DE4114969A1 - Verfahren zur beruecksichtigung der begrenzung im grundregelkreis von modelladaptiven systemen mit einem festeingestellten bezugsmodell des geschlossenen regelkreises - Google Patents

Verfahren zur beruecksichtigung der begrenzung im grundregelkreis von modelladaptiven systemen mit einem festeingestellten bezugsmodell des geschlossenen regelkreises

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DE4114969A1
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Volkmar Dr Ing Mueller
Andreas Dr Ing Dittrich
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

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Description

Die Erfindung betrifft eine adaptive Regeleinrichtung mit fest­ eingestelltem Bezugsmodell und wirksamer Begrenzung der Stell­ größe oder des Stellgliedes im Grundregelkreis.
Adaptive Strukturen mit einer Parallelschaltung eines festeinge­ stellten Bezugsmodells des geschlossenen Regelkreises können dem Grundregelkreis ein optimales oder vorgegebenes Verhalten auf­ zwingen. Für den Entwurf solcher Systeme nach dem Modellver­ gleichsverfahren ist eine größere Anzahl von Methoden bekannt, z. B. aus [1], [2] oder [3]. Den meisten Entwurfsmethoden ist gemeinsam, daß sie von einem linearen Grundregelkreis ausgehen und dessen Nichtlinearitäten, wie die Begrenzung der Stellgröße oder des Stellgliedes, nicht berücksichtigen. Das lineare Klein­ signalverhalten der Bezugsmodelle läßt sich aber bei Ansprechen der Begrenzung nicht realisieren, so daß es zu einer unkontrollierten und unrichtigen Verstellung der Regelparameter kommt. Damit wird der Anwendungsbereich dieser Adaptionssysteme stark eingeschränkt.
Es sind nun verschiedene Möglichkeiten bekannt, um dieses Problem zu beherrschen:
  • 1. Abschalten der Adaption bei Ansprechen der Begrenzung. Hier entsteht der Nachteil, daß u. U. große Teile eines Übergangs­ vorgangs nicht zur Adaption genutzt werden können.
  • 2. Nachführung des Modells während der Begrenzung, Nachführung des Grundregelkreises nur bei Kleinsignalverhalten [4]. Die Maßnahme erfordert eine Umschaltmöglichkeit zwischen Adaption und Modellführung und eine komplizierte Modellnachführung.
  • 3. Reglernachbildung außerhalb des Grundregelkreises [5]. Hierfür ist ein spezielles Bezugsmodell des offenen Regelkreises nötig.
  • 4. Ermittlung eines korrigierten Sollwertes als Modelleingangs­ größe über die inverse Stellgrößenübertragungsfunktion des ge­ schlossenen Regelkreises [6].
Als Nachteil bleibt ein relativ umfangreicher Zusatzaufwand, wobei ein exaktes Arbeiten auch nur bei bereits angepaßtem Regler möglich ist.
Bei Entwurfsmethoden, die die Begrenzung im Vergleichsmodell berücksichtigen, ist eine sehr komplizierte Modellstruktur von­ nöten.
Die Nachteile der genannten Methode sollen mit einer neuen Methode umgangen werden.
Erfindungsgemäß wird dem festeingestellten Parallelmodell des geschlossenen Regelkreises ein korrigiertes Eingangssignal als Führungsgröße zugeführt. Das dazu notwendige Signal wird aus der Korrektur der Reglerausgangsgröße im Grundregelkreis bei An­ sprechen der Begrenzung abgeleitet.
Die Zeichnung zeigt in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine adaptive Struktur mit einem Kompensationsregler R im Grund­ regelkreis, bestehend aus dem Reglerpolynomen 5, 6 und dem Ver­ stärker 4a zur Realisierung der Proportionalverstärkung VR sowie mit der Regelstrecke 2 und dem Totzeitglied 7 zur Realisierung des Integralanteils.
Dem Kompensatonsregler R ist das feste Bezugsmodell 1b parallel­ geschaltet, welches das gewünschte Verhalten der Regelgröße y hinsichtlich des Sollwertes w bzw. der Führungsgröße des Grundregelkreises wV realisiert. Die Abweichung zwischen Modell­ regelgröße yM und der Regelgröße y bildet den Modellfehler e, der einer Adaptionseinrichtung 8 zugeführt wird, die ihrerseits die Proportionalverstärkung VR des Kompensationsreglers R verstellt.
Der Adaptionsalgorithmus zur Anpassung des Kompensationsreglers kann nach einem beliebigen, aus der Literatur bekannten Verfahren entworfen werden.
Aus der ursprünglich vom Regler im Grundregelkreis berechneten Stellgröße u(k) wird zum Abtastzeitpunkt k durch das Begrenzungs­ glied 3 die realisierbare Stellgröße Ur(k) wie folgt gebildet:
Die aktuelle Stellgröße u(k) ergibt sich für einen Regler mit I-Anteil aus
u(k) = uI(k) + ur(k-1) (1)
mit uI(k) als integralem Anteil der Stellgröße u(k).
Bei Ansprechen des Begrenzungsgliedes 3 (ur(k)≠u(k) wird mit einem korrigierten Wert uIk(k) des integralen Anteils anstelle des integralen Anteils uI(k) weitergerechnet, der sich mit
ur(k) = uIk(k) + ur(k-1) (2)
aus (1) und (2) zu
uIk = uI(k) - (u(k) - ur(k)) (3)
ergibt.
Das berechnete Differenzsignal u(k)-ur(k) wird nun unmittelbar zur Bildung des Korrektursignals sk(k) für die Korrektur des Modelleingangssignals verwendet:
Die Proportionalverstärkung VR(k) des Kompensationsreglers R wird durch die Adaptionseinrichtung 8 verstellt.
Das eigentliche korrigierte Modelleingangssignal wvk wird nach der Beziehung
wvk = wv(k) - sk(k) (5)
gebildet.
Die Signale der Begrenzungsverrechnung der Reglerausgangsgröße von Reglern mit Integralanteil im Grundregelkreis müssen für ein befriedigendes dynamisches Verhalten ohnehin berechnet werden und können so bei wirksamer Begrenzung im Grundregelkreis gleichzei­ tig für die Beeinflussung des Adaptionsvorganges genutzt werden.
Wie aus der rein formellen Ableitung hervorgeht, muß eine exakte Anpassung der Parameter für eine genaue Begrenzungskorrektur nicht vorausgesetzt werden. Auch eine zeitliche Konstanz der Reglerparameter ist nicht erforderlich.
Literatur:
[1] Hildebrandt, H.-G., Beitrag zur Analyse und Synthese adaptiver Systeme mit fest eingestelltem Bezugsmodell, Diss. Humboldt-Universität Berlin, 1976
[2] Landau, J. P., A Survey of Model Reference Adaptive Techniques - Theorie and Applications, Automatica, Vol. 10, pp. 535-579, 1974
[3] Unbehauen, H., Reglungstechnik III, Vieweg Verlag, 1985
[4] Janke, L., Adaption mit Vergleichsmodell bei wirksamer Stellsignalbegrenzung, msr 23 (1980)11, S. 637-640
[5] Kunze, E., Entwurf und Eigenschaften direkt adaptierender und modelladaptiver Systeme, Diss. TU Karlsruhe, 1976
[6] DD-Patent 2 51 011

Claims (1)

  1. Verfahren zur Berücksichtigung der Begrenzung im Grundregelkreis von modelladaptiven Systemen mit einem festeingestellten Bezugs­ modell des geschlossenen Regelkreises, dadurch gekennzeichnet, daß dem festen Bezugsmodell (1b) ein korrigiertes Modelleingangs­ signal (wvk) zugeführt wird, welches sich aus der Differenz der Führungsgröße des Grundregelkreises (wv) und einem aus berechne­ ter und realisierter Reglerausgangsgröße [u(k); ur(k)] sowie der Proportionalverstärkung (VR) des Kompensationsreglers (R) nach der Beziehung abgeleiteten Korrektursignals (sk) ergibt.
DE19914114969 1991-05-03 1991-05-03 Verfahren zur beruecksichtigung der begrenzung im grundregelkreis von modelladaptiven systemen mit einem festeingestellten bezugsmodell des geschlossenen regelkreises Withdrawn DE4114969A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19742799A1 (de) * 1997-09-27 1999-04-15 Klein Schanzlin & Becker Ag Automatische Anpassung des Stellbereiches eines Druckregelkreises in Mehrpumpenanlagen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19742799A1 (de) * 1997-09-27 1999-04-15 Klein Schanzlin & Becker Ag Automatische Anpassung des Stellbereiches eines Druckregelkreises in Mehrpumpenanlagen
DE19742799B4 (de) * 1997-09-27 2006-10-05 Ksb Ag Automatische Anpassung des Stellbereiches eines Druckregelkreises in Mehrpumpenanlagen

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