DE3015888C2

DE3015888C2 - Regelkreis

Info

Publication number: DE3015888C2
Application number: DE3015888A
Authority: DE
Inventors: Takao Ibaraki Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-04-25
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1983-08-04
Also published as: FR2455310A1; JPS6259801B2; US4354224A; DE3015888A1; FR2455310B1; JPS55143604A

Description

L₀-L₁

40

dargestellt wird, in dem L₀ einen relativen Sollwert Pur die Regelgröße, L\ eine zulässige Änderung aes Sollwertes und t eine Ansprechzeit des Prozesses bezeichnet.

4. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Sollwert (E) auf Null eingestellt wird und daß der absolute Bezugswert (Q) variabel eingestellt wird, und zwar entsprechend der Einstellung eines Nachweisbezugswertes für den relativen Sollwert, so daß sich der Betrieb des zu regelnden Prozesses programmieren läßt.j

5. Regelkreis nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Sollwert 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.

6. Mit unterteilter Stellgröße betreibbarer, modifizierter selbsttätiger Regelkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zu steuernden Gegenstand bzw. einen zu regelnden Prozeß (13), der geeignet ist, nach dem Proportionalverfahren oder dem Proportional- und Difierentialverfahren betrieben zu werden, ein Regelelement (12) mit einer Übertragungsfunktion für einen Proportionalbctrieb oder einen Proportional-lntegral-Betrieb öder einen Pro-Rortjonal-Integral-Difrerentialbetneb, ein Rückkopplungselement (14) zum.Zurückführen einer physikalischen Größe von dem zu regelnden Prozeß, einen Relativwertmeßfühler (18), der dem zu regelnden Prozeß zugeordnet ist und dazu dient, eine relative Änderung gegenüber einem relativen Sollwert für die Regelgröße des zu regelnden Prozesses zu erfassen, einen ersten Addierer (11) mit einem Eingang für ein Relativwert-Ausgangssignal des ReIativwertmeßfühlers über das Rückkopplungselement (14) sowie einem weiteren Eingang für einen relativen Sollwert (E) 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 Sollwertes, einen zweiten Addierer (19) mit einem Eingang für ein Ausgangssignal des Regelelements (12), das das Abweichungsausgangssignal (ti) des ersten Addierers (11) aufnimmt sowie einem weiteren Eingang zum Aufnehmen eines absoluten Bezugswertes (Ci), wobei der zweite Addierer dazu dient, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Gesamtstellgröße (C₀) repräsentiert, die sich aus der Überlagerung der beiden Eingangssignale ohne Rücksicht auf den Nachweis einer Störung ergibt, sowie eine zweite Einstelleinrichtung zum Einstelkii des absoluten Bezugswertes der Stellgröße, wobei der absolute Bezugswert (Q) der Stellgröße und das Ausgangssignal (C₂) der Stellgröße, das durch die Abweichung von dem relativen Sollwert der Regelgröße bestimmt wird, so festgelegt werden, daß mindestens die Beziehung Ci>C₂ erfüllt wird, und daß die Gesamtstellgröße gleich der Summe von Ci und C₂ ist.

7. Regelkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einstelleinrichtung mit dem Relativwertmeßfühler (18) zusammenarbeitet, um einen Bezugswert für den Nachweis der Regelgröße durch den Meßfühler entsprechend einer Änderung des absoluten Bezugswertes (C₁) für die Stellgröße so zu ändern, daß das Ausgatigssignal der ersten Einstelleinrichtung den Wert Null oder annähernd den Wert Null annimmt.

8. Regelkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einstelleinrichtung an einen Absolutbezugswertgenerator angeschlossen ist, der durch ein Programm gesteuert wird.

9. Regelkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da£ die zweite Einstelleinrichtung auf einen Wert eingestellt wird, der einem gefahrlosen Sollwert 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.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regelkreis mit einem Meßfühler und einem Rückkopplungselement zur Bestimmung eines Istwertes, der in einem Vergleicher mit einem Sollwert verglichen und das so erzeugte Differenzsignal einem Regelelement zur Steuerung einer Regelstrecke zugeführt wird.

Ein deraitiger bekannter Regelkreis ist in Fig. 1 verdeutlicht. Bei einem solchen Regelkreis bestehen

bekanntlich die nachstehenden Beziehungen zwischen einem Sollwert S der Regelgröße, einer Rückkopplungsbzw. Istwertgröße D, einer Abweichung ε und einer Stellgröße C₀ fur ein zu regelndes System 13:

ε =S-D,

C₀ = G(S) ε.

(D (2)

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

Bei dem Regelkreis nach Fig. 1 wird somit die Abweichung zwischen dem Sollwert S und dem Istwert 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 Wirkang 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 ε den Wert Null annimmt Die Regelgröße wird in Form eines Absolutwertes durch einen Abjjlutwertmeßfühler erfaßt, der mit einem Punkt 17 des zu regelnden Systems 13 verbunden ist. Das Signal des Absolutwertmeßfühlers wird mittels eines Rückkopplungselements 14 einer bestimmten Umwandlung unterzogen, so daß man ein Rückkopplungs- bzw. Istwertsignal D erhält. Wie im folgenden erläutert, ist zwischen dem Regelelement 12 und dem zu regelnden System 13 ein tu 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 des Regelelements 12 zu begrenzen und in einer Leitung 15 ein Ausgangssignal erscheinen zu lassen.

Von den verschiedenen Konstruktionen bekannter Regelkreise bildet die Anordnung nach Fig. 1 ein typisches und häufig angewendetes Beispiel für die Rege- -to lung analoger Größen.

Wenn bei dem Rückkopplungsregelkreis nach F i g. I der Regelkreis aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, führt gemäß der vorstehenden Gleichung (1) die Tatsache, daß D = O ist, dazu, daß ε den Wert S an- « nimmt; im Augenblick des Unterbrechens des Regelkreises wird somit der Betrieb ties 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, einen redundanten Regelkreis vorzusehen oder den schon genannten Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzer 15' zu verwenden, um das Regelsystem gegen Betriebsstörungen zu sichern. Jedoch hat ein solcher redundanter Regelkreis >> einen komplizierten Aufbau, und er ist kostspielig. Die Verwendung eines solchen Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzers führt zu einer Verschlechterung der Ansprechempfindlichkeit des Regelkreises, und es besteht die Gefahr, daß di£ gewünschte Regelwirkung ho nicht erzielt wird. In neuerer Zeit hat sich die Verwendung von Digitalrechnern bei der Prozeßregelung in einem großen Umfang eingeführt. Hierbei wird anstelle des Rückkopplungsregelkreises nach Fig. 1 von einer periodischen Korrektur Gebrauch gemacht. Jedoch *5 selbst dann, wenn der Addierer 11, das Regelelement 12 und das Rückkopplungselement 14 digitalisiert sind, bleibt das bei einem Rück';opplungssystem bestehende Problem bezüglich der Zuverlässigkeit, der Stabilisierung und der Vereinfachung ungelöst

Ferner ist ein Regelverfahren bekannt (DE-AS 10 73 228), bei dem bei einem Regler mit pneumatischer Hilfskraft Mehrfachmembranrelais verwendet werden, um den Stelldruck für das Stellglied aus mehreren Steuerdrücken zu bilden. Aus dieser bekannten Regelvorrichtung ist zu entnehmen, daß einem Summenglied beispielsweise ein erster und ein zweiter Steuerdruck zugeführt werden und ein so gebildeter Steuerdruck auf einen Regler einwirkt.

Außerdem ist eine Regeleinrichtung bekannt (DE-AS 13 02 871), bei der eine Einrichtung zur Regelung eines Sollwertes vorgesehen ist. Dazu wird eine gemessene Regelgröße, die ein Maß für einen Istwert darstellt, und eine Führungsgröße, die einem geregelten Sollwert entspricht, einem Vergleicher zugeführt, wobei das so gebildete Differenzsignal über einen iRegler zur Steuerung einer Regelstrecke verwendet wird. Bei diesem bekannten Regelungsverfahren setzt sich der geregelte Sollwert aus einem vorgegebenen S'ilwert und einem Ergänzungswert zusammen, der durch den Rechner bestimmt wird. Dazu ist ein Summenglied vorgesehen, in dem der vorgegebene Sollwert mit dem Ergänzungswert addiert wird. Dadurch wird sichergestellt, daB bei einem Ausfall des Rechners zumindest der vorgegebene Sollwert dem Vergleicher zugeführt wird, um die Regelung in dem Regelkreis weiter aufrechtzuerhalten.

Diese bekannte Vorrichtung weist aber ebenso den Nachteil auf, daß bei einer Störung bzw bei einem Ausfall im Regelkreis, wenn der Absolutwertmeßfühler eine Regelgröße Null dem VergJeicher zuführt, der gesamte Regelkreis erheblich gestört wird.

Weiterhin ist eine Regelanordnung mit Mitteln, die ein durch Störungen bedingtes Ausbleiben des Istwertsignals erfassen, bekannt (DE-AS 12 55 181). Hierbei wird ein Sollwerteinsteller auf einen solchen Wert eingestellt, daß bei Ausfall des Istwertes die Regelgröße einen gewissen Wert nicht überschreitet und daS parallel zu dem Sollwerteinsteller ein zusätzlicher Sollwerteinsteller geschaltet ist, der über einen Spannungskonstanthalter von einer aus der Meßeinrichtung gewonnenen Spannung gespeist ist. Der an eine von der Meßeinrichtung unabhängige Stromversorgung angeschlossene Sollwerteinsteller übernimmt eine begrenzte Sollwertvorgabe bei Inbetriebnahme der Regeleinrichtung, während der zusätzliche Sollwerteinsteller den Hauptsollwert während des Betriebs vorgibt. Fällt die Istwertspannung aus, so kommt zwar nur eine begrenzte Sollwertspannung zur Wirkung, so daß Überlastungen vermieden werden, jedoch wird dabei der Regelkreis als solcher erheblich gestört.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Regelkreis so weiterzubilden, daß auch bei einer Unterbrechung des Regelkreises noch eine zuverlässige Prozeßregelung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen aufgeführt.

Bei einer Störung bzw. einem Ausfall des Regelkreises, wenn das Signal Δ D den Wert Null annimmt, ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Regelkreis keine Störung, da das Signal Δ D des Meßfühlers und der relative Sollwert E in der Regel ohnehin den Wert Nuil oder nur geringfügig davon abweichende Werte annehmen.

Die Erfindung wird \m folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines bekannten selbsttäti-

gen Regelkreises;

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

Fig. 3 in einem Blockschaltbild ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung bei der Speisewasserregelanlage eines Kernreaktors;

Fig. 4 in einem Schaltbild die Anwendung der Erfindung bei einer stabilisierten Spannungsquelle; und

Fig. 5 die Schaltung einer stabilisierten Spannungsquelle bekannter Art.

Eine allgemeine Austührungsform der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt, wobei aus F i g. 1 ersichtlichen Teilen entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.

Bei dem Regelkreis nach Fig. 2 wird dem Regelelement 12 nicht etwa eine Abweichung zwischen dem Sollwert 5 und einem absoluten Istwert D zugeführt, sondern eine Abweichung I=E-AD, bei der E einen relativen Sollwert gegenüber einem Sollwert für die Regelgröße und Δ D ein relatives Signal gegenüber dem relativen Sollwert bezeichnet. Ein mit P- oder PD-Regelung arbeitendes System 13 wird mit Hilfe eines Ausgangssignals eines Addierers 19 gesteuert, welcher eine Summe Cu - C₁ + C₂ erzeugt, und zwar auf der Basis eines Ausgangssignals C₂ des Regelelements 12, das eine P-oder PI-oder PID-Regelung bewirkt, sowie eines Bezugswertsignals C₁, das einen Absolutwert der Stellgröße bestimmt. Die Bestimmung von C₁ und C₂ richtet sich nach einer zulässigen Änderung der Regelgröße während einer vorbestimmten Zeit bei dem zu regelnden System Ϊ3. Nimmt man an, daß der relative Sollwert der Regelgröße mit L₀ bezeichnet ist und daß ein zulässiger Grenzwert für eine Ansprechzeit A t mit L, bezeichnet wird, ergibt sich eine zulässige Änderungsgeschwindigkeit σ wie folgt:

ii

L₀-L₁

Somit ist ersichtlich, daß die Werte der zulässigen Änderungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem eigentlichen Prozeß und von dem für die Durchführung des Prozesses erforderlichen kritischen Sicherheitsfaktor bestimmt werden. Beispielsweise beträgt die Ansprechzeit A ι bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ein Mehrfaches von 10 see, während sie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 in der Größenordnung von Millisekunden liegt. Daher werden Ci und C₂ so eingestellt, daß die Regelgröße in dem zulässigen Änderungsgeschwindigkeitsbe.aich α liegt.

Im Gegensatz zu dem Meßfühler 16 nach Ffig. 1, der einen Absolutwert der Regelgröße erfaßt, dient der Meßfühler 18 bei dem erfindungsgemäßen Regelkreis nach F i g. 2 dazu, nur eine relative Änderung der Regelgröße gegenüber einem zugehörigen relativen Sollwert, d. h. einer Abweichung von dem Befehl für die Regelgröße, zu erfassen. Der Detektor 18 arbeitet dann als Relativwertmeßfühler, und für einen Fachmann ist es m> ohne weiteres möglich, zu diesem Zweck einen der handelsüblichen Fühler für eine bei dem Prozeß zu regelnde physikalische Größe zu verwenden.

Bei dem Regelkreis nach Fig. 2 wird der absolute Bezugswert Ci der Stellgröße normalerweise entspre- οί chend einem absoluten Sollwert festgelegt. Wenn der relative Sollwert für die Regelgröße dem absoluten Bezugswert C_s entspricht, nimmt das Eingangssignal ε" des Regelelements 12 den Wert Null an, so daß Ci den Wert Null annimmt, wobei die Zeit / unendlich ist.

Wird dem relativen Sollwert für die Regelgröße durch den Absolutwert C\ nicht entsprochen, erhält man r'=0, und ein Eingangssignal t' 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 relativen Sollwert berichtigt wird. Um das Eingangssignal ε' = E-AD für das Regelelement zu bestimmen, wird ein Signal Δ D des Regelkreises, das dadurch erzeugt wird, daß eine erforderliche Operation für ein Ausgangssignal des Relativwertmeßfühlers 18 an einem Rückkopplungselement 14 erzeugt wird, einem Eingang eines Addierers 11 zugeführt, und ein relativer Sollwert E für die Regelgröße, wird dem anderen Eingang des Addierers U zugeführt. Wie erwähnt, wird der relative Sollwert E so eingestellt, daß er der zulässigen Ändcrungsgcschv.iridigkeil σ bei dem Prozeß und der Bedingung C\>C₂ entspricht, doch wird er normalerweise auf 0 eingestellt.

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

C₂ = C(S) ε'.

(4)

Ein durch die Gleichung (4) dargestelltes Ausgangssignal des Regelelements 12 wird dem normalerweise festen absoluten Bezugsw?rt C₁ überlagert, um die selbsttätige Regelung des Systems 13 durchzuführen. Die automatische Korrektur einer Gesamtstellgröße C₀ wird fortgesetzt, bis das Signal A D des Rückkopplungselements 14, dem das Signal des Meßfühlers 18 zugeführt wird, welcher nur eine relative Änderung der Regelgröße erfaßt, der folgenden Gleichung genügt:

40 = E-AD =

(5)

Wenn eine maximale Störung auftritt und daher der kritische Sicherheitsfaktor des Systems aufrechterhalten werden muß, bildet der absolute Bezugswert Ci einen Festwert, und der relative Sollwert E wird innerhalb des Bereichs σ der zulässigen Änderungsgeschwindigkeit variiert, um eine geringe Änderung der Regelgröße herbeizuführen.

Muß dagegen der Prozeß auf programmierte Weise geführt werden, ergibt sich eine große Änderungsgeschwindigkeit für die Regelgröße, und die zulässige Änderungsgeschwindigkeit α wird gestört. Dahei ist es erwünscht, den relativen Sollwert auf 0 zu bringen und den absoluten Bezugswert C₁ in Abhängigkeit von dem Programm zu variieren, so daß der Bezugswert für den Absolutwertmeßfühler 18, d. h. der relative Sollwert für die Regelgröße, ebenfalls in Beziehung zu dem absoluten Bezugswert C] 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 C₁ und dem Bezugswert für den Absolutwertdetektor herbeigeführt.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Regelkreises ist ersichtlich, daß im Gegensatz zu dem Regelelement 12 der bekannten Anordnung nach Fig. 1, dem augenblicklich ein großes Eingangssignal zugeführt wird, wenn der

Regelkreis aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, der erfindungsgemäße Regelkreis gegen innere Störungen beim Fehlen anderer Störungen immun ist, da der relative Sollwert E und das Signal Δ D normalerweise gleich Null sind. i

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

Ir. ;'^;ig. 3 ist die Anwendung der Erfindung zur Regelung der Standhöhe von Wasser in einem Behälter dar- ι ο gestellt.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 handelt es sich um ein System zum Regeln der Standhöhe von Wasser bzw. eines Kühlmittels im Kessel 43 eines Kernreaktors, wobei die Erfindung eine Regelung mit hoher Zuverläs- ^ sigkeit 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 Dürchsäiziiicnge des Speisewassers, d. h. der a> 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 41 geregelt.

Es sei angenommen, daß während des normalen Betriebs die Standhöhe L₀ des Wassers in dem Kessel 43 gegenüber einem festen Bezugspegel 150 cm beträgt und daß gegenüber L₀ eine Abweichung L_x um ±20 cm zulässig ist. Um den erfindungsgemäßen Regelkreis anzuwenden, wird ein absoluter Bezugswert C₁ von 150 cn einer Absolutwert-Einstellklemme 20 zugeführt, während ein relativer Sollwert E, der normalerweise gleich Null ist, einer Relativ-Einstellklemme 10 zugeführt wird. Da bei dem Kessel eines Kernreaktors -'"> eine absolute Betriebssicherheit gefordert wird, ist es notwendig, den absoluten Bezugswert C₁ von 150 cm aufrechtzuerhalten. Die zulässige Änderungsgeschwindigkeit beträgt etwa 10%. Zur Vereinfachung sind die Sollwert- und die Bezugswert-Einstelleinrichtung in ·*ο Fig. 3 in Gestalt von Klemmen 10 bzw. 20 dargestellt.

Gemäß Fig. 3 ist ein Wasserstandmeßfühler 45 vorhanden, der dazu dient, relative Änderungen des Wasserstandes zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Wert Null hat, wenn der tatsächliche Was- *'< serstand 150 cm beträgt. Der Wasserstanddetektor 45 kann als Dehnungsmesser ausgebildet sein, der den Unterschied zwischen einem der Standhöhe L₀ entsprechenden Wasserdruck P₀ bei der Standhöhe 150 cm als Bezugswasserpegel und einem Wasserdruck P_x erfaßt, v> der der tatsächlichen Standhöhe des Wassers in dem Kessel 43 entspricht. Ferner ist es möglich, einen bekannten Flüssigkeitsspiegeldetektor der Verdrängungsbauart zu verwenden, bei dem ein Schwimmer in einem Meßfühlerteil 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 Sollwert 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 Meßfühler ein negatives Ausgangssignal, und dem PID-Regelelement 12 wird über ein Rückkopplungselement 14 und ohne Rücksicht auf die Übertragungsfunktion dieses Elements ein positives Abweichungssignal c' 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 dergleichen. Durch diese Steigerung der Förderleistung wird der Wasserstand indem Kessel 43 wieder auf den normalen Wert von 150'cm gegenüber dem festen Bezugspegel gebracht.

Bei dem erfindungsgemäßen Regelkreis wird somit nicht die Abweichung zwischen dem Sollwertpegel und dem tatsächlichen Pegel, sondern die Differenz bzw. Abweichung zwischen dem relativen Sollwert und dem relativen Pegel einer PID-Regelung unterzogen. Selbst wenn bei dem Regelkreis, z. B. dem Wasserstandmeßfühler, eine Störung auftritt, so daß das Signal für den relativen Wasserstand den Wert Null annimmt, ergibt sich bei dem Regelkreis keine Störung, solange die Standhöhe des Wassers in dem Kessel 43 mit dem relativen Sollwert 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. 3 einer Klemme 10 für den relativen Sollwert zugeführt, so daß sich ein ähnlicher Regelvorgang abspielt wie der vorstehend beschriebene. Der geänderte relative Sollwert E kann innerhalb der zulässigen Änderungsgeschwindigkeit σ eingestellt werden. Wenn für den Bezugswert C\ ein programmierter Betrieb erforderlich ist, kann man z. B. das Verfahren nach der US PS 34 24 653 anwenden, die sich mit einem Verfahren zum Inbetriebsetzen eines Kernreaktors unter Verwendung eines Digitalrechners befaßt.

Im folgenden wird an Hand von Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezüglich ihrer Anwendung bei einer schnell ansprechenden Spannungsregeleinrichtung erläutert und an Hand von Fig. 5 mit einem bekannten Regelkreis verglichen.

Bei Schaltungen für eine Serien-Gleichspannungsregelung der in F i g. 4 und 5 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. 5, bei der es sich um einen selbsttätigen Regelkreis handelt, wird die Spannung einer Bezugsspannungsquelle 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 F i g. 5 die Differenz zwischen der Bezugsspannung, welche durch die Bezugsspannungsqualle 56 gegeben ist (entsprechend dem Sollwert S in Fig. 1), und der unterteilten Ausgangsspannung als Signal verwendet wird, nähert sich

die Ausgangsspannung fur 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 hrndelt. Ein weiteres Problem, das darin besteht, daß die Ausgangsspannung nahezu auf Null zurückgeht, ergibt sich dann, wenn bei dem Widerstand 62 eine LJ-ierbrechung auftritt.

Bei dem Regelkreis nach Fig. 4 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 Sollwert nach F i g. 1 entsprechende 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 Verbrauchergegen 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 Änderungsbereich der Regelgröße hinweg mit gleichmäßiger Genauigkeit erfolgen muß, wird gemäß der vorstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielenein Meßfühler verwendet, der lediglich die Aufgabe hat, die relative Änderung der Regelgröße zu erfassen. Daher kommt man mit einem Meßfühler aus, der nur einen sehr kleinen Erfassungsbereich hat, so daß eine Erfassung mit hoher Genauigkeit möglich ist, wodurch die Genauigkeit des Regelkreises 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 analog auch für den erfindungsgemäßen Regelkreis.

Wie erwähnt, gewährleistet die Erfindung zusätzlich zu der Regelfunktion des bekannten Regelkreises eine Sicherung des Betriebs, da der Regelkreis während des normalen Betriebs selbst dann gegen Störungen geschützt werden kann, wenn der Meßfühler 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 Sollwert normalerweise auf Null gebracht, doch ist es dann, wenn der Sollwert 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 Sollwert innerhalb des Bereichs zuzuführen, innerhalb dessen die nachteilige Wirkung einer Unterbrechung der Zuführung des ι Istwertsignals vernachlässigt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelkreis mit einem Meßfühler und einem Rückkopplungselement zur Bestimmung eines Istwertes; der in einem Vergleicher mit einem Sollwert verglichen und das so erzeugte Differenzsignal einem Regelelement zur Steuerung einer Regelstrecke zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, \

- daß der Meßfühler (18) und das Rückkopplungselement (14) ein Signal (A D) erzeugen, das einer Abweichung zwischen dem Istwert und einem relativen Bezugswert entspricht,

- daß das so erzeugte Signal (AD) in dem Vergleicher (11) mit einem relativen Sollwert (E) verglichen wird,

- und daß das durch den Vergleich erzeugte Ausgangssignal (C₂) einem absoluten Bezugswert (Q) zur Erzeugung einer Gesamtstellgröße (C₀) überlagert wird,

- wobei der absolute Bezugswert (CO und das Ausgangssignal (C₂) so eingestellt werden, daß der absolute Bezugswert (C]) erheblich größer als das Ausgangssignal (C₂) ist.

2. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Sollwert (E) variabel so eingestellt wird, daß die genannte Abweichung innerhalb einer zulässigen Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße für den zu regelnden Prozeß liegt und daß der absolute Bezugswert (Q) entsprechend dem Sollwert für die Regelgröße bei normalem Betrieh des zu regelnden Prozesses Fest eingestelltwird, so daß eine schnelle Änderung der Regelgröße in Abhängigkeit von aar Zeit stattfindet, wenn eine maximale Störung auftritt.

3. Regelkreis nach Ansprutr. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässige Änderungsgeschwindigkeit σ durch den Ausdruck