is exceeded. This intervention in the regulator S, 3 its control behavior is changed so that the overshoot is limited. This arrangement maintains the stability of the control loop.
Desweiteren besteht eine Verbindung des Ausgangs des Schwellenwertschalters 4 zum einen direkt mit dem Stellglied 2, wodurch dieses zusätzlich kurzzeitig blockiert wird, und zum anderen mit dem Zeitglied 7 und dem Speicherglied 8. Diese zweite Anordnung, die eine weitere Sicherung darstellt, bewirkt ehe vollständige und bleibende Blockierung des Stellglieds 2, wenn eine Störung länger anhält als die Zeitkonstante des Zeitgliedes 7 vorgibt.There is also a connection to the output of the threshold value switch 4 on the one hand directly to the actuator 2, which also blocks it for a short time and on the other hand with the timer 7 and the memory element 8. This second arrangement, which is a further safeguard, produces before complete and permanent blocking of the actuator 2 if a fault lasts longer than the time constant of the timer 7 specifies.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Regelschaltung und Figur 3 graphisch das Verhalten des Reglers bei einer stufenförmigen Änderung des Sollwertes. Figure 2 shows an embodiment of the control circuit and figure 3 graphically shows the behavior of the controller in the event of a step change in the setpoint.
Der Sollwertgeber besteht aus dem Spannungsteiler mit den Widerständen R1, R2, R3, dem Schalter S1, mit dem verschiedene Sollwerte eingestellt werden können, und dem Impedanzwandler V1, an dessen Ausgang die Sollspannung U ansteht. Der Istwert wird über den temperaturempfindlichen Widerstand R14 (z.B. einen NTC) der Meßbrücke bestimmt, die aus den Widerständen R11...R14 besteht. Die Brückenspannung wird durch den Verstärker V2 mit dem parallel geschalteten Widerstand Rlo auf die Ausgangsspannung Uist verstärkt.The setpoint generator consists of the voltage divider with the resistors R1, R2, R3, the switch S1, with which various setpoints can be set, and the impedance converter V1, at the output of which the target voltage U is present. The actual value is connected to the measuring bridge via the temperature-sensitive resistor R14 (e.g. an NTC) determined, which consists of the resistors R11 ... R14. The bridge tension is through the amplifier V2 with the parallel connected resistor Rlo to the output voltage U is reinforced.
Der Regler des Regelkreises ist ein PID-Regler mit dem Verstärker V3, den Widerständen R4 ... R7 und den Kondensatoren C6, C7 in bekannter Anordnung; dabei ist S der Sumuationspunkt des Reglers. Die Stellgröße, die am Ausgang des Verstärkers V3 anliegt, wird über den Widerstand Rg an die Basis des Transistors T1 geschaltet, der die Funktion eines Stellgliedes hat, welches das Heizelement R15 an seinem Emitter steuert Der Soll- und der Istwert U oll Uist werden über den Widerstand R4 bzw. R im Summationspunkt S des PID-Reglers 5 subtrahiert. Parallel dazu werden die beiden Werte Usoll und Uist über die Widerstände R16 und R17 auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators V4 geschaltet. Im Komparator wird die Differenz dieser beiden Spannungen mit der durch den Spannungsteiler R18, R19 definierten Grenzwertspannung u verglichen, die am g invertierenden Eingang des Komparators V4 ansteht. Ist die Differenz zwischen Istwert und Sollwert größer als der Grenzwert, so steht am Ausgang des Komparators V4 eine positive Spannung, die über die Diode D1 und den Widerstand R8 in den Summationspunkt S des PID-Reglers eingreift.The controller of the control loop is a PID controller with the amplifier V3, the resistors R4 ... R7 and the capacitors C6, C7 in a known arrangement; where S is the summation point of the controller. The manipulated variable that is sent to the output of the Amplifier V3 is applied, is via the resistor Rg to the base of the transistor T1 switched, which has the function of an actuator, which the heating element R15 controls on its emitter. The setpoint and actual value U oll Uist are controlled via the Resistance R4 or R at summation point S of PID controller 5 is subtracted. Parallel for this purpose, the two values Usoll and Uist are raised via the resistors R16 and R17 switched to the non-inverting input of the comparator V4. In the comparator becomes the difference between these two voltages and that determined by the voltage divider R18, R19 defined limit voltage u compared to the g inverting input of the Comparator V4 is pending. If the difference between the actual value and the setpoint is greater than the limit value, there is a positive voltage at the output of the comparator V4, which via the diode D1 and the resistor R8 into the summation point S of the PID controller intervenes.
Figur 3 3eist die Sprungantwort des Reglers bei einer stufenförmigen Anderung des Sollwertes A von einer Temperatur t1 auf eine zweite t2. Der Verlauf der Sprungantwort für einen bisher bekannten Regler ist durch den Kurvenzug B dargestellt, während der Kurvenzug C die Sprungantwort des neuerungsgemäßen Reglers wiedergibt. Dabei erhöht sich die Temperatur über den neuen Sollwert t2 nur um einen niedrigen fest vorgegebenen Wert G, der durch den Grenzwert U gegeben ist.FIG. 3 3e is the step response of the controller in the case of a stepped Change of the setpoint A from one temperature t1 to a second t2. The history the step response for a previously known controller is shown by curve B, while curve C reproduces the step response of the controller according to the innovation. The temperature only increases by a low one above the new setpoint t2 fixed predetermined value G, which is given by the limit value U.
g Die Ausgangsspannung des Komparators V4 kann zusätzlich über die Diode D2 und den Widerstand R23 an die Basis eines zweiten Transistors T2 geführt werden, dabei ist der Emitter über den Widerstand R24 mit der Basis verbunden und auf den Nullpunkt bezogen, während der Kollektor mit der Basis des Stel3+ransistors T1 verbunden ist. Ist die Ausgangs spannung des Komparators V4 positiv (Übertemperatur), so wird der Schalttransistor T2 leitend und sperrt somit den Stelltransistor T1 und blockiert die Regelstrecke. g The output voltage of the comparator V4 can also be adjusted via the Diode D2 and the resistor R23 led to the base of a second transistor T2 The emitter is connected to the base via resistor R24 and related to the zero point, while the collector with the base of the Stel3 + ransistor T1 is connected. If the output voltage of the comparator V4 is positive (overtemperature), so the switching transistor T2 becomes conductive and thus blocks the control transistor T1 and blocks the controlled system.
Fällt der Regler aus irgendeinem Grund aus, so ist eine weitere Sicherung eingebaut, die eingeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung am Komparator V4 längere Zeit ansteht, was auf eine Störung hinweist.If the controller fails for any reason, there is another fuse built in, which is switched on when the output voltage at the comparator V4 is longer Time is due, which indicates a malfunction.
Der Ausgang des Komparators ist über den Widerstand R20 und den Kondensator C21 mit der Basis des Transistors T3 verbunden; dabei ist der Widerstand R21 vom Bezugspotential zur Basis des Transistors T3 geschaltet, sodaß dieser normalerweise leitet. Am Kollektor über dem Kollektorwiderstand R22 wird ein Impuls einer bestimmten Zeitdauer abgenommen und auf den Takteingang des Spéicher-Flip-Flops Z1 geschaltet. Der D-Eingang des Speicher-Flip-Flops ist über das Verzögerungsglied R25C25 mit dem Ausgang des Komparators V4 verbunden. Ist die Zeitdauer für die Störung länger als die Zeitkonstante des Zeitgliedes, so wird das Flip-Flop gekippt. The output of the comparator is through resistor R20 and the capacitor C21 connected to the base of transistor T3; the resistor R21 is from Reference potential connected to the base of the transistor T3, so that this normally directs. At the collector via the collector resistor R22 a pulse of a certain Time taken and switched to the clock input of the memory flip-flop Z1. The D input of the memory flip-flop is via the delay element R25C25 connected to the output of the comparator V4. Is the duration of the disturbance longer than the time constant of the timer, the flip-flop is toggled.
dessen Ausgang schaltet über die Diode D und den Widerstand R23 den Schalttransistor T2, der die Regelstrecke, wie oben beschrieben, blockiert. Diese Blockierung ist jedoch von bleibender Dauer. its output switches via the diode D and the resistor R23 Switching transistor T2, which controls the controlled system, as described above, blocked. However, this blockage is permanent.
Sie kann nur durch den Schalter S2, der über den Reset-Eingang R das Flip-Flop Z1 zurücksetzt, aufgehoben werden, nicht Jedoch durch späteres Aufheben der Übertemperaturmeldung am Ausgang des Komparators V4 allein.You can only use the switch S2, which is via the reset input R. Flip-flop Z1 resets, can be canceled, but not by later cancellation the overtemperature message at the output of the comparator V4 alone.
Die Stell-, Zeit- und Speicherglieder können selbstverständlich auch auf andere Art und Weise als beschrieben verwirklicht werden.The actuators, timing and storage elements can of course also can be realized in a different way than described.
Die beschriebene Blockiervorrichtung kann bei entsprechender Umbeschaltung auch für den Fall benutzt werden, daß ein vorgegebener Grenzwert nicht für längere Zeit unterschritten werden soll.The blocking device described can be used with appropriate switching can also be used in the event that a given limit value is not for a longer period of time Time should be undercut.
Der erfindungsgemäße Regler hat eine besonders große praktische Bedeutung bei der Temperaturregelung von Meßwertaufnehmern für bestimmte physiologische und medizinisch-diagnostische Messungen, z.B. wenn der Aufnehmer unmittelbar auf der Haut eines Probanden aufliegen und zwecks Hyperämisierung des darunter liegenden Gewebes beheizt werden soll. Dies ist der Fall bei der transkutanen Bestimmung des Gehaltes von Blutgasen, insbesondere Sauerstoff (p02-Messung) mittels polarographisch wirkender Meßelektroden.The regulator according to the invention is of particularly great practical importance in the temperature control of transducers for certain physiological and medical-diagnostic measurements, e.g. when the transducer is directly on the On the skin of a test person and for the purpose of hyperaemia of the one underneath Fabric is to be heated. This is the case with the transcutaneous determination of the Content of blood gases, especially oxygen (p02 measurement) by means of polarographic acting measuring electrodes.
Durch die erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahmen wird zuverlässig verhindert, daß der Aufnehmer auch nur kurzzeitig zu heiß wird und dem Probanden Verletzungen zufügt.The circuit measures according to the invention reliably prevent that the transducer becomes too hot even for a short time and injuries to the test subject inflicts.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762638231 DE2638231A1 (en) | 1976-08-25 | 1976-08-25 | PID regulator with overshoot inhibition - has threshold trigger switching to prevent overshoot and steady state error |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762638231 DE2638231A1 (en) | 1976-08-25 | 1976-08-25 | PID regulator with overshoot inhibition - has threshold trigger switching to prevent overshoot and steady state error |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2638231A1 true DE2638231A1 (en) | 1977-11-10 |
Family
ID=5986330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762638231 Pending DE2638231A1 (en) | 1976-08-25 | 1976-08-25 | PID regulator with overshoot inhibition - has threshold trigger switching to prevent overshoot and steady state error |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2638231A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0025606A1 (en) * | 1979-09-13 | 1981-03-25 | Ampex Corporation | Apparatus for compensation of overshoot, undershoot and delay in response to step signals in a system comprising a reactive filter network |
EP0057573A1 (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-11 | Honeywell Inc. | Multistage thermostat |
DE3134953A1 (en) * | 1981-09-03 | 1983-03-10 | Schmid, geb.Bühl, Annemarie, 7914 Pfaffenhofen | Infrared irradiation device |
DE3142741A1 (en) * | 1981-10-28 | 1983-05-11 | Samson Ag, 6000 Frankfurt | Controller, in particular temperature controller without auxiliary power |
EP1630628A1 (en) * | 2004-08-24 | 2006-03-01 | LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG | Method for reducing position oscillations of an actuator controlled by a position controller of an automatic clutch |
-
1976
- 1976-08-25 DE DE19762638231 patent/DE2638231A1/en active Pending
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