DE3825058A1 - Regelschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aufgabe einer Regelschaltung ist es, eine bestimmte physikalische Größe auf einen von der sogenannten Füh­ rungsgröße vorgegebenen Sollwert zu bringen und dort konstant zu halten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den momentanen Istwert der physikalischen Größe gezielt zu beeinflussen, so daß diese ein bestimmtes vorgebbares Verhalten aufweist.

Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 1 bei einer Regelschal­ tung die Stellgröße 11, die am Ausgang der Regeleinrich­ tung 1 anliegt, über eine Regelstrecke 2 auf den Ein­ gang der Regeleinrichtung 1 rückgekoppelt und dort mit der Führungsgröße 10 verglichen. Die Erfassung der Stell­ größe 11 in der Regelstrecke 2, d. h. der rückgeführten Stellgröße 8, erfolgt mittels eines sogenannten Über­ tragungsglieds 3 b in einem Zweig 2 b der Regelstrecke 2. In einem anderen Zweig 2 a der Regelstrecke 2 kann eine zusätzliche Stellgröße 6, die ebenfalls zur Regelung herangezogen wird, von einem Übertragungsglied 3 a er­ faßt werden. Die Übertragungsglieder 3 a, 3 b, beispiels­ weise Verstärkerstufen, können dabei unterschiedlich gewichtet werden und liefern an ihrem Ausgang die soge­ nannte Regelgröße 9. Die Differenz aus dieser Regel­ größe 9 und der Führungsgröße 10 bzw. der Sollwertvorga­ be wird an einem Summierglied 7 gebildet und entspricht der sogenannten Regelabweichung 12, die ein Maß für die Abweichung von Sollwert und Istwert ist. Diese Regelab­ weichung 12 liefert über ein Übertragungsglied 5, mei­ stens eine Verstärkerstufe, am Ausgang der Regeleinrich­ tung 1 den momentanen Istwert der Stellgröße 11. Im Idealfall hat eine Regelschaltung eine möglichst ge­ ringe Regelabweichung und ein gutes Einschwingverhalten. Bei einer Motorregelung beispielsweise können Ankerspan­ nung, Stromstärke, Drehzahl, Temperatur oder ähnliche physikalische Größen als rückgeführte oder zusätzliche Stellgröße der Regelstrecke zugeführt werden.

Das Verhalten der Gesamt-Regelschaltung, bsp. das Anlauf- oder Einschwingverhalten oder das Verhalten bei Belastung und Laständerung, kann je nach Regelverhalten und Gewich­ tung der Übertragungsglieder in der Regelstrecke vorge­ geben werden. Zur Feineinstellung des Gesamt-Regelverhal­ tens ist aufgrund von Fertigungsstreuungen bzw. Ferti­ gungstoleranzen ein zusätzlicher Abgleichvorgang der Übertragungsglieder erforderlich.

Nachteilig ist hierbei jedoch, daß für die Einstellung der Gewichtung jedes Übertragungsglied ein separates Abgleichelement benötigt; damit das gewünschte Verhalten der Gesamt-Regelschaltung, das von der rückgeführten und der zusätzlichen Stellgröße gleichzeitig beeinflußt wird, erreicht wird, müssen die beiden Übertragungsglieder in einem iterativen Verfahren abgeglichen werden. Dieser Einstellprozeß ist daher sehr zeitaufwendig und somit auch kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nach­ teile zu vermeiden und eine Regelschaltung anzugeben, bei der der Abgleichvorgang der Übertragungsglieder we­ sentlich vereinfacht wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Ge­ wichtung der Übertragungsglieder der Regelstrecke mit­ tels eines einzigen Abgleichelements erfolgt.

Die Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, daß wegen des einzigen Abgleichelements die Übertragungsglieder der Regelstrecke schnell und einfach und damit kosten­ günstig eingestellt werden können.

Der Abgleichvorgang kann dabei entweder stufenlos, d. h. kontinuierlich, bsp. mittels eines Potentiometers oder in diskreten Schritten, bsp. mittels eines Schalters oder Umschalters erfolgen. Falls in der Regelschaltung elektrische Größen verarbeitet werden, besitzen die Über­ tragungsglieder entweder einen Stromausgang oder einen Spannungsausgang. Die Übertragungsglieder können als beliebiger Reglertyp ausgebildet sein und somit ein be­ liebiges Regelverhalten aufweisen; insbesondere sind auch Übertragungsglieder verschiedenen Regelverhaltens gemeinsam in der Regelstrecke einsetzbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfinderischen Regelschaltung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und verschiedene Ausgestaltungsmöglichkei­ ten sollen nachstehend anhand der Fig. 1-4 beschrie­ ben werden. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Regelschaltung mit zwei Zweigen der Regelstrecke,

Fig. 2 eine Realisierungsmöglichkeit der Übertragungs­ glieder und des Abgleichelements,

Fig. 3 eine Realisierungsmöglichkeit von zeitlich ge­ schalteten Übertragungsgliedern und des Ab­ gleichelements,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild zweier Übertragungsglie­ der mit Stromausgang, die ein gemeinsames Spei­ cherelement besitzen.

Gemäß Fig. 1 besteht die Regelschaltung aus einer Regel­ einrichtung 1 und einer Regelstrecke 2 mit zwei Zweigen 2 a, 2 b, wobei in einem Zweig 2 b der Regelstrecke 2 die rückgeführte Stellgröße 8 am Eingang E ₂ des Übertragungs­ glieds 3 b und im anderen Zweig 2 a eine zusätzliche Stell­ größe 6 am Eingang E ₁ des Übertragungsglieds 3 a erfaßt wird.

Die Übertragungsglieder 3 a und 3 b müssen, falls zur Re­ gelung elektrische Größen verwendet werden, beide entwe­ der einen Stromausgang oder einen Spannungsausgang besit­ zen, damit an den Ausgängen A ₁ bzw. A ₂ der Übertragungs­ glieder 3 a, 3 b die gleiche Regelgröße 9 anliegt und ver­ arbeitet werden kann.

Am Summierglied 7 wird die Führungsgröße 10 mit der Re­ gelgröße 9 verglichen; die Regelabweichung 12, d.h. die Differenz aus Führungsgröße 10 und Regelgröße 9, wird vom Übertragungsglied 5 verarbeitet und liefert die Stellgröße 11.

Durch das Abgleichelement 4 kann die Gewichtung der bei­ den Übertragungsglieder 3 a und 3 b eingestellt bzw. ge­ ändert werden.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel zweier Übertra­ gungsglieder 13 und 14 gezeigt, bei denen die Einstel­ lung bzw. Änderung der Gewichtung stufenlos erfolgen kann. Die beiden Übertragungsglieder 13, 14 arbeiten hier linear und sind als Differenzverstärker, bestehend aus den Transistoren T ₁ und T ₂ bzw. T ₄ und T ₅, welchem ein Stromspiegel unter Verwendung der Transistoren T ₃ bzw. T ₆ nachgeschaltet ist, ausgebildet.

Durch Vorgabe des Stroms der Konstantstromquelle 15 und der Widerstände R ₁, R ₂ und R ₃ erfolgt eine Festlegung des Regelbereichs und eine Voreinstellung bzw. Grobein­ stellung der Übertragungsglieder. Zur Feineinstellung bzw. zum Abgleich der Gewichtung dient das Abgleichele­ ment 16, das hier beispielsweise als Potentiometer aus­ gebildet ist und eine kontinuierliche Variation der Ge­ wichtung der beiden Übertragungsglieder 13, 14 durch gegenläufige Stromkorrektur in den beiden Übertragungs­ gliedern ermöglicht.

Falls die Stellgröße 11 nur kurzzeitig zur Verfügung steht, bzw. nur zu bestimmten Zeitpunkten erfaßt werden darf, müssen die Übertragungsglieder, wie in Fig. 3 dargestellt, zeitlich geschaltet werden können, d.h. nur während eines bestimmten Zeitpunkts bzw. eine bestimmte Zeitspanne lang "aktiv" sein.

Dazu muß jeder Zweig der Regelstrecke einen Schalter sowie ein Speicherelement besitzen, das den Wert der Stellgröße oder der Regelgröße während des nicht-aktiven Zustands des Übertragungsglieds zwischenspeichert. Der Schalter und das Speicherelement können dabei entwe­ der vor dem Übertragungsglied, bsp. um Spannungs- oder Stromspitzen abzufangen oder, gemäß Fig. 3, nach dem Übertragungsglied angeordnet sein.

Im Unterschied zur Fig. 2 besitzt jedes Übertragungs­ glied 17, 18 hier eine eigene geschaltete Konstantstrom­ quelle 15 a, 15 b, über die die Übertragungsglieder, mit­ tels der beliebigen Schalter S ₁ und S ₂, aus- bzw. einge­ schaltet werden können. Die Speicherelemente 21 am Aus­ gang A ₁ bzw. A ₂ müssen den Wert der Regelgröße 9 während des nicht-aktiven Zustands der Übertragungsglieder 17, 18 solange zwischenspeichern, bis dieser am Summierglied 7 ausgewertet werden kann.

Die Variation der Gewichtung der beiden Übertragungsglie­ der kann wieder kontinuierlich, wie in Fig. 2 beschrie­ ben, gemäß des Abgleichelements 16 erfolgen.

Natürlich ist auch der gemeinsame Einsatz von geschalte­ ten und nicht-geschalteten Übertragungsgliedern möglich, wodurch sowohl Dauererfassungen und/oder zeitliche Ein- oder Ausblendungen der Stellgrößen möglich sind.

In der Fig. 4 sind zwei Übertragungsglieder 19, 20, die jeweils einen Stromausgang A ₁, A ₂ besitzen und ein be­ liebiges zeitliches Regelverhalten aufweisen sollen, schematisch dargestellt. Zur Speicherung der Information wird nur ein gemeinsames Speicherelement 21, in Fig. 4 als Kondensator angedeutet, benötigt, d. h. die Übertra­ gungsglieder 19, 20 können das gleiche Speicherelement 21 verwenden. Gemäß Fig. 1 entspricht dies einer vorge­ zogenen Summationsbildung der Regelgröße 9 in der Regel­ strecke 2 vor dem eigentlichen Summierglied 7.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf zwei Zweige in der Regelstrecke beschränkt, sondern es können beliebig viele solcher Zweige in der Regelstrecke vorhanden sein, wobei immer zwei Übertragungsglieder der verschiedenen Zweige der Regelstrecke paarweise zusammengefaßt und abgegli­ chen werden.

Das Regelverhalten der Übertragungsglieder kann beliebig sein, z.B. lineares, nicht-lineares, geschaltetes oder nicht-geschaltetes Regelverhalten oder es kann durch eine zeitliche Abhängigkeit der Übertragungsglieder eine Änderung der Regelzeitkonstante entstehen. Darüber hin­ aus können Übertragungsglieder mit jeweils unterschied­ lichem Regelverhalten gemeinsam in einer Regelstrecke eingesetzt werden.

Die Anwendung der Erfindung ist in allen Regelschaltun­ gen denkbar, bei denen mindestens zwei Betriebsparameter zu Regelzwecken eingesetzt werden. Als Beispiel sollen Motorregelschaltungen mit einer drehzahl- und drehmoment­ abhängigen Regelung angeführt werden.

Claims (10)

1. Regelschaltung, bestehend aus einer Regeleinrichtung (1) und einer Regelstrecke (2), wobei die Regelstrecke (2) aus zwei verschiedenen Zweigen (2 a, 2 b) aufgebaut ist und jeder Zweig ein Übertragungsglied (3 a, 3 b) be­ liebigen Regelverhaltens enthält, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gewichtung der Übertragungsglieder (3 a, 3 b) der Regelstrecke (2) mittels eines einzigen Abgleich­ elements (4) erfolgt.

2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Übertragungsglieder (3 a, 3 b) der Regelstrecke (2) ein lineares oder nicht-lineares Regelverhalten aufweisen.

3. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Übertragungsglieder (3 a, 3 b) der Regelstrecke (2) zeitlich geschaltet sind und die Stellgrößen (6, 11) nur zu bestimmten Zeitpunkten erfassen.

4. Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Zweig (2 a, 2 b) der Regelstrecke (2) ein Speicherelement (21) enthält.

5. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Übertragungsglieder (3 a, 3 b) der Regelstrecke (2) ein beliebiges zeitliches Regelverhalten besit­ zen.

6. Regelschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsglie­ der (19, 20) der Regelstrecke (2) einen Stromausgang besitzen und daß für alle Übertragungsglieder (19, 20) nur ein gemeinsames Speicherelement (21) benötigt wird.

7. Regelschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsglie­ der (3 a, 3 b) der Regelstrecke (2) ein unterschiedliches Regelverhalten aufweisen.

8. Regelschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Übertra­ gungsglieder (13, 14) aus einem Differenzverstärker (T ₁, T ₂ bzw. T ₄, T ₅) mit nachgeschaltetem Stromspiegel (T ₃ bzw. T ₆) bestehen, daß beim ersten Übertragungs­ glied (14) an der Basis des einen Transistors (T ₅) des Differenzverstärkers (T ₄, T ₅) die rückgeführte Stell­ größe (8) und beim zweiten Übertragungsglied (13) an der Basis des einen Transistors (T ₁) des Differenzver­ stärkers (T ₁, T ₂) eine andere Stellgröße (6) anliegt und an den beiden Kollektoren der Transistoren (T ₁, T ₂ bzw. T ₄, T ₅) die Regelgröße (9) vermöge der Glieder (22, 23) gebildet wird, daß die Grundeinstellung der Gewichtung der beiden Übertragungsglieder (13, 14) durch vorgebbare Widerstände (R ₁, R ₂, R ₃) und den vor­ gebbaren Strom einer Konstantstromquelle (15), und daß die Feineinstellung der Gewichtung mittels des Abgleich­ elements (16) erfolgt.

9. Regelschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichelement (4) die Gewichtung der beiden Übertragungsglieder (3 a, 3 b) der Regelstrecke (2) stufenlos oder in diskreten Schritten schaltet.

10. Verwendung einer Regelschaltung nach einem der vor­ angehenden Ansprüche für Motorregelschaltungen mit Dreh­ zahl- und Drehmomentregelung.