DE3118259A1 - Elektronischer pid-regler - Google Patents

Elektronischer pid-regler

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DE3118259A1 DE19813118259 DE3118259A DE3118259A1 DE 3118259 A1 DE3118259 A1 DE 3118259A1 DE 19813118259 DE19813118259 DE 19813118259 DE 3118259 A DE3118259 A DE 3118259A DE 3118259 A1 DE3118259 A1 DE 3118259A1
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Hans Dipl.-Ing. 6368 Bad Vilbel Pröls
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ABB Training Center GmbH and Co KG
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen PID-Regler
  • gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiger Regler ist aus der DE-OS 23 10 892 bekannt. Ein erster Verstärker mit festem Verstärkungsfaktor bildet aus der Regelgröße und dem Sollwert die Regelabweichung. Die Regelabweichung ist dem ersten Eingang eines summierenden P-Gliedes zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor entsprechend dem Tastverhältnis einer ersten Impulsfolge variierbar ist. Die Regelgröße ist einem D-Glied mit Verzögerung erster Ordnung zugeführt, dessen Vorhaltzeitkonstante entsprechend dem Tastverhältnis einer zweiten Impulsfolge variierbar ist. Die Ausgangsgröße des D-Gliedes ist dem zweiten Eingang des summierenden P-Gliedes zugeführt. Dem P-Glied ist ein PI-Glied nachgeschaltet, dessen Nachstellzei tkonstante entsprechend dem Tastverhältnis einer dritten Impulsfolge variierbar ist. Die Ausgangsgröße des PI-Gliedes ist die Stellgröße des PID-Reglers. Bei dieser Reglerstruktur geht die Offsetspannung des D-Gliedes in den Regelrestfehler ein. Bei konstanter Regelgröße wird bei einem idealen D-Glied die Ausgangsspannung im eingeschwungenen Zustand zu Null.
  • Bei einem realen D-Glied steht dagegen eine von Null verschiedene Spannung, die Offsetspannung, am Ausgang an. Damit im eingeschwungenen Zustand dem I-Anteil des Reglers die Spannung Null zugeführt wird, kann die Regelabweichung nicht Null werden, sondern muß einen Wert annehmen, der die Offsetspannung kompensiert. Eine Strukturumschaltung, z. B. von PID-Verhalten auf PI-Verhalten, ist in der DE-OS 23 10 892 nicht angesprochen. Aufgrund der Verkoppelung der einzelnen Parameter des Regl.ers untereinander, gelten für die Parameter z. B. bei PID-Verhalten andere Skalierungen als bei PI-Verhalten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen PID-Regler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei einer Strukturumschaltung keine Änderung der Parameterskalierung erforderlich ist und bei dem die Offsetspannung des D-Gliedes nicht in den Regelrestfehler eingeht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen PID-Reglers sind in den Ansprüchen 2 bis 8 gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen PID-Reglers, Figur 2 das Prinzipschaltbild eines Gliedes, dessen Verstärkungsfaktor entsprechend dem Tastverhältnis einer Impulsfolge variierbar ist, Figur 3 das Prinzipschaltbild eines PI-Gliedes, dessen Nachstellzeitkonstante entsprechend dem Tastverhältnis einer Impulsfolge variierbar ist, Figur 4 das Prinzipschaltbild eines DTl-Ghiedes und Figur 5 die Zusammenschaltung von zwei PI-Reglern im Sinne einer ablösenden Regelung mitgegenseitiger Maximalwertbegrenzung.
  • Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figur 1 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen PID-Reglers. Die Regelabweichung XW ist einem P-Glied 1 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor K entsprechend dem p Tastverhältnis T1 einer ersten Impulsfolge variierbar ist.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines derartigen P-Gliedes ist anhand der Figur 2 unten beschrieben. Am Ausgang des P-Gliedes 1 steht das Signal XW . K an. Dieses Signal p ist einem PI-Glied 2 zugeführt, dessen Nachstellzeitkonstante T n entsprechend dem Tastverhältnis L2 einer zweiten Impulsfolge variierbar ist. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines derartigen PI-Gliedes ist anhand der Figur 3 unten-beschrieben. Am Ausgang des PI-Gliedes 2 steht das Signal xw . Kp (1+ p1T) an, wobei der Ausdruck (1+ 1 ) der komplexe Frequenzgang des PlpTn Gliedes 2 ist. Die Regelgröße x ist einem hier kurz als DT1-Glied S bezeichneten D-Glied mit Verzögerung erster Ordnung zugeführt.
  • Die im folgenden mit Kv . K bezeichnete Vorhaltverstärkung des p DT1-Gliedes 3 ist entsprechend dem Tastverhältnis T1 der ersten Impulsfolge variierbar. Die Vorhaltzeitkonstante Tv des DT1-Gliedes 3 ist entsprechend dem Tastverhältnis t3 einer dritten Impulsfolge variierbar. Für #3 = #2 ergibt sich ein konstantes 2 Verhältnis von Vorhaltzeitkonstante zu Nachstellzeitkonstante.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines sTl-Gliedes ist anhand der Figur 4 unten beschrieben. Ein Summierglied 4 bildet die Stellgröße y. Der D-Anteil des Reglers ist wirksam, wenn der Schalter 5 geschlossen ist, und der I-Anteil des Reglers ist wirksam, wenn sich der Umschalter 6 in der Stellung b befindet.
  • In der folgenden Tabelle sind die Stellungen der Schalter 5 und 6 für P-, PD-, PI- und PID-Verhalten angegeben:
    Schalter 5 Umschalter 6
    P-Verhalten . geöffnet in Stellung a
    PD-Verhalten geschlossen in Stellung a
    PI-Verhalten geöffnet in Stellung b
    PID-Verhalten . geschlossen in Stellung b
    Die additive Verknüpfung der Ausgangssignale des PI-Gliedes 2 und des DT1-Gliedes 3 hat den Vorteil, daß sowohl beim Abschalten des D-Anteils als auch beim Abschalten des I-Anteils für die Nachstellzeitkonstante Tn und für die Vorhaltzeitkonstante Tv dieselbe Skalierung gilt wie bei PID-Verhalten. Wie bereits oben ausgeführt, sind die Parameter K Kp . K Tv und T entsprechend dem Tastverhältnis von verschiedenen Impulsfolgen n variierbar. Das Tastverhältnis ist - wie z. B. aus der DE-OS 23 10 892 bekannt - durch die Höhe einer Steuerspannung vorgegeben. Erfolgt die Einstellung der Steuerspannungen mit Hilfe von Potentiometern, so können diese Potentiometer direkt in Einheiten der jeweiligen Parameter skaliert werden, wobei die Skalierung unabhängig von dem durch die Stellung der Schalter 5 und 6 vorgegebenen Übertragungsverhalten des Reglers ist. Weiterhin hat die additive Verknüpfung der Ausgangssignale des PI-Gliedes 2 und des DT1-Gliedes 3 den Vorteil, daß eine Offsetspannung des DTl-Gliedes 3 nicht in den Regelrestfehler eingeht. Im eingeschwungenen Zustand setzt sich die Stellgröße y aus der Offsetspannung des DT1-Gliedes 3 und der Ausgangsspannung des pl-Gliedes 2 zusammen, die nur so lange ansteigen kann, bis die Regelabweichung XW zu Null geworden ist. Damit stellt sich die Ausgangsspannung des PI-Gliedes 2 so ein, daß sie um die Offset-Spannung des DT1-Gliedes 3 kleiner als die für die Aufrechterhaltung von x = 0 erforderliche w Stellgröße y ist.
  • Die Figur 2 zeigt das Prinzipschaltbild des P-Gliedes, das in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Der Verstärkungsfaktor Kp dieses P-Gliedes ist entsprechend dem Tastverhältnis 1 einer ersten Impulsfolge stetig veränderbar.
  • Als Tastverhältnis ist das Verhältnis von Einschaltzeit tein und der Summe aus Einschaltzeit tein und Ausschaltzeit taus betein zeichnet; d. h. das Tastverhältnis # = ----------- kann Werte tein + taus zwischen o und 1 annehmen. Zwei Umschalter 7 und 8 dienen zur Kennlinienumkehr. Die Stellung a entspricht einer nichtinvertierenden Verstärkung und die Stellung b entspricht einer invertierenden Verstärkung. In der Stellung a der Umschalter 7 und 8 ist die der Eingangsklemme E1 zugeführte Eingangsspannung über einen Widerstand 9 dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 10 zugeführt. Der Widerstand 9 bildet zusammen mit einem weiteren Widerstand 11 einen Spannungsteiler für die Eingangsspannung. Der Ausgang des Differenzverstärkers 10 ist über einen Widerstand 12 mit der Ausgangsklemme A1 verbunden.
  • Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 10 ist über einen Widerstand 13 und einen elektronischen Umschalter 14 abwechselnd mit dem Bezugspotential bzw. mit der Ausgangsklemme A1 verbunden. Zur Glättung der Ausgangs spannung ist ein Kondensator 15 zwischen den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 10 und die Ausgangsklemme A1 geschaltet.
  • In der Stellung a der Umschalter 7 und 8 ist der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 10 über einen Widerstand 16 mit dem Bezugspotential verbunden. Während der Einschaltzeit der ersten Impulsfolge ist der Widerstand 13 mit der Ausgangsklemme A1 verbunden und während der Ausschaltzeit mit dem Bezugspotential. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei nichtinvertierendem Betrieb sowohl während der Einschaltzeit tein als auch während der Ausschaltzeit t die Ladung bzw. Entaus ladung des Kondensators 15 über die Widerstände 13 und 16 erfolgt, so daß der über den Kondensator 15 fließende Strom im zeitlichen Mittel zu Null wird. Der Widerstand 12 erlaubt es, der Ausgangsklemme A1 eine Spannung aufzuprägen, die dann - unabhängig von der Eingangsspannung des P-Gliedes 1 und seinem Übertragungsverhalten - als Eingangsspannung für nachgeschaltete Glieder, z. B. für das PI-Glied 2 in Figur 1, dient.
  • Von der Möglichkeit, der Ausgangsklemme A1 eine Spannung aufzuprägen, wird insbesondere bei der Zusammenschaltung von zwei oder mehreren PI-Reglern im Sinne einer Auswahlregelung - wie sie weiter unten beschrieben ist - Gebrauch gemacht.
  • Der Verstärkungsfaktor des P-Gliedes 1 ergibt sich für nichtinvertierende Verstärkung (Umschalter 7 und 8 in R11 R13 + R16 1 der Stellung a) zu Kp+ = + ------- . --------- . -- ,wobei R9 + R11 R16 #1 die Indizes der Widerstände den in der Figur 2 verwendeten Bezugszeichen entsprechen. In der Stellung b der Umschalter 7 und 8 ist der Widerstand 9 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 10 verbunden, und der Widerstand 16 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzvetstärkers 10.
  • Der Verstärkungsfaktor des P-Gliedes 1 ergibt sich für' invertierende Verstärkung (Umschalter 7 und 8 in der Stellung b) R13 1 zu K = - --- . -- . Damit Kp+ und Kp- betragsmäßig gleich R9 #1 sind, muß die Parallelschaltung der Widerstände 9 und 11 gleich der Parallelschaltung der Widerstände 13 und 16 sein.
  • Mit dieser Dimensionierung sind die von den Eingängen des Differenzverstärkers 10 aus gesehenen Innenwidrstände gleich groß. Wird, z. B. weil der Eingangswiderstand des verwendeten Differenzverstärkers 10 nicht hochohmig genug ist, auch im invertierenden Betrieb gewünscht, daß die von den Eingängen des Differenzverstärkers 10 aus gesehenen Innenwiderstände gleich groß sind, ist die folgende Dimensionierung zu wählen: R9 = R16 und R11 = R13. Der Verstärkungsfaktor K für nichtinvertierende Verstärkung und der Verstärkungsfaktor Kp für invertierende Verstärkung sind umgekehrt proportional zu dem Tastverhältnis t1 der ersten Impulsfolge.
  • Die Figur 3 zeigt das Prinzipschaltbild eines PI-Gliedes, das in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist. Die Nachstellzeitkonstante Tn dieses PI-Gliedes ist entsprechend dem Tastverhältnis T2 einer zweiten Impulsfolge stetig veränderbar.
  • Der nichtinvertierende Eingang eines Differenzverstärkers 17 ist mit der Eingangsklemme E2 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 17 ist über einen Widerstand 18 mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Der nichtinvertierende Eingang eines weiteren Differenzverstärkers 19 ist über einen elektronischen Umschalter 20 abwechselnd mit dem Bezugspotential bzw. mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 17 verbunden. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 19 ist über einen Kondensator 21 mit seinem Ausgang und über einen Widerstand 22 mit dem Bezugspotential verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 19 ist über einen weiteren Widerstand 23 mit der Ausgangsklemme A2 verbunden. Die Ausgangsklemme A2 ist über einen weiteren Kondensator 24 und einen elektronischen Schalter 25 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 17 verbunden. Dem Steuereingang des elektronischen Umschalters 20 und des elektronischen Schalters 25 ist eine zweite Impulsfolge mit einstellbarem Tastverhältnis #2 zugeführt. Während der Einschaltzeit tein ist der Ausgang des Differenzverstärkers 17 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 19 verbunden, und der elektronische Schalter 25 ist geschlossen. Die durch den Widerstand 18 und den Kondensator 24 bestimmte Nachstellzeit-1 R18 . C24 konstante ist proportional - , d. h. Tn = --------- . Im eingez2 /L, n schwungenen Zustand liegt der Ausgang des Differenzverstärkers 17 - unabhängig von t2 - auf Bezugspotential. Der Verstärker 17 muß hochohmig sein, jedoch werden nur geringe Anforderungen an seine Driftfreiheit gestellt. Der Verstärker 19 braucht dagegen nicht hochohmig zu sein, er muß nur gute Driftwerte aufweisen. Die Multiplikation der durch die Dimensionierung des Widerstandes 18 und des Kondensators 24 vorgegebenen Zeitkonstante mit dem reziproken Wert des Tastverhältnisses T2 bewirkt zwar eine entsprechende Vervielfachung des Offsets des Differenzverstärkers 19 aber nicht des Offsets des Differenzverstärkers 17. Es empfiehlt sich daher t2 nicht kleiner als 0,01 (entsprechend einer Vergrößerung der Zeitkonstanten um den Faktor 100) zu machen.
  • Hochohmigkeit und Genauigkeit sind also getrennt und auf zwei Differenzverstärker verteilt. Der Kondensator 21 dient als Zwischenspeicher für die Zeit taus in der der elektronische Schalter 25 geöffnet ist. Die Zeitkonstante R22 . C21 ist wesentlich kleiner als die Zeitkonstante R18 . C24 gewählt, damit ihr Einfluß auf das Übertragungsverhalten des Pl-Gliedes vernachlässigbar klein bleibt. Der Widerstand 23 erlaubt es, der Ausgangsklemme A2 eine Spannung aufzuprägen, die einerseits als Begrenzungsspannung für den Ausgang des Pl-Gliedes dient und die andererseits - unabhängig von der Eingangsspannung des PI-Gliedes und seinem Übertragungsverhalten - als Eingangsspannung für nachgeschaltete Glieder dient. Da die Spannung vom Kondensator 24 gleich der Ausgangs spannung des pl-Gliedes vermindert um die Eingangsspannung des Pl-Gliedes ist, wird ein Überladen des Kondensators 24 beim Anfahren vermieden. Es handelt sich hier um ein PI-Glied ohne Integralübersättigung.
  • Die Figur 4 zeigt das Prinzipschaltbild eines DT1-Gliedes, das in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist. Die Vorhaltzeitkonstante Tv dieses DTl-Gliedes ist entsprechend dem Tastverhältnis 3 einer dritten Impulsfolge stetig veränderbar. Zusätzlich ist die hier mit Kv . K bezeichnete p VorhaltverstärkEng des DT1-Gliedes entsprechend dem Tastverhältnis T1 der ersten Impulsfolge stetig veränderbar.
  • Der nichtinver tier ende Eingang des Differenzverstärkers 26 ist über einen Kondensator 27 und einen elektronischen Schalter 28 mit der Eingangsklemme E3 verbunden. Weiterhin ist der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 26 über einen Widerstand 29 und einen elektronischen Umschalter 30 abwechselnd direkt bzw. über einen weiteren Kondensator 31 mit dem Bezugspotential verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 26 ist mit der Ausgangsklemme A3 verbunden. Zwei Widerstände 32 und 33 bilden einen Spannungsteiler für die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 26, wenn ein weiterer elektronischer Schalter 34 geschlossen ist. Der Abgriff des Spannungsteilers ist direkt mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 26 verbunden und über einen weiteren Kondensator 35 mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 26 verbunden. Ein weiterer elektronischer Schalter 36 verbindet den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 26 über den Kondensator 31 mit dem Bezugspotential. Geht man zunächst davon aus, daß der elektronische Schalter 34 ständig geschlossen ist (#1 = 1), so bildet der Differenzverstärker 26 zusammen mit den Widerständen 32 und 33 einen nichtinvertierenden Verstärker für die an dem nichtinvertierenden Eingang anstehende Spannung, dessen Verstärkungsfaktor durch das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 32 und 33 bestimmt ist (V = 1 + R32). Für 0# #1 # 1 gilt V = Kp . Kv = R33 1 R32 ---(1 + ---) wobei der Kondensator 35 den impulsförmigen Strom #1 R33 durch den Widerstand 32 glättet. Geht man weiterhin davon aus, daß die elektronischen Schalter 28 und 36 geschlossen sind und der elektronische Umschalter 30 den Widerstand 29 mit dem Bezugspotential verbindet ( #3 = 1), so bilden der Kondensator 27 und der Widerstand 29 ein DT1-Glied dem an der Eingangsklemme E3 die Eingangsspannung zugeführt ist und dessen Ausgangsspannung am Widerstand 29 ansteht. Der Frequenzgang dieses DT1-Gliedes Ua R29 pC27R29 lautet F = -- = ---------- = ---------- .
  • Ue R29 + #### 1 + pC27R29 Für 0 # #3 # 1 gilt Der Kondensator 31 dient als Zwischenspeicher, um während der Zeit taue, in der der Kondensator 27 abgeschaltet ist, die am Ende von tein vorhandene Ausgangsspannung zu halten. Das gesamte Übertragungsverhalten des DT1-Gliedes 3 ergibt sich aus dem Produkt V . F = Das DT1-Glied 3 entsprechend Figur 4 hat zwischen der Eingangsklemme E3 und der Ausgangsklemme A3 nichtinvertierendes Verhalten.
  • Ebenso hat das PI-Glied 2 entsprechend Figur 3 zwischen der Eingangsklemme E2 und der Ausgangsklemme A2 nichtinvertierendes Verhalten. Für einen PID-Regler entsprechend Figur 1 mit einem P-Glied 1 entsprechend der Figur 2, einem PI-Glied 2 entsprechend der Figur 3 und einem DT1-Glied 3 entsprechend der Figur 4, der nichtinvertierendes Verhalten aufweisen soll, sind die Umschalter 7 und 8 in die Stellung a) - wie in der Figur 2 dargestellt - zu schalten. Soll ein derartiger PID-Regler invertierendes Verhalten aufweisen, so sind die Schalter 7 und 8 in die Stellung b) zu schalten. Außerdem ist in dem mit der Regelgröße x beaufschlagten Zweig eine Vorzeichenumkehr vorzunehmen. Dies kann z. B. durch einen in der Figur 1 nicht dargestellten invertierenden Verstärker geschehen. Eine andere Möglichkeit der Vorzeichenumkehr besteht in der Verwendung eines Differenzbildners anstelle des Summiergliedes 4, wobei das Ausgangssignal des Schalters 5 von dem Ausgangssignal des Schalters 6 subtrahiert wird.
  • Die Figur 5 zeigt die Zusammenschaltung von zwei PI-Reglern im Sinne einer Auswahlregelung ("override-control"). Die PI-Regler A und B weisen je ein P-Glied 1A bzw. 1B (entsprechend Figur 2) und ein PI-Glied 2A bzw. 2B (entsprechend Figur 3) auf, die entsprechend Figur 1 hintereinandergeschaltet sind. Dem PI-Regler A ist die Regelabweichung Xwl und dem PI-Regler B ist die Regelabweichung x . als Eingangssignal zugeführt. Dem hier nicht dargestellten Stellglied ist das Ausgangssignal y1 des PI-Reglers A als Stellgröße zugeführt. Dem PI-Regler A ist ein Differenzverstärker 37 zugeordnet, dessen Ausgang über eine Diode 38 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem P-Glied 1A und dem PI-Glied 1B verbunden ist. Dieser Verbindungspunkt entspricht den Klemmen Al und E2 der Figuren 2 bzw. 3. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 37 ist mit dem Ausgang des PI-Reglers A verbunden. Dem PI-Regler B ist in gleicher Weise ein weiterer Differenzverstärker 39 und eine weitere Diode 40 zugeordnet. Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 37 ist über einen Widerstand 41 mit dem positiven Anschluß der Versorgungsspannung Uv und über einen weiteren Widerstand 42 mit dem Ausgang des PI-Reglers B verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 39 ist direkt mit dem Ausgang des PI-Reglers A verbunden. Das Ausgangssignal des PI-Reglers A ist als Sollwert für die Begrenzung des Ausgangssignals des PI-Reglers B und das Ausgangssignal des PI-Reglers B ist als Sollwert für die Begrenzung des Ausgangssignals des PI-Reglers A wirksam. Die Widerstände 41 und 42 erzeugen eine geringe Lose zwischen den beiden Begrenzungseingriffen. Sie können auch im Eingang des Differenzverstärkers 39 angeordnet sein. Die Dioden 38 und 40 sind im Sinne gegenseitiger Maximalwertbegrenzung geschaltet. Für eine gegenseitige Minimalwertbegrenzung sind die Dioden 38 und 40 umzupolen. Die Zuführung des Korrektursignals für die Begrenzung zwischen dem P-Glied und dem Pl-Glied ermöglicht es, das Ausgangssignal des P-Gliedes (aufgrund des Widerstandes 12 in Figur 2) solange unwirksam zu machen, bis das begrenzend wirkende Ausgangssignal des jeweils anderen PI-Reglers kleiner als das eigene Ausgangssignal wird. Durch den plötzlich unwirksam werdenden Begrenzungseingriff bewirkt dann eine vorhandene Regelabweichung eine schnelle Änderung des Ausgangssignals (z. B. bei einer Sollwertänderung). Gegenüber einer Zuführung des Korrektursignals für die Begrenzung in den Summenpunkt eines Verstärkers des PI-Gliedes ergibt sich darüberhinaus der Vorteil, daß keine hochsperrenden Dioden erforderlich sind. In gleicher Weise können anstelle der in Figur 5 dargestellten PI-Regler auch PID-Regler zusammengeschaltet werden.
  • Auch können mehrere PI- oder PID-Regler in beliebiger Kombination und Anzahl im Sinne gegenseitiger Maximalwert- bzw.
  • Minimalwertbegrenzung zusammengeschaltet werden. Dabei ist zu beachten, daß immer ein Eingang des jedem Regler zugeordneten Differenzverstärkers mit dem Ausgang des zugeordneten Reglers verbunden ist und daß der andere Eingang jedes Differenzverstärkers mit dem Ausgang eines der anderen Regler verbunden ist.

Claims (8)

  1. "Elektronischer PID-Regler" Patentansprüche: 0 Elektronischer PID-Regler mit Differentiation der Regelgröße und mit Parameter-Variation nach dem Time-Division-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, - daß die Regelabweichung (Xw) einem P-Glied (1) zugeführt ist, dessen Verstärkungsfaktor (K ) variierbar p ist, - daß dem P-Glied (1) ein PI-Glied (2) nachgeschaltet ist, dessen Nachstellzeitkonstante (Tn) variierbar ist, - daß die Regelgröße (x) einem D-Glied (3) mit Verzögerung erster Ordnung zugeführt ist, dessen Vorhaltverstärkung (Kv . Kp) und dessen Vorhaltzeitkonstante (Tv) variierbar sind, - daß der eine Eingang eines Summiergliedes (4) über einen ersten Umschalter (6) entweder mit dem Ausgang des P-Gliedes (1) oder mit dem Ausgang des PI-Gliedes (2) verbunden ist, - daß der andere Eingang des Summiergliedes (4) über einen Schalter (5) mit dem Ausgang des D-Gliedes (3) verbunden ist und - daß am Ausgang des Summiergliedes (4) die Stellgröße (y) ansteht.
  2. 2. Elektronischer PID-Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Vorhaltverstärkung (Kv K p des D-Gliedes (3) mit demselben Tastverhältnis (t1) erfolgt wie die Variation des Verstärkungsfaktors (Kp) des P-Gliedes (1).
  3. 3. Elektronischer PID-Regler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Vorhaltzeitkonstanten (Tv) des D-Gliedes (3) mit demselben Tastverhältnis (r2) erfolgt wie die ,Variation der Nachstellzeitkonstanten (Tn) des PI-Gliedes (2).
  4. 4. Elektronischer PID-Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das P-Glied (1) einen ersten Differenzverstärker (10) aufweist, dessen Ausgang über einen ersten Widerstand (12) mit einer ersten Ausgangsklemme (A1) verbunden ist, - daß der invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) über einen ersten Kondensator (15) mit der ersten Ausgangsklemme (A1) verbunden ist, daß der invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) über einen zweiten Widerstand (13) mit einem ersten elektronischen Umschalter (14) verbunden ist, der den zweiten Widerstand (13) abwechselnd mit der ersten Ausgangsklemme (A1) und mit dem Bezugspotential verbindet, daß der invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) mit einem zweiten Umschalter (8) verbunden'ist, der den invertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) in der einen Stellung (a) über einen dritten Widerstand (16) mit dem Bezugspotential verbindet und in der anderen Stellung (b) über einen vierten Widerstand (9) mit einer ersten Eingangsklemme (E) verbindet, daß der nichtinvertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) über einen fünften Widerstand (11) mit dem Bezugspotential verbunden ist, daß der nichtinvertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) mit einem, mit dem zweiten Umschalter (8) mechanisch gekoppelten dritten Umschalter (7) verbunden ist, der den nichtinvertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) in der einen Stellung (a) über den vierten Widerstand (9) mit der ersten Eingangsklemme (E1) verbindet und in der anderen Stellung (b) über den dritten Widerstand (16) mit dem Bezugspotential verbindet, - daß der erste Widerstand (12) wesentlich kleiner als der zweite Widerstand (13) ist, - daß der resultierende Widerstand der Parallelschaltung des zweiten (13) und des dritten Widerstandes (16) gleich dem resultierenden Widerstand der Parallelschaltung des vierten (9) und des fünften Widerstandes (11) ist und - daß dem Steuereingang des ersten elektronischen Umschalters (14) eine erste Impulsfolge mit einstellbarem Tastverhältnis (21) zugeführt ist.
  5. 5. Elektronischer PID-Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstand (13) gleich dem fünften Widerstand (11) und der dritte Widerstand (16) gleich dem vierten Widerstand (9) ist.
  6. 6. Elektronischer PID-Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß das PI-Glied (2) einen zweiten Differenzverstärker (17) aufweist, dessen nichtinvertierender Eingang mit einer zweiten Eingangsklemme (E2) verbunden ist, - daß der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (17) über einen sechsten Widerstand (18) mit seinem invertierenden Eingang verbunden ist, - daß der nichtinvertierende Eingang eines dritten Differenzverstärkers (19) über einen zweiten elektronischen Umschalter (20) abwechselnd mit dem Bezugspotential und mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (17) verbunden ist, - daß der invertierende Eingang des dritten Differenzverstärkers (19) über einen zweiten Kondensator (21) mit seinem Ausgang und über einen siebten Widerstand (22) mit dem Bezugspotential verbunden ist, - daß der Ausgang des dritten Differenzverstärkers (19) über einen achten Widerstand (23) mit einer zweiten Ausgangsklemme (A2) verbunden ist, daß die zweite Ausgangsklemme (A2) über einen dritten Kondensator (24) und einen ersten elektronischen Schalter (25) mit dem invertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers (17) verbunden ist, daß das aus dem siebten Widerstand (22) und dem zweiten Kondensator (21) gebildete Produkt (R22 . C21) wesentlich kleiner als das aus dem sechsten Widerstand (18) und dem dritten Kondensator (24) gebildete Produkt (R18 . C24) ist und daß sowohl dem Steuereingang des zweiten elektronischen Umschalters (20) als auch dem Steuereingang des ersten elektronischen Schalters (25) eine zweite Impulsfolge mit einstellbarem Tastverhältnis (r2) zugeführt ist.
  7. 7. Elektronischer PID-Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das DT1-Glied (3) einen vierten Differenzverstärker (26) aufweist, dessen nichtinvertierender Eingang über einen vierten Kondensator (27) und einen zweiten elektronischen Schalter (28) mit einer dritten Eingangsklemme (E3) verbunden ist, daß der nichtinvertierende Eingang des vierten Differenzverstärkers (26) über einen neunten Widerstand (29) und einen dritten elektronischen Umschalter (30) abwechselnd direkt mit dem Bezugspotential und über einen fünften Kondensator (31) mit dem Bezugspotential verbunden ist, daß der Ausgang des vierten Differenzverstärkers (26) mit einer dritten Ausgangsklemme (A3) verbunden ist, - daß der Ausgang des vierten Differenzverstärkers (26) über einen dritten elektronischen Schalter (34) und einen Spannungsteiler (32, 33) mit dem Bezugspotential verbunden ist, daß der invertierende Eingang des vierten Differenzverstärkers (26) mit dem Abgriff des Spannungsteilers (32, 33) verbunden ist, daß der invertierende Eingang des vierten Differenzverstärkers (26) über einen sechsten Kondensator (35) mit seinem Ausgang verbunden ist, - daß der invertierende Eingang des vierten DifferenzverstärkerE (26) über einen vierten elektronischen Schalter (36) und den fünften Kondensator (31) mit dem Bezugspotential verbunden ist, - daß sowohl dem Steuereingang des dritten elektronischen Umschalters (30) als auch dem Steuereingang des zweiten und des vierten elektronischen Schalters (28 bzw. 36) eine dritte Impulsfolge mit einstellbarem Tastverhåltnis (t3) zugeführt ist und - daß dem Steuereingang des dritten elektronischen Schalters (34) eine erste Impulsfolge mit einstellbarem Tastverhältnis (f1) zugeführt ist.
  8. 8. Zusammenschaltung von mindestens zwei PI-Reglern oder PID-Reglern gemäß Anspruch 1 mit einem P-Glied gemäß Anspruch 4 im Sinne einer Auswahlregelung ("override control"), wobei jeweils das Ausgangssignal eines Reglers als Sollwert für die Begrenzung eines weiteren Reglers dient, dadurch gekennzeichnet, - daß jedem Regler (A bzw. B) ein Differenzverstärker (37 bzw. 39) zugeordnet ist, dessen Ausgang über je eine Diode (38 bzw. 40), deren Stromflußrichtung die Art der Begrenzung (Minimalwert- oder Maximalwertbegrenzung) bestimmt, mit dem Verbindungspunkt zwischen dem P-Glied (1A bzw. 1B) und dem PI-Glied (2A bzw. 2B) verbunden ist, - daß der invertierende Eingang der Differenzverstärker (37 bzw. 39) mit dem Ausgang des jeweils zugeordneten Reglers (A bzw. B) verbunden ist, - daß der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers (37 bzw. 39) mit dem Ausgang eines der anderen Regler (A bzw. B) verbunden ist, wobei der nichtinvertierende Eingang mindestens eines der Differenzverstärker (37) zum Erzielen einer geringen Lose zwischen den Begrenzungseingriffen über einen zehnten Widerstand (41) mit einem Anschluß (+Uv) der Versorgungsspannungsquelle und über einen elften Widerstand (42) mit dem Ausgang eines der anderen Regler (B) verbunden ist.
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