DE2905525A1 - Selbsteinstellende regleranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsteinstellende Regleranordnung gemäß den. Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche selbsteinstellende Regleranordnung ist .aus der DE-OS 2 335 788 bekannt.

Bei der Regelung eines Prozesses, beispielsweise mit Schrittantwort in der in Figur 1 gezeigten Art, ist es wichtig, daß die gewählte diskrete Laufzeit k und das gewählte Abtastintervall T (sampling-Intervall) zu der Totzeit L in einem solchen Verhältnis stehen, daß k · T>L und (k-1)· T^L. Figur 1 zeigt eine zulässige Wahl von T, wenn k = 2 ist. Es kann manchmal problematisch sein, zuerst das Abtastintervall T zu wählen und von der Regleranordnung die gewünschte Laufzeit k zur Erlangung einer stabilen Regelung zu bekommen. Im Hinblick auf die Stabilität ist es gefährlich für k · T zu kleine Werte zu wählen. ' »

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er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsteinstellende egleranordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, durch eiche ein zweckmäßiges Abtastintervall für eine stabile Regelung elbsttätig ermittelt wird.

ur Lösung dieser Aufgabe wird eine selbsteinstellende Regleranordung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche die m kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

orteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enannt.

as Ziel der Erfindung ist also, ein zweckmäßiges Abtastintervall für ine stabile Regelung ausgehend von einer fixierten Laufzeit k, also er Anzahl Abtastintervalle T bis zu dem Zeitpunkt, in dem das System ntwortet, zu finden. Man umgeht hierbei die Gefahr eines instabilen jrstems, bei dem k · T zu klein ist.

ihand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeisn

Fig. 1 ein· Diagramm mit den zeitlichen..Größen ,die für dae Verständnis der Erfindung wesentlich sind.

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer selbsteinstellenden Regltranordnun gemäß der Erfindung in ihrer Ankopplung an die Regelstrecke

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(^anordnung Der Prozeß (Regelstrecke), der mit der selbsteinstellenden Regler^ nach der Erfindung geregelt werden soll, ist in Figur 2 mit 1 bezeichnet. Der Regelstrecke wird eine Stellgröße 2 zugeführt.

Zu der Anordnung gehört ein linearer, digitaler Regler 3 mit beispielsweise einer PID-Charakteristik, dem u.a. ein Sollwert 4 zugeführt wird. Der Regler dient zur Steuerung des Prozesses, und um ihn selbsteinstellend zu machen, ist er an ein Berechnungs- und Einstellglied 5 zur optimalen Einstellung (Adaption) der Regelparameter angeschlossen. . '

An den Regler ist ein weiteres Berechnungs- und Einstellglied 6 zur Einstellung eines geeigneten Abtastintjervalls (T) für den Abtastschalter 7 zum Ein- und Ausschalten der Meßwerte der Regelgröße (Adaption des Abtastintervalles T) angeschlossen. Das Abtastintervallsignal wird dem Abtastschalter 7 über die Leitung 8 zugeführt.

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Der Regler 3 wird zu jedem Abtastzeitpunkt eingeschaltet, während die Adaption hinsichtlich ihrer zeitlichen Folge nach einer der folgenden drei Alternativen geschehen kann:

1. Mit derselben Frequenz, mit der Regler 3 arbeitet.

2. Mit einer kleineren Frequenz, als der, mit der Regler 3 arbeitet.

3. In Abhängigkeit bestimmter Vorkommnisse, z.B. beim Auftreten plötzlicher starker Regelabweichungen.

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Regler nach der Erfindung ist also vollkommen selbsteinstellend, . beim Anschluß des Reglers 3 an die Regelstrecke 1 brauchen keine ameter manuell Justiert zu werden.

Regler mit seinen Adaptionsgliedern 5 und 6 arbeitet als zeitkretes System, wobei die Regelgröße im Prozeß gemessen (T) und

Meßwerte einem Modell für den Prozeß angepaßt werden, das ckmäßigerweise in den Regler eingebaut ist. Ausgehend vom Mo-1 wird ein optimaler Wert der Stellgröße gewählt.

Gegensatz zu bereits bekannten selbsteinstellenden Reglern braucht Quotient aus dem Abtastintervall T und der diskreten Laufzeit k der Erfindung nicht einem Modell für den Prozeß angepaßt werden.

;sprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann man beispielsse die diskrete Laufzeit k im Prozeß,also die Anzahl Abtastinter-.Ie T pro kontinuierliche Laufzeit (L), auf 2 oder eine größere ganze il festzulegen (siehe Figur 1). Die Abtastintervalle, zwischen ten der Regler wählt, werden durch die folgende Formel (rekursiv) ichrieben:

^xi+1 ~ k-1 ¹I (1)

kleinste Abtastintervall ist To.

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;in beliebiges Abtastintervall ist also mit T_± bezeichnet. Man ,eginnt mit T_Q und schreitet vorwärts, bis man ein geeignetes Al :astintervall T findet,, was in dem Regler automatisch geschieht,

Ss kann gezeigt werden, daß unter den nach Formel (1) gewonenen Abtastintervallen exakt ein Abtastintervall vorhanden ist, das zu dem Prozeß paßt. Außerdem brauchen nur wenige Abtastintervalle zum Testen erzeugt zu werden. Für k = 2 und T = 20 ms sind nur 13 ver

L^v dene Abtastintervalle erforderlich, um den Bereich 20 ms bis 32 s zu überdecken.

Um während der Einjustierung das korrekte Abtastintervall unter den aach Formel (1) möglichen Abtastintervallen zu]finden, berechnet der Regler eine Verlustgröße S, die aus der gewichteten Quadratsumme der Meßwerte der Regelgröße in aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten oesteht.

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Darin ist die Größe y (t) die Regelabweichung.

Das richtige.Abtastintervall T_k ist dasjenige, welches die fol genden beiden Bedingungen A und B erfüllt:

A. & hat ein örtliches Minimum in T_k, das heißt

wobei T. nach Formel (1) gewonnen wird.

B. S ist stationär entsprechend dem Ausdruck

wobei p^ und pp als Konstanten geeigneter Größe gewählt werden, z.B. P ^{= F}1 Λ(Ν,οσ) » P-i = 1_ . wenn eine Hypothesenprüfung · ¹^*- P₂

von "Regler optimal" mit dem Gefahrenniveau Ch ("level of significanc

gewünscht ist.

N ^k^ bezeichnst den für die N letzten Abtastzeitpunkten errechneten Verlust. Bei also N = 3 wird die Reihe gemäß Gleichung Z nach dem dritten Glied abgebrochen. £ bedeutet "gehört zum Intervall hier alsop^j und P₂*

& muß also die beiden obengenannten Bedingungen A und B erfüllen, •damit das System stabil wird. Wenn also beispielsweise der Quotient gemäß Bedingung B außerhalb Cp₁, p₂) bei der HypothesenprUfung fällt

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dann wird die Adaption fortgesetzt bis zu einem stabileren Abtastintervall.

Entsprechend einer zweiten Ausführimgsform der Erfindung wird die diskrete Laufzeit k auf gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben, auf eine beliebige ganze Zahl k^ 2 festgelegt.

Das Abtastintervall darf entsprechend den nachstehenden Formeln in diskrete Zeitpunkte t« geändert werden.

t_N+1 = % + m · T

wobei m eine konstante, beliebige ganze Zahlet 1 ist, während das im Zeitpunkt t^ bestimmte Abtastintervall ist.

Ein gefilterter Meßwert z(t_N) wird als Funktion des Meßwertes zu den Abtastzeitpunkten t„^, t„ ^ + T(t ), ..., t« als gewichtete Summe aus folgenden Größen gebildet:

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las Adaptionsglied 6 in Figur 2 ist als selbsteinstellender Regler usgebildet, der nach derselben Berechnungsmethode arbeitet, wie ie Glieder 3, 5 in Figur 2, allein mit dem Unterschied, daß z(t_N) Is "Meßwert" und T(t_N) (das Abtastintervall zum Zeitpunkt t_N) Ls "Steuerwert¹¹ betrachtet wird.

ie vorstehend beschriebene Anordnung kann im Rahmen des offenbarten !!gemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   .) Selbsteinstellende Regleranordnung mit einem linearen, digi- ;alen Regler, der beispielsweise eine PI- oder eine PID-Charakteristi iat, sowie mit einem Berechnungs- und Einstellglied zur optimalen Ein stellung der Regelparameter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaster 7) für Meßsignale der Regelgröße vorhanden ist und daß ein weiteres Serechnungs- und Einstellglied (6) zur Steuerung des Abtasters (7) Orhanden ist.

   :. Regleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an .em Berechnungs- und Einstellglied (6) eine diskrete Laufzeit (k) instellbar ist und daß das Berechnungs- und Einstellglied (6) so eschaffen ist, daß es nach Einstellung der diskreten Läufzeit ein ür die Stabilität des Systems geeignetes Abtastintervall (T) auomatisch ermittelt.

   . Regleranordnung nach Anspruch '2, dadurch gekennzeichnet, daß das btastintervall (T) in dem Berechnungs- und Einstellglied (6) aus inem der ¥erte ausgewählt wird, die sich aus der Formel

   i+1

   • τ,

   rgeben, wobei T. die Bezeichnung für ein beliebiges der einzelnen btastintervalle ist.

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