EP0222382B1 - Verfahren zum Regeln von Turbokompressoren - Google Patents

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EP0222382B1
EP0222382B1 EP86115702A EP86115702A EP0222382B1 EP 0222382 B1 EP0222382 B1 EP 0222382B1 EP 86115702 A EP86115702 A EP 86115702A EP 86115702 A EP86115702 A EP 86115702A EP 0222382 B1 EP0222382 B1 EP 0222382B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
controller
function
varied
differential
signal
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP86115702A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0222382A2 (de
EP0222382A3 (en
Inventor
Wilfried Dipl.-Ing. Blotenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Turbo AG
Original Assignee
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MAN Gutehoffnungshutte GmbH filed Critical MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Publication of EP0222382A2 publication Critical patent/EP0222382A2/de
Publication of EP0222382A3 publication Critical patent/EP0222382A3/de
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating turbo compressors of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the so-called point limit control for preventing the pumping of a compressor. But this can also apply to other regulations such as Anti-choke control, turbine speed control, etc. can be used.
  • a method of the type mentioned for the surge limit control is known from the publication 'Turbolog- the electronic control system for GHH turbomachinery' in News for Mechanical Engineering No. 3, May 82 and also from US Pat. No. 4,142,838
  • the type mentioned, in which the differentiation is realized by subtracting the delayed signal from the undelayed signal, is also known from DE-PS 28 28 124.
  • Pumping is understood to mean an unstable behavior of a turbocompressor, in which the delivery medium intermittently or periodically from the pressure side This behavior occurs when the throughput or the pressure ratio between the compressor inlet and outlet is too low.
  • the so-called surge limit line separates the stable from the unstable area in the characteristic map of the compressor.
  • the surge limit control ensures that when the current operating point approaches the Surge line or one at a safety distance parallel to di a blow-off or blow-off valve at the compressor outlet is opened.
  • this method it is also known to change the control behavior of the controller which generates the control signal for the blow-off valve as a function of the position of the operating point in that the control gain is increased non-linearly when the blow-off line is exceeded.
  • controllers With controls of this type, the use of controllers with a control component that differentiates the input signal encounters various difficulties.
  • One of these difficulties is the fact that an actual signal, which is derived from the flow, has a very high superimposed noise level and is therefore difficult to differentiate. This difficulty is less pronounced if the actual value signal is derived from the final pressure.
  • the invention is based on the object of developing a method of the type specified so that it offers the possibility of a control with differential behavior which is effective and precisely in the vicinity of the surge line and is as insensitive as possible to noise.
  • the advantage is achieved that the differentiating effect can be increased in a targeted manner when the working point is close to the surge line, so that even small changes in the actual value signal can lead to a rapid response of the controller.
  • the advantage is achieved that the differentiating effect can be used selectively when the working point approaches the surge limit line, that is to say in the “dangerous” direction.
  • the pressure difference in front of and behind a throttle orifice is detected on the intake side of a compressor K by a first actual value transmitter 1, which pressure is simultaneously a measure of the intake volume flow or the compressor throughput.
  • the final pressure P 2 at the compressor outlet is detected by a second actual value transmitter 3.
  • a computer 11 with associated memory 13 uses the actual values to form the coordinates of the working point in the map determined by the throughput and the final pressure / suction pressure ratio and compares them with a stored blow-off line A specified in the map. In general, the final and suction pressure must be recorded will. To simplify matters, however, it can be assumed that the suction pressure is constant and is therefore not constantly measured.
  • a setpoint signal for the flow is generated, which is compared with the actual value in the subtractor 5 and an input signal for a controller 7 is formed therefrom.
  • the controller 7 has a proportional part 7a, a differential part 7b and an integral part 7c.
  • the controller output variable serves as a control signal for a relief valve 9 at the compressor outlet.
  • the slope of the compressor characteristic curve K constant speed and / or constant blade position, or also stored constant throttle position in the inlet.
  • a control element On the value of the slope of the compressor characteristic curve belonging to the current operating point, a control element generates a control signal, by means of which the time constant To effective for the differentiation in the differential part 7b is changed, in such a way that the differentiating effect of the time constant is proportional to the increase in the compressor characteristic curve. This ensures that the differential portion of the controller 7 has approximately the same effectiveness in the entire characteristic.
  • the differentiating time constant T D can also be varied depending on the distance of the current working point from the blow-off line, again in such a way that the differentiating effect is increased with a decreasing distance between the blow-off line and the working point and vice versa.
  • the size of the differentiating effect i.e. the proportion of the differential part 7b compared to the proportional part 7a and integral part 7c of the controller can be changed.
  • the size of the differentiating effect can be adjusted depending on the slope of the blow-off line or the value of the final pressure. It is also possible to switch the differential component 7b on or off depending on a limit value in the controller output. E.g. the differential component 7b can be switched off when the controller output signal 100% or the control difference reaches another predetermined value which corresponds to a certain distance from the blow-off line.
  • the differential portion 7b of the controller can also be designed to move in one direction, e.g. is effective when the input signal rises, that is to say can only emit a positive but not a negative output signal.
  • the differentiation time constant does not need to be controlled exactly in accordance with the actual slope of the characteristic curve. Rather, simplifications are possible.
  • a simplification results when the slope of the characteristic curves depends on one of the map coordinates, that is to say on the pressure or on the flow, and the characteristic curves are only shifted parallel to larger flows or pressures. This is the case when the characteristic curves 2 open relatively steeply into the surge limit in the area of lower speeds or guide vane positions, but flatter in the upper area. Even if the characteristic curves are not completely congruent, in many cases an approximation by parallel displacement of a characteristic curve is permissible.
  • the slope of the characteristic curve and thus the size of the differentiation time constant To depends only on the pressure P or pressure flow Vab.
  • the course of the characteristic curve can either be stored in a digital memory or can also be predefined analogously in a function generator 14, which is indicated by dashed lines in the drawing.
  • the input of this function generator is the pressure, the output directly the size To.
  • the function is not ideally reproduced in the function generator, but in an approximation by straight line sections.
  • the simplest case is a straight line consisting of two sections. This can be realized very simply by switching the value for T D to another value from a predetermined pressure.
  • the function generator 14 delivering the variable To can be adjusted depending on the control difference applied to the subtractor 5.
  • simplifications are also possible for this function generator, starting with a simple switchover of the size T D between two values over several straight line sections up to a polyline.
  • the position of the operating point is determined by detecting the final pressure and the throughput
  • other variables such as the pressure ratio between final and suction pressure, the speed, the guide vane position can also be used for determining the working point or for defining the map , the power, the input signal of the controller or the output signal of a process controller can be used.
  • the map can be determined by other parameters, such as the adiabatic delivery head and the intake volume flow are determined. In any case, the surge line has a clear course in the map.
  • a variant is described below in which the differentiating effect of the controller is also influenced, but not by changing the time constant, but by adding further function blocks.
  • the variant described here is particularly suitable for controls in which one of the input signals has signal noise, i.e. a high-frequency, low-amplitude noise signal is superimposed on the input signal. A direct differentiation of this input signal could therefore under certain circumstances result in the noise signal being amplified considerably.
  • FIG. 2 shows a modified PID controller in which the suppression of the differentiating effect in the undesired direction is achieved by introducing a limiter 19 at the output of the differentiating element 7b.
  • the limiter 19 is designed in such a way that only the signals of the differentiating element which cause the operating point to be shifted in the direction of the stability range are passed.
  • a one-way retarder 17 can be inserted in front of the differentiating element.
  • the one-way retarder is a component whose output signal initially follows the input signal in one direction (e.g. in the direction of falling signals) without delay until the input signal reaches a relative minimum.
  • a subsequent rise in the input signal even if it occurs quickly, leads to a relatively slow rise in the output signal, the rise rate being determined by a predefined, possibly adjustable time constant.
  • the output signal of the delay 17 follows the input signal in this direction only with a delay. As soon as the input signal reaches the signal level of the output signal again, the output signal follows the input signal until a new minimum value is assumed.
  • the output signal of the delay 17 thus always remains at or in the vicinity of the smallest input value.
  • the remaining noise component is significantly reduced by this arrangement, since only short-term signal changes that always occur when the input variable assumes a new, even smaller minimum value are passed on to the differentiating circuit.
  • the delay 17 has a finite time constant in the direction of increasing signals in order to give the system the opportunity to return to normal after reaching an extreme minimum value once or to track the output of the delay 17 as the useful signal increases.
  • the differentiator 7b can be followed by the limiter 19 already mentioned.
  • the dead time element 17 has the effect that only the signals whose signal lengths exceed the dead time are passed on.
  • Two alternatives are provided for the design of the dead time element 21: In the first alternative, the signal is blocked for the duration of the dead time and only then passed on to the output without delay. In the second alternative, the signal is passed on delayed by the dead time if it has been present at the input during the entire dead time. This has the advantage that the signal curve of the differentiating element is not lost during the dead time, but is added to the manipulated variable delayed by the dead time.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Turbokompressoren von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für die sogenannte Punmpgrenzregelung zum Verhindern des Pumpens eines Kompressors. Das kann aber auch bei anderen Regelungen wie z.B. Anti-Choke-Regelung, Turbindendrehzahlregelung usw. angwendet werden.
  • Ein Verfahren der genannten Art für die Pumpgrenzregelung ist aus der Veröffentlichung 'Turbolog- das elektronische Regelsystem für GHH-Turbomaschinen" in Nachrichten für den Maschinebau Heft Nr. 3, Mai 82 sowie auch aus der US-PS 41 42 838 bekannt. Ein Verfahren der genannten Art, bei der die Differentiation durch Subtrahieren des verzögertem vom unverzögerten Signal realisiert wird, ist auch aus DE-PS 28 28 124 bekannt. Unter Pumpen wird ein instabiles Verhalten eines Turbokompressors verstanden, bei dem stoßweise, bzw. periodisch das Fördermedium von der Druckseite zur Saugseite zurückströmt. Dieses Verhalten tritt bei zu kleinem Durchsatz bzw. zu hohem Druckverhältnis zwischen Kompressoreingang und -ausgang auf. Die sogenannte Pumpgrenzlinie trennt im Kennfeld des Kompressors den stabilen vom instabilen Bereich. Die Pumpgrenzregelung sorgt dafür, daß bei Annäherung des momentanen Arbeitspunktes an die Pumpgrenzlinie bzw. eine in einem Sicherheitsabstand parallel zu dieser verlaufende Abblaselinie ein Abblas- oder Umblasventil am Kompressorausgang geöffnet wird. Es ist bei diesem Verfahren auch bekannt, in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes das Regelverhalten des das Stellsignal für das Abblasventil erzeugenden Reglers dadurch zu verändern, daß bei Uberschreiten der Abblaselinie die Regelverstärkung nicht-linear erhöht wird.
  • Bei Regelungen dieser Art stößt die Verwendung von Reglern mit einem das Eingangssignal differenzierenden Regelanteil auf verschiedene Schwierigkeiten. Eine dieser Schwierigkeiten ist die Tatsache, daß ein Istsignal, welches aus dem Durchfluß abgeleitet wird, einen sehr hohen überlagerten Rauschpegel aufweist und deshalb eine Differenzierung nur schwer zuläßt. Diese Schwierigkeit ist weniger ausgeprägt, wenn das Istwertsignal vom Enddruck abgeleitet wird.
  • Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung eines Regelers mit Differentialanteil ist die Tatsache, daß in dem aus Druckverhältnis und Durchsatz gebildeten Kompressorkennfeld die Kennlinien konstanter Drehzahl und/oder konstanter Leitschaufelstellung gekrümmt sind. In der Nähe der Pumpgrenz verlaufen dieser Kompressorkennlinien sehr flach, weit im Kennfeld dagegen steil. Dies hat zur Folge, daß die Änderung des Kompressorenddrucks in der Nähe der Pumpgrenze nur sehr gering ist. Demzufolge hat auch der Differentialanteil des Reglers in der Nähe der Pumpgrenze die geringste Wirkung. Dies ist jedoch gerade der Bereich des Kennfeldes in dem ein Differentialanteil des Reglers am nötigsten gebraucht würde, um ein schnelles Ansprechen zu erreichen, weil der Kompressor in diesem Bereich am meisten gefährdet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art so weiterzubilden, daß es die Möglichkeit einer auch und gerade in der Nähe der Pumpgrenzlinie wirksamen und gegen Rauschen möglichst unempfindlichen Regelung mit Differentialverhalten bietet.
  • Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird gemäß der ersten Alternative der Vorteil erzielt, daß die differenzierende Wirkung gezielt dann erhöht werden kann, wenn sich der Arbeitspunkt nahe der Pumpgrenzlinie befindet, so daß hier auch kleine Ist-Wertsignaländerungen zu einem raschen Ansprechen des Regelers führen können. Gemäß der zweiten Alternative wird der Vorteil erzielt, daß die differenzierende Wirkung selektiv bei Annäherung des Arbeitspunktes an die Pumpgrenzlinie, also in der "gefährlichen" Richtung, genutzt werden kann.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 schematisch und sehr vereinfacht das Schema einer Abblaseregelung gemäß der 1. Alternative;
    • Fig. 2 den Aufbau eines PID-Reglers gemäß der zweiten Alternative und
    • Fig. 3 den Verlauf des Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Eingangssignal eines Verzögerers.
  • Gemäß Fig. 1 wird auf der Ansaugseite eines Kompressors K von einem ersten Istwertgeber 1 die Druckdifferenz vor und hinter einer Drosselblende erfaßt, welche gleichzeitg eine Maß für den Ansaugvolumenstrom, bzw. den Kompressordurchsatz ist. Vom einem zweiten Istwertgeber 3 wird der Enddruck P2 am Kompressorausgang erfaßt. Ein Rechner 11 mit zugehörigem Speicher 13 bildet aus den Istwerten die Koordinaten des Arbeitspunktes in dem durch den Druchsatz sowie das EnddrucklSaugdruck-Verhältnis bestimmten Kennfeld und vergleicht sie mit einer im Kennfeld vorgegebenen, abgespeicherten Abblaselinie A. Im allgemeinen Fall müssen also End- und Saugdruck erfaßt werden. Vereinfachend kann aber davon ausgegangen werden, daß der Saugdruck konstant ist und deshalb nicht ständig gemessen wird. Abhängig vom Enddruck bzw. dem Druckverhältnis wird ein Sollwertsignal für den Durchfluß erzeugt, welches im Subtrahierglied 5 mit Istwert verglichen und hieraus ein Eingangssignal für einen Regler 7 gebildet wird. Der Regler 7 hat einen Proportionalteil 7a, einen Differentialteil 7b und einen Integralteil 7c. Die Reglerausgangsgröße dient als Stellsignal für ein Abblaseventil 9 am Kompressorausgang. Bei Annäherung des Arbeitspunktes des Kompressors an die Abblaselinie-A wird durch entsprechendes Öffnen des Abblaseventils 9 der Durchsatz erhöht bzw. der Enddruck erniedrigt.
  • Im Speicher 13 ist ferner für jeden Arbeitspunkt die Steigung der durch diesen Arbeitspunkt verlaufenden Kompressorkennlinie K konstanter Drehzahl und/oder konstanter Schaufelstellung, oder auch konstanter Drosselklappenstellung im Eintritt gespreichert. Auf dem Wert der zum momentanen Arbeitspunkt gehörenden Steigung der Kompressorkennlinie erzeugt ein Steuerglied ein Steuersignal, durch welches die für die Differenzierung im Differentialteil 7b wirksame Zeitkonstante To geändert wird, und zwar so, daß die differenzierende Wirkung der Zeitkonstante proportional zur Steigerung der Kompressorkennlinie ist. Hierdurch wird erreicht, daß der Differentialanteil des Reglers 7 im gesamten Kennfled etwa gleiche Wirksamkeit hat.
  • Anstatt in Abhängigkeit von der Steigung der Kompressorkennlinie kann die Differenzierzeitkonstante TD auch in Abhängigkeit vom Abstand des momentanen Arbeitspunktes von der Abblaselinie variiert werden, und zwar wiederum so, daß die differenzierende Wirkung mit kleiner werdendem Abstand zwischen Abblaselinie und Arbeitspunkt vergrößert wird und umgekehrt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Größe der differnzierenden Wirkung, d.h. der Anteil des Differentialteils 7b im Vergleich zum Proportionalteil 7a und Integralteil 7c des Reglers verändert werden. Insbesondere kann die Größe der differenzierenden Wirkung in Abhängigkeit von der Steigung der Abblaselinie oder vom Wert des Enddrucks angepaßt werden. Es ist ferner möglich, den Differentialanteil 7b abhängig von einem Grenzwert im Reglerausgang zu oder abzuschalten. Z.B. kann der Differentialanteil 7b abgeschaltet werden, wenn das Reglerausgangssignal 100 % oder die Regeldifferenz einen anderen vorgegebenen Wert, der einem bestimmten Abstand von der Abblaselinie entspricht, erreicht.
  • Der Differntialanteil 7b des Reglers kann auch so ausgebildet sein, daß er in einer Richtung, z.B. bei steigendem Eingangssignal wirksam ist, also nur positives, aber kein negatives Ausgangssignal abgeben kann.
  • Die Steuerung der Differenzierzeitkonstante braucht nicht exakt nach Maßgabe der tatsächlichen Kennliniensteigung zu erfolgen. Vielmehr sind Vereinfachungen möglich.
  • Eine Vereinfachung ergibt sich dann, wenn die Steigung der Kennlinien von einer der Kennfeldkoordinaten, also vom Druck oder vom Druchfluß abhängt, und die Kennlinien nur zu größeren Durchflüssen bzw. Drücken parallel verschoben sind. Dies ist dann der Fall, wenn die Kennlinien 2 im Bereich kleinerer Drehzahlen oder Leitschaufelstellungen relativ steil in die Pumpgrenze münden, im oberen Bereich dagegen flacher. Auch wenn die Kennlinien nicht ganz deckungsgleich sind, ist doch in vielen Fällen eine Annäherung durch Parallelverschiebung einer Kennlinie zulässig.
  • In diesem Fall hängt die Steigung der Kennlinie und damit die Größe von der Differenzierzeitkonstante To nur noch vom Druck P bzw. Druckfluß Vab. Der Verlauf der Kennlinie kann entweder in einem Digitalspeicher abgelegt sein oder aber auch analog in einem Funktionsgeber 14 vorgegeben sein, der in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist. Der Eingang dieses Funktionsgebers ist der Druck, der Ausgang direkt die Größe To.
  • Weitere Vereinfachungen sind dadurch möglich, daß die Funktion nicht ideal im Funktionsgeber nachgebildet wird, sondern in Annäherung durch Geradenabschnitte. Der einfachste Fall ist eine Gerade aus zwei Abschnitten Diese läßt sich sehr einfach dadurch realisieren, daß ab einem vorgegebenen Druck der Wert für TD auf einen anderen Wert umgeschaltet wird.
  • Als weitere Ausgestaltung ist denkbar, daß abhängig vom Durchfluß zwischen verschiedenen Steigungen umgeschaltet wird. Dies kann entweder dadurch geschehen, daß auf einen weiteren Funktionsgeber mit einer anderen Funktion umgeschaltet wird, ober daß nur einzelne Parameter, z.B. die Verstärkung im gesamten Bereich oder der Knickpunkt, variiert werden.
  • Es gibt andere Kompressorkennfelder, bei denen die Steigung der Kennlinien in der Nähe der Pumpgrenze stets gleich oder zumindest ähnlich ist. In diesem Fall ist es möglich, die Differenzierzeitkonstante TD abhängig vom Abstand zwischen Arbeitspunkt und Pumpgrenze oder Abblaselinie zu variieren. Der Abstand zwischen Abblaselinie und Arbeitspunkt liegt z.B. als Regeldifferenz der Abblaseregelung (Pumpgrenzregelung) vor.
  • In diesem Fall kann z.B. der die Größe To liefernde Funktionsgeber 14 abhängig von der am Subtrahierglied 5 anliegenden Regeldifferenz verstellt werden. Selbstverständlich sind auch für diesen Funktionsgeber Vereinfachungen möglich, angefangen von einer einfachen Umschaltung der Größe TD zwischen zwei Werten über mehrere Geradenabschnitte bis hin zu einem Polygonzug.
  • Anstatt die Differentiation im Regler selbst vorzunehmen, kann sie auch außerhalb des Reglers erfolgen. Aus DE-PS 28 28 142 ist es bekannt, zur Erfassung der Änderungsgeschwindigkeit eines IstWertes diesen Istwert, bzw. seine Diferenz zum Sollwert, einmal unverzögert und einmal verzögert einem Subtrahierglied zuzufürhen, so daß man die Differenz aus dem unverzögerten und verzögerten Ist-Wert als "quasi-differenziertes" Signal erhält. Ein solches Verfahren kann auch im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden, wobei das "quasidifferenzierte" Signal einem nur Proportional- und Integralverhalten aufweisenden Regler zugeführt wird und in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes die bei der Gewinnung des "quasidifferenzierten" Signals verwendete Verzögerungszeit verändert wird.
  • Während in der beschriebenen Ausführungsform die Lage des Arbeitspunktes durch Erfassung des Enddruckes und des Durchsatzes bestimmt wird, können für die Erfassung des Arbeitspunktes bzw. für die Definition des Kennfeldes auch andere Größen, wie das Druckverhältnis zwischen End-und Saugdruck, die Drehzahl, die Leitschaufelstellung, die Leistung, das Eingangssignal des Reglers oder das Ausgangssignal eines Prozeßreglers herangezogen werden. Insbesondere kann das Kennfeld durch andere Parameter, wie z.B. die adiabate Förderhöhe und den Ansaugvolumenstrom bestimmt werden. In jedem Fall hat die Pumpgrenzlinie einen eindeutigen Verlauf im Kennfeld.
  • Nachfolgend soll eine Variante beschrieben werden, bei der die differenzierende Wirkung des Reglers ebenfalls beeinflußt wird, allerdings nicht durch Veränderung der Zeitkonstanten, sondern durch Zufügen weiterer Funktionsblöcke. Die hier beschriebene Variante eignet sich insbesondere für Regelungen, bei denen eines der Eingangssignale mit Signalrauschen behaftet ist, d.h. dem Eingangssignal ist ein hochfrequentes Rauschsignal mit kleiner Amplitude überlagert. Eine direkte Differenzierung dieses Eingangssignals hätte deshalb unter Umständen zur Folge, daß das Rauschsignal erheblich verstärkte werden würde.
  • Die nachteiligen Wirkungen derartiger Rauschsignale lassen sich erheblich reduzieren, wenn die Differenzierung nur in einer Richtung, bei einer Pumpgrenzregelung z.B. in Richtung kleinerer Durchflußsignale, erfolgt.
  • In Fig. 2 ist ein modifizierter PID-Regler dargestellt, bei dem die Unterdrückung der difernzierenden Wirkung in der nichtgewollten Richtung durch die Einführung eines Begrenzers 19 am Ausgang des Differenziergliedes 7b erreicht wird. Der Begrenzer 19 ist so ausgelegt, daß nur die Signale des Differenziergliedes durchgelassen werden, die eine Verlagerung des Arbeitspunktes in Richtung des Stabilitätsbereiches bewirken.
  • Bei einer derartigen Anordnung werden alle Signaländerungen in Richtung z.B. kleinerer Durchflüsse dirfferenziert, d.h. auch die Signaländerungen, die ihre Ursache lediglich in Signalrauschen haben. Um den durch das Rauschen bedingten Einfluß auf das Differenzierglied weiter zu vermindern, kann vor das Differenzierglied ein einseitig wirkender Verzögerer 17 eingefügt werden.
  • In Fig. 3 ist die Wirkungsweise des Verzögerers 17 anhand eines möglichen Eingangssignals und des daraus folgenden Ausgangssignals dargestellt. Der einseitig wirkende Verzögerer ist ein Bauelement, dessen Ausgangssignal in einer Richtung (z.B. in Richtung fallender Signale) dem Eingangssignal zunächst unverzögert folgt, bis das Eingangssignal ein relatives Minimum erreicht. Ein anschließendes Ansteigen des Eingangssignals, auch wenn es schnell erfolgt, führt zu einem relativ langsamen Ansteigen des Ausgangssignals,wobei die Anstiegsrate durch eine vorgegebene, ggf. einstellbare Zeitkonstante bestimmt wird. Das Ausgangssignal des Verzögerers 17 folgt also dem Eingangssignal in dieser Richtung nur verzögert. Sobald das Eingangssignal wieder den Signalpegel des Ausgangssignals erreicht, folgt das Ausgangssignal dem Eingangssignal, bis ein neuer Minimalwert eingenommen wird. Das Ausgangssignal des Verzögerers 17 verbleibt also stets auf oder in der Nähe des kleinsten Eingangswertes. Der verbleibende Rauschanteil wird durch diese Anordnung wesentlich reduziert, da nur noch kurzzeitige Signaländerungen, die immer dann auftreten, wenn die Ein gangsgröße einen neuen, noch kleineren Minima wert annimmt, an die Differenzierschaltung weitergegeben werden.
  • Es ist erforderlich, daß der Verzögerer 17 eine endliche Zeitkonstante in Richtung steigender Signale hat, um dem System Gelegenheit zu geben, nach einem einmaligen Erreichen eines extremen Minimalwertes wieder den Normalwert zu erreichen bzw. um den Ausgang des Verzögerers 17 dem Anstieg des Nutzsignales nachzuführen. Um den geringen Einfluß der ansteigenden Flanke des Ausgangssignals des Verzögerers 17, die vom Differenzierglied 7b registriert wird, auf die Stellgröße zu vermeiden, kann dem Differenzierglied 7b der schon vorher erwähnte Begrenzer 19 nachgeschaltet werden.
  • Da Signalrauschen durch eine hohe Frequenz gekennzeichnet ist, können verbliebende kurzzeitige Regelimpulse, die ihre Ursache im Signalrauschen haben, durch die Einfügung eines zusätzlichen Totzeitgliedes 21 am Ausgang des Differenziergliedes 7b, wirksam unterdrückt werden.
  • Das Totzeitglied 17 bewirkt, daß nur die Signale weitergegeben werden, deren Signallängen die Totzeit überschreiten. Für die Ausgestaltung des Totzeitgliedes 21 sind dabei zwei Alternativen vorgesehen: Bei der ersten Alternative wird das Signal für die Dauer der Totzeit blockiert und erst danach unverzögert auf den Ausgang weitergegeben. Bei der zweiten Alternative wird das Signal um die Totzeit verzögert weitergegeben, wenn es während der gesamten Totzeit am Eingang angestanden hat. Dies hat den Vorteil, daß der Signalverlauf des Differenziergliedes während der Totzeit nicht verlorengeht, sondern um die Totzeit verzögert auf die Stellgröße aufaddiert wird.
  • Beide Ausgestaltungen bewirken, daß Signale, die innerhalb der Totzeit wieder verschwinden, unterdrückt werden und die Stellgröße nicht beeinflussen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Regeln eines Turbokompressors, bei dem einem Regler ein Eingangssignal, das vom laufend erfaßten Istwert mindestens einer Betriebsgröße, insbesondere Durchfluß, Förderdruck und/oder Druckverhältnis abgeleitet ist, zugeführt wird und der Regler durch ein eine Differentiation oder gleichwertige, die Änderungsgeschwindigkeit erfassende Operation einschließendes Verarbeiten des Eingangssignals ein Ausgangssignal zum Steuern mindestens einer Betriebsgröße, insbesondere zum Steuern eines Ab- oder Umblaseventils am Kompressorausgang, erzeugt, und bei dem das Regelverhalten des Reglers in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der differenzierenden Wirkung in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes und/oder von der Richtung der Lageänderung des Arbeitspunktes geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Differentiation maßgebliche Zeitkonstante in Abhängigkeit von mindestens einer Kennfeldkoordinate des Arbeitspunktes geändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Arbeitpunkt gehörende Steigung der Kompressorkennlinie konstanter Drehzahl oder konstanter Schaufelstellung erfaßt und die Differenzierzeitkonstante in Abhängigkeit von der Steigung, insbesondere umgekehrt proportional zur Steigung der Kompressorkennlinie verändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Arbeitspunktes von einer im Kennfeld vorgegebenen Abblaselinie erfaßt und die Differenzierzeitkonstante in Abhängigkeit von dem Abstand verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Differentialanteils des Regelverhaltens relativ zum Proportional- und Integralanteil in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße verändert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Differentialanteils in Abhängigkeit von der Steigung der im Kennfeld vorgegebenen Abblaselinie verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Differentialanteils des Regelverhaltens in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Reglers verändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal des Differentialteils des Reglers richtungsabhängig verzögert wird.
. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal des Differentialteils des Reglers richtungsabhänig begrenzt wird.
10. Regler für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Differentialteil und ggf. einem Proportionalteil und/oder einem Integralteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Differentialteils (7b) mittels eines Steuergliedes (15) steuerbar ist, und daß dem Steuerglied (15) ein eine Ortskoordinate des Arbeitspunktes im Arbeitskennfeld repräsentierendes Signal von einem Koordinatenrechner (13) zuführbar ist.
11. Regler für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Differentialteil und ggf. einem Proportionalteil und/oder einem Integralteil, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differentialteil (7b) des Reglers ein Verzögerungsglied (17) mit richtungsabhängig unterschiedlichen Zeitkonstanten vorgeschaltet ist.
12. Regler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differentialteil (7b) des Reglers ein Signalbegrenzer (19) mit richtungsabhängig unterschiedlichen Begrenzungswerten nachgeschaltet ist.
13. Regler nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differentialteil (7b) des Reglers ein Totzeitglied (21) nachgeschaltet ist.
EP86115702A 1985-11-12 1986-11-12 Verfahren zum Regeln von Turbokompressoren Expired - Lifetime EP0222382B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853540087 DE3540087A1 (de) 1985-11-12 1985-11-12 Verfahren zum regeln von turbokompressoren
DE3540087 1985-11-12

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0222382A2 EP0222382A2 (de) 1987-05-20
EP0222382A3 EP0222382A3 (en) 1988-01-13
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