DE4100064A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur vermeidung eines reset-windup-effektes bei einer regelschaltung - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur vermeidung eines reset-windup-effektes bei einer regelschaltung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vermeidung eines Reset-Windup-Effektes bei einer Regelschaltung, bestehend aus einer Regelstrecke und einem digitalen, linearen Regler beliebiger Ordnung.
Regelsysteme weisen im allgemeinen Stellgrößenbegrenzungen auf. Diese bewirken bei Reglern, beispielsweise mit Integralanteil und/oder Differentialanteil (PI- oder PID-Regler), eine wesentliche Verschlechterung des Regelkreisverhaltens, wenn im Rahmen von Ausgleichsvorgängen der Regler wesentlich größere Stellgrößenwerte verlangt, als das Stellglied aufgrund dieser Begrenzungen ausgeben kann. Zu beobachten ist dieser Effekt, der durch das Davonlaufen des Integralanteils des Reglers verursacht wird, vor allem bei digitalen Reglern, da bei diesen der Integralanteil meist wesentlich weiter als bei analogen Reglern davonlaufen kann.
Durch sogenannte Anti-Reset-Windup-Maßnahmen (ARW-Maßnahmen) läßt sich dieser Effekt maßgeblich verringern.
Aus der Zeitschrift "Automatisierungstechnik at", 35. Jahrgang, Heft 1, 1987, Seiten 32 bis 39, ist eine Anti-Reset-Windup-Maßnahme bei Eingrößenregelungen bekannt. Diese ARW-Maßnahme eignet sich für klassische Regler und für Regler höherer Ordnung (wozu der Zustandsregler gehört). Bei dieser ARW-Maßnahme wird im wesentlichen der lineare Regler um zwei dynamische Systeme - das diskrete Modell der Regelstrecke und das nichtrekursive Filter - sowie um ein nichtlineares Begrenzungsglied erweitert. Dabei hat das nichtrekursive Filter folgende Aufgabe: uR(k) stellt jenen Teil der vom Regelsystem ausgegebenen Stellgröße uR(k) dar, der aufgrund der Stellgrößenbegrenzung nicht auf die Regelstrecke aufgebracht werden kann. Durch das nichtrekursive Filter werden in den folgenden Abtastschritten mittels der Filterausgangsgröße v(k) solche Stellgrößenwerte generiert, daß zumindest nach einer gewissen Zeit die Regelgröße zu den Abtastzeitpunkten die gleiche Wirkung zeigt, als wenn ein k-ten Abtastschritt auf die Regelstrecke die Stellgröße uR(k) eingewirkt hätte. Durch diese ARW-Maßnahme wird bei Ausgleichsvorgängen mit Ansprechen der Stellgrößenbegrenzung eine stärkere Verringerung des Überschwingen der Regelgröße bewirkt. Jedoch benötigt man für den Entwurf und die Realisierung dieser ARW-Maßnahme die diskrete Übertragungsfunktion der Regelstrecke. Für PI- oder PID-Regler, deren Parameter vielfach im Rahmen einer Inbetriebnahme durch Probieren eingestellt werden, ist daher diese ARW-Maßnahme nicht geeignet.
Aus der Zeitschrift "Automatisierungstechnik at", 35. Jahrgang, Heft 12, 1987, Seiten 499 bis 504, ist eine Anti-Reset-Windup-Maßnahme für Eingrößenregelungen mit digitalen Reglern bekannt. Diese ARW-Maßnahme eignet sich für Eingrößenregelungen mit digitalen Abtastregelungen. Bei dieser ARW-Maßnahme ist der lineare Regler der Regelschaltung in einer anderen Struktur dargestellt und diese um ein ein einfaches nichtlineares Element erweitert worden. Für diese ARW-Maßnahme muß nur der gewünschte lineare Regler bekannt sein. Sie kann daher auch bei Reglern (PID-Regler) eingesetzt werden, deren Parameter nur durch Probieren eingestellt werden. Die diskrete Übertragungsfunktion der Regelstrecke muß man nicht kennen.
Bei den bekannten Methoden handelt es sich um spezielle lineare oder nichtlineare Erweiterungen des linearen Reglers. Ausgleichsvorgänge nach Ansprechen der Stellgrößenbegrenzung dauern entweder lang und die Anwendung ist eingeschränkt auf Einfachregelkreise ohne Kaskadenstruktur mit PI- oder PID-Regler, oder die Anwendung ist eingeschränkt auf Einfachregelkreise ohne die Möglichkeit, bei Kaskadenregelung den Reset-Windup-Effekt der äußeren Regler verhindern zu können.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung eines Reset-Windup-Effektes bei einer Regelschaltung anzugeben, ohne die aufgeführten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein dieser Regelschaltung zugeführter Sollwert zu jedem Abtastschritt derart begrenzt wird, daß eine vom digitalen Regler verlangte Stellgröße einen vorbestimmten Stellgrößengrenzwert nicht überschreitet, wobei die Sollwertgrenzen jeweils mittels folgender allgemeiner Gleichungen
und
zu jedem Abtastschritt bestimmt werden, wobei
e(z) = Regeldifferenzwert,
u(z) = Stellgrößenwert,
w(Z) = Regelgrößenwert,
umax(z) = max. Stellgrößengrenzwert,
umin(z) = min. Stellgrößengrenzwert,
q₀, q₁, q₂, . . ., qν, p₁, p₂, . . ., pµ = Wichtungsfaktoren eines allgemeinen digitalen, linearen Reglers.
Dadurch, daß der der Regelschaltung zugeführte Sollwert begrenzt wird, kann die Stellgröße höchstens den maximalen bzw. den minimalen Stellgrößengrenzwert erreichen, wodurch der Übergangsvorgang der Regelgrößen kein Überschwingen mehr aufweist, d. h., der Integralanteil und/oder Differentialanteil des digitalen, linearen Reglers beliebiger Ordnung kann nicht mehr davonlaufen. Außerdem ist dadurch die Stellgrößenbeschränkung auf eine Sollwertbeschränkung bei beliebigen digitalen linearen Reglern zurückgeführt worden. Die Sollwertgrenzen werden bei jedem Abtastschritt mittels der angegebenen Gleichungen bestimmt. Somit erhält man ein Verfahren zur Vermeidung des Reset-Windup-Effektes, ohne dabei die Regelschaltung bzw. den digitalen Regler mit linearen oder nichtlinearen Elementen zu erweitern.
Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei eine Regelschaltung aus einer Regelstrecke und einen digitalen, linearen Regler beliebiger Ordnung besteht, sind eine Sollwertbegrenzung und eine Einrichtung zur Ermittlung von Sollwertgrenzen vorgegeben, wobei der Einrichtung ein oberer und ein unterer Stellgrößengrenzwert, ein Regeldifferenzwert, ein Stellgrößenwert und ein Regelgrößenwert zugeführt werden. Diese Einrichtung ermittelt zu jedem Abtastschritt in Abhängigkeit dieser zugeführten Werte derart eine obere und eine untere Sollwertgrenze, daß der Stellgrößenwert höchstens gleich des oberen bzw. unteren Stellgrößengrenzwertes wird.
Ausführungsbeispiele für die Einrichtung zur Ermittlung von Sollwertgrenzen sind den Ansprüchen 3 bis 5 zu entnehmen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens sind der obere und untere Stellgrößengrenzwert jeweils über ein weiteres Differenzglied der Einrichtung zugeführt, wobei jeweils am negativen Eingang dieser Differenzglieder ein Vorsteuerwert ansteht, und wird dieser Vorsteuerwert zum erzeugten Stellgrößenwert addiert. Somit kann auch der Reset-Windup-Effekt bei einer Regelschaltung mit Vorsteuerung vermieden werden.
Mittels einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 7 kann man den Reset-Windup-Effekt auch bei einer Kaskadenregelung, beispielsweise einer Drehzahlregelung mit unterlagerter Stromregelung eines Antriebes, vermeiden.
Ferner ist dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung eines Reset-Windup-Effektes nicht nur auf Eingrößenregelungen beschränkt, sondern kann auch bei Mehrgrößenregelungen, beispielsweise eine Regelung zweier Stromkomponenten eines Stromvektors bei einer Regelung einer Drehfeldmaschine, angewendet werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermeidung eines Reset-Windup-Effektes schematisch veranschaulicht sind.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Einrichtung zur Ermittlung von Sollwertgrenzen näher dargestellt ist, in den
Fig. 2 und 3 sind die Sollwertgrenzen, der zugeführte Sollwert, der begrenzte Sollwert, die Stellgröße und die Regelgröße in einem Diagramm über der Abtastzeit k dargestellt, in
Fig. 4 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dargestellt,
Fig. 5 veranschaulicht die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bei einer Kaskadenregelung und in
Fig. 6 ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bei einer Mehrgrößenregelung dargestellt.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Schaltungsanordnung besteht aus einer Strecke 2, die nicht näher bekannt ist, einem digitalen, linearen Regler 4 beliebiger Ordnung, einem Vergleicher 6, einer Sollwertbegrenzung 8 und einer Einrichtung 10 zur Ermittlung von Sollwertgrenzen x*max(z) und x*min(z). Ein begrenzter Sollwert x*(z) wird dem positiven Eingang des Vergleichers 6 zugeführt, an dessen negativen Eingang ein Regelgrößenwert w(z) ansteht. Der begrenzte Sollwert x*(z) erscheint am Ausgang der Sollwertbegrenzung 8, an dessen Eingang der Sollwert x(z) ansteht. Am Ausgang des Vergleichers 6 erscheint ein Regeldifferenzwert e(z) der einerseits der Einrichtung 10 und andererseits dem digitalen Regler 4 zugeführt wird. Am Ausgang des digitalen Reglers 4 steht ein erzeugter Stellgrößenwert u(z) an, der einerseits der Einrichtung 10 und andererseits der Strecke 2 zugeführt wird. Der Regelgrößenwert w(z) am Ausgang der Strecke 2 wird auf den Vergleicher 6 rückgekoppelt.
Der digitale, lineare Regler 4 beliebiger Ordnung, beispielsweise ein allgemeiner linearer Abtastregler, hat die Übertragungsfunktion
woraus sich die Gleichung
e(z)(q₀ + q₁z-1 + q₂z-2 + . . . + qνz-ν) = u(z)(1 + p₁z-1 + p₂z-2 + . . . + pμz-μ)
ergibt. Zum Abtastzeitpunkt k gilt folgende Gleichung:
e(k)q₀ + e(k-1)q₁ + e(k-2)q₂ + . . . + e(k-ν)qν = μ(k) + μ(k-1)p₁ + μ(k-2)p₂ + . . . + μ(k-μ)pμ.
Der Regeldifferenzwert e(k) ist gleich der Differenz des begrenzten Sollwertes x=(k) und des Regelgrößenwertes w(k). Wenn nun
e(k) = x*(k) - w(k)
in die Gleichung zum Abtastzeitpunkt k eingesetzt wird, ergibt sich folgende Gleichung:
(x*(k) - w(k))q₀ + e(k-1)q₁ + e(k-2)q₂ + . . . + e(k-ν)qν = μ(k) + μ(k-1)p₁ + μ(k-2)p₂ + . . . + μ(k-μ)pμ.
Diese Gleichung nach dem begrenzten Sollwert x*(k) aufgelöst, ergibt
Allgemein dargestellt, lautet diese Gleichung
Wenn man nun in diese allgemeine Gleichung für u(z) den oberen und den unteren Stellgrößengrenzwert umax(z) und umin(z) einsetzt, erhält man die obere Sollwertgrenze
und die untere Sollwertgrenze
Wie diese beiden Gleichungen für die obere bzw. untere Sollwertgrenze x*max(z) bzw. x*min(z) zeigen, kann man ohne Kenntnis der Streckenparameter nur mit Hilfe der vorbestimmten Stellgrößengrenzwerte umax(z) und umin(z) die Sollwertgrenzen x*max(z) und x*min(z) ermitteln.
Die Einrichtung 10 zur Ermittlung der Sollwertgrenzen x*max(z) und x*min(z) veranschaulicht jeweils die Umsetzung der Gleichung für die obere Sollwertgrenze x*max(z) und der Gleichung für die untere Sollwertgrenze x*min(z).
Gemäß dieser Gleichung werden zu einem Abtastschritt k ν vorherige Regeldifferenzwerte e(z) und μ vorherige Stellgrößenwerte u(z) jeweils in einen Summenspeicher 12 und 14 gewichtet und addiert. Als Summenspeicher 12 bzw. 14 ist ein ν- bzw. μ-zelliges Schieberegister vorgesehen, dessen Ausgänge über Wichtungsglieder q₀, q₁, q₂, . . ., qν bzw. p₁, p₂, . . ., pμ mit einem Summierglied verknüpft sind. Die Ausgänge der beiden Summenspeicher 12 und 14 sind mit den Eingängen eines ersten Differenzgliedes 16 verbunden, wobei der Ausgang des Summenspeichers 12 mit dem positiven Eingang und der Ausgang des Summenspeichers 14 mit dem negativen Eingang des Differenzgliedes 16 verknüpft sind. Der Ausgang des Differenzgliedes 16 ist einerseits mit dem negativen Eingang eines zweiten Differenzgliedes 18 und andererseits mit dem negativen Eingang eines dritten Differenzgliedes 20 verknüpft. Am positiven Eingang des zweiten bzw. dritten Differenzgliedes 18 bzw. 20 steht ein vorbestimmter oberer bzw. unterer Stellgrößengrenzwert umax(z) bzw. umin(z) an. Die Ausgänge dieser Differenzglieder 18 und 20 sind jeweils über ein Konstantglied 22 und 24 mit einem ersten und zweiten Addierglied 26 und 28 verbunden. Die Ausgänge dieser Addierglieder 26 und 28 sind mit der Sollwertbegrenzung 8 verbunden.
Mit dieser Einrichtung 10 wird der Sollwert x(z) zu jedem Abtastschritt k so begrenzt, daß der Stellgrößenwert u(z) am Ausgang des digitalen Reglers 4 höchstens gleich des vorbestimmten Stellengrößenwertes umax(z) bzw. umin(z) wird.
Da der digitale Regler 4 mittels eines Programms und eines Mikrocomputers realisiert werden kann, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung die Einrichtung 10, die Sollwertbegrenzung 8 und der Vergleicher 6 ebenfalls, wie der digitale Regler 4, durch ein Programm und einen Mikrocomputer realisiert.
In der Fig. 2 und in der Fig. 3 sind jeweils die Verläufe des Sollwertes x(k), des begrenzten Sollwertes x*(k), der Regelgrößenwert w(k), der Stellgrößenwert u(k) und die Sollwertgrenzen x*max(k) und x*min(k) in einem Diagramm über der Abtastzeit k aufgetragen.
In der Fig. 2 wird der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ein Einheitssprung zum Abtastzeitpunkt k = 0 als Sollwert x(k) zugeführt. Wie die Verläufe zeigen, wird der Sollwert x*(k) derart begrenzt, daß der Stellengrößenwert u(k) gleich einem vorbestimmten Stellgrößengrenzwert umax(k) wird. Außerdem wird durch die Sollwertbegrenzung x*max(k) und x*min(k) erreicht, daß die Regelgröße w(k) kein unerwünschtes Überschwingen aufweist.
In der Fig. 3 wird die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zum Abtastzeitpunkt k = 0 mit einem Einheitssprung als Sollwert x(k) und zum Abtastzeitpunkt k = 2 mit einem doppelten negativen Einheitssprung als Sollwert x(k) beaufschlagt. Auch bei diesen Sollwertsprüngen wird der Sollwert x*(k) so begrenzt, daß der Stellgrößenwert u(k) höchstens gleich der vorbestimmten Stellgrößengrenzwerte umax(k) und umin(k) wird. Auch hier wird ein unerwünschtes Überschwingen der Regelgröße w(k) verhindert.
In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei eine Regelschaltung mit Vorsteuerung vorgesehen ist. Ein Vorsteuerwert uv(z) wird einerseits einem Addierglied 30 und andererseits den negativen Eingängen zweier Differenzglieder 32 und 34 zugeführt. Am positiven Eingang des Differenzgliedes 32 bzw. 34 steht der vorbestimmte obere bzw. untere Stellgrößengrenzwert umax(z) bzw. umin(z) an. Die Ausgänge dieser Differenzglieder 32 und 34 sind mit der Einrichtung 10 zur Ermittlung der Sollwertgrenzen x*max(z) und x*min(z) verbunden. Am zweiten Eingang des Addiergliedes 30 ist mit der Strecke 2 verknüpft. Durch die Korrektur der vorbestimmten Stellgrößengrenzwerte umax(z) und umin(z) mittels des Vorsteuerwertes uv(z) werden Sollwertgrenzen x*max(z) und x*min(z) ermittelt, wodurch der Stellgrößenwert u(z)* höchstens gleich der vorbestimmten Stellgrößengrenzwerte umax(z) und umin(z) werden kann und die Regelgröße w(z) kein unerwünschtes Überschwingen aufweist.
Die Fig. 5 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei als Regelschaltung eine Kaskadenregelschaltung vorgesehen ist. Bei dieser Kaskadenregelschaltung bildet die Schaltung nach Fig. 1 den unterlagerten Regelkreis, dem ein weiterer digitaler Regler 36 überlagert ist. Auch dieser Regler 36 ist mit einer Einrichtung 10 zur Ermittlung von Drehzahlsollwertgrenzen n*max(z) und n*min(z) versehen. Dem überlagerten Regler 36 ist ferner ein Vergleicher 38 vorgeschaltet, an dessem positiven Eingang ein weiterer, begrenzter Drehzahlsollwert n*(z) ansteht, der aus einem Drehzahlsollwert n(z) mittels einer weiteren Sollwertbegrenzung 40 erzeugt ist. Dieser digitale Regler 36 bildet zusammen mit einer weiteren Strecke 42 eine Regelschaltung, die der Regelschaltung nach Fig. 1 überlagert ist. Eine Drehzahl-Stromregelung eines Antriebs ist beispielsweise eine derartige Kaskadenregelschaltung. Der Stellbereich des unterlagerten Regelkreises wird durch die Vorgabe von Stellgrößengrenzwerten umax(z) und umin(z) vorgegeben. Unter Verwendung von Stromdifferenzwerten eI(z) und Stellgrößenwerten u(z) ermittelt die Einrichtung 10 Stromsollwertgrenzen I*max(z) und I*min(z), die der Einrichtung 10 des überlagerten Drehzahlregelkreises zugeführt sind. Diese ermittelten Stromsollwertgrenzen I*max(zu) und I*min(z) sind jeweils mittels zweier Begrenzer auf einen maximalen und minimalen Grenzstrom IGmax und IGmin begrenzt. Diese Grenzwerte sind von der Stromtragfähigkeit der Stromrichterventile eines Wechselrichters abhängig, der mittels dieser Regelschaltung geregelt werden soll. Unter Verwendung von Drehzahldifferenzwerten en(z) und begrenzter Stromsollwerte I*(z) ermittelt die zweite Einrichtung 10 Drehzahlsollwertgrenzen n*max(z) und n*min(z). Diese Drehzahlsollwertgrenzen n*max(z) und n*min(z) begrenzen den Drehzahlsollwert n*(z) derart, daß nicht nur der Stromsollwert I*(z) innerhalb der gegebenen Stromsollwertgrenzen IGmax(z) und IGmin(z), sondern auch die Stellgröße u(z) innerhalb des vorgegebenen Stellbereichs umax(z) und umin(z) bleibt. Somit kann auch bei einer Kaskadenregelschaltung der Reset-Windup-Effekt jedes Reglers dieser Kaskadenschaltung verhindert werden, wodurch die Regelgröße nicht mehr ein unerwünschtes Überschwingen aufweist.
In Fig. 6 ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bei einer Mehrgrößenregelung dargestellt. Das Blockschaltbild dieser Schaltungsanordnung gleicht dem Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Jedoch wird bei dieser Ausführungsform mit einem Sollwertvektor x(z) beaufschlagt, der mittels berechneter Sollwertvektorgrenzen x*max(z) und x*min(z) begrenzt wird. Der digitale Regler 4 und die Strecke 2 haben bei dieser Ausführungsform jeweils eine vektorielle Übertragungsfunktion G R(z) und G S(z), wobei die Übertragungsfunktion der Strecke 2 nicht bekannt sein muß. Für die Berechnung der Sollwertvektorgrenzen x*max(z) und x*min(z) sind der Einrichtung 10 ein Regeldifferenzwertvektor e(z), ein Stellwertvektor u(z) und eine obere und untere Stellwertvektorgrenze u max(z) und u min(z) zugeführt. Die obere Sollwertvektorgrenze x*max(z) wird mittels folgender Gleichung
und die untere Sollvektorgrenze x*min(z) wird mittels folgender Gleichung
ermittelt, wobei
und
sind. αik(z-1) und βii(-1) sind dabei Polynome der Form p(z-1) = p₁ · z-1 + p₂ · z-2 + . . . und k ist eine Matrix mit konstanten Koeffizienten. Der Index n gibt die Anzahl der Größen bzw. Sollwerte bzw. Komponenten des Sollwertvektors x(z) an, wodurch auch die Anzahl der Komponenten des Regeldifferenzvektors e(z) festgelegt ist. Der Index m gibt die Anzahl der Komponenten des Stellwertvektors u(z) an. Die Polynome p(z-1) werden von der Ordnungszahl des digitalen, linearen Reglers 4 beliebiger Ordnung näher bestimmt. Selbst bei einer Mehrgrößenregelung bleibt durch Begrenzen des Sollwertvektors x(z) mittels berechneter Sollwertvektorgrenzen x*max(z) und x*min(z) der Stellwertvektor u(z) innerhalb der vorgegebenen Stellwertvektorgrenzen u max(z) und u min(z), wodurch der Regelwertvektor w(z) kein unerwünschtes Überschwingen mehr aufweist.
Somit erhält man mit diesem Verfahren und der Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens eine ARW-Maßnahme, wodurch der Reset-Windup-Effekt bei digitalen Reglern vermieden wird. Dieses Verfahren ist geeignet sowohl für klassische digitale PI- und PID-Regler als auch Regler höherer Ordnung. Diese ARW-Maßnahme läßt sich auch bei Regelschaltungen mit Vorsteuerung, Kaskadenregelschaltungen und Mehrgrößenregelschaltungen und deren Kombinationen anwenden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Vermeidung eines Reset-Windup-Effektes bei einer Regelschaltung, bestehend aus einer Regelstrecke (2) und einem digitalen, linearen Regler (4) beliebiger Ordnung, wobei ein dieser Regelschaltung zugeführter Sollwert (x(z)) zu jedem Abtastschritt (k) derart begrenzt wird, daß eine vom digitalen Regler (4) verlangte Stellgröße (u(z)) einen vorbestimmten Stellgrößengrenzwert (umax(z), umin(z)) nicht überschreitet, wobei die Sollwertgrenzen (x*max(z), x*min(z)) jeweils mittels allgemeiner Gleichungen: und zu jedem Abtastschritt bestimmt werden, wobei
e(z) = Regeldifferenzwert,
u(z) = Stellgrößenwert,
w(Z) = Regelgrößenwert,
Umax(z) = max. Stellgrößengrenzwert,
umin(z) = min. Stellgrößengrenzwert,
q₀, q₁, q₂, . . ., qν, p₁, p₂, . . ., pµ = Wichtungsfaktoren eines allgemeinen digitalen, linearen Reglers.
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei eine Regelschaltung aus einer Regelstrecke (2) und einem digitalen linearen Regler (4) beliebiger Ordnung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sollwertbegrenzung (8) und eine Einrichtung (10) zur Ermittlung von Sollwertgrenzen (x*max(z), x*min(z)) für die Sollwertbegrenzung (8) vorgesehen sind, wobei der Einrichtung (10) ein oberer und ein unterer Stellgrößengrenzwert (umax(z), umin(z)), ein Regeldifferenzwert (e(z)), ein Stellgrößenwert (u(z)) und ein Regelgrößenwert (w(z)) zugeführt werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zwei Summenspeicher (12, 14), mehrere Addierglieder (26, 28), Differenzglieder (16, 18, 20) und zwei einstellbare Konstantglieder (22, 24) beinhaltet, wobei zu jedem Abtastschritt (k) dem einen Summenspeicher (12) ein Regeldifferenzwert (e(z)) und dem anderen Summenspeicher (14) ein Stellgrößenwert (u(z)) zuführbar sind, wobei der Ausgang des Summenspeichers (12) mit dem positiven Eingang des ersten Differenzgliedes (16) und der Ausgang des anderen Summenspeichers (14) mit dem negativen Eingang des ersten Differenzgliedes (16) verknüpft sind, daß der Ausgang des ersten Differenzgliedes (16) jeweils mit einem negativen Eingang des zweiten und dritten Differenzgliedes (18, 20) verbunden ist, an deren positiven Eingängen der obere bzw. der untere Stellgrößengrenzwert (umax(z), umin(z)) geführt sind, und daß die Ausgänge dieser Differenzglieder (18, 20) jeweils über ein Konstantglied (22, 24) mit dem ersten bzw. zweiten Addierglied (26 bzw. 28) verknüpft sind, wobei am zweiten Eingang dieser Addierglieder (26, 28) jeweils ein Regelgrößenwert (w(z)) ansteht, deren Ausgänge mit der Sollwertbegrenzung (8) verknüpft sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Summenspeicher (12 bzw. 14) ein ν- bzw. μ-zelliges Schieberegister vorgesehen ist, wobei jeder Ausgang des ν- bzw. μ-zelligen Schieberegisters über ein Wichtungsglied (q₀, q₁, q₂, . . ., qν bzw. p₁, p₂, . . ., pμ) mit einem Summierglied verknüpft ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (10) zur Ermittlung von Sollwertgrenzen (x*max(z), x*min(z)) ein Mikrocomputer vorgesehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und untere Stellgrößengrenzwert (umax(z), umin(z)) jeweils über ein weiteres Differenzglied (32, 34) der Einrichtung (10) zugeführt sind, wobei jeweils am negativen Eingang dieser Differenzglieder (32, 34) ein Vorsteuerwert (uv(z)) ansteht, und daß dieser Vorsteuerwert (uv(z)) zum erzeugten Stellgrößenwert (u(z)) addiert wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalen, linearen Regler (4) der Regelschaltung in Reihe geschaltete digitale äußere Regler (36) vorgeschaltet sind, die jeweils mit einer Einrichtung (10) zur Ermittlung von Sollwertgrenzen (x*max(z), x*min(z)) versehen sind, wobei die Eingänge für den oberen und unteren Stellgrößengrenzwert der n-ten Einrichtung (10) mit den Ausgängen der (n+1)-ten Einrichtung (10) verknüpft sind.
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