DE4333808A1 - Regeleinrichtung - Google Patents
RegeleinrichtungInfo
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- 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 Regeleinrichtung gemäß dem Ober
begriff des Anspruchs 1.
Regler sollen Störungen schnell ausregeln. Ein schneller Reg
ler spricht aber bereits auf mögliches Rauschen des Meßsi
gnals an, verändert dementsprechend seine Stellgröße und
schaltet das Stellglied unnötig oft ein und aus, so daß die
ses übermäßig beansprucht wird. Regler sollen daher relativ
selten auftretende größere Störungen möglichst schnell ausre
geln, während sie auf die ständig auftretenden kleinen Stö
rungen des Meßsignalrauschens möglichst sanft reagieren soll
ten.
Mit einer aus der DE-PS 24 12 641 bekannten Schaltungsanord
nung wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß ver
rauschte Meßsignale so aufbereitet werden, daß der Störanteil
unterdrückt wird, Änderungen des Nutzsignals jedoch unvermin
dert und unverzögert übertragen werden. Hierzu wird ein Verzögerungsglied
erster Ordnung und ein nichtlineares Übertra
gungsglied mit Totzone eingesetzt. Diese Totzone wird größer
oder gleich der Amplitude des Störanteils eingestellt, so daß
dieser nicht übertragen wird.
In der DE-PS 28 39 654 ist ferner angegeben, die Totzonen
breite nicht in Abhängigkeit von momentan auftretenden Stö
rungsspitzen, sondern lediglich von der Amplitudenhöhe des im
Vergleich zum Nutzsignal höherfrequenten Störsignals einzu
stellen. Bei Verwendung von nichtlinearen Elementen, z. B.
mit Totzone, stellt sich das Problem, daß das Regelverhalten
eines Reglers, der auf einem linearen Modell basiert, z. B.
eines Zustandsreglers, sehr nachteilig beeinflußt wird.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, in einer Regeleinrichtung
einen schnellen und einen langsamen Regler bzw. einen Regler
mit umschaltbaren Zeitkonstanten vorzusehen. Hier stellt sich
jedoch die gegenseitige Nachführung der beiden Regler als
Problem heraus. Beim Übergang vom sanften in den schnellen
Regelbetrieb ist der schnelle Regler durch die Nachführung in
seiner Dynamik nachteilig beeinflußt, so daß er je nach Ver
fahren entweder zu langsam mit der Folge einer größeren Re
gelabweichung oder zu schnell mit der Folge eines Stellgrö
ßenüberschwingen, die Führung übernimmt. Beim Übergang vom
schnellen in den langsamen Regelbetrieb besteht die Gefahr,
daß es zu einer Grenzschwingung kommt, bei der zwischen den
beiden Reglern hin- und hergeschaltet wird. Aus diesem Grund
wird erst dann in den langsamen Regelbetrieb zurückgeschal
tet, wenn eine Störung vollständig ausgeregelt ist. Dazu
nimmt man eine längere, durch das Meßrauschen verursachte Be
anspruchung des Stellgliedes in Kauf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Regeleinrichtung mit Reglern unterschiedlichen Regelverhal
tens, z. B. mit einem schnellen und einem langsamen Regler zu
schaffen, aus deren Ausgangssignalen problemlos die Stell
größe, z. B. durch Umschalten, gebildet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkma
len gelöst.
Jedem Regler ist ein Regelstreckenmodell zugeordnet, dem die
Differenz zwischen dem Ausgangssignal des zugeordneten Reg
lers und der Stellgröße zugeführt ist. Das Ausgangssignal des
Modells wird zur Regelabweichung addiert, und die Summe ist
dem Eingang des Reglers zugeführt, derart, daß der Regler
nicht erkennt, ob und inwieweit sein Ausgangssignal zur
Stellgröße der Regelstrecke beiträgt.
Die Umschaltlogik entscheidet aufgrund vorgegebener Krite
rien, wie die Ausgangssignale der Regler zur Stellgröße ver
knüpft werden. Vorgegebene Kriterien sind z. B. die Regelab
weichung und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Regelab
weichung. Im allgemeinen ist es jedoch besser, die Regleraus
gangssignale und/oder deren Änderungsgeschwindigkeiten als
Kriterien für die Bildung der Stellgröße zu verwenden. Im
allgemeinen wird die Stellgröße als Linearkombination der
Ausgangssignale gebildet. z. B. kann im Falle von zwei Reg
lern bei einer bestimmten Differenz der Reglerausgangssignale
und einer bestimmten zeitlichen Ableitung der Differenz das
Ausgangssignal des einen Reglers zu 80% und das des anderen
Reglers zu 20% zur Stellgröße beitragen. Unter anderen Be
dingungen sind die Anteile verändert, zum Beispiel sind sie
dann 30% und 70%. Im einfachsten Falle schaltet die Um
schalteinrichtung eines der Ausgangssignale der Regler als
Stellgröße durch, d. h., die Anteile betragen 0 und 100%.
Die jeweils passiven Regler werden nachgeführt, wenn ihre
Ausgangsgrößen von der Stellgröße abweichen.
Zwar kann die Stellgröße, die mit den Ausgangssignalen der
Regler verglichen wird, die dem Stellglied zugeführte Soll-
Stellgröße sein. Zweckmäßig wird jedoch die Ist-Stellgröße am
Ausgang des Stellgliedes verwendet, da dann das Regelverhal
ten auch im Falle einer Differenz zwischen Soll- und Ist-
Stellgröße, z. B. bei Stellglied- oder Stellgeschwindigkeits
begrenzungen, verbessert wird.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel schema
tisch dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung so
wie Weiterbildungen und Ergänzungen näher beschrieben und er
läutert.
Mit RS ist eine Regelstrecke bezeichnet, an der eine Regel
größe x gemessen wird, die in einem Subtrahierer SB1 mit ei
ner Führungsgröße w verglichen wird. Die daraus gebildete Re
gelabweichung xd wird über Subtrahierer SB2, SB3 geführt, in
denen die Regelgröße additiv mit Ausgangsgrößen xm1, xm2 von
Regelstrecken-Modellen M1, M2 verändert wird. Die so modifi
zierten Regelabweichungen xdm1, xdm2 werden Reglern R1, R2
zugeführt, die unterschiedliches Regelverhalten haben. Der
Regler R1 sei ein langsamer, der Regler R2 ein schneller Reg
ler. Ihre Ausgangssignale y₁, y₂ werden einer Umschaltlogik
US zugeführt, die eines der beiden Signale in Abhängigkeit
ihrer Differenz als Soll-Stellgröße ysoll durchschaltet und
ein Stellglied SG ansteuert. Dessen Ausgangssignal, die Ist-
Stellgröße ymess wirkt auf die Strecke RS und wird ferner
Subtrahierern SB4, SB5 zugeführt, welche die Ist-Stellgröße
ymess von den Ausgangssignalen der Regler R1, R2 abziehen und
die Differenzen den Modellen M1, M2 aufschalten.
Für die Beschreibung der Funktion der neuen Regeleinrichtung
wird angenommen, daß der Regler R1 der langsame Regler und
aktiv ist, d. h., daß sein Ausgangssignal zum Stellglied SG
durchgeschaltet wird und daß der Regler R2 passiv ist. Der
langsame Regler R1 reagiert nicht auf das der Regelgröße x
überlagerte Rauschen, das Stellglied SG wird daher nicht an
gesteuert. Der schnelle Regler R2 reagiert zwar auf das Rau
schen, eine Umschaltschwelle der Umschaltlogik US ist aber so
eingestellt, daß der durch das Rauschen bedingte Anteil der
Differenz der Ausgangssignale y₁, y₂ der Regler R1, R2 klei
ner als die Umschaltschwelle ist. Das Stellglied SG befinde
sich in einem linearen Stellbereich, so daß die Ist-Stell
größe ymess gleich der Soll-Stellgröße ysoll und damit auch
gleich dem Ausgangssignal y₁ des Reglers R1 ist. Ein- und
Ausgangssignal des Modells M1 sind daher Null; auch die Re
gelabweichung xd ist praktisch Null.
Der niederfrequente Anteil des Ausgangssignals y₂ des Reglers
R2, das ist der durch das Nutzsignal bedingte Anteil, ist
gleich dem Ausgangssignal y₁ des Reglers R1, so daß der da
durch bedingte Anteil der Ist-Stellgröße ymess über die Re
gelstrecke RS auf den Eingang des Reglers R2 wirkt. Mit dem
Subtrahierer SB5 wird der niederfrequente Anteil des Signals
y₂ entfernt. Das Ausgangssignal xm2 des Modells M2 entspricht
daher nur dem höherfrequenten Anteil, der im Subtrahierer SB3
der Regelabweichung xd überlagert wird, so daß die modifi
zierte Regelabweichung xdm2 eine Größe hat, als ob das Aus
gangssignal y₂ des Reglers R2 dem Stellglied SG zugeführt und
der Regler R2 aktiv wäre. Der Regler R2 kann daher nicht er
kennen, ob er aktiv oder passiv ist.
Tritt in der Regelstrecke RS eine größere rasche Störung auf,
auf die der Regler R2 stärker anspricht als der Regler R1,
überschreitet der Betrag der Differenz der Reglerausgangssi
gnale y₁, y₂ den vorgegebenen Schwellwert, und die Umschalt
logik US schaltet das Ausgangssignal y₂ des Reglers R2 als
Soll-Stellgröße auf das Stellglied SG. Unter der Vorausset
zung, daß im Stellglied SG keine Begrenzung eintritt, sind
nun die beiden Eingangssignale des Subtrahierers SB5 gleich;
Ein- und Ausgangssignal des Modells M2 sind daher Null. Dage
gen gibt der Subtrahierer SB4 die Differenz zwischen der
Stellgröße ymess die gleich der Ausgangsgröße y₂ des Reglers
R2 ist und dem Ausgangssignal y₁ des Reglers R1 auf das Mo
dell M1. Dessen Ausgangsgröße xm1 wird im Subtrahierer SB2
der Regelabweichung xd überlagert, so daß eine modifizierte
Regelabweichung xdm1 solcher Größe entsteht, als ob der Reg
ler R1 weiterhin aktiv wäre. Durch den Einsatz des Modelles
M1 wird daher dem bisher aktiven Regler vorgetäuscht, er
könne die Strecke immer noch genauso regeln wie vorher. Die
Regler arbeiten daher in gleicher Weise, unabhängig davon, ob
sie aktiv oder passiv sind. Es ist kein Eingriff in den ei
gentlichen Regelalgorithmus erforderlich. Der jeweils passive
Regler kann nicht weglaufen, und das Umschalten geschieht dy
namisch richtig. Man könnte daher beliebig zwischen den bei
den Reglern hin- und herschalten, ohne daß eine Instabilität
auftritt. Die gilt nicht nur in dem beschriebenen Beispiel
für Regler mit unterschiedlichem Zeitverhalten, sondern all
gemein für solche mit unterschiedlichem Regelverhalten und
auch für Regler mit unterschiedlicher Struktur. So kann z. B.
der eine Regler ein Zweikreisregler und der andere ein Zu
standsregler sein.
Ist die Störung vom Regler R2 ausgeglichen, kann auf den
langsamen Regler R1 zurückgeschaltet werden. Das Ausregeln
der Störung stellt die Umschaltlogik US dadurch fest, daß die
Differenz der Ausgangssignale y₁, y₂ einen zweiten niedrige
ren Schwellwert unterschreitet. Im Falle des Schwellwertes
Null kann dies an dem Vorzeichenwechsel der Differenz erkannt
werden.
In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde davon
ausgegangen, daß die Ist-Stellgröße ymess erfaßbar ist und
den Subtrahierern SB4, SB5 zugeführt werden kann. Statt des
sen kann auch die Soll-Stellgröße verwendet werden. Mit der
Verwendung der Ist-Stellgröße wird jedoch das Regelverhalten,
vor allem im Falle von Stellglied- oder Stellgeschwindig
keitsbegrenzungen, verbessert. Der durch die Begrenzung nicht
wirksame Anteil der Soll-Stellgröße wird nämlich über die Mo
delle M1, M2 den Reglereingängen zugeführt, so daß aus der
Sicht der Regler die Soll-Stellgröße voll zur Wirkung kommt
und ein Weglaufen der Regler verhindert wird.
In dem Fall, daß die Ist-Stellgröße nicht erfaßt werden kann,
ist es daher zweckmäßig, die Soll-Stellgröße ysoll über ein
Stellgliedmodell SGM zu führen, mit dem die Begrenzungen des
Stellgliedes nachgebildet werden. Dieses Stellgliedmodell
braucht nicht dem realen Stellglied SG parallelgeschaltet zu
sein, es kann auch zu ihm in Reihe liegen (SGM′).
Claims (5)
1. Regeleinrichtung
- - mit einem ersten Subtrahierer (SB1), der durch Vergleich einer Führungsgröße (w) mit einer Regelgröße (x) eine Re geldifferenz (xd) ermittelt,
- - mit einem Stellglied (SG), dem eine Soll-Stellgröße (ysoll) zugeführt ist und die mit einer Ist-Stellgröße (ymess) auf eine Regelstrecke (RS) einwirkt,
- - mit mehreren Reglern (R1, R2) unterschiedlichen Regelver haltens, denen jeweils die Differenz zwischen der Regelab weichung (xd) und dem Ausgangssignal (xm) eines zugehörigen Regelstreckenmodells (M1, M2) zugeführt ist,
- - mit einer Umschaltlogik, die aus den Ausgangssignalen (y₁, y₂) der Regler (R1, R2) die Soll-Stellgröße (ysoll) bildet, und
- - mit einem Subtrahierer (SB4, SB5) je Regler (R1, R2), der die Soll-Stellgröße (ysoll), die Ist-Stellgröße (ymess) oder eine dieser entsprechende Größe (y′mess) mit dem Aus gangssignal (y₁, y₂) des zugehörigen Reglers (R1, R2) ver gleicht und die Differenz dem zugehörigen Modell (M1, M2) zuführt.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umschaltlogik (US) in Abhängigkeit der Regel
abweichung (xd) und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der
Regelabweichung (xd) und/oder der Reglerausgangssignale (y₁,
y₂) und/oder deren Änderungsgeschwindigkeit die Soll-Stell
größe (ysoll) bildet.
3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Umschaltlogik (US) die Soll-Stellgröße
(ysoll) durch Linearkombination der Reglerausgangssignale
(y₁, y₂) bildet.
4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umschaltlogik (US) eines der Reglerausgangssignale
(y₁, y₂) als Soll-Stellgröße (ysoll) durchschaltet.
5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,
daß ein langsamer Regler (R1) und ein schneller Regler (R2)
vorhanden sind und daß die Umschaltlogik (US) das
Ausgangssignal des schnellen Reglers (R2) durchschaltet, wenn
der Betrag der Differenz der Ausgangssignale (y₁, y₂) der
beiden Regler (R1, R2) oder der Regelabweichung oder der
differenzierten Regelabweichung einen vorgegebenen ersten
Schwellwert überschreitet, und das Ausgangssignal des
langsamen Reglers (R1) durchschaltet, wenn die Differenz der
Ausgangssignale (y₁, y₂) der beiden Regler (R1, R2) einen
vorgegebenen zweiten, niedrigeren Schwellwert unterschreitet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934333808 DE4333808C2 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Regeleinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934333808 DE4333808C2 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Regeleinrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4333808A1 true DE4333808A1 (de) | 1995-04-06 |
DE4333808C2 DE4333808C2 (de) | 1998-05-14 |
Family
ID=6499374
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934333808 Expired - Lifetime DE4333808C2 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Regeleinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4333808C2 (de) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4879644A (en) * | 1987-12-30 | 1989-11-07 | The Boeing Company | Object positioning apparatus and method |
DE3418501C2 (de) * | 1983-06-03 | 1990-04-05 | Aachener Forschungsgesellschaft Regelungstechnik, 5100 Aachen, De | |
DE3931727A1 (de) * | 1989-09-22 | 1991-04-04 | Rexroth Mannesmann Gmbh | Verfahren zum ausregeln der regelabweichung bei einer regelstrecke, insbesondere mit sich zeitlich aendernden uebertragungsparametern |
EP0554479A1 (de) * | 1992-02-04 | 1993-08-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Regelung von technischen Prozessen mit mehreren Reglern |
-
1993
- 1993-10-04 DE DE19934333808 patent/DE4333808C2/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4333808C2 (de) | 1998-05-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |