DE2720070A1

DE2720070A1 - Three term controller using only one threshold - modulates input signal with bipolar pulses having height aproxximately half threshold level

Info

Publication number: DE2720070A1
Application number: DE19772720070
Authority: DE
Inventors: Gisbert Dr Ing Wermuth
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1978-11-09

Abstract

Method controlling a three term controller requires only one comparison between the controller input signal and a threshold level without degrading the control function. The input signal is a function of a control loop error and the output signal is used to drive an integrating control element. An output is produced only when the input signal exceeds a certain threshold level. Before comparison with the threshold the input signal is modulated by an alternating series of bipolar pulses with constant pulse length, off period, and pulse height. The pulse height is approx. half the threshold level.

Description

Verfahren zum Steuern eines Dreipunktreglers Method for controlling a three-point controller

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt.The invention relates to a method in the preamble of Claim 1 specified type. Such a method is generally known.

Dreipunktregler, die zur Ansteuerung von integrierenden Stellgliedern verwendet werden, sind üblicherweise so ausgebildet, daß sie nur dann ein konstantpegeliges Ausgangssignal erzeugen, wenn die einem bestimmten Eingangssignal des Dreipunktreglers entsprechende Regelabweichung oberhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt. Zur Verbesserung des Regelverhaltens eines derartigen Dreipunktreglers kann vorgesehen werden, daß bei einem Eingangssignalpegel zwischen dem erwähnten Schwellwert und einem zweiten, größeren Schwellwert das zuvor konstantpegelige Ausgangssignal des Dreipunktreglers durch eine Folge von kurzen Impulsen mit vorgegebenem Impulslängen-Impulspausenverhältnis abgelöst wird. Durch diese Modifikation des Regler-Ausgangssignals steigt fiktiv die Integrationszeitkonstante des nachgeschalteten Stellgliedes, wodurch Überschwingungen verringert werden. Bei der schaltungstechnischen Verwirklichung dieses Steuerverfahrens sind jedoch zwei Komparatoren erforderlich, um den Vergleich des Regler-Eingangssignals mit den beiden Schwellwerten durchzuführen, was jedoch in unervunschter Weise den Regleraufwand und die Störwahrscheinlichkeit vergrößert.Three-point controller, which is used to control integrating actuators are used, are usually designed so that they only have a constant level Generate output signal when the a certain input signal of the three-position controller corresponding control deviation is above a certain threshold value. To the Improvement of the control behavior of such a three-point controller can be provided be that at an input signal level between the mentioned threshold and a second, larger threshold value, the previously constant-level output signal of the Three-point controller by a series of short pulses with a specified pulse length / pulse pause ratio is replaced. This modification of the controller output signal increases fictitiously the integration time constant of the downstream actuator, which causes overshoots be reduced. When implementing this control method in terms of circuitry However, two comparators are required to compare the controller input signal to be carried out with the two threshold values, which, however, is undesirable Controller effort and the probability of interference enlarged.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ohne Beeinträchtigung der Regeleigenschaften nur ein einziger Vergleich zwischen dem Regler-Eingangssignal und einem Schwellwert erforderlich ist.The object of the invention is to provide a method of the above to create the type mentioned, in which without impairing the control properties only a single comparison between the controller input signal and a threshold value is required.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 3 angegebenen Merkmale alternativ gelöst.The object is achieved according to the invention by the features in the independent claims 1 and 3 specified features alternatively solved.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist in dem Anspruch 2 gekennzeichnet.An advantageous embodiment of the method according to claim 1 is characterized in claim 2.

Bei beiden Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ohne Beeinträchtigung der durch den Stand der Technik bereits erzielten guten Regeleigenschaften nur ein einziger Vergleich des Regler-Eingangssignals mit einem Schwellwert erforderlich, wodurch der Aufwand des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem eingangs zuletzt erwähnten Verfahren erheblich verringert und die Störsicherheit erhöht wird.Both alternatives of the method according to the invention are without Impairment of the good control properties already achieved by the prior art only a single comparison of the controller input signal with a threshold value required, whereby the effort of the method according to the invention compared to the one at the beginning last mentioned method is considerably reduced and the immunity to interference is increased.

Die alternative Lösung gemäß Anspruch 3 besitzt gegenüber der Lösung gemäß Anspruch 1 den zusätzlichen Vorteil, daß eine Folge von unipolaren Impulsen statt einer Folge von bipolaren Impulsen verwendet werden kann, wodurch die Erzeugung der Impulsfolge einfacher ist.The alternative solution according to claim 3 has compared to the solution according to claim 1 the additional advantage that a sequence of unipolar pulses instead of a train of bipolar pulses can be used, thereby generating the pulse train is simpler.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigt: Fign. 1a bis 2b verschiedene Zeitdiagramme zur Veranschaulichung zweier bekannter Verfahren zur Steuerung eines Dreipunktreglers; Fign. 3a bis 4b verschiedene Zeitdiagramme zur Veranschaulichung zweier alternativer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Dreipunktreglers; Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung der anhand der Fign. 3a bis 3c veranschaulichten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung der anhand von Fign. 4a bis 4b veranschaulichten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.It shows: Fign. 1a to 2b different timing diagrams for illustration two known methods for controlling a three-point controller; Figs. 3a to 4b various timing diagrams to illustrate two alternative embodiments of the method according to the invention for controlling a three-point controller; Fig. 4 a Block diagram of a circuit arrangement for carrying out the with the aid of FIGS. 3a to 3c illustrated first embodiment of the method according to the invention, and FIG. 6 shows a block diagram of a circuit arrangement for carrying out the on the basis of from Figs. 4a to 4b illustrated second embodiment of the invention Procedure.

Fig. la zeigt den Zeitverlauf der Regelabweichung X eines Regelkreises, welche als Eingangssignal einem handelsüblichen Dreipunktregler zugeführt wird. Der Dreipunktregler besitzt die Ansprechschwelle X1, welche in Fig. la mit gestrichelter Linie angedeutet ist. Für die oberhalb der Ansprechschwelle xl liegenden Pegel der Regelabweichung X erzeugt der Dreipunktregler ein in Fig. ib dargestelltes, gleichförmiges, konstantpegeliges Ausgangssignal Y, das zur Ansteuerun eines nachgeschalteten, integrierenden Stell gliedes dient. Das Ausganssignal Y springt bei Unterschreitung der Ansprechschwelle X1 durch die Regelabweichung X (Fig. la) von dem konstanten Wert Y1 auf den Wert Null.Fig. La shows the time course of the control deviation X of a control loop, which is fed as an input signal to a commercially available three-point controller. The three-point controller has the response threshold X1, which is shown in Fig. La with a dashed line Line is indicated. For the level of the above the response threshold xl Control deviation X, the three-point controller generates a uniform, constant level output signal Y, which is used for control a downstream, integrating actuator. The output signal Y jumps if the value is not reached the response threshold X1 by the system deviation X (Fig. La) from the constant Value Y1 to the value zero.

ine weitere bekannte Möglichkeit zur Steuerung eines Dreipunktreglers ist in den Fign. 2a und b veranschaulicht. Der Jreipunktregler besitzt zusätzlich zu der Ansprechschwelle eine zweite, auf höherem Pegel liegende Ansprechschwelle X2, die in Fi. 2a ebenfalls gestrichelt dargestellt ist. Der Dreipunktregler erzeugt ein gleichförmiges, konstantpegeliges Ausgangssignal (entsprechend dem Ausgangssignal nach Fig. 1b), solange der Pegel der Regelabweichung X oberhalb der Ansprechschwelle X2 liegt. Liegt dagegen die Regelabweichung X zwischen dcn beiden Ansprechschwellen X1 und X?, so ezzeu(rt der Dreipunktregler eine Folge von kurzen Impulsen, deren Impulslängen-Impulspausenverhältnis konstant ist. sobald die Regelpbweichung X die untere Ansprechschwelle xl unterschreitet, wird das Ausgangssignal des Dreipunktreglers zu Null.Another known way of controlling a three-point controller is in Figs. 2a and b illustrated. The three-point controller also has in addition to the response threshold, a second response threshold at a higher level X2, which in Fi. 2a is also shown in dashed lines. The three-point controller generates a uniform, constant-level output signal (corresponding to the output signal according to Fig. 1b), as long as the level of the system deviation X is above the response threshold X2 lies. If, on the other hand, the control deviation X lies between the two response thresholds X1 and X ?, so ezzeu (rt the three-position controller a sequence of short pulses, whose Pulse length-to-space ratio is constant. as soon as the control deviation X the falls below the lower response threshold xl, the output signal of the three-position controller to zero.

Der Vorteil des Steuerverfahrens gemäß Fig. 2a und 2b besteht gegenüber dem. Steuerverfahren nach Fig. la und 1b darin, daß die Integrationszeitkonstante des nachgeschalteten, integrierenden Stellgliedes fiktiv ansteigt, wodurch Überschwingungen verringert und insgesamt die Regeleigenschaften verbessert werden. Diesem Vorteil steht der Nachteil zweier Ansprechschwellen X1 und X2 gegenüber, die entsprechend zwei Vergleichsvorgänge zwischen der Regelabweichung X und jedem der beiden Schwellwerte erfordern.The advantage of the control method according to FIGS. 2a and 2b is over to the. Control method according to Fig. La and 1b in that the integration time constant of the downstream, integrating actuator increases fictitiously, causing overshoots and the control properties are improved overall. That advantage there is the disadvantage of two response thresholds X1 and X2, which are accordingly two comparisons between the control deviation X and each of the two threshold values.

Das anhand zweier Ausführungsformen gemäß Fig. 3a bis 3c und Fig. 4a bis 4b veranschaulichte erfindungsgemäße Verfahren vereinigt den Vorteil einer fiktiven Verringerung der Integrationszeitkonstante des nachgeschalteten integrierenden Stellgliedes mit dem Vorteil eines einzigen Vergleichsvorgangs, was bei der schaltungstecnnischen Verwirklichung des Verfahrens einen geringeren Komparatoraufwand und damit eine geringere Stönvahrscheinlichkeit bedeutet.Based on two embodiments according to FIGS. 3a to 3c and FIG. 4a to 4b illustrated method according to the invention combines the advantage of a fictitious reduction in the integration time constant of the downstream integrating Actuator with the advantage of a single comparison process, which in the schaltungstecnnischen Realization of the method a lower comparator effort and thus a means lower probability of bumps.

Bei der anhand Fig. 3a bis 3c veranschaulichten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens wird der als Eingangssignal des Dreipunktreglers auftretenden Regelabweichung X gemäß Fig. 3a eine Folge von bipolaren Impulsen überlagert, wodurch sich das anhand von Fig. 3b veranschaulichte, modulierte Signal X ergibt. Die überlagerte Impulsfolge besitzt ein konstantes Impulslängen-Impulspausenverhältnis, wobei die Impulshöhen etwa gleich dem halben Wert der Ansprechschwelle X1 sind. Das sich bei Ansteuerung des Dreipunktreglers mit dem modulierten Signal X gemäß Fig. 3b ergebende Regler-Ausgangs signal Y ist in Fig. 3c veranschaulicht. Wie hieraus ersichtlich ist, unterschreitet der negative Impulsanteil des Signals X zum Zeitpunkt t1 die Ansprechschwelle X1, wodurch das Regler-Ausgangssignal Y auf "Lo" getastet wird0 Der Zeitpunkt t1 liegt erheblich vor dem Zeitpunkt t2 (Fig. 3a), zu welchem die Regelabweichung X unter die Ansprechschwelle X1 absinkt Da die hintere Flanke des zum Zeitpunkt t1 auftretenden negativen Impulsanteils des modulierten Signals X gemäß Fig. 3b die Ansprechschwelle X1 wieder überschreitet, wird das Regler-Ausgangssignal Y von der genannten hinteren Flanke wieder auf "High" getastet.In the first embodiment illustrated with reference to FIGS. 3a to 3c of the control method according to the invention is used as the input signal of the three-position controller occurring control deviation X according to Fig. 3a a sequence of bipolar pulses superimposed, which results in the modulated signal X illustrated with reference to FIG. 3b. The superimposed pulse train has a constant pulse length / pulse pause ratio, where the pulse heights are approximately equal to half the value of the response threshold X1. This changes when the three-position controller is controlled with the modulated signal X in accordance with Fig. 3b resulting controller output signal Y is illustrated in Fig. 3c. How from here As can be seen, the negative pulse component of signal X falls below the point in time t1 the response threshold X1, whereby the controller output signal Y is set to "Lo" becomes0 Time t1 is well before time t2 (Fig. 3a), at which the control deviation X drops below the response threshold X1 trailing edge of the negative pulse component of the modulated pulse that occurs at time t1 Signal X according to FIG. 3b exceeds the response threshold X1 again, becomes the controller output signal Y keyed to "high" again from the mentioned trailing edge.

Die abwechselnde Tastung von "High" auf "Low" und umgekehrt durch die Impulsanteile des modulierten Signals X gemäß Fig. 3b erfolgt solange, bis kein Impuls des Signals X die Ansprechschwelle X1 mehr überschreitet. Im Ergebnis bewirkt das modulierte Signal X gemäß Fig0 3b eine Impulsbreitenmodulation des Ausgangssignals nach Fig. 3c, das in gleicher Weise wie das Ausgangssignal nach Fig. 2b eine fiktive Erhöhung der Integrationszeitkonstante des nachgeschalteten, integrierenden Stellgliedes und damit eine Verringerung der Überschwingungen bewirkt. Da nur eine einzige Ansprechschwelle X1 vorhanden ist, braucht dementsprechend bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 3a bis 3c nur ein einziger Komparator vorgesehen werden, wodurch die Störanfälligkeit der Schaltungsanordnung wesentlich geringer ist als bei einer Schaltungsanordnung mit zwei Komparatoren zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 2a bis 2b.The alternating keying from "High" to "Low" and vice versa the pulse components of the modulated signal X according to FIG. 3b takes place until none Pulse of signal X exceeds response threshold X1 more. As a result, it causes the modulated signal X according to Fig0 3b is a pulse width modulation of the output signal according to FIG. 3c, which is a fictitious one in the same way as the output signal according to FIG. 2b Increase in the integration time constant of the downstream, integrating actuator and thus causes a reduction in overshoots. There is only one response threshold X1 is present, needs accordingly in the circuit arrangement shown in FIG only a single comparator to carry out the method according to FIGS. 3a to 3c are provided, whereby the susceptibility of the circuit arrangement is essential is less than in a circuit arrangement with two comparators for implementation of the method according to FIGS. 2a to 2b.

Eine weitere Ausführungsform des erfindunsgemäßen Steuerungsverfahrens ist anhand von Fig. 4a und 4b veranschaulicht. Wie aus Fig. 4a hervorgeht, besteht die Ansprechschwelle X1 aus einer Folge von unipolaren Impulsen mit einem konstanten Impulslängen-Impulspausenverhältnis, wobei die beiden Impulsamplituden von Null verschieden sind. Durch Vergleich der Regelabweichung X mit der impulsGrmigen Ansprechschwelle X1 ergibt sich das in Fig. 4b veranschaulichte Regler-Ausgangssignal Y, das in ähnlicher Weise wie das Ausgangssignal Y gemäß Fig. 3c an den Schnittpunkten der beiden Vergleichssignale X und X1 Zustandswechsel von "High" auf "Low" und umgekehrt und damit im Ergebnis eine Impulsbreitenmodulation aufweist. Durch die Verwendung einer Folge von unipolaren Impulsen besitzt die Ausführungsform gemäß Pig. 4a bis 4b gegenüber der mit bipolaren Impulsen arbeitenden Ausführungsform nach Fig. 3a bis 3c den Vorteil einer einfacheren Impulserzeugung.Another embodiment of the control method according to the invention is illustrated with reference to FIGS. 4a and 4b. As from Fig. 4a is apparent, the response threshold X1 consists of a sequence of unipolar pulses with a constant pulse length / pulse pause ratio, the two pulse amplitudes are different from zero. By comparing the control deviation X with the impulsive Response threshold X1 results in the controller output signal illustrated in FIG. 4b Y, in a manner similar to the output signal Y according to FIG. 3c at the intersection points of the two comparison signals X and X1 change of state from "High" to "Low" and vice versa and thus has a pulse width modulation as a result. By using a sequence of unipolar pulses has the embodiment according to Pig. 4a to 4b compared to the embodiment according to FIG. 3a operating with bipolar pulses to 3c have the advantage of a simpler pulse generation.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Regelkreises mit einem Dreipunktregler 10, einem integrierenden Stellglied 20, einer Regelstrecke 30, einer Rückführung 40 und einem Vergleicher 50 für den Sollwert W mit dem Istwert U.Fig. 5 shows a block diagram of a conventional control loop with a three-point controller 10, an integrating actuator 20, a controlled system 30, a feedback 40 and a comparator 50 for the setpoint W with the actual value U.

Die Regelabweichung X = W - U wird dem einen Eingang eines Addiergleides 60 zugeführt, dessen anderer Eingang von einem Impulsgenerator 70 mit einer schematisch angedeuteten Folge von bipolaren Impulsen beaufschlagt wird. Durch die Überlagerung der Regelabweichung X mit dieser Impulsfolge entsteht das in Fig. 3b veranschaulichte modulierte Signal X , das dem Dreipunktregler 10 zugeführt wird.The system deviation X = W - U becomes one input of an adding track 60 fed, the other input of a pulse generator 70 with a schematic indicated sequence of bipolar pulses is applied. Through the overlay of the control deviation X with this pulse sequence, the result illustrated in FIG. 3b modulated signal X, which is fed to the three-position controller 10.

Fig. 6 zeigt ein ähnliches Blockschaltbild wie Fig. 5 mit einem Dreipunktregler 10, einem integrierenden Stellglied 20, einer Regelstrecke 30, einer Rückführung 40 und einem Vergleicher 50. Im Gegensatz zu der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 wird im Falle von Fig. 6 die Regelabweichung X dem Dreipunktregler 10 unmittelbar zugeführt, der vorteilhaft in Form eines sogenannten "Fensterdiskriminators" ausbildet ist. Zur Vorgabe seiner Ansprechschwelle besitzt der Dreipunktregler 10 gemäß Fig. 6 einen gesonderten Eingang, welcher von einem Impulsgenerator 80 mit einer schematisch angedeuteten Folge von unipolaren Impulsen beaufschlagt wird.FIG. 6 shows a block diagram similar to FIG. 5 with a three-point controller 10, an integrating actuator 20, a controlled system 30, a feedback 40 and a comparator 50. In contrast to the circuit arrangement according to FIG In the case of FIG. 6, the control deviation X is sent directly to the three-point controller 10 supplied, which advantageously takes the form of a so-called "window discriminator" is. To specify its response threshold, the three-point controller 10 according to FIG. 6 a separate input, which is provided by a pulse generator 80 with a schematic indicated sequence of unipolar pulses is applied.

Durch diese Beaufschlagung ergibt sich der anhand von Fig.4a veranschaulichte impulsförmige Verlauf der Ansprechschwelle xl.This application results in that illustrated with reference to FIG. 4a pulsed course of the response threshold xl.

Claims

Claims (1..Method for controlling a three-point controller, its input signal provides information about a control deviation of a control loop and its output signal information for the control of an integrating Actuator contains such that only at an input signal level above one a certain threshold value an output signal is generated, d a d u r c h e k e nn z e i c h n e t that the input signal before its comparison with the threshold value an alternating sequence of bipolar pulses with constant pulse lengths and pauses and heights is superimposed.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the pulse height of the sequence of bipolar pulses is approximately equal to half that Threshold is.

3. Method for controlling a three-point controller, its input signal information about a control deviation of a control loop and its output signal contains information for the control of an integrating actuator, such that only at an input signal level above a certain threshold value an output signal is generated that d u r c h e k e n n -z e I do not believe that the threshold value is an alternating sequence of unipolar impulses is used with constant pulse lengths, pauses and heights.