DE3005103A1 - Electrical adaptive control system - provides optimised regulator performance by comparison of regulator standard function with optimum transfer function - Google Patents

Electrical adaptive control system - provides optimised regulator performance by comparison of regulator standard function with optimum transfer function

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DE3005103A1 DE19803005103 DE3005103A DE3005103A1 DE 3005103 A1 DE3005103 A1 DE 3005103A1 DE 19803005103 DE19803005103 DE 19803005103 DE 3005103 A DE3005103 A DE 3005103A DE 3005103 A1 DE3005103 A1 DE 3005103A1
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system

Abstract

A regulator loop is optimised by comparison of a optimum transfer function with a standard transfer function. For an optimisation system based upon a standard function computer, a forward path contains an integrator operating with a feedback loop containing a time constant. A feed forward stage contains a second order element. The system operates for an unspecified system transfer function. PID regulator stages based upon operational amplifiers are used for alternative versions.

Description

Regelkreisoptimierung durch Vergleich Control loop optimization through comparison

Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimalen Einstellung eines Reglers in einem geschlossenen Regelkreis nach vorbestimmten, für geregelte Antriebe gebräuchlichen Kriterien gemäß des Anspruchs 1.Description: The invention relates to a method for optimal adjustment a controller in a closed loop according to predetermined, for regulated Drives common criteria according to claim 1.

Die Wahl der Reglerparameter (VR> TV,Tn) richtet sich nach dem Verhalten der Regelstrecke, deren Parameter (Vs,T1,T2, Ts ) unbestimmt sein können, oder sich in unbekannter Weise mit dem gefahrenen Arbeitspunkt ändern können, wie dies bei nichtlinearen Regelstrecken vorkommt. Der Kern des Verfahrens (nach Anspruch 1) liegt erfindungsgemäß in der Verkoppelung der Parameter von Regler und Rechner über die Optimierungsbedingungen, weil dadurch ein Vergleich möglich wird zwischen einer zu optimierenden Übertragungsfunktion (Aufgabe) und einer das optimale Verhalten beschreibenden Standardfunktion (Ziel).The choice of controller parameters (VR> TV, Tn) depends on the Behavior of the controlled system, the parameters of which (Vs, T1, T2, Ts) can be indefinite, or can change in an unknown way with the driven operating point, such as this occurs with non-linear controlled systems. The core of the procedure (according to claim 1) is, according to the invention, in the coupling of the parameters of the controller and the computer via the optimization conditions, because this enables a comparison between one transfer function (task) to be optimized and one the optimal behavior descriptive standard function (target).

Die Standardfunktion gibt das Verhalten desJenigen geschlossenen Regelkreises wieder, für den der Regler optimal eingestellt wäre.The standard function specifies the behavior of the individual closed control loop again, for which the controller would be optimally set.

Die aus der Regelungstechnik bekannten, speziell für geregelte Antriebe entwickelten Optimierungsverfahren, wie sie für die Vorrichtungen nach Anspruch 2 und 3 anwendbar sind, z. B. das Lineare Optimum (LO), das Betragsoptimum (BO), das symmetrische Optimum (SO) oder das Dämpfungsoptimum (DO) /vgl,1/, verlangen eine genaue Kenntnis der Regelstrecke als Voraussetzung für die Berechnung der entsprechenden optimalen Reglereinstellung, Wie aus einschlägigen Veröffentlichungen zu entnehmen ist /2 und 3/, muß in selbsttätig nachführenden, adaptiven Regelsystemen laufend eine Regelstreckenidentifikation durchgeführt werden, die beispielsweise auf dem Vergleich der Übertragungsfunktion der Regelstrecke und eines Regelstreckenmodells aufgebaut sein kann.The ones known from control engineering, especially for controlled drives developed optimization methods as they claim for the devices 2 and 3 are applicable, e.g. B. the linear optimum (LO), the absolute absolute value (BO), the symmetrical optimum (SO) or the attenuation optimum (DO) / cf., 1 / precise knowledge of the controlled system as a prerequisite for calculating the corresponding optimal controller setting, as can be seen from relevant publications is / 2 and 3 /, must run in self-tracking, adaptive control systems a controlled system identification can be carried out, for example on the Comparison of the transfer function of the controlled system and a controlled system model can be constructed.

/1/ : Fröhr, Orttenburger: Einführung in die elektronische Regelungstechnik/ Siemens AG/ 4. Auflage 1976 /2/ : G. Rumold, W. Speth: Selbstanpassender PI-Regler Siemens-Z. 42 (1968) Heft 9, Seiten: 765-768-/3/ ; QS 234774 (kt April 1974) E. Sinner: Prozeßregelorgan Die Anwendung der dynamischen Vergleichsmessung; auf das üblicherweise stark gedämpfte System (Dämpfung d»1) der Regelstrecke liefert ein "gutmütiges", in Amplitude und Aussagekraft geringes Differenzsignal, was zu ungenauen Streckenkenntnissen, folglich zu Fehloptimierungen und evtl, zur Instabilität des Regelkreises führen kann. Es fehlt die erfindungsgemäße Vergleichs- und Kontrollmessung mit der, die Lösung der Optimierungsaufgabe darstellenden Standardfunktion. Diese ist gewohnlich wenig gedämpft, um eine hohe Regeldynamik (Schnelligkeit) zu gewährleisten (z. B. BO: dr0,7; SO: d = 0,5). Folglich liefert die im Anspruch 1 erfindungsgemäß angewandte dynamische Vergleichsmessung deutliche, exakt auswertbare Ergebnisse, so daß eine angestrebte Regelkreisoptimierung erreicht und garantiert werden kann. Für das optimale Verhalten ist primär die Dämpfung des geschlossenen Regelkreises verantwortlich, und erst in zweiter Linie die Regelstrecke, die häufig durch eine Näherungsfunktion beschrieben und vereinfacht behandelt wird! Ein weiteres bekanntes Verfahren /4 und 5/, in Struktur und Einstellvorschrift von den bisher erwähnten Optimierungsverfahren abweichend, geht von der Minimierung des quadratischen Wertes der Regeldifferenz xd aus (Regelflächenfehler), was zu einer stabilen, und meist die gestellte Regelaufgabe befriedigenden Einstellung führt /6/. In der technischen Entwicklung war dieses Einstellkriterium Ausgangspunkt und Anlaß zur Einführung konkreter Optimierungsverfahren (LO,BO,SO und DO), die eine eindeutige Kennzeichnung des Regelreises durch Führungs- (w) und Störverhalten (z) ermöglichen./ 1 /: Fröhr, Orttenburger: Introduction to electronic control technology / Siemens AG / 4th edition 1976/2 /: G. Rumold, W. Speth: Self-adapting PI controller Siemens-Z. 42 (1968) issue 9, pages: 765-768- / 3 /; QS 234774 (kt April 1974) E. Sinner: process control organ The application of the dynamic comparison measurement; on the usually strongly damped system (damping d »1) of the controlled system a "good-natured" difference signal that is low in amplitude and expressiveness, leading to inaccurate route knowledge, consequently to incorrect optimizations and possibly to instability of the control loop. The comparison and control measurements according to the invention are missing with the standard function representing the solution of the optimization task. These is usually not attenuated much in order to ensure a high level of control dynamics (speed) (e.g. BO: dr0.7; SO: d = 0.5). Consequently, the invention in claim 1 provides applied dynamic comparison measurement clear, precisely evaluable results, so that a desired control loop optimization can be achieved and guaranteed. The damping of the closed control loop is the primary factor for optimal behavior responsible, and only secondarily the controlled system, which is often through a Approximation function is described and treated in a simplified manner! Another well-known one Procedure / 4 and 5 /, in structure and setting instructions from those mentioned so far Deviating from the optimization procedure, it is based on the minimization of the quadratic value the control difference xd from (ruled surface error), resulting in a stable, and mostly the set standard task leads to a satisfactory attitude / 6 /. In the technical Development, this setting criterion was the starting point and the reason for its introduction specific optimization procedures (LO, BO, SO and DO), which are clearly identified of the control cycle through management (w) and disruptive behavior (z).

/4/ OS 2307857; Kunze, E; Verfahren zur selbstoptimierendei Schief, A. (BBC) - Einstellung von Reglern (22.08.1974) /5/ AS 1523535 (31.01.74) Bakke, Selbstanpassender Regelkreis R. M./ 4 / OS 2307857; Kunze, E; Procedure for self-optimizing A. (BBC) - Adjustment of regulators (08/22/1974) / 5 / AS 1523535 (01/31/74) Bakke, Self-adapting control loop R. M.

/6/ F. Fraunberger Regeltlngstechnik/Teubner Verlag/ 1967 Kap. 9.2, Seite 167 Sie setzen Jedoch, wie bereits erwähnt, eine genaue Kenntnis der Regelstrecke voraus, weshalb derartige Optimierungen in der Praxis nur sehr selten, meistens überhaupt nicht angewandt werden können: z. B. ist bei einer Maschine, deren Arbeitsprozeß und Konstruktion ein geregeltes Antreiben verlangen, ein gesteuerter Betrieb nicht möglich, der für eine Streckenmessung am aufgetrennten Regelkreis erforderlich wäre./ 6 / F. Fraunberger Regeltlngstechnik / Teubner Verlag / 1967 Chap. 9.2, Page 167 However, as already mentioned, they have precise knowledge ahead of the controlled system, which is why such optimizations are only very much in practice seldom, mostly not at all can be used: z. B. is on a machine, whose work process and construction require a regulated drive, a controlled one Operation not possible for a distance measurement on the separated control loop would be required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Optimierungsverfahren (LO,BO,SO und SO) speziell auf technische Regelkreise mit weitgehend unbekannten Regelstrecken sinnvoll und nutzbringend in der Praxis anwenden zu können. Diese A ufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Dazu tragen insbesondere die speziellen Vorteile der Erfindung bei, daß a) keine exakten Daten der Regelstrecke erforderlich sind, b) die Optimierung an der im Betrieb befindlichen Anlage vorgenommen wird (geschlossenen Regelkreis), c) die Optimierung (das "Einfahren der Anlage") schneller geht und gezielt vorgenommen wird (kein Probieren!) d) wichtige Eigenschaften des Regelkreises (z. B. Führungs- oder Störverhalten) von der Lieferfirma garantiert werden können, e) die Optimierung überprüfbar und nachweisbar ist, f) die preisgünstige Erstellung elektronischer Optimierungs-Meßgeräte möglich ist, mit deren Hilfe (auch "Nicht-Regelungs-") Techniker nach einer einfachen Vorschrift eine gewünschte Regelkreisoptimierung vornehmen können.The invention is based on the object of the optimization method (LO, BO, SO and SO) specifically on technical control loops with largely unknown ones To be able to use controlled systems sensibly and profitably in practice. These The task is achieved by the features characterized in claim 1. Wear it in particular the special advantages of the invention in that a) no exact data of the controlled system are required, b) the optimization of the one in operation System is carried out (closed control loop), c) the optimization (the "running-in the system ") goes faster and is carried out in a targeted manner (no trying!) d) important Properties of the control loop (e.g. management or disturbance behavior) from the supplier can be guaranteed, e) the optimization is verifiable and verifiable, f) the inexpensive creation of electronic optimization measuring devices is possible, with their help (also "non-regulation") technicians according to a simple rule can carry out a desired control loop optimization.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist in den Ansprüchen 2 und 4 gekennzeichnet. Sie ist in Bild 1 als Signalflußplan dargestellt. Eine schaltungstechnische Lösung des mit der Standardfunktion programmierten Analogrechenbausteins (III1) ist in Bild 3 angegeben.An advantageous device for performing the method according to Claim 1 is characterized in claims 2 and 4. It is shown in Figure 1 as a signal flow diagram shown. A circuit solution for the one programmed with the standard function The analog computing module (III1) is shown in Figure 3.

Eine weitere, besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist in den Ansprüchen 3 und 4 gekennzeichnet Sie ist in Bild 2 als Signalflußplan dargestellt. Eine schaltungstechnische Lösung des mit der Übertragungsfunktion der Regelstrecke programmierten Analogrechnerbausteins (III2) ist in Bild 4 angegeben.Another particularly useful device for performing the The method according to claim 1 is characterized in claims 3 and 4 shown in Figure 2 as a signal flow diagram. A circuit solution of the with the transfer function of the controlled system programmed analog computer block (III2) is given in Figure 4.

Nachdem der Regelkreis bei dieser .Struktur über den Streckenfunktionsrechner geschlossen wird, während der eigentlich zu optimierende Regelkreis offen betrieben wird, sind-die Einsatzmöglichkeiten eingeschränkt. Vorteilhaft ist jedoch, daA ungewollte cder als Anregung gewünschte Störgrößen z berücksichtigt werden. Die Streckenausgangsgröße x zeigt ein Pseudo-Istwertverhalten, das nach erfolgtem Abgleich exakt dem des geschlossenen Regelkreises entspricht.After the control loop with this .Struktur via the system function computer is closed, while the control loop that is actually to be optimized is operated in an open manner the possible uses are limited. However, it is advantageous that unwanted cder as a suggestion desired disturbance variables z are taken into account. The route output variable x shows a pseudo actual value behavior, which after a Adjustment corresponds exactly to that of the closed control loop.

Der in beiden Vorrichtungen eingesetzte PID-Reglerbaustein (II) kann, wie in Bild 5 angegeben, in analoger Technik aufgebaut sein. Die gezeigten Bausteine (III1: Bild 3, III2: Bild 21, II: Bild 5) sind in ihrer Struktur (TTn-1, PTn), in ihrer Ordnung (n = 1,2,3) und im gewählten Optimierungsverfahren (LO,BO,SO) umschaltbar.The PID controller module (II) used in both devices can as shown in Figure 5, be constructed using analog technology. The building blocks shown (III1: Fig. 3, III2: Fig. 21, II: Fig. 5) are in their structure (TTn-1, PTn), in their order (n = 1,2,3) and in the selected optimization method (LO, BO, SO) switchable.

Optimierungsbeispiele: Reglereinstellung und Rechnerprogrammierung sollen an Hand von 4 Beispielen erläutert werden.Optimization examples: controller setting and computer programming should be explained using 4 examples.

Die Darstellung erfolgt im Bildbereich der Laplacetransformation mit den Bezeichnungen: s = Laplace'sche Operator T1= große Strecken-Zeitkonstante T2 = mittlere Strecken-Zeitkonstante T,= Summe der kleinen Zeitkonstanten der Strecke Vs = Streckenverstärkung VR: Reglerverstärkung Tv= Vorhaltezeitkonstante des Reglers Tn = Integrierzeitkonstante des Reglers Fs = x/y = Übertragungsfunktion der Strecke sy FR = ## = Übertragungsfunktion des Reglers Fgwx = X/W = Übertragungsfunktion des geschlossenen Regelkreises d = Dämpfung des geschlossenen Regelkreises 1. Beispiel (LO): Übertragungsfunktion Die Funktion wird realisiert durch PT1-Strecke: Fs = Vs 1 Block 1112 @ @ @ 1+sT@ I-Regler: FR = VR sTn 1 Linear Optimiert (LO): VR = (Block V) L(LO)-Regler: FR = Block II s4VsT6 1 offener Reglerkreis: FR # FS = s4T6@ (1+sT@) F @ F geschlossener Regel- F : FR s kreis gwx 1+ FR'Fs 1 Block III1 Standard-LO-Funktion: FgwxLO = 1+s4T# + s24T#2 Dämpfung: dLo = 1 2. Beispiel (BO): Übertragungsfunktion: realisiert durch: 1 1 1 PT3-Strecke: Fs = Vs Block III2 1+sT1 1+sT2 1+sT# 1+sTn PID-Regler: FR = VR (1+sTV) sTn T1 Betragsoptimiert (BO) Tn = T1; Tv = T2; VR = (Block V) 2VsT# (1+sT1) (1+sT2) PIDBO-Regler: FR = Block II s 2 Vs offener Regelkreis: FR#Fs = s2T# (1+sT#) 1 Standard-BO-Funktion: FgwxBO = Block III1 1+s2T# + s2 2T#2 Dämpfung: dBO = 1/# # 0,7 3. Beispiel (SO): 1 1 1 Block III2 IT2-Strecke: Fs = Vs sT1 1+sT2 1+sT# mit PID-Regler Symmetrisch optimiert T1 (Block V) (SO): Tn = 4T# ; Tv=T2; VR = 2VsT# T1 # (1+s4T#) # (1+sT2) Block II PIDSO-Regler: FR = s8VsT#2 offener Regelkreis: FR#Fs = s2 8T#2 (1+sT#) 1+s4T# Standard-SO-Funktion: Fgwx SO = Block III1 1+s4T# + s28T#2 + s38T#3 Dämpfung: dSO=1/2=0,5 4. Beispiel (DO): Übertragungsfunktion: allg. Strecke 2. Ordnung F5 = Vs 1 mit T1 > 2T# 1+sT1+s2#T1T# 1+sTn PI-Regler: FR = VR 1 T1 2T#2 Dämpfungsoptimiert (DO): VR = ( - 1) ; Tn = 4 (T# - ) 1 T1 T1 PI(DO) - Regler: FR = ( - 1 + ) Vs 2T# s8#2 1+ s4T# (1-2 T#/T1) offener Regelkreis: FR # Fs = s8### + s2 8T#2 + s38T#3 1+s4T# (1-2 T#/T1) Standard-DO-Funktion: FgwxDO = 1+s4T# + s2 8T#2 +s38T#3 Dämpfung: dDO = 0,5 Einstellhinweise, bzw. die vorteilhafte Vorgehensweise bei derErmittlung einer optimalen Reglereinstellung.The representation takes place in the image area of the Laplace transformation with the designations: s = Laplace operator T1 = large distance time constant T2 = mean distance time constant T, = sum of the small time constants of the distance Vs = system gain VR: controller gain Tv = derivative time constant of the controller Tn = integration time constant of the controller Fs = x / y = transfer function of the system sy FR = ## = transfer function of the controller Fgwx = X / W = transfer function of the closed control loop d = damping of the closed control loop 1st example (LO): Transfer function The function is implemented by PT1 path: Fs = Vs 1 block 1112 @ @ @ 1 + sT @ I-controller: FR = VR sTn 1 linear optimized (LO): VR = (Block V) L (LO) controller: FR = Block II s4VsT6 1 open controller circuit: FR # FS = s4T6 @ (1 + sT @) F @ F closed control F: FR s circuit gwx 1+ FR'Fs 1 block III1 standard LO function: FgwxLO = 1 + s4T # + s24T # 2 Damping: dLo = 1 2nd example (BO): Transfer function: realized by: 1 1 1 PT3 line: Fs = Vs block III2 1 + sT1 1 + sT2 1 + sT # 1 + sTn PID controller: FR = VR (1 + sTV) sTn T1 amount-optimized (BO) Tn = T1; Tv = T2; VR = (Block V) 2VsT # (1 + sT1) (1 + sT2) PIDBO controller: FR = Block II s 2 Vs open control loop: FR # Fs = s2T # (1 + sT #) 1 standard BO function: FgwxBO = block III1 1 + s2T # + s2 2T # 2 Attenuation: dBO = 1 / # # 0.7 3rd example (SO): 1 1 1 Block III2 IT2 line: Fs = Vs sT1 1 + sT2 1 + sT # with PID controller symmetrically optimized T1 (block V) (SO): Tn = 4T # ; Tv = T2; VR = 2VsT # T1 # (1 + s4T #) # (1 + sT2) Block II PIDSO controller: FR = s8VsT # 2 Open control loop: FR # Fs = s2 8T # 2 (1 + sT #) 1 + s4T # Standard SO function: Fgwx SO = Block III1 1 + s4T # + s28T # 2 + s38T # 3 Damping: dSO = 1/2 = 0.5 4th Example (DO): Transfer function: general 2nd order system F5 = Vs 1 with T1> 2T # 1 + sT1 + s2 # T1T # 1 + sTn PI controller: FR = VR 1 T1 2T # 2 Damping-optimized (DO): VR = (- 1); Tn = 4 (T # -) 1 T1 T1 PI (DO) - controller: FR = (- 1 +) Vs 2T # s8 # 2 1+ s4T # (1-2 T # / T1) open control loop: FR # Fs = s8 ### + s2 8T # 2 + s38T # 3 1 + s4T # (1-2 T # / T1) Standard DO function: FgwxDO = 1 + s4T # + s2 8T # 2 + s38T # 3 Damping: dDO = 0.5 Setting instructions, or the advantageous procedure for determining an optimal controller setting.

Das zur Anwendung kommende Optimierungsgerät enthält alle drei, parametermäßig miteinander verkoppelten Schaltungen nach Bild 3,4 und 5.The optimization device used contains all three, in terms of parameters Coupled circuits as shown in Figures 3, 4 and 5.

Als erstes wird mit Rs die Streckenverstärkung Vs ermittelt. Dazu kann (abhängig von der Arbeitsmaschine) eine Struktur nach Bild 1, nach Bild 2 oder eine offene Struktur ohne Rückführung gewählt werden. In Jedem Fall aber bleiben die Eingänge des Streckenrechners (III2) und der Regelstrecke (I) miteinander verbunden und mit der Stellgröße y beauSschlagts Der Regler wird ggf. proportional betrieben (Schalterstellung: BO/P/PTn/n 2). Mit R5 wird die, bei einer Änderung der Stellgröße y im eingeschwungenen Zustand auftretende stationäre Differenzspannung vd zum Verschwinden gebracht.First, the system gain Vs is determined with Rs. In addition can (depending on the machine) have a structure according to Figure 1, Figure 2 or an open structure without feedback can be chosen. In any case, stay the inputs of the system computer (III2) and the controlled system (I) are connected to one another and with the manipulated variable y beauSschlagts The controller is operated proportionally if necessary (Switch position: BO / P / PTn / n 2). With R5, when the manipulated variable changes y steady-state differential voltage vd occurring in the steady state to disappear brought.

Im zweiten Schritt wird eine Struktur nach Bild 1 oder 2 gewählt, und mit R68 die Ersatzzeitkonstante der Regelstrecke ermittelt, die die Größenordnung der großen Zeitkonstante T1 angibt. (Schalterstellung : BO/n = 1), Dazu wird das, bei einer Anregung des Regelkreises auftretende Differenzsignal vd am Oszillographenschirm zur Anzeige gebracht und durch Verändern der verantwortlichen Zeitkonstante T mittels Rd minimiert.In the second step, a structure according to Figure 1 or 2 is selected, and with R68 the equivalent time constant of the controlled system is determined, which is the order of magnitude the large time constant T1. (Switch position: BO / n = 1), For this purpose, When the control loop is excited, the difference signal vd on the oscilloscope screen brought to the display and by changing the responsible time constant T by means of Rd minimized.

In den darauffolgenden Schritten werden die Ordnungen von Regler und Strecke weiter erhöht (n = 2;3) und damit zusätzliche Zeitkonstanten eingeführt (T1, T2), mit deren Hilfe das Differenzsignal weiter verringert werden soll. Während des Abgleichs, der viel Geschick und Erfahrung erfordert, kann Jederzeit von einem Optimierungsverfahren auf ein anderes umgeschaltet werden; sei es zur einfacheren Handhabung oder zur Kontrolle.In the following steps the orders of controller and Distance further increased (n = 2; 3) and thus additional time constants introduced (T1, T2), with the help of which the difference signal is to be further reduced. While of the adjustment, which requires a lot of skill and experience, can be done at any time by one Optimization method can be switched to another; be it for the simpler one Handling or control.

Günstige Optimierungen des Regelkreises ergeben sich bei den Schaltcrstellungen: Optimierungsverfahren Regler typ Streckentyp mit der Ordnung n Schalter: S1 S3 S4 BO/LO i -- n = 1 BO/LO PI PIn n = 2 BO/LO P ITn-1 n = 2 SO -- ITn-1 n = 2 BO/LO PID PTn n = 3 BO/LO PD ITn-1 n = 3 SO -- ITn-1 n = 3 Für den Fall, daß T1>>T# gewährleistet ist,führen auch die folgenden Schalterstellungen zu günstigen Optimierungen des Regelkreises: BO/LO P PTn n = 2 SO -- PT n n = 2 BO/LO PD PTn n = 3 SO -- PTn n = 3 Beim LO wird gegenüber dem BO die halbe Reglerverstärkung eingestellt.Favorable optimizations of the control loop result from the switch positions: Optimization procedure controller type system type with the order n Switch: S1 S3 S4 BO / LO i - n = 1 BO / LO PI PIn n = 2 BO / LO P ITn-1 n = 2 SO - ITn-1 n = 2 BO / LO PID PTn n = 3 BO / LO PD ITn-1 n = 3 SO - ITn-1 n = 3 In the event that T1 >> T # is guaranteed, the following switch positions also lead to favorable optimizations of the control loop: BO / LO P PTn n = 2 SO - PT n n = 2 BO / LO PD PTn n = 3 SO - PTn n = 3 With the LO, half the controller gain is set compared to the BO.

Darüberhinaus sind beide Optimierungsverfahren identisch. Wahlweise kann für sie mit dem Schalter 33 ein integraler Regleranteil zugeschaltet werden, für S3 d. h.In addition, both optimization methods are identical. Optional an integral controller component can be switched on for them with switch 33, for S3 d. H.

n = 2 : P#PI - Regler n = 3 : PD#PID-Regler Erweiterunen der Erfindung (in der Ausgestaltung und den technischen Einsatzmöglichkeiten) 1. Das Problem der Mehrfachpotentlometer, die für die Parameterverkopplung verantwortlich sind und daher hohen Gleichlaufanforderungen genügen müssen, ist auch auf andere Weise lösbar, beispielsweise mit durch Drucks Temperatur oder ein Feld (Feldplattenpotentiometer) gekoppelten passiven Widerständen. n = 2: P # PI controller n = 3: PD # PID controller Extensions of the invention (in terms of design and technical application possibilities) 1. The problem of the multiple potentlometers, which are responsible for the parameter coupling and therefore have to meet high synchronization requirements, is also available to others Solvable in a way, for example with pressure temperature or a field (field plate potentiometer) coupled passive resistors.

2, Die Realisierung der Schaltungen in digitaler Technik gewährleistet eine höhere Genauigkeit, erfordert allerdings einen größeren Aufwand und bringt eine Rechentotzeit mit sich. Sie ist daher nur sinnvoll, wenn auch der Regler und sein Führungssystem (Prozessrechner) digital arbeiten, und in entsprechender Technik aufgebaut sind.2, The realization of the circuits in digital technology is guaranteed higher accuracy, but requires more effort and brings a computing dead time with itself. It is therefore only useful if the controller and his management system (process computer) work digitally, and in the corresponding technology are constructed.

3. Es sind neben den Verfahren des LO, des BO, des SO und des DO auch andere Optimierungsverfahren anwendbar, vorausgesetzt es gibt eine, das optimale Regelkreisverhalten beschreibende mathematische Beziehung, mit der ein Rechner programmiert werden kann.3. In addition to the procedures of the LO, the BO, the SO and the DO, too other optimization methods are applicable, provided there is one, the optimal one Mathematical relationship that describes control loop behavior and is used by a computer to program can be.

4. Das Verfahren (nach Anspruch 1) ist nicht nur für geregelte Antriebe, sondern auf beliebige Regelkreise anwendbar, für die solche Optimierungsverfahren (nach Punkt 3) einsetzbar sind.4. The method (according to claim 1) is not only for regulated drives, but can be applied to any control loops for which such optimization methods (according to point 3) can be used.

5. Die Optimierungs-Meßeinrichtung kann zu einer adaptiven Regeleinrichtung erweitert werden, sofern die Differenzsignalabfrage und Auswertung selbsttätig abläuft /vgl. 5/. Eine vorteilhafte Ausgestaltung stellt dabei die Adaptierung eines Reglerparameters (z. B.5. The optimization measuring device can become an adaptive control device can be expanded, provided that the differential signal query and evaluation run automatically /see. 5 /. An advantageous embodiment here is the adaptation of a controller parameter (e.g.

der Reglerverstärkung VR) dar, sofern ein entsprechender Strecke parameter sich im laufenden Betrieb stark ändert /vgl. 7/. the controller gain VR), provided that there is a corresponding path parameter changes significantly during operation / cf. 7 /.

/7/ Ks Meyl: Drehzahlregelung mit einer Wirbelstromkupplung Ant »antriebstechnik« 18 (1979) Nr. 9 S. 423 - 426 / 7 / Ks Meyl: Speed control with an eddy current coupling Ant »antriebstechnik« 18 (1979) No. 9 pp. 423-426

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur optimalen Einstellung eines Reglers in einem geschlossenen Regelkreis nach vorbestimmten, für geregelte Antriebe gebräuchlichen Kriterien, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße der weitgehend unbekannten~Regelstrecke (Istwert x) verglichen wird mit~der*Au-sgangsgröße (v) eines in seinen Parameterwerten veränderbaren und-in Echtzeit arbeitenden Rechnerbausteins, der derart programmiert ist, daß die Standardfunktion des gewählten Optimums realisiert wird, und dessen Eingang mit einer, die Regelstrecke steuernden Größe (w oder y) beaufschlagt wird, daß ferner das, bei einer Sollwertanregung (dw) auftretende Differenzsignal (vd = x-v) einer Auswertevorrichtung zugeleitet wird, die in Abhängigkeit vom Differenzwert eine Optimierungseinrichtung verstellt, die über die Optimierungsbedingungen miteinander verknüpft die Einstellungen der Parameter des Reglers und des Rechners derart vornimmt, daß das Differenzsignal (vd) für alle Zeiten und Anregungen (dW) zum Verschwinden gebracht wird. PATENT CLAIMS Process for the optimal setting of a controller in a closed control loop according to predetermined, customary for controlled drives Criteria, characterized in that the output variable of the largely unknown ~ controlled system (Actual value x) is compared with ~ the * output variable (v) of one of its parameter values changeable computer module that works in real time and programmed in this way is that the standard function of the chosen optimum is realized, and its A variable (w or y) that controls the controlled system is applied to the input, that, furthermore, the difference signal (vd = x-v) is fed to an evaluation device, which depends on the difference value an optimization device adjusted, which over the optimization conditions with each other links the settings of the parameters of the controller and the computer in such a way that that the difference signal (vd) for all times and stimuli (dW) to disappear is brought. 2) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner mit der Standardfunktion des gewählten Optimierungsverfahrens programmiert ist, eingangsseitig vom Sollwert (w) des geschlossenen Regelkreises beaufschlagt wird, -und in seinen, über die Optimierungsbedingungen mit denen des Reglers fest verkoppelten Parametern so lange yariiert wird, bis das, aus seinem Ausgangswert (v) und aus dem Istwert (x) des geschlossenen Regelkreises gebildete Differenzsignal (vd) für alle Zeiten und Anregungen (dw) verschwindet, 3) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner mit der Ubertragungsfunktion der Regelstrecke programmiert ist, eingangsseitig von der gleichen Stellgröße y beaufschlagt wird wie die Regelstrecke, in seinen Parametern über die Optimierungsbedingungen derart mit den Parametern des vorgeschalteten Reglers verkoppelt ist, daß durch ein Schließen des Regelkreises über die Rechnerstreoke insgesamt die Standardfunktion des gewählten Optimums realisiert wird, und so lange die verkoppelten Parameterwerte variiert werden, bis das, aus dem Ausgangswert (v) des Standardregelkreises (= Istwert des geschlossenen Regelkreises) und dem Ausgangswert (x) der offen betriebenen Regelstrecke gebildete Differenzsignal (v,) für alle Zeiten und Anregungen ( t) verschwindet, 4) Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß a) Rechner und Regler in analoger Technik aufgebaut sind, wobei jeder Parameterwert frei wählbar eingestellt werden kann durch einen, ihm direkt proportionalen ohm'schen Widerstandswert, b) die Verkoppelung der Parameter durch die Verwendung mechanisch gekoppelter Mehrfachpotentiom+a:~er oder durch mehrere optisch ge koppelte, gleichlaufende Photowiderstände (LED/LDR-Optokoppler) realisiert wird, c) die Aufgabe der Optimierungseinrichtung zweckmäßigerweise dadur gelöst wird, daß die Parameter des Reglers über die OptimierunE bedingungen auf die zugehörigen Regelstreckenwerte umgerechnet werden, und die entstandene, von dem Jeweiligen Optimierungsver fahren abhängige Reglerübertragungsfunktion in einer nach Anspruch 4 (a) und (b) gekennzeichneten Technik ausgeführt.wird, d) die für geregelte Antriebe gebräuchlichen Optimierungsverfahren Verwendung finden nach den Kriterien des Linearen Optimums, des Betragsoptimums, des Symmetrischen Optimums oder des Dämpfungsoptimum, e) als Auswertevorrichtung zunächst der Mensch eintritt, der das gespeicherte, bei repetierender Anregung stehende Oszillographe bild des Differenzsignals vd auswertet und sinngemäß (und erfahrungsgemEß) die verkoppelten Parameter verstellt und f) es sich bei der Messung des Differenzsignals vd um eine dynamische Vergleichsmessung handelt, bei der die zeitlichen Einschwingverhalten zweier beliebig, aber identisch angeregten Systeme miteinander verglichen werden.2) Device for performing the method according to claim 1 thereby characterized that the computer with the standard function of the selected optimization method is programmed, on the input side from the setpoint (w) of the closed control loop is acted upon, -and in his, on the optimization conditions with those of the Controller's tightly linked parameters is varied until that, out of its Output value (v) and formed from the actual value (x) of the closed control loop Difference signal (vd) for all times and excitations (dw) disappears, 3) device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the Computer with the transfer function of the controlled system is programmed on the input side is acted upon by the same manipulated variable y as the controlled system in its Parameters over the optimization conditions in such a way with the parameters of the upstream Controller is coupled that by closing the control loop via the computer Streoke overall the standard function of the selected optimum is realized, and so long the coupled parameter values are varied until that, from the initial value (v) of the standard control loop (= actual value of the closed control loop) and the output value (x) the openly operated controlled system difference signal formed (v,) disappears for all times and excitations (t), 4) device according to claim 2 or 3, characterized in that a) computer and controller constructed using analog technology each parameter value can be freely selected by a, ohmic resistance value directly proportional to it, b) the coupling of the parameters by using mechanically coupled multiple potentiom + a: ~ er or by several optically coupled, synchronous photoresistors (LED / LDR optocoupler) implemented is, c) the task of the optimization device expediently thereby achieved is that the parameters of the controller via the optimization conditions to the associated Control system values are converted, and the resulting, from the respective optimization process drive dependent controller transfer function in a according to claim 4 (a) and (b) marked technology is carried out, d) the one commonly used for controlled drives Optimization procedures are used according to the criteria of the linear optimum, the absolute value optimum, the symmetrical optimum or the damping optimum, e) as Evaluation device first the person enters the stored, with repetitive Excited oscillographs image of the difference signal vd evaluates and analogously (and according to experience) adjusted the coupled parameters and f) it is the Measurement of the difference signal vd is a dynamic comparison measurement the temporal transient response of two arbitrarily but identically excited Systems are compared with each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0086337A1 (en) * 1982-02-04 1983-08-24 Programmelectronic Engineering Ag Process for the control of excess air in firing equipments and control equipment for the realization of the process
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