DE3015888A1

DE3015888A1 - Verfahren und vorrichtung zur selbsttaetigen regelung

Info

Publication number: DE3015888A1
Application number: DE19803015888
Authority: DE
Inventors: Takao Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-04-25
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1980-10-30
Also published as: JPS55143604A; JPS6259801B2; FR2455310A1; FR2455310B1; US4354224A; DE3015888C2

Description

B_e_s_c_h_r e_i_b u_n_g

Die Erfindung bezieht sich auf modifizierte Verfahren und Vorrichtungen zur selbsttätigen Regelung und betrifft insbesondere Verfahren und Vorrichtungen, bei denen die Stellgröße gesondert gehandhabt bzw. unterteilt werden kann, wobei eine Anwendbarkeit bei der kontinuierlichen und/oder diskreten Regelung von Prozeßgrößen wie Mengenstrom, Temperatur, Stromstärke und dergl. möglich ist.

Fig. 1 zeigt ein typisches bekanntes Regelsystem zur selbsttätigen Regelung von Mengenstrom und Temperatur.

Bei einem solchen Regelsystem bestehen bekanntlich die nachstehenden Beziehungen zwischen einem Bezugswert S der Regelgröße, der als Sollwert verwendet wird, einer Rückkopplungsgröße D, einer Abweichung und einer Stellgröße C für ein zu regelndes System 13:

C_o = G(S)6 (2)

Hierin bezeichnet G(S) eine Übertragungsfunktion eines Regelelements 12.

Bei dein Regelsystem nach Fig. 1 wird somit die Abweichung zwischen dem Bezugswert S und der Rückkopplungsgröße D an einem Summierungspunkt 11 ermittelt und mit Hilfe des Regelelements 12 dadurch verarbeitet, daß sie einer proportionalen Wirkung P oder einer proportionalen und integralen Wirkung PI oder einer proportionalen, integralen und differenzierenden Wirkung PID ausgesetzt wird,-um dann als Stellgröße dem zu regelnden System zugeführt zu werden, wobei der Regelvorgang so durchgeführt wird, daß die Abweichung £ den Wert

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Null annimmt. Die Regelgröße wird in Form eines Absolutwertes durch einen Absolutwertdetektor erfaßt, der mit einem Punkt 17 des zu regelnden Systems 13 verbunden ist. Das Signal des Absolutwertdetektors wird mittels einer Rückkopplungsschaltung 14 einer bestimmten Umwandlung unterzogen, so daß man ein Rückführungssignal D erhält. Wie im folgenden erläutert, ist zwischen dem Regelelement 12 und dem zu regelnden System 13 ein Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzer 15' angeordnet, der dazu dient, die Änderungsgeschwindigkeit der Stellgröße nach Bedarf innerhalb eines festen Bereichs zu halten. Der Begrenzer 15' dient normalerweise dazu, das Ausgangssignal C des Regelelements 12 zu differenzieren und in einer Leitung 15 ein Ausgangssignal erscheinen zu lassen, bei dem es sich um die Summe eines Differentials und des Ausgangssignals C handelt.

Von den verschiedenen Konstruktionen bekannter Regelsysteme bildet die Anordnung nach Fig. 1 ein typisches und häufig angewendetes Beispiel für die Regelung analoger Größen.

Wenn bei dem Rückkopplungsregelsystem nach Fig. 1 der Regelkreis aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, führt gemäß der vorstehenden Gleichung (1) die Tatsache, daß D=O ist, dazu, daß E den Wert S annimmt; im Augenblick des Unterbrechens des Regelkreises wird somit der Betrieb des Regelsystems erheblich gestört.

Wenn das zu regelnde System schnell anspricht, so daß das Auftreten einer solchen Störung nicht zulässig ist, ist es daher allgemein üblich, ein redundantes Regelsystem vorzustehen oder den schon genannten Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzer 15' zu verwenden, um das Regelsystem gegen Betriebsstörungen zu sichern. Jedoch hat ein solches redundantes Regelsystem einen komplizierten Aufbau, und es ist kostspielig. Die Verwendung eines solchen Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzers führt zu einer Verschlechterung der Ansprechempfindlich-

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keit des Regelsystems, und es besteht die Gefahr, daß die gewünschte Regelwirkung nicht erzielt wird. In neuerer Zeit hat sich die Verwendung von Digitalrechnern bei der Prozeßregelung in einem großen Umfang eingeführt. Hierbei wird anstelle des Rückkopplungsregelsystems nach Fig. 1 von einer periodischen Korrektur Gebrauch gemacht. Jedoch selbst dann, wenn der Addierer 11, das Regelelement 12 und die Rückkopplungsschaltung 14 digitalisiert sind, bleibt das bei einem Rückkopplungssystem bestehende Problem bezüglich der Zuverlässigkeit, der Stabilisierung und der Vereinfachung ungelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren zu schaffen, bei dem die Stellgröße gesondert variiert werden kann, wobei ein Regelkreis benutzt wird, der eine sehr zuverlässige Prozeßregelung ermöglicht; ferner sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vor. Ferner soll ein solches Regelverfahren geschaffen werden, das die Regelung eines Prozesses unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Weiterhin sollen ein modifiziertes selbsttätiges Regelverfahren und eine selbsttätige Regelvorrichtung von vereinfachter Konstruktion geschaffen werden, die eine gefahrlose Prozeßregelung auch bei einer Unterbrechung des Regelkreises gewährleisten. Schließlich sollen solche Verfahren und Vorrichtungen geschaffen werden, die sowohl eine Analogregelung als auch eine Regelung mittels periodischer Korrekturen ermöglichen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß dann, wenn die kontinuierliche Regelung und/oder eine auf periodischen Korrekturen beruhende Regelung physikalischer Größen bei _t einem zu regelnden System nach dem Rückkopplungsverfahren durchgeführt wird, eine Stellgröße C_Q unterteilt wird, und zwar in einen absoluten Bezugswert bzw. einen absoluten Sollwert C₁, der sich unabhängig von möglichen Störungen einstellen läßt, und eine relative änderung C₉ der Stellgröße, die

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durch einen Regelvorgang ermittelt wird, welcher auf einer Abweichung zwischen einer nachgewiesenen relativen Änderung der Regelgröße gegenüber dem zugehörigen Bezugswert und . einem relativen Bezugswert für die Regelgröße beruht, wobei die Stellgröße C dem zu regelnden System zugeführt wird, wobei die Bedingung erfüllt wird, daß C- erheblich größer ist als Cg· Hierbei gilt die nachstehende Beziehung:

C_o = C₁ + C₂ (3)

Der relative Bezugswert wird in Abhängigkeit von einem zulässigen Anderungsbereich der Regelgröße des Prozesses, d.h. einem kritischen Sicherheitsfaktor des Prozesses ermittelt. Dieser relative Bezugswert führt zu den gleichen Wirkungen wie die bekannte selbsttätige Regelung, bei der mit einem großen Wert gearbeitet wird, wobei der Bezugswert normalerweise auf Null eingestellt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines bekannten selbsttätigen Regelsystems;

Fig. 2 das Blockschaltbild des grundsätzlichen Aufbaus eines erfindungsgemäßen selbsttätigen Regelsystems, bei dem mit einer unterteilten Stellgröße gearbeitet wird;

Fig. 3 das Schaltbild eines bekannten selbsttätigen Regelsystems mit Optimalwertregelung;

Fig. 4 in einem Blockschaltbild ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung bei der Speisewasserregelanlage eines Kernreaktors;

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Fig. 5 in einem Schaltbild die Anwendung der Erfindung bei einer stabilisierten Spannungsquelle; und

Fig. 6 die Schaltung einer stabilisierten Spannungsquelle bekannter Art.

Eine allgemeine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. dargestellt, wo aus Fig. 1 ersichtlichen Teilen entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.

Bei dem Regelsystem nach Fig. 2 wird dem Regelelement 12 nicht etwa eine Abweichung zwischen dem Bezugswert S und einem Absolutwert der Rückkopplungsgröße D zugeführt, sondern eine Abweichung £, V = E -AO, bei der E einen relativen Bezugswert gegenüber einem Bezugswert für die Regelgröße und Λ D eine relative Rückkopplungsgröße gegenüber dem relativen Bezugswert bezeichnet. Ein mit P- oder PD-Regelung arbeitendes System 13 wird mit Hilfe eines Ausgangssignals eines Addierers 19 gesteuert, welcher eine Summe C = C^ + C„ erzeugt, und zwar auf der Basis eines Ausgangssignals Cg des Regelelements 12, das eine P- oder PI- oder PID-Regelung bewirkt, sowie eines Bezugswertsignals C.., das einen Absolutwert der Stellgröße bestimmt. Die Bestimmung von C. und C₂ richtet sich nach einer zulässigen Änderung der Regelgröße während einer vorbestimmten Zeit bei dem zu regelnden Prozeß 13. Nimmt man an, daß der Bezugswert der Regelgröße mit L bezeichnet ist und daß ein zulässiger Grenzwert für eine Ansprechzeit At mit L.. bezeichnet wird, ergibt sich ein zulässiger Anderungsbereich Ö* wie folgt:

L-L₁ ο 1

Somit ist ersichtlich, daß die Werte des zulässigen A'nderungsbereichs in Abhängigkeit von dem eigentlichen Prozeß und von dem für die Durchführung des Prozesses erforder-

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lichen kritischen Sicherheitsfaktor bestimmt werden. Beispielsweise beträgt die Ansprechzeit At bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ein Mehrfaches von 10 see, während sie bei der Ausführungsform nach Fig. 5 in der Größenordnung von Millisekunden liegt. Daher werden C-. und C~ so eingestellt, daß die Regelgröße in dem zulässigen Änderungsbereich 6 liegt.

Im Gegensatz zu dem Detektor 16 nach Fig. 1, der einen Absolutwert der Regelgröße erfaßt, dient der Detektor 13 bei dem erfindungsgemäßen Regelsystem nach Fig. 2 dazu, nur eine relative Änderung der Regelgröße gegenüber einem zugehörigen Bezugswert, d.h. einer Abweichung von dem Befehl für die Regelgröße, zu erfassen. Der Detektor 18 arbeitet dann als Relativwertdetektor, und für einen Fachmann ist es ohne weiteres möglich, zu diesem Zweck einen der handelsüblichen Fühler für eine bei dem Prozeß zu regelnde physikalische Größe zu verwenden.

Bei dem Regelsystem nach Fig. 2 wird der absolute Bezugswert C₁ der Stellgröße normalerweise entsprechend einem absoluten Sollwert festgelegt. Wenn der Bezugswert für die Regelgröße dem absoluten Bezugswert C- entspricht, nimmt das Eingangssignal 6' des Regelelements 12 den Wert Null an, so daß C₂ den Wert Null annimmt, wobei die Zeit t unendlich ist.

Wird dem Bezugswert für die Regelgröße durch den Absolutwert C₁ nicht entsprochen, erhält man 6 ' =0, und ein Eingangssignal 6 ^f von erheblicher Größe wird einer PID-Regelung z.B. an dem Regelelement 12 entsprechend einer zugehörigen übertragungsfunktion G'(S) unterzogen, so daß eine Änderung C₂ der Stellgröße erfolgt, wodurch die Regelgröße auf ihren Bezugswert berichtigt wird. Um das Eingangssignal £.' = E -AD-für das Regelelement zu bestimmen, wird ein Ausgangssignal Λ D des Regelkreises, das dadurch erzeugt wird, daß eine

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erforderliche Operation für ein Ausgangssignal des Relativwertdetektors 18 an einem Rückkopplungselement 14 erzeugt wird, einem Eingang eines Addierers 11 zugeführt, und ein relativer Bezugswert E für die Regelgröße, der für einen relativen Sollwert gilt, wird dem anderen Eingang des Addierers 11 zugeführt. Wie erwähnt, wird der relative Bezugswert E so eingestellt, daß er dem zulässigen Änderungsbereich & bei dem Prozeß und der Bedingung C-. » CU entspricht, doch wird er normalerweise auf 0 eingestellt.

Wenn der Bezugswert für die Regelgröße geändert werden soll, wird entweder der relative Bezugswert E oder der absolute Bezugswert C- für die Stellgröße geändert. Dann erhält man 6 ' = 0, und es gilt die Gleichung:

C₂ = G'(S)6 ' (4)

Ein durch die Gleichung (4) dargestelltes Ausgangssignal des Regelelements 12 wird der normalerweise festen Größe C. überlagert, um die selbsttätige Regelung des Prozesses 13 durchzuführen. Die automatische Korrektur einer Gesamtstellgröße C wird fortgesetzt, bis das Ausgangssignal Δ D des Rückkopplungseüetnents 14, dem das Signal des Detektors 18 zugeführt wird, welcher nur eine relative Änderung der Regelgröße erfaßt, der folgenden Gleichung genügt:

= E - &.Ό = 0 (5)

Wenn eine maximale Störung auftritt und daher der kritische Sicherheitsfaktor des Prozesses aufrechterhalten werden muß, bildet der absolute Bezugswert C^ einen Festwert, und der relative Bezugswert E wird innerhalb des Bereichs 6 der zulässigen Änderung variiert, um eine geringe Änderung der Regelgröße herbeizuführen.

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Muß dagegen der Prozeß auf programmierte Weise geführt werden, ergibt sich ein großer Anderungsbereich für die Regelgröße, und der zulässige Änderungsbereich 6- wird gestört.-Daher ist es erwünscht, den relativen Bezugswert auf 0 zu bringen und den absoluten Bezugswert C- in Abhängigkeit von dem Programm zu variieren, so daß der Bezugswert für den Absolutwertdetektor 18, d.h. der Bezugswert für die Regelgröße, ebenfalls in Beziehung zu dem absoluten Bezugswert C₁ variiert werden kann. Mit anderen Worten, wenn eine große Änderung der Regelgröße erwünscht ist, wird die Beziehung E=O hergestellt, und es wird eine Änderung der Beziehung zwischen dem absoluten Bezugswert C^ und dem Bezugswert für den Absolutwertdetektor herbeigeführt.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Regelsystems ist ersichtlich, daß im Gegensatz zu dem Regelelement 12 der bekannten Anordnung nach Fig. 1, dem augenblicklich ein großes Eingangssignal zugeführt A\ard, wenn der Regelkreis aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, das erfindungsgemäße Regelsystem gegen innere Störungen beim Fehlen anderer Störungen immun ist, da der relative Bezugswert E und die Rückkopplungsvariable Ad normalerweise gleich Null sind.

Dieses Merkmal stellt einen großen Vorteil der Erfindung dar, denn es ist jetzt möglich, die Erfindung bei einem schnell ansprechenden System anzuwenden.

Bis jetzt steht ein bekanntes Optimalwert-Rückkopplungs-Regelsystem zur Verfügung, das zu dem Regelsystem nach Fig. analog ist.

Dieses bekannte Regelsystem, das in Fig. 3 dargestellt ist, ermöglicht eine geeignete Verarbeitung meßbarer Störungen und die Zuführung verarbeiteter Ergebnisse zu einem Regelelement. Wenn man jedoch die Abweichung an dem Punkt 11 bei

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einer Unterbrechung des Regelkreises berücksichtigt, erkennt man, daß sich diese bekannte Anordnung erheblich von dem erfindungsgemäßen Regelsystem unterscheidet.

Gemäß Fig. 3 erfolgt der normale Betrieb nach dem Rückkopplungsverfahren, wobei die gleichen Elemente verwendet werden wie bei der Anordnung nach Fig. 1, und wenn einer Klemme 33 ein Störungssignal zugeführt wird, übt dieses seinen Einfluß auf den zu regelnden Prozeß 13 unter Vermittlung durch ein Übertragungselement 32 aus.

Da der Einfluß auf den zu regelnden Prozeß im voraus geprüft wird, wird die Stellgröße so variiert, daß dieser Einfluß beseitigt wird, wobei hierzu ein Übertragungselement benutzt wird. Somit beruht dieses bekannte Optimalwert-Rückkopplungs-Regelsystem im wesentlichen auf dem selbsttätigen Regelsystem nach Fig. 1, und es unterscheidet sich völlig von dem erfindungsgemäßen Regelsystem, bei dem ein Regelvorgang für die Abweichung gegenüber dem absoluten Bezugswert nicht durchgeführt wird und bei dem die Stellgröße ohne Rücksicht auf die Erfassung von Störungen abgetrennt und dem zu regelnden Prozeß zugeführt wird.

Bei einem anderen bekannten Regelsystem ist zwischen den Elementen 12 und 13 nach Fig. 1 eine Störungseinstelleinrichtung angeordnet, um zu gewährleisten, daß die selbsttätige Regelung die Wirkung der Störung aufhebt, wobei der Prozeßregler dazu dient, eine Störung zu beseitigen, die sich beseitigen läßt. Auch dieses bekannte System unterscheidet sich von demjenigen nach der Erfindung.

In Fig. 4 ist die Anwendung der Erfindung zur Regelung der Standhöhe von Wasser in einem Behälter dargestellt.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 handelt es sich um ein System zum Regeln der Standhöhe von Wasser bzw. eines Kühlmittels

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im Kessel 43 eines Kernreaktors, wobei die Erfindung eine Regelung mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht. Wenn man Schwankungen der Standhöhe des Wassers in Abhängigkeit von Druckschwankungen vernachlässigt, wird die Standhöhe des Wassers in dem Kessel 43 durch den Unterschied zwischen der Durchsatzmenge des Speisewassers, d.h. der Förderleistung einer Speisepumpe 42, und dem Durchsatz an wäßrigem Dampf bestimmt, der über einen Auslaß 44 entweicht; um den Wasserspiegel auf konstanter Höhe zu halten, wird die Förderleistung der Speisepumpe 42 mit Hilfe eines Pumpenreglers geregelt.

Es sei angenommen, daß während des normalen Betriebs die Standhöhe L des Wassers in dem Kessel 43 gegenüber einem festen Bezugspegel 150 cm beträgt und daß gegenüber L eine Abweichung L. um +20 cm zulässig ist. Um das erfindungsgemäße Regelverfahren anzuwenden, wird ein absoluter Bezugswert C- von 15Q cm einer Absolutwert-Einstellklemme 20 zugeführt, während ein relativer Bezugswert E, der normalerweise gleich Null ist, einer Relativ-Einstellpunktklemme zugeführt wird. Da bei dem Kessel eines Kernreaktors eine absolute Betriebssicherheit gefordert wird, ist es notwendig, den absoluten Bezugswert C₁ von 150 cm aufrechtzuerhalten. Der zulässige Änderungsbereich beträgt etwa 10%. Zur Vereinfachung sind die Bezugswert-Einstelleinrichtungen in Fig. in Gestalt von Klemmen 10 und 20 dargestellt.

Gemäß Fig. 4 ist ein Wasserstanddetektor 45 vorhanden, der dazu dient, relative Änderungen des Wasserstandes zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Wert Null hat, wenn der tatsächliche Wasserstand 150 cm beträgt. Der Wasserstanddetektor 45 kann als Dehnungsmesser ausgebildet sein, der den Unterschied zwischen einem der Standhöhe L entsprechenden Wasserdruck P bei der Standhöhe 150 cm als Bezugswasserpegel und einem Wasserdruck P erfaßt, der der tatsächlichen Standhöhe des Wassers in dem Kessel 43 ent-

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spricht. Ferner ist es möglich, einen bekannten Flüssigkeitsspiegeldetektor der Verdrängungsbauart zu verwenden, bei dem ein Schwimmer in einem Detektorteil angeordnet ist und die Verlagerung des Schwimmers gemessen wird, wenn der zur Höhe des Flüssigkeitsspiegels proportionale Auftrieb · des Schwimmers die Gegenkraft eines Federelements ausgleicht.

Soll der Bezugswert■der Wasserstandhöhe häufig geändert werden, kann man natürlich eine Einrichtung vorsehen, die es ermöglicht, die Vorspannung zu variieren, um das Ausgangssignal einzustellen. Zwar kann man als Regelelement 12 Regelelemente verschiedener Art verwenden, doch wird im folgenden ein mit einer PID-Wirkung arbeitendes Regelelement beschrieben.

Wenn der Dampfdurchsatz zunimmt und hierbei die Standhöhe des Wassers bis unterhalb des Bezugswasserpegels L = 150 cm zurückgeht, erzeugt der Detektor ein negatives Ausgangssignal, und dem PID-Regelelement 12 wird über ein Rückkopplungselement 14 und ohne Rücksicht auf die Übertragungsfunktion dieses Elements ein positives Abweichungssignal L ' zugeführt, das in einer 1:1-Entsprechung zu der Verringerung der Wasserstandhöhe steht.

Das PID-Regelelement 12 erzeugt ein Ausgangssignal, das dem Eingangssignal entspricht, und schließlich bewirkt der Pumpenregler 41 eine Erhöhung der Förderleistung der Pumpe 42 durch die Betätigung eines Drehzahlreglers, das weitere Öffnen eines Ventils oder dergl. Durch diese Steigerung der Förderleistung wird der Wasserstand in dem Kessel 43 wieder auf den normalen Wert von 150 cm gegenüber dem festen Bezugspegel gebracht.

Bei dem erfindungsgemäßen Regelsystem wird somit nicht die Abweichung zwischen dem Bezugswertpegel und dem tatsächlichen Pegel, sondern die Differenz bzw. Abweichung zwischen dem relativen Bezugswert und dem relativen Pegel einer

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PID-Regelung unterzogen. Selbst wenn bei dem Regelkreis, z.B. dem Wasserstanddetektor, eine Störung auftritt, so daß das Signal für den relativen Wasserstand den Wert Null annimmt, ergibt sich bei dem Regelsystem keine Störung, solange die Standhöhe des Wassers in dem Kessel 43 mit dem Bezugswert übereinstimmt. Somit wird ein gefährliches Durchgehen der Regelung der Wasserstandhöhe verhindert.

Wenn eine zeitweilige Änderung der Betriebswasserstandhöhe herbeigeführt werden soll, wird ein der entsprechenden Änderung entsprechendes Signal gemäß Fig. 4 einer Klemme 10 für den relativen Bezugssollwert zugeführt, so daß sich ein ähnlicher Regelvorgang abspielt wie der vorstehend beschriebene, Der geänderte relative Bezugswert E kann innerhalb des zulässigen Änderungsbereichs 6 eingestellt werden. Wenn für den Sollwert. C. ein programmierter Betrieb erforderlich ist, kann man z.B. das Verfahren nach der US-PS 3 424 653 anwenden, die sich mit einem Verfahren zum Inbetriebsetzen eines Kernreaktors unter Verwendung eines Digitalrechners befaßt.

Im folgenden wird anhand von Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezüglich ihrer Anwendung bei einer schnei¹, ansprechenden Spannungsregeleinrichtung erläutert und anhand von Fig. 6 mit einem bekannten Regelsystem ver-³ glichen.

Bei Schaltungen für eine Serien-Gleichspannungsregelung der in Fig. 5 und 6 dargestellten Art wird die von einer nicht stabilisierten Spannungsquelle 51 abgegebene Spannung mittels eines damit in Reihe geschalteten Transistors 52 stabilisiert und dann einem Verbraucher 53, z.B. einem integrierten Halbleiterschaltkreis, zugeführt.

Bei der bekannten Schaltung nach Fig. 6, bei der es sich um ein selbsttätiges Regelsystem handelt, wird die Spannung einer Bezugsspannungsquelle 56 mit der Spannung der Span-

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nungsquelle 56 mit der Spannung der Spannungsquelle 51 verglichen, die durch Widerstände 61 und 62 unterteilt wird, und zwar mit Hilfe einer Komparatorschaltung'54, z.B. eines Operationsverstärkers, und der äquivalente Widerstand des Transistors 52 wird so variiert, wie es erforderlich ist, um die Ausgangsspannung zu stabilisieren.

Da bei der bekannten Schaltung nach Fig. 6 die Differenz zwischen der Bezugsspannung, welche durch die Bezugsspannungsquelle 56 gegeben ist (entsprechend dem Bezugswert S in Fig.. 1), und der unterteilten Ausgangsspannung als Rückkopplungssignal verwendet wird, nähert sich die Ausgangsspannung für den Verbraucher der Spannung der Spannungsquelle 51, wenn z.B. bei dem Widerstand 61 eine Unterbrechung auftritt, und dies hat nahezu augenblicklich eine Beschädigung des Verbrauchers 53 zur Folge, bei dem es sich z.B. um einen integrierten Schaltkreis handelt. Ein weiteres Problem, das darin besteht, daß die Ausgangsspannung nahezu auf Null zurückgeht, ergibt sich dann, wenn bei dem Widerstand 62 eine Unterbrechung auftritt.

Bei dem erfindungsgemäßen Regelsystem nach Fig. 5 wird dagegen die Spannung der nicht stabilisierten Spannungsquelle 51 z.B. auf 10 V eingestellt, und ein zum Erfassen der Ausgangsspannung dienendes Eingangssignal für die Vergleichsschaltung 54, die durch die Vorspannung einer Spannungsquelle

55 gegeben ist, wird so eingestellt, daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 54 den Wert Null annimmt, wenn die Ausgangsspannung für den Verbraucher 53 z.B. 5 V beträgt, während die Bezugsspannungsquelle 56 z.B. eine Spannung von 5,6 V liefert.

Daher hat das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 54 normalerweise den Wert Null, und die Bezugsspannungsquelle

56 liefert eine dem Bezugswert nach Fig. 1 entsprechende

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Spannung zur Regelung der Ausgangsspannung.

Wenn der durch den Verbraucher 53 fließende Strom zunimmt und die Ausgangsspannung dazu neigt, zurückzugehen, wird das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 54 positiv gemacht, und das Ausgangssignal einer Addierschaltung 57 wird vergrößert, um die Ausgangsspannung zu stabilisieren. Bei der Addierschaltung 57 kann es sich um einen Operationsverstärker handeln. Wird die Zufuhr der Vorspannung der Spannungsquelle 55 aus irgendeinem Grund unterbrochen, bleibt die Ausgangsspannung für den Verbraucher 53 beim Fehlen von Störungen im wesentlichen unverändert, wodurch der Verbraucher gegen Beschädigungen geschützt wird.

Wie erwähnt, läßt sich die Erfindung bei Regelsystemen mit Regelkreisen ohne Rücksicht auf deren Aufbau anwenden, so daß sich ein umfangreiches Anwendungsgebiet ergibt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Regelsystems besteht darin, daß sich eine höhere Regelgenauigkeit erzielen läßt.

Im Gegensatz zu dem bekannten Regelsystem, bei dem die Erfassung von Meßwerten über den ganzen Xnderungsbereich der Regelgröße hinweg mit gleichmäßiger Genauigkeit erfolgen muß, wird gemäß der vorstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäß ein Detektor verwendet, der lediglich die Aufgabe hat, die relative Änderung der Regelgröße zu erfassen. Daher kommt man mit einem Detektor aus, der nur einen sehr kleinen Erfassungsberexch hat, so daß eine Erfassung mit hoher Genauigkeit möglich ist, wodurch die Genauigkeit des Regelsystems verbessert wird. Als Beispiel sei die Messung einer Strecke von 1 m Länge angeführt. Wenn die Messung einer Strecke von 10 cm ausreicht, um die Gesamtlänge einer Strecke von 1 m abzuschätzen, wird bei der Messung die Auflösung entsprechend verbessert. Dies gilt

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analog auch für das erfindungsgemäße Regelsystem.

Wie erwähnt, gewährleistet die Erfindung zusätzlich zu der Regelfunktion des bekannten Regelsystems eine Sicherung des Betriebs, da das Regelsystem während des normalen Betriebs selbst dann gegen Störungen geschützt werden kann, wenn der Detektor für die Regelgröße zufällig abgeschaltet wird; daher bietet die Erfindung bei automatischen Regelsystemen der verschiedensten Art wesentliche Vorteile.

Zwar wird gemäß der vorstehenden Beschreibung der relative Bezugswert normalerweise auf Null gebracht, doch ist es dann, wenn der Bezugswert digitalisiert wird, möglich, die Stellgröße in eine Variable einer hohen Ordnung und eine Variable einer niedrigen Ordnung zu unterteilen und die Variable der unteren Ordnung der Eingangsklemme für den relativen Bezugswert innerhalb des Bereichs zuzuführen, innerhalb dessen die nachteilige Wirkung einer Unterbrechung der Zuführung des Rückkopplungssignals vernachlässigt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1.) Mit unterteilter Stellgröße arbeitendes Regelverfahren, das es ermöglicht, bei einem Regelsystem mit einem Regelelement und einem Rückkopplungselement einer Einstellklemme für einen zu steuernden Gegenstand oder einen zu regelnden Prozeß ein Signal zuzuführen, das auf dem Ergebnis eines Vergleichs eines durch den geregelten Prozeß bestimmten Regelgrößen-Naclrweissignp.ls mit einem Sollwertsignal beruht, dadurch gekennzeichnet, daß ein absoluter Bezugswert C₁ für eine Stellgröße und ein relativer Bezugswert für die Regelgröße unter der Bedingung eingestellt wird, daß eine relative Änderung C„ der Stellgröße in Abhängigkeit von einer Abweichung von dem relativen Bezugswert so festgelegt wird, daß C-. erheblich größer ist als C₂, daß eine relative Änderung einer tatsächlichen Regelgröße des zu regelnden Prozesses gegenüber einem Bezugswert der Regelgröße erfaßt wird, daß die relative Änderung C₂ der Stellgröße mit Hilfe des Regelelements aus einer Abweichung zwischen der erfaßten Änderung der Regelgröße und dem

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relativen Bezugswert berechnet wird und daß die relative Änderung C₀ der Stellgröße dem absoluten Bezugswert C₁ unabhängig vom Nachweis einer Störung überlagert wird, so daß sich eine Gesaratstellgröße ergibt, die dem zu regelnden Prozeß zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Bezugswert variabel so eingestellt wird, daß die genannte Abweichung innerhalb eines zulässigen Änderungsbereichs der Regelgröße für den zu regelnden Prozeß liegt und daß der absolute Bezugswert entsprechend dem Bezugswert für die Regelgröße bei normalem Betrieb des zu regelnden Prozesses fest eingestellt wird, so daß eine schnelle Änderung der Regelgröße in Abhängigkeit von der Zeit stattfindet, wenn eine maximale Störung auftritt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der zulässige Änderungsbereich Ö* durch den Ausdruck L^ - L,

6 ί

dargestellt wird, in dem L einen Bezugs-

wert für die Regelgröße, L₁ eine zulässige Änderung des Bezugswertes und t die Ansprechzeit des Prozesses bezeichnet.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Bezugswert auf Null eingestellt wird und daß der absolute Bezugswert variabel eingestellt wird, und zwar entsprechend der Einstellung eines Nachweisbezugswertes für den relativen Bezugswert, so daß sich der Betrieb des zu regelnden Prozesses programmieren läßt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu regelnde Prozeß nach dem Proportionalverfahren oder dem Proportional- und Differentialverfahren betrieben wird und daß das Regelelement

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eine Übertragungsfunktion für einen Proportionalbetrieb oder einen Proportional- und Integralbetrieb oder einen Proportional-Integral-Differentialbetrieb aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Bezugswert auf Null eingestellt wird, so daß es möglich ist, große Ausgleichsvorgänge, die bei dem zu regelnden Prozeß durch eine Unterbrechung des Regelkreises zum Erfassen der Regelgröße hervorgerufen werden, auf ein Minimum zu reduzieren.

7. Mit unterteilter Stellgröße betreibbares, modifiziertes selbsttätiges Regelsystem, gekennzeichnet durch einen zu steuernden Gegenstand bz\/. einen zu regelnden Prozeß (13), der geeignet ist, nach dem Proportionalverfahren oder dem Proportional- und Differentialverfahren betrieben zu werden, ein Regelelement (12) mit einer Übertragungsfunktion für einen Proportionalbetrieb oder einen Proportional-Integral-Betrieb oder einen Proportionalintegral-Differentialbetrieb, eine Rüekkopplungseinrichtung (14) zum Zurückführen einer physikalischen Größe von dem zu regelnden Prozeß, einen Relativwertdetektor (18), der dem zu regelnden Prozeß zugeordnet ist und dazu dient, eine relative Änderung gegenüber einem Bezugswert für die Regelgröße des zu regelnden Prozesses zu erfassen, einen ersten Addierer (11) mit einem Eingang für ein Relativwert-Ausgangssignal des Relativwertdetektors über die Rüekkopplungseinrichtung sowie einem weiteren Eingang für einen relativen Bezugswert der Regelgröße, wobei der erste Addierer dazu dient, ein Signal entsprechend der Abweichung zwischen den beiden Eingangssignalen zu erzeugen, eine erste Einrichtung zum Einstellen des relativen Bezugswertes, einen zweiten Addierer (19) mit einem Eingang für ein Ausgangssignal des Regelelements, eine Einrichtung zum Aufnehmen des Abweichungsausgangssignals des ersten Addierers sowie einem weiteren Eingang zum Aufnehmen eines

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absoluten Bezugs-wertes, wobei der zweite Addierer dazu dient, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Gesamtstellgröße repräsentiert, die sich aus der Überlagerung der beiden Eingangssignale ohne Rücksicht auf den Nachweis einer Störung ergibt _t sowie eine zweite Einstelleinrichtung (C₁) zum Einstellen des absoluten Bezugswertes der Stellgröße, wobei der absolute Bezugswert (C₁) der Stellgröße und die Änderung (C₂) der Stellgröße, die durch die Abweichung von dem relativen Bezugswert der Regelgröße bestimmt wird, so festgelegt werden, daß mindestens die Beziehung C₁ > > C₃ erfüllt wird, und daß die Gesamtstellgröße gleich der Summe von C₁ und C„ ist.

8. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einstelleinrichtung (C₁) mit dem Relativwertdetektor (18) zusammenarbeitet, um einen Bezugswert für den Nachweis der Regelgröße durch den Detektor entsprechend einer änderung des absoluten Bezugswertes für die Stellgröße so zu ändern, daß das Ausgangssignal der ersten Einstelleinrichtung den Wert Null oder annähernd den Wert Null annimmt.

9. Regelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einstelleinrichtung (C₁) an einen Absolutbezugswert generator angeschlossen ist, der durch ein Programm gesteuert wird.

10. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einstelleinrichtung (C₁) auf einen Wert eingestellt wird, der einem gefahrlosen Bezugswert für die Regelgröße beim Vorhandensein einer maximalen Störung entspricht, und daß die erste Einstelleinrichtung innerhalb eines Bereichs zulässiger Änderungen der Regelgröße je Zeiteinheit in Abhängigkeit von dem zu regelnden Prozeß variierbar ist.

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