DE2643441A1 - Digitaler regler - Google Patents

Digitaler regler

Info

Publication number
DE2643441A1
DE2643441A1 DE19762643441 DE2643441A DE2643441A1 DE 2643441 A1 DE2643441 A1 DE 2643441A1 DE 19762643441 DE19762643441 DE 19762643441 DE 2643441 A DE2643441 A DE 2643441A DE 2643441 A1 DE2643441 A1 DE 2643441A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
proportional
integral
pulse
digital
register
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19762643441
Other languages
English (en)
Other versions
DE2643441C2 (de
Inventor
Ernest Dipl Ing Schussler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE2643441A priority Critical patent/DE2643441C2/de
Publication of DE2643441A1 publication Critical patent/DE2643441A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2643441C2 publication Critical patent/DE2643441C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/22Controlling the speed digitally using a reference oscillator, a speed proportional pulse rate feedback and a digital comparator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

  • Digitaler Regler
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Regler mit einem proportionalen und einem integralen Anteil im Übertragungsverhalten.
  • Bekannte Regler sind entweder als rein analoge Regler oder als analoge Regler mit digitalen Korrekturen ausgebildet, die bei höheren Anforderungen an Genauigkeit und Störsicherheit bei großer Komplexität einen hohen Schaltungsaufwand erfordern.
  • Die Einstellung der Regelparameter erfolgt über analoge Einrichtungen, beispielsweise über Potentiometer. Eine Parametereinstellung in Abhängigkeit von einer numerischen Steuerung ist nur nach einer aufwendigen Digital-Analog-Umsetzung möglich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Regler zu schaffen, dessen proportionale und integrale Regelparameter unabhängig voneinander durch Zahlenwerte vorgebbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen digitalen Regler mit folgenden Merkmalen erreicht: a) Ein Vergleichsglied zur Bildung eines Mittelwertes der Regeldifferenz durch Vergleich einer FUhrungsgrößenfrequenz und des Vorzeichens der Ftlhrungsgröße mit einer Regelgrößenfrequenz und dem Vorzeichen der Regelgröße unter Berücksichtigung einer Tastzeit; b) Ein dem Vergleichsglied nachgeschaltetes Proportionalglied mit einem Proportionalanteilspeicher zur Aufnahme eines den Proportionalanteil des Ubertragungsverhaltens bestimmenden Zahlenwertes; c) Eine dem Proportionalglied nachgeschaltete erste Begrenzerstufe; d) Ein erster Pulsbreitenmodulator zur Bildung einer Impulsreihe, deren arithmetischer Mittelwert der um den Proportionalitätsfaktor verstärkten Regeldifferenz proportional ist; e) Ein der Begrenzerstufe nachgeschaltetes Integralglied mit einem Integralanteilspeicher zur Aufnahme eines den integralen Anteil des Ubertragungsverhaltens bestimmenden Zahlenwertes; f) Eine dem Integralglied nachgeschaltete zweite Begrenzerstufe; g) Ein zweiter Pulsbreitenmodulator zur Bildung einer Impulsreihe, deren arithmetischer Mittelwert dem integralen Anteil proportional ist; h) Ein digitales Summierglied, dem die vom ersten Pulsbreitenmodulator und die vom zweiten Pulsbreitenmodulator gebildeten Impulsreihen zugeführt sind; g) Ein Mittelwertbildner zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes der Ausgangsimpulse des digitalen Summiergliedes.
  • Der erfindungsgemäße digitale Regler bietet die Vorteile einer hohen Langzeitgenauigkeit, einer Jederzeitigen Reproduzierbarkeit und einer einfachen und genauen Parametereinstellung. Die proportionalen und integralen Anteile seines ttbertragungsverhaltens lassen sich getrennt durch Vorgabe von Zahlenwerten einstellen, die insbesondere auch von numerischen Steuerungen unmittelbar in den Proportionalanteilspether und den Integralanteilspeicher eingegeben werden können. Das pulsbreitenmodulierte Ausgangssignal des erfindungsgemäßen digitalen Reglers läßt sich ohne aufwendige Digital-Analog-Umwandlung in ein Stellsignal umsetzen. Der arithmetische Mittelwert des pulsbreitenmodulierten Ausgangssignals des erfindungsgemäßen digitalen Reglers kann durch eine einfache Glättung gebildet werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen näher gekennzeichneten Ausgestaltungen ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Strukturbild eines erfindungsgemäßen digitalen Reglers, Figur 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen digitalen Reglers, Figur 3 und Figur 4 wesentliche Impulsdiagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen digitalen Reglers, Figur 5 die Mittelwertbildung eines pulsbreitenmodulierten Signals.
  • Bei einem digitalen Regler stehen die in digitaler Form vorliegende Regelgröße und die Führungsgröße Jeweils nur an diskreten Zeitpunkten zur Verfügung. Ein wie ein Abtastsystem arbeitender digitaler Regler kann daher einen analogen Regler nur näherungsweise nachbilden. Regeltechnisch gesehen verhält sich ein digitaler Regler wie ein System mit Totzeit, die bekanntlich einen störenden Einfluß auf die Dynamik und auf die Stabilität eines Regelkreises hat. Wenn die Abtastzeit eines digitalen Reglers hinreichend klein ist, so ist sie gegenüber den Eigenschaften der Regelstrecke vernachlässigbar und der digitale Regler kann als quasi-stetig betrachtet werden.
  • Die Gleichung eines unter dieser Voraussetzung definierten quasi-sitigen Reglers mit einem proportionalen und einem integralen Anteil im Übertragungsverhalten lautet: In der Gleichung (1) bedeuten die Stellgröße Ydn die Regeldifferenz VR den Proportionalitätsfaktor T1 die Integrierzeit und t das jeweilige Abtastintervall (t = 0,1,2,3 ...n).
  • Die Struktur eines digitalen PI-Reglers entspricht der Struktur eines analogen PI-Reglers mit folgenden Einschränkungen: Um die Regeldifferenz zu erfassen, werden Führungsgröße und Regelgröße als Frequenzsignale abgebildet und verglichen. Dieser Vorgang erfolgt über eine Mittelwertbildung während einer Abtastzeit. Die Abtastzeit wird so gewählt, daß ein den Anforderungen entsprechendes ausgewogenes Verhältnis zwischen Auflösungsvermögen und Dynamik entsteht. Da die FUhrungsgröße und die Regelgröße als binäre Zahlen und Impulsfolgen vorliegen, werden Begrenzungen vorgesehen, beispielsweise um das Überlaufen von Zählern zu vermeiden. Die Begrenzungswerte werden im Hinblick auf die geforderte Genauigkeit gewählt.
  • Die als binäre Zahl oder als Pulsfolge ausgegebene Stellgröße muß in ein analoges Signal umgesetzt werden, das zur Ansteuerung eines Stellgliedes geeignet ist. Beim erfindungsgemäßen digitalen Regler kann das pulsbreitenmodulierte Ausgangs signal durch eine einfache Glättung in ein geeignetes Stellsignal umgeformt werden. Die Glättung entspricht einer arithmetischen Mittelwertbildung.
  • Figur 1 zeigt die Struktur eines digitalen PI-Reglers, der im dargestellten Beispiel als digitaler Drehzahlregler ausgeführt ist. In einem Vergleichsglied 20 erfolgt die Bildung eines Mittelwertes xdn der Regeldifferenz durch Vergleich einer Führungsgrößenfrequenz fsoll und dem Vorzeichen VZ,,11 der FUhrungsgröße mit einer Regelgrößenfrequenz fist und dem Vorzeichen VZist der Regelgröße unter Berücksichtigung einer Tastzeit Taste Der Mittelwert xdn der Regeldifferenz wird einem Proportionalglied 21 zugeführt, dem ein Proportionalitätsfaktor VR in Form einer Binärzahl vorgegeben ist. Das Produkt VR.xdn aus dem Proportionalitätsfaktor VR und dem Mittelwert xdn der Regeldifferenz wird über eine Begrenzerstufe 22 geführt, deren Ausgang einerseits mit einem ersten Pulsbreitenmodulator 23 und andererseits mit einem Integralglied 24 verbunden ist. Dem Integralglied 24 wird die Integrierzeit T1 in Form einer Binärzahl vorgegeben.
  • Das Ausgangs signal des Integralgliedes 24 wird über eine weitere Begrenzerstufe 25 einem zweiten Pulsbreitenmodulator 26 zugeführt. Die Ausgangssignale der beiden Pulsbreitenmodulatoren 23 und 26 werden einem digitalen Summierglied 27 eingegeben. Ein Mittelwertbildner 28 bildet den arithmetischen Mittelwert aus der digitalen Summe der Ausgangssignale der beiden Pulsbreitenmodulatoren 23 und 26.
  • Das am Ausgang 29 erscheinende Ausgangs signal tes Mittelwertbildners 28 stellt eine analoge Stellgröße für einen Regelkreis dar, beispielsweise das Stellsignal für einen Stellmotor.
  • Figur 2 zeigt im einzelnen in Form eines Blockschaltbildes den Aufbau des in Figur 1 in seiner Struktur dargestellten digitalen PI-Reglers. Die Erläuterung der Figur 2 erfolgt unter Hinweis auf die entsprechenden Signaldarstellungen in den Figuren 3 und 4. Sämtliche Zahlenangaben dienen lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung, ohne ihren Schutzumfang darauf einzuschränken.
  • Über einen Datenbus 30 wird die in digitaler Form vorliegende Führungsgröße als
    AbsolutwerS mit
    dem zugehörigen Vorzeichen VZsOll in einen Sollwertspeicher 1 eingegeben. Da der beispielhaft beschriebene digitale PI-Regler als Dztzahlregler arbeiten soll, handelt es sich dabei um einen Drehzahlsollwert, der von einem übergeordneten Regelkreis geliefert werden kann. Der Ubergeordnete Regelkreis kann insbesondere bei einer numerischen Werkzeugmaschinensteuerung ein dem Drehzahlregelkreis überlagerter Lageabtastregelkreis sein, der an diskreten Zeitpunkten digitale Drehzahlsollwerte ausgibt, die Jeweils im Sollwertspeicher 1 für eine vorgegebene Zeitdauer von beispielsweise.4 msec gespeichert werden. Die Breite des Datenbus 30 wird im Hinblick auf die gewünscht Auflösung des Sollwertes gewählt. Beißpielsweise benötigt man bei einer Auflösung des Maimziwertec in 211 Stufen eine Datenbusbreite von 12 bit incl. 1 bit für das Vorzeichen.
  • Zur Erfassung der Regelgröße ist ein schematisch dargestellter Drehmelder 31 als Lagemeßsystem vorgesehen, dessen Impulsformer-und Auswertestufe 32 den Absolutwert des Drehzahlistwertes in Form einer Impulsfolge mit einer Frequenz beispielsweise zwischen 0 und 250 kHz auf einer Leitung C und das Vorzeichen VZist des Drehzahlistwertes auf einer Leitung D erzeugt. Um einen Vergleich zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße durchführen zu können, werden beide Größen als homogene Größen benötigt. Hierzu wird der im Sollwertspeicher 1 abgespeicherte Drehzahl sollwert als Teilerverhältnis einem Frequenzteiler 2 vorgegeben, der von einem Taktgeber 33getaktet wird, beispielsweise mit einer Frequenz von 500 kHz. Der Frequenzteiler 2 erzeugt eine Sollfrequenz f5011 auf einer Leitung A, die im beschriebenen Beispiel ebenfalls zwischen 0 und 250 kHz liegt.
  • Das Vorzeichen VZ30ll des Sollwertes wird auf der Leitung B des Sollwertspeichers 1 oder unmittelbar von der Eingabeeinheit abgegriffen.
  • Wenn eine fest einstellbare Vorgabe der Führungsgröße, beispielsweise über einen Wahlschalter, vorgesehen ist, so kann der Sollwertspeicher 1 entfallen, wenn der fest einstellbare digitale Führungsgrößengeber die Eigenschaft eines Speichers aufweist.
  • Die beiden asynchronen Impulsfolgen mit der Sollwertfrequenz f5011 und der Istwertfrequenz fist werden in einer Impulsmischstufe 3 zusammengeführt und taktfrequenzabhängig synchronisiert, damit auch bei gleichzeitigem Auftreten von Impulsen in beiden Impulsfolgen kein Impuls verlorengeht. Am Ausgang E der Impulsmischstufe 3 erscheint eine Summenimpulsfolge xd als Regelabweichung. Der Ausgang F der Impulsmischstufe 3 dient zur synchronen Vorzeichengabe der Impulse der Summenimpulsfolge am Ausgang E.
  • Jeder Impuls der Summenimpulsfolge auf den Ausgang E der Impulsmischstufe 3 setzt ein programmierbares Monoflop 7 und löst gleichzeitig einen Hilfszähler 5 aus. Der Hilfszähler 5 hat beispielsweise eine Speicherkapazität von 6 bit und wird mit einer Frequenz von 16 1Hz von einem Taktgeber 34 angetrieben.
  • Die Impulsdauer des Monoflops 7 ist beispielsweise zwischen 0 und 4/usec anwählbar.
  • Der Inhalt des Hilfszählers 5 wird in binärer Form ständig mit dem Inhalt eines Proportionalanteilsspeichers 4 verglichen.
  • Der Proportionalanteilspeicher 4 weist vorzugswise die gleiche Speicherkapazität wie der Hilfszähler auf, also ebenfalls 6 bit.
  • Der Proportionalanteilspeicher 4 wird durch Eingabe einer Binärzahl auf den gewünschten Proportionalitätsfaktor VR gesetzt.
  • Eine Koinzidenzstufe 6 vergleicht den eingegebenen Proportionalitätsfaktor VR auf den Eingängen G des Proportionalanteilspeichers 4 mit dem Inhalt des Hilfszählers 5 auf dessen Eingängen H. Bei Koinzidenz erzeugt die Koinzidenzstufe 6 ausgangsseitig einen Impuls, der den Rücksetzeingang des Monoflops 7 und den Löscheingang des Hilfszählers 5 beaufschlagt. Bei Koinzidenz des Inhaltes des Hilfszählers 5 mit dem vorgegebenen Verstärkungsfaktor wird somit das Monoflop 7 rückgesetzt und der Hilfszähler 5 gelöscht. Da die Antriebsfrequenz des Hilfszählers 5 von 16 NHz wesentlich größer ist als die maximale Frequenz der Impulsfolgen fQ und f;cs für die Führungsgröße und die Regelgröße von 250 kHz, tonnen innernaib eines VergleicezySlus Reine zwei mltvvorzelcnen behaftete Impulse auftreten. Es ist jedoch möglich, daß innerhalb eines Vergleichszyklus zwei Impulse mit unterschiedlichen Vorzeichen erscheinen. In diesem Sonderfall zählt der Hilfszähler 5 bei Erscheinen des zweiten Impulses auf Null zurück und löscht das Monoflop 7. Die Pulsbreite der Impulse am Ausgang I des Monoflops 7 ist somit für Jeden Eingangsimpuls auf der Leitung E proportional dem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor VR mit Ausnahme des erwähnten Sonderfalles mit gegensinnigen Impulsen.
  • Das Ausgangssignal des Monoflops 7 auf der Leitung I beaufschlagt den Freigabeeingang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 8, der mit einer Frequenz von beispielsweise 16 MHz von einem weiteren Taktgeber 35 oder vom Taktgeber 34 angetrieben wird. Der Vorwärts- Rückwärts-Zähler 8 hat eine Breite von 12 bit, die der Kapazität des Sollwertspeichers 1 entspricht. Die Zählrichtung wird von dem auf der Leitung F erscheinenden Vorzeichen der Impulse der Summenimpulsfolge bestimmt. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 8 wird nach Jedem Abtastintervall Ttast gelöscht, dessen Bildung später näher erläutert wird. Der Zählvorgang wiederholt sich ständig.
  • Der Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zähler 8 entspricht dem arithmetischen Mittelwert der Regeldifferenz am Ende eines Jeden Abtastintervalls, multipliziert mit dem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor VR.
  • Der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 8 wird einer ersten Begrenzerstufe 22 zugeführt, die von der Zustandsänderung des höchstwertigen bits des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 8 angesteuert wird. Beim Vorwärtszählen ist beispielsweise die ansteigende und beim Rückwärtszählen die fallende Signalflanke wirksam. Wenn die Begrenzerstufe 22 anspricht, werden dieJenigen Impulse ausgeblendet, die eine weitere Überschreitung des eingestellten Grenzwertes von beispielsweise 210 bewirken würden. Die Impulse mit entgegengesetztem Vorzeichen, die eine Verringerung der Überschreitung bzw. eine Unterschreitung des eingestellten Grenzwertes bewirken, werden Jedoch freigegeben. Die Begrenzerstufe 22 verursacht somit keine zusätzliche Totzeit.
  • Zur Erzeugung eines pulsbreitenmodulierten Signals in Abhgigkeit vom Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 8 sind ein Proportionalregister 10 und ein Referenzregister 11 vorgesehen, die beide mit einer Frequenz von beispielsweise 8 MHz von einem weiteren Taktgeber 36 getaktet werden. Die beiden Register 10 und 11 sind beispielsweise mit 1 : 212 ausgelegt. Das Referenzregister 11 untersetzt die Frequenz des Taktgebers 36un den Faktor 212, so daß an seinem Ausgang 0 eine Impulsreihe mit einer Frequenz von etwa 2 kHz erscheint. Das Proportal..
  • register 10 untersetzt die Frequenz des Taktgebers 36 um einen Faktor, welcher von dem über die Begrenzerstufe 22 geführten Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 8 bestimmt ist. Die letzte Stufe des Proportionalregisters 10 wird invertiert angesteuert.
  • Die Ausgangssignale des Proportionalregisters 10 auf der Leitung P und des Referenzregisters 11auf der Leitung 0 werden in einer Antivalenzstufe 21 verknüpft. Wenn der mit dem Proportionalitätsfaktor VR multiplizierte Mittelwert der Regeldifferenz Null ist, entsteht zwischen den Ausgangssignalen des Proportionalregisters 10 und des Referenzregisters 11 eine Phasenverschiebung von 900.
  • Am Ausgang R der Antivalenzstufe 21 erscheint in diesem Fall eine Impulsreihe mit einem Impuls-Pausen-Verhältnis von 1 : 1. Der arithmetische Mittelwert dieser Impulsreihe ist Null.
  • Um bei einer von Null abweichenden Regeldifferenz die verstärkte Regeldifferenz VR . xdn in das Ausgangs signal der Antivalenzstufe 21 einzubeziehen, wird das Proportionalregister 10 nach Jedem Abtastintervall durch einen Setzimpuls auf der Leitung 37 auf den Stand der Begrenzerstufe 22 gesetzt, der auf den Leitungen J erscheint. Diese zusätzliche Verschiebung des Proportionalregisters 10 gegenüber dem Referenzregister 11 und damit auch der arithmetische Mittelwert der Impulsreihe am Ausgang R der Antivalenzstufe 21 ist unmittelbar proportional der um den Verstärkungsfaktor VR verstärkten Regeldifferenz xdn. Eine Auswertung des Vorzeichens ist nicht erforderlich.
  • Der Setzimpuls auf der Leitung 37 wird periodisch vom Stand des Referenzregisters 11 abgeleitet und zwar in dem Augenblick, wenn das Proportionalregister 10 bei einer Regeldifferenz Null den Stand 0 erreichen würde. Der Setzimpuls wird über die beiden Umkehrstufen 38 und 39 geführt und erhält dadurch eine kleine zeitliche Verzögerung. Der verzögerte Setzimpuls beaufschlagt den Löscheingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 8. Der verzögerte Setzimpuls bestimmt somit das Abtastintervall TtaRt, das im beschriebenen Beispiel 500sec beträgt. Das beschriebene Prinzip kann angewendet werden, solange die Phasenverschiebung des Proportionalregisters 10 gegenüber dem Referenzregister 11 nicht größer als + 900 um die Nullstellung wird. Dies entspricht einem Maximalwert der verstärkten Regeldifferenz von 210.
  • Der Integralteil des erfindungsgemäßen digitalen PI-Reglers weist folgende Funktionsmerkmale auf: Wenn die Regeldifferenz zu Null wird, bleibt der augenblickliche integrale Anteil im Ausgangssignal des Reglers erhalten Ist die Regeldifferenz von Null verschieden, so wird der integrale Anteil nachgestellt, bis die Regelabweichung wieder Null wird. Die Integrierzeit als bestimmender Parameter für den integralen Anteil des Ubertragungsverhaltens wird durch einen Zahlenwert eingegeben.
  • Das Ausgangs signal des Integralteils des PI-Reglers ist pulsbreitenmoduliert und liegt in seiner Phase so, daß es auf einfache Weise mit dem Ausgangssignal des Proportionalteiles des PI-Reglers verknüpft werden kann.
  • Der Integralteil des Reglers enthält ein Integralregister 17, das die über ein Impulseinordnungsglied 16 geführte Frequenz von 8 MHz des Taktgebers 36 um den gleichen Faktor untersetzt wie das Referenzregister 11, also ebenfalls um 212. Der Ausgang N des Integralregisters 17 wird mit dem Ausgang 0 des Referenzregisters 11 in einer weiteren Antivalenzstufe 22 verknüpft. Die Ausgangssignale des Integralregisters 17 und des Referenzregisters 11 liegen in Phase, wenn die Regeldifferenz Null ist.
  • Weiterhin ist ein Speicher 12 vorgesehen, dessen Setzeingang mit der Leitung 37 verbunden ist, die mit dem Setzimpuls für das Proportionalregister 10 belegt ist. Die Dateneingänge des Speichers 12 sind mit den Ausgängen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 8 beschaltet. Die Ausgänge K des Speichers 12 sind auf die Teilereingänge eines programmierbaren Frequenzteilers 15 geschaltet.
  • Am Ende eines jeden Abtastintervalls wird der Absolutwert der um den vorgegebenen Verstärkungsfaktor verstärkten Regeldifferenz in den Speicher 12 übernommen und dem programmierbaren Frequenzteiler 15 als Teilungsfaktor zugeführt Weiterhin ist ein integralantejispeicher 13 vorgesehen, der die gleiche Speicherkapazität aufweist wie der Proportionalanteilspeicher 4, also 6 bit. Der Integralanteilspeichei 13 wird auf einen der gewünschten Integrierzeit T1 Gitsprechenden binären Zahlenwert gesetzt. Die Ausgänge des Integralanteilspeichers 13 sind mit den Eingängen eines weiteren programmierbaren Frequenzteilers 14 verbunden, der mit einer Frequenz von beispielsweise 1 MHz von einem Taktgeber 40 getaktet wird. Der Frequenzteiler 14 untersetzt die Frequenz des Taktgebers 40 um einen Teilerfaktor, welcher der vorgegebenen Integrierzeit entspricht, und beaufschlagt damit den Frequenzteiler 15. Die beiden Frequenzteiler 14 und 15 sind somit in Reihe geschaltet. Die Impulsfolge am Ausgang L des Frequenzteilers 15 beaufschlagt das Impulseinordnungsglied 16 so, daß in Abhhgigkeit vom Vorzeichen und vom Betrag der verstärkten Regeldifferenz VR . xdn Pulse in die Taktfrequenz des Integralregisters 17 eingeblendet oder aus der Taktfrequenz des Integralregisters 17 ausgeblendet werden.
  • Hierdurch entsteht eine Verschiebung mit integralem Charakter zwischen den Ausgangssignalen des Referenzregisters 11 und des Integralregisters 17. Diese Verschiebung bewirkt breitenmodulierte Pulse am Ausgang Q der Antivalenzstufe 22.
  • Eine weitere Begrenzerstufe 25, die analog zur Begrenzerstufe 22 aufgebaut ist, begrenzt die Phasenverschiebung zwischen dem Ausgangssignal des Referenzregisters 11 und dem Ausgangssignal des Integralregisters 17 auf 1800.
  • Der Proportionalanteil am Ausgang R der Antivalenzstufe 21 und der Integralanteil am Ausgang Q der Antivalenzstufe 22 werden einem digitalen Summierglied 19 zugeführt. Anhand der Impulsdiagramme in Figur 4 werden die dabei erforderlichen logischen Verknüpfungen erläutert.
  • Solange das Ausgangssignal des Referenzregisters 11 dem Ausgangssignal des Integralregisters 17 voraneilt, kann man das PI-Verhalten durch eine ODER-VerknUpfung des Proportionalanteils mit dem Integralanteil erhalten.
  • Wenn das Ausgangssignal des Referenzregisters 11 dem Ausgangssignal des Integralregisters 17 nacheilt, wird das PI-Verhalten durch eine UND-VerknUpfung des Proportionalanteils mit dem invertierten Integralanteil erhalten. Diese unterschiedliche Verarbeitung ist notwendig, weil der Proportionalanteil ein vorzeichenbehaftetes Signal darstellt, während der Integralanteil nur ein betragsmäßig definiertes Signal ist. Sowohl die ODER-Verknüpfung wie auch die UND-Verknüpfung von Proportionalanteil und Integralanteil werden vom Summierglied 19 durchgeführt.
  • Bei Verwendung von integrierten Schaltkreisen für einen derartigen digitalen Regler wird das Ausgangs signal beispielsweise ein TTL-Signal darstellen, das aufgrund seiner Signaldefinition noch keine arithmetische Mittelwertbildung erlaubt. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 19 steuert daher eine Umsetzungsstufe 41, die symmetrisch zum Nullpotential liegende positive und negative Impulse erzeugt. Die Umsetzungsstufe 41 kann bispielsweise eine Schalteinrichtung mit FET-Transistoren enthalten, die synchron mit dem Ausgangsignal des Summiergliedes 19 zwischen symmetrischen Spannungspegeln von beispielsweise + 15 V und - 15 V hin-und hergeschaltet wird.
  • Das am Ausgang S der Umsetzungsstufe 41 erscheinende Signal steuert einen Leistungsschalter 42, beispielsweise einen symmetrichen Transistorschalter, dessen Laststrecke einerseits mit einer Spannungsquelle und andererseits mit einem Stellglied verbunden ist. Das Ausgangssignal des Leistungsschalters 42 stellt somit das verstärkte Ausgangssignal des digLalen Reglers dar und bildet das Stellsignal Yn zur Ansteuerung eines Stellgliedes, beispielsweise eines Hydraulikventils oder eines Stellmotors.
  • Figur 5 zeigt die Bildung der analogen Ausgangsspannung Yn durch Mittelwertbildung des pulsbreitenmodulierten Ausgangssignals S der Umsetzungsstufe 41. Man erkennt, daß der Impuls mit der positiven Spannung +E und der Impuls mit der negativen Spannung -E nicht symmetrisch in der Periode T liegen, sondern um einen Winkel g gegen die Periodenmitte verschoben sind. Die Verschiebung t stellt die Summe der Verschebungen von Proportionalanteil und Integralanteil dar.
  • Das Abtastintervall entspricht der Grundperiode des breitenmodulierten Ausgangssignals yn. Das Abtastintervall kann verändert werden, wenn man die Taktfrequenz oder das.Teilerverhä2tnis des Proportionalregisters 10, des Integralregisters 17 und des Referenzregisters 11 ändert.
  • 5 Figuren 8 Patentansprüche Leerseite

Claims (8)

  1. PatentansPrtlche C1.Digitaler Regler mit einem proportionalen und einem integralen Anteil im Ubertragungsverhalten, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Ein Vergleichsglied (20; 1, 2, 3, 7) zur Bildung eines Mittelwertes der Regeldifferenz durch Vergleich einer hrungsgröi3enfrequenz (£soll) und des Vorzeichens (VZ5011) der Führungsgröße mit einer Regelgrößenfrequenz (first) und dem Vorzeichen (VZist) der Regelgröße unter BerUcksichtigung einer Tastzeit (Ttast); b) ein dem Vergleichsglied nachgeschaltetes Proportionalglied (21; 4, 5, 6, 8) mit einem Proportionalanteilspeicher (4) zur Aufnahme eines den Proportionalanteil des Ubertragungsverhaltens bestimmenden Zahlenwertes; c) eine dem Proportionalglied nachgeschaltete erste Begrenzerstufe (22); d) ein erster Pulsbreitenmodulator (23; 10, 11, 21, 36) zur Bildung einer Impulsreihe, deren arithmetischer Mittelwert der um den Proportionalitätsfaktor verstärkten Regeldifferenz proportional ist; e) ein der Begrenzerstufe (22)nachgeschaltetes Integralglied (24; 12, 13, 14, 15) mit einem Integralanteilspeicher (13) zur Aufnahme eines den integralen Anteil des Ubertragungsverhaltens bestimmenden Zahlenwertes; f) eine dem Integralglied nachgeschaltete zweite Begrenzerstufe (25); g) ein zweiter Pulsbreitenmodulator (26; 16, 17, 22, 36) zur Bildung einer Impulsreihe, deren arithmetischer Mittelwert dem integralen Anteil proportional ist; h) ein digitales Summierglied (19), dem die vom ersten Pulsbreitenmodulator und die vom zweiten Pulsbreitenmodulator gebildeten Impulareihen zugeführt sind; i) ein Mittelwertbildner (41, 42) zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes der Ausgangsimpulse des digitalen Summiergliedes (19).
  2. 2. Digitaler Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlgeichsglied eine Impulsmischstufe (3) und ein nachgeschaltetes Monoflop (7) umfaßt.
  3. 3. Digitaler Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalglied den Proportionalanteilspeicher (4), einen Hilfszähler (5) und eine Koinzidenzstufe (6), sowie einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (8) umfaßt.
  4. 4. Digitaler Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Pulsbreitenmodulator ein Proportionalregister (in), ein Referenzregister (11) und eine Antivalenzstufe (21) umfaßt.
  5. 5. Digitaler Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Integralglied einen Integralanteilspeicher (13), einen Speicher (12), einen ersten programmierbaren Frequenzteiler (14) und einen zweiten programmierbaren Frequenzteiler (15) und ein Impulseinordnungsglied (16) umfaßt.
  6. 6. Digitaler Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Pulsbreitenmodulator ein Integralregister (17), das Referenzregister (11) und eine weitere Antivalenzstufe (22) umfaßt.
  7. 7. Digitaler Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Summierglied (19) eine ODER-Verknüpfung der Ausgangssignale der Antivalenzstufen (21 und 22) durchführt, wenn das Ausgangssignal des Referenzregisters (l1) dem Ausgangssignal des Integralregisters (17) voreilt, und eine UND-Verknüpfslg der Aussignale der Antivalenzstufen (21 und 22) durchfUhrt, wenn das Ausgangssignal des Referenzregisters (11) dem Ausgangssignal des Integralregisters (17) nacheilt.
  8. 8. Digitaler Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalen Summierglied (19) eine Umsetzungsstufe (41) und ggf. ein Leistungsschalter (42) nachgeschaltet sind, die ein pulabreitenmoduliertes Ausgangssignal zwischen zwei zum Nullpotential symmetrischen Spannungswerten (+E, -E) als Stellsignal des Reglers erzeugen.
DE2643441A 1976-09-27 1976-09-27 Digitaler Regler Expired DE2643441C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2643441A DE2643441C2 (de) 1976-09-27 1976-09-27 Digitaler Regler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2643441A DE2643441C2 (de) 1976-09-27 1976-09-27 Digitaler Regler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2643441A1 true DE2643441A1 (de) 1978-03-30
DE2643441C2 DE2643441C2 (de) 1986-04-30

Family

ID=5988960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2643441A Expired DE2643441C2 (de) 1976-09-27 1976-09-27 Digitaler Regler

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2643441C2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2431217A1 (fr) * 1978-07-10 1980-02-08 Siemens Ag Circuit a semiconducteurs permettant de regler la vitesse de rotation de moteurs electriques
EP0239655A1 (de) * 1986-04-01 1987-10-07 Océ-Nederland B.V. Elektronischer Proportional-Integral-Regler in Digitalbauweise

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2406255A1 (de) * 1973-02-23 1974-08-29 Philips Nv Secam-farbfernsehempfaenger

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2406255A1 (de) * 1973-02-23 1974-08-29 Philips Nv Secam-farbfernsehempfaenger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2431217A1 (fr) * 1978-07-10 1980-02-08 Siemens Ag Circuit a semiconducteurs permettant de regler la vitesse de rotation de moteurs electriques
EP0239655A1 (de) * 1986-04-01 1987-10-07 Océ-Nederland B.V. Elektronischer Proportional-Integral-Regler in Digitalbauweise

Also Published As

Publication number Publication date
DE2643441C2 (de) 1986-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3202339C2 (de) Digitale elektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
DE3708266A1 (de) Servosystem mit nachfuehrung
DE1945420C3 (de) Digitales Integrations-Synchronisations-Schaltnetzwerk
DE1299917B (de) Automatische Programmsteuereinrichtung fuer Werkzeugmaschinen
DE2051432A1 (de) Numerische Werkzeugmaschinen Lageregelemnchtung
DE4321604A1 (de) Regeleinrichtung, insbesondere für einen nichtlinearen, zeitvarianten Prozeß
DE1763236A1 (de) Phasendiskriminator
DE2048348A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Andern des Verstarkungsgrades eines digitalen Steuersystems
DE2643441A1 (de) Digitaler regler
DE2161513A1 (de) Abtastdaten-Steuervorrichtung
CH629318A5 (de) Drehzahlverhaeltnis-regelanordnung.
DE3001778A1 (de) Verfahren und einrichtung zur wegregelung eines positionsantriebes
DE1588731B1 (de) Adaptionsverfahren und -einrichtung fuer Regelkreise
DE1806765C3 (de) Anordnung zur Bildung von Aus gangsimpulsen mit einstellbarer Frequenz
DE1798023C3 (de) Numerische Lageregeleinrichtung
DE3634050C1 (en) Method for producing a motor servo signal for controlling a servomotor (actuator), and a circuit arrangement for carrying out this method
DE3782303T2 (de) Geschwindigkeitsservo mit positionsfehlerkorrektur.
DE3126528C2 (de)
DE1299754B (de) Einrichtung zur Regelung und Konstanthaltung des Verhaeltnisses der Drehzahlen eines Leitmotors und eines durch einen Regler gesteuerten Antriebsmotors
DE1537046C (de) Schaltungsanordnung zur Umsetzung einer Wechselspannung in eine Impulsfolge-
DE2423196C3 (de) Servo-Positioniereinrichtung für eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung
AT254340B (de) Regelanordnung mit Soll-Istwert-Vergleich
DE1115795B (de) Schaltungsanordnung zur periodischen Erzeugung von Impulsen auf mehreren Ausgangsleitungen mit Hilfe einer binaeren Zaehlkette
DE1537046B2 (de) Schaltungsanordnung zur umsetzung einer wechselspannung in eine impulsfolge
DE1523569A1 (de) Optimierender Prozessrechner

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: G05B 11/26

8120 Willingness to grant licences paragraph 23
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee