DE3118259C2

DE3118259C2 - Elektronischer PID-Regler

Info

Publication number: DE3118259C2
Application number: DE19813118259
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6368 Bad Vilbel Pröls
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1981-05-08
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1986-02-20
Also published as: DE3118259A1

Abstract

Der PID-Regler enthält ein P-Glied (1), dem die Regelabweichung (x ↓w) zugeführt ist, ein PI-Glied (2), das dem P-Glied (1) nachgeschaltet ist, und ein DT ↓1-Glied (3), dem die Regelgröße (x) zugeführt ist. Ein Summierglied (4) verknüpft die Ausgangssignale dieser Glieder zu der Stellgröße (y). Durch Betätigung von Schaltern (5, 6) ist eine Strukturumschaltung von PID-Verhalten auf P-, PD- oder PI-Verhalten möglich, wobei die Skalierung der Einstellorgane für die Regler-Parameter sich nicht ändert. Die Veränderung der Regler-Parameter (K ↓p, T ↓v, T ↓n) erfolgt durch abwechselndes Umschalten zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert, wobei das Tastverhältnis von Impulsfolgen den jeweiligen Wert bestimmt. Der Aufbau je eines derartigen P-, PI- und DT ↓1-Gliedes ist angegeben, wobei das P-Glied eine Kennlinienumkehr erlaubt, das PI-Glied keine Integralsättigung aufweist und das DT ↓1-Glied außer der Variation der Nachstellzeitkonstanten (T ↓n) eine Variation des Verstärkungsfaktors (K ↓p) erlaubt. Weiterhin ist die Zusammenschaltung zweier derartiger Regler im Sinne einer Auswahlregelung angegeben.

Description

7. Elektronischer PID-Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß das DT_rGlied (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 Differenzverstärkcrs (26) mit einer dritten Ausgangsklemme (Ai) 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 Differenzverstärkers (26) über einen vierten elektronischen Schalter (36) und den fünften Kondensator 631) mit dem Bezugspotential verbunden ist,

daß sowoh' 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 Tastverhältnis ( tt) zugeführt ist und

- daß dem Steuereingang des dritten elektronischen Schalters (34) eine erste Impulsfolge mit einstellbarem Tastverhältnis (η) zugeführt ist.

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 So!!- wert für die Begrenzung eines weiteren Reglers dient, dadurch gekennzeichnet,

daß jedem Regler (A und 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)

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20 bestimmt, mit dem Verbindungspunkt zwischen dem P-Glied (IA bzw. IB) und dem PI-Glied (IA bzw. IB) verbunden ist, daß der invertierende Eingang der Differenzverstärker (37 bzw. 39) mit dem Ausgang des jeweils zugeordneten Reglers (.4 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 (+i/,.) der Versorgungsspannungsquelle und über einen elften Widerstand (42) mit dem Ausgang eines der anderen Regler (B) verbunden ist.

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65 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 Nachstellzeitkonstante 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 Reglers 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:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen s PID-Reglers,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines P-Gliedes, dessen Verstärkungsfaktor entsprechend dem Tastverhältnis einer Impulsfolge variierbar ist,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines PI-Gliedes, dessen Nachstellzeitkonstante entsprechend dem Tastverhältnis einer Impulsfolge variierbar ist, Fig. 4 das Prinzipschaltbild eines DT_rGliedes und F i g. S die Zusammenschaltung von zwei PI-Reglern im Sinne einer ablösenden Regelung mit gegenseitiger Maximalwertbegrenzung.

Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen PID-Reglers. Die Regelabweichung x„ ist einem P-Glied 1 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor K₁, entsprechend dem Tastverhältnis η einer ersten Impulsfolge variierbar ist. Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel eines derartigen P-Gliedes ist anhand der F i g. 2 unten beschrieben. Am Ausgang des P-Gliedes 1 steht das Signal x_w ■ K₁, an. Dieses Signal ist einem PI-Glied 2 zugeführt, dessen Nachstellzeitkonstante T_n entsprechend dem Tastverhältnis τ-ι einer zweiten Impulsfolge variierbar ist. Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel eines derartigen PI-Gliedes ist anhand der Fig. 3 unten beschrieben. Am Ausgang des PI-Gliedes 2 steht das Signal

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an, wobei der Ausdruck

Die additive Verknüpfung der Ausgangssignale des PI-Gliedes 2 und des DT_rGliedes 3 hat den Vorteil, daß sowohl beim Abschalten als auch beim Abschalten des I-Anteils Tür die Nachstellzeitkonstante T_n und für die Vorhaltzeitkonstante 7"„ dieselbe Skalierung gilt wie bei PID-Verhalten. Wie bereits oben ausgeführt, sind die Parameter K_p, K_p ■ K„ T₁. und T_n entsprechend dem Tastverhältnis von verschiedenen Impulsfolgen variierbar. Das Tastverhältnis ist - wie z. B. aus der DE-OS 23 10 892 bekannt - durch die Höhe der 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 DT_rGliedes 3 den Vorteil, daß eine Offsetspannung des DT_rGliedes 3 nicht in den Regelrestfehler eingeht. Im eingeschwungenen Zustand setzt sich die Stellgröße y aus der Offsetspannung des DTpGliedes 3 und der Ausgangsspannung des PI-Gliedes 2 zusammen, die nur so lange ansteigen kann, bis die Regelabweichung x„ zu Null geworden ist. Damit stellt sich die Ausgangsspannung des PI-Gliedes 2 so ein, daß sie um die Offset-Spannung des DTj-Gi.'sdes 3 kleiner als die für die Aufrechterhaltung von x_w = 0 erforderliche Stellgröße y ist.

Die Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild des P-Gliedes, das in der F ig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Der Verstärkungsfaktor K_p dieses P-Gliedes ist entsprechend dem Tastverhältnis T, einer ersten Impulsfolge stetig veränderbar. Als Tastverhältnis ist das Verhältnis von Einschaltzeit t_vin und der Summe aus Einschaltzeit t_ci„ und Ausschaltzeit t_aus bezeichnet; das heißt, das Tastverhältnis

trig

der komplexe Frequenzgang des PI-Gliedes 2 ist. Die Regelgröße χ ist einem hier kurz als DT_rGIied bezeichneten D-Glied mit Verzögerung erster Ordnung zugeführt. Die im folgenden mit AT₁. · K_n bezeichneten Vorhalteverstärkung des DTpGliedes 3 ist entsprechend dem Tastverhältnis T₁ der ersten Impulsfolge variierbar. Die Vorhaltezeitkonstante T₁. des DT,-Gliedes 3 ist entsprechend dem Tastverhältnis r₃ einer dritten Impulsfolge variierbar. Für t· = ι~, ergibt sich ein konstantes Verhältnis von Vorhaltezeitkonstante zu Nachstellzeitkonstante.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines DT_r Gliedes ist anhand der Fig. 4 unten beschrieben. Ein Summierglied 4 bildet die Stellgröße v. 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
PD-Verhalten
PI-Verhalten
PID-Verhalten

geöffnet
geschlossen
geöffnet
geschlossen

in Stellung a in Stellung a in Stellung b in Stellung b

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65 ^ein ^aus

kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Zwei Umschalter 7 und 8 dienen zur Kennlinienumkehr. Die Stellung α entspricht einer nichtinvertierenden Verstärkung und die Stellung b entspricht einer invertierenden Verstärkung. In der Stellung α 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 Sⁿannuü^e'⁵ie!!er 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 A, verbunden. Zur Glättung der Ausgangsspannung ist ein Kondensator 15 zwischen den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 10 und die Ausgangsklemme Λ, geschaltet. In der Stellung α der Umschalter 7 und 8 ist der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 10 über einen Widerstand 16 mit dem Bezugspotential verbunden. Während der Einsch?itzeit der ersten Impulsfolge ist der Widerstand 13 mit der Ausgangsklemme A \ verbunden und während der Ausschaltzeit mit dem Bezugspotential. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei nichtinvertierendem Betrieb sowohl während der Einschaltzeit /,,„als auch

während der Ausschaltzeit /,„„ die Ladung bzw. Entladung 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 A, 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 Fig. 1, dient. Von der Möglichkeit, der Ausgangsklemme A\ eine Spannung aufzuprägen, wird insbesondere bei der Zusammenschaltung von zwei oder mehreren PI-Reglcrn im Sinne einer Auswahlregelung - wie sie weiter unten beschrieben ist - Gebrauch gemacht.

Der Verstärkungsfaktor des P-Gliedes 1 ergibt sich für nichtinvertierende Verstärkung (Umschalter? und 8 in der Stellung a) zu

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wobei die Indizes der Widerstände den in der Fig. 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 nichtinvcrtierenden Eingang des Differenzverstärkers 10. Der Verstärkungsfaktor des P-Gliedes 1 ergibt sich für invertierende Verstärkung (Umschalter 7 und 8 in der Stellung b) zu

Damit K_pi und K₁,- betragsmäßig gleich 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 Innenwiderstände 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: R,, = Λ! ₆ und Ä j 1 = /? ₁₃. Der Verstärkungsfaktor K_p+ für nichtinvertierende Verstärkung und der Verstärkungsfaktor K₁, für invertierende Verstärkung sind umgekehrt proportional zu dem Tastverhältnis η der ersten Impulsfolge.

Die Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild eines PI-Gliedes, das in der F i g. 1 mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist. Die Nachstellzeitkonstante T_n dieses PI-GIiedes ist entsprechend dem Tastverhältnis r₂ 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 Differenz-Verstärkers 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 10 und des elektronischen Schalters 25 ist eine zweite Impulsfolge mit einstellbarem Tastverhältnis T₂ zugeführt. Während der Einschaltzeit /,.,·„ 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 Nachstellzeitkonstante ist proportional 1 /r₂₎ das heißt

T₁, -■

Im eingeschwungenen 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 Zeitkonstanie mit dem reziproken Wert des Tastverhältnisses r₂ bewirkt zwar eine entsprechende Vervielfachung des Offsets des Differenzverstärkers 19, aber nicht des Offsets des Differenzverstärkers 17. Es empfiehlt sich daher r₂ 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 t_au„ in der der elektronische Schalter 25 geöffnet ist. Die Zeitkonstante R_n · /?2i ist wesentlich kleiner als die Zeitkonstante Ris' Q₄ gewählt, damit ihr Einfluß auf das Übertragungsverhalten des PI-Gliedes vernachlässigbar klein bleibt. Der Widerstand 23 erlaubt es, der Ausgangsklemme A\ eine Spannung aufzuprägen, die einerseits als Begrenzungsspannung für den Ausgang des PI-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 Ausgangsspannung des PI-Gliedes vermindert um die Eingangsspannung des PI-GLiedes ist wird ein Überladen des Kondensators IA beim Anfahren vermieden. Es handelt sich hier um ein PI-Glied ohne Integralübersättigung.

Die F i g. 4 zeigt das Prinzipschaltbild eines DT₁-GHedes, das in der F i g. 1 mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist. Die Vorhaltezeitkonstante T_v dieses DT,-Gliedes ist entsprechend dem Tastverhältnis r₃ einer dritten Impulsfolge stetig veränderbar. Zusätzlich ist die hier mit K_v ■ K_p bezeichnete Vorhaltverstärkung des DT,-Güedes entsprechend dem Tastverhältnis r, der ersten Impulsfolge stetig veränderbar. Der nichtinvertierende 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 26 verbindet den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 26 über den Kondensator 31 mit dem Bezugspotential. Geht man zunächst davon aus, daß der elektronische Schalter34ständiggeschlossenist(ri = 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 duich das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 32 und 33 bestimmt ist

(V = i+Zii).

Für 0 < η < 1 gilt

_V = _K ._Ky=JL (i+|h),

wobei der Kondensator 35 den impulsförmigen Strom 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 (r₃ = 1), so bilden der Kondensator 27 und der Widerstand 29 ein DTi-Glied, dem an der Eingangsklemme Ej die Eingangsspannung zugeführt ist und dessen Ausgangsspannung am Widerstand 29 ansteht. Der Frequenzgang dieses DT_rGliedes lautet

Für 0 < T₃ < 1 gilt

F =

Der Kondensator 31 dient als Zwischenspeicher, um während der Zeit t_au„ in der der Kondensator 27 abgeschaltet ist, die am Ende von /,.,„ vorhandene Ausgangsspannung zu halten. Das gesamte Übertragungsverhalten des DTpGliedes 3 ergibt sich aus dem Produkt

Cn R29

VF=- l+£2

Das DTj-Glied 3 entsprechend Fig. 4 hat zwischen der Eingangsklemme £3 und der Ausgangsklemme A₃ nichtinvertierendes Verhalten. Ebenso hat das PI-Glied 2 entsprechend Fig. 3 zwischen der Eingangsklemme E₂ und der Ausgangsklemme A₂ nichtinvertierendes Verhalten. Für einen PID-Regler entsprechend Fig. 1 mit einem P-Glied 1 entsprechend der Fig. 2, einem PI-Glied 2 entsprechend der Fig. 3 und einem DT_r Glied 3 entsprechend der Fig. 4, der nichtinvertierendes Verhalten aufweisen soll, sind die Umschalter? und 8 in die Stellung (α) -wie in der F ig. 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 χ beaufschlagten Zweig eine Vorzeichenumkehr vorzunehmen. Dies kann z. B. durch einen in der Fig. 1 nicht dargestellten invertierenden Verstärker geschehen. Eine andere Möglichkeit der Vorzeichenumkehr besteht in der Verwendung eines Di(Icrenzbildners anstelle des Summiergliedes 4, wobei das Ausgangssignal des Schalters 5 von dem Ausgangs-

IS signal des Schalters 6 subtrahiert wird.

Die Fi g. 5 zeigt die Zusammenschaltung von zwei Pl-Reglern im Sinne einer Auswahlregelung (»overridecontrol«). Die PI-Regler Λ und B weisen je ein P-G!icd \A bzw. \B (entsprechend Fig. 2) und ein PI-GLied IA bzw. IB (entsprechend Fig. 3) auf, die entsprechend F i g. 1 hintereinandergeschaltet sind. Dem PI-Regler A ist die Regelabweichung x_n: und dem Ρί-Regler B ist die Regelabweichung x_m2 als Eingangssignal zugeführt. Dem hier nicht dargestellten Stellglied ist das Ausgangssignal V₁ 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 \A und dem PI-Glied \B verbunden ist. Dieser Verbindungspunkt entspricht den Klemmen A\ und E₁ der Fig. 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 U, 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 =virksam. 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-GIicd und dem PI-Glied ermöglicht es, das Ausgangssignal des P-Gliedes (aufgrund des Widerstandes 12 in F i g. 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 Begrenzungseingrifl* 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-GIiedes ergibt sich

darüber hinaus der Vorteil, daß keine hochsperrenden Dioden erforderlich sind. In gleicher Weise können anstelle der in Fig. 5 dargestellten PI-Regler auch PID-Regler zusammengeschaltet werden.

Auch können mehrere Pl- 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 5 Difierenzverstärkers mit dem Ausgang des zugeordi eten Reglers verbunden ist und daß der andere Eingang
jedes Diflerenzverstärkers mit dem Ausgang eines der
anderen Regler verbunden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer PID-Regler, dessen Parameter entsprechend dem Tastverhältnis von Impulsfolgen variierbar sind.

mit einem P-Glied, dessen Verstärkungsfaktor variierbar ist, dem die Regelabweichung zugeführt ist,

mit einem D-Glied mit Verzögerung erster Ordnung, dessen Vorhaltzeitkonstante variierbar ist, dem die Regelgröße zugeführt ist,
mit einem dem P-Glied nachgeschalteten PI-Glied, dessen Nachstellieitkonstante variiecbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß außer der Vorhaltzeitkonstante (Γ,.) des D-Gliedes (3) auch dessen Vorhaltverstärkung (Al', · K₁,) variierbar ist,

- 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.

IO

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2. Elektronischer PID-Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Vorhaltverstärkung (K,. ■ K₁) des D-Gliedes (3) mit demselben Tastverhältnis (r,) erfolgt wie die Variation des Verstärkungsfaktors (K₁,) des P-Gliedes (1).

3. Elektronischer PID-Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Vorhaltzeitkonstanten (T,) des D-Gliedes (3) mit demselben Tastverhältnis (τ₂) erfolgt wie die Variation der Nachstellzeitkonstanten (T„) des PI-Giiedes (2).

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 (A\) verbunden ist,
daß der invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) über einen ersten Kondensator (15) mit der ersten Ausgangsklemme (Λ,) verbunden ist, daß der invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) über einen zweiten Widerstand (13) mit einem ersten elektronischen Umschalter (13) abwechselnd mit der ersten Ausgangsklemme {A\) 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 dereinen 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 liingangsklemme (E₁) 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 U₁) zugeführt ist.

5. Elektronischer PID-Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstand (13) gleich dem Tünften Widerstand (11) und der dritte Widerstand (16) gleich dem vierten Widerstand (9) ist.

6. Elektronischer PID-Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß das PI-Glied (2) einen zweiten Differenzverstärker (17) aufweist, dessen nichtinverticrenden Eingang mit einer zweiten Eingangsklemme (E₂) verbunden ist,

daß der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (17) über einen sechsten Widersland (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 Differcnzverstärkers (17) verbunden ist,

- daß das aus dem siebten Widerstand (22) und dem zweiten Kondensator (21) eebildcte

Produkt (R₂₂ · C_2!) wesentlich kleiner als das aus dem sechsten Widerstand (J8) und dem dritten Kondensator (24) gebüdete Produkt (Ais · 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.