NL7907723A

NL7907723A - Regelstelsel.

Info

Publication number: NL7907723A
Application number: NL7907723A
Authority: NL
Original assignee: Ihc Holland Nv
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1981-04-22
Also published as: NL178539C; GB2060952A; DE3039776A1; JPS5667403A; NL178539B; US4390942A; GB2060952B; BE885769A

Description

r § * * N.O. 271 62 "Regelstelsel"

De uitvinding heeft betrekking op een regelstelsel voorzien van ten minste een proportioneel integraal-diffe- rentiaal-regelcircuit bestaande uit een lineaire signaalweg, een differentiërende signaalweg en een integrerende signaalweg, allen verlopende vanaf een ingangsknooppunt, waarbij de uit- 5 gangssignalen van de lineaire signaalweg en de differentiërende signaalweg in een tussenknooppunt worden opgeteld en het resulterende somsignaal in een uitgangsknooppunt wordt opgeteld bij het uitgangssignaal van de integrerende signaal-wegj welk proportioneel integraal-differentiaal regelcir-Ί0 cuit een uitgangssignaal levert aan een proces teneinde een van de procesgrootheden dusdanig te regelen dat deze procesgrootheid zo dicht mogelijk bij een voorafbepaalde maximale waarde komt te liggen zonder dat de andere procesgrootheden hun respectievelijke voorafbepaalde maximale waardenover-15 schrijden.

Proportionele integraal-differentiaal-regelcircuits,-kortweg aangeduid als P.I.D.-regelaars-»zijn op zichzelf bekend en worden in talloze regelstelsels toegepast. Bij veel regelstelsels wordt door het veranderen van een stuur-20 signaal voor één der procesgrootheden van het proces waarop het regelstelsel inwerkt tevens een groot aantal andere procesgrootheden beïnvloed. Er treden nu problemen op wanneer de diverse procesgrootheden waarop een regelstelsel invloed uitoefent enerzijds een bepaalde grenswaarde niet mogen over-25 schrijden en anderzijds bijvoorkeur zo dicht mogelijk bij deze grenswaarde moeten worden ingesteld. In een dergelijk geval kan het gemakkelijk voorkomen dat door het veranderen van een der procesgrootheden een aantal andere procesgrootheden dusdanig wordt beïnvloed dat de voor deze andere pro-30 cesgrootheden geldende bijvoorbeeld maximale waarden worden overschreden.

Een dergelijk probleem treedt bijvoorbeeld op bij een baggervaartuig dat uitgerust is met een snijkopzuiger, waarbij het baggerproces door een regelcircuit wordt bestuurd.

35 Bij een dergelijk baggerproces moet rekening worden gehouden met de volgende procesgrootheden: de verhaalsnelheid, dat wil zeggen de draaisnelheid van de halende lier.

790 77 23 ï » concentratie van het opgebaggerde mengsel Xy de belasting van de snijkop X^: de belasting van de zijlier X^: het vacuum van de zuigpomp 5 -Xg: de snelheid van het opgebaggerde mengsel.

Al deze procesgrootheden mogen bepaalde grenzen niet overschrijden. De verhaalsnelheid X^ mag niet groter worden dan de voorafbepaalde waarde ^_max· concentratie van het opgebaggerde mengsel ^ maS niet groter worden dan een vooraf- 10. bepaalde waarde X2-max' mag niet Sro" ter worden dan een voorafbepaalde waarde X^_mflY. De zijlier-belasting X^ mag niet groter worden dan een voorafbepaalde waarde X,, . Het vacuum van de zuigpomp mag niet groter

H-—xasLX

worden dan ^_max· mengselsnelheid -Xg mag niet kleiner 15 worden dan -Xg_max, dat wil zeggen Xg mag niet groter worden dan Xc * 6—max

In het algemeen geldt dus voor de verschillende procesgrootheden:

Xis' Zi-max ’ 1·1···η ----------- (1) 20 Het proces zal optimaal verlopen in het theoretische geval dat elke procesgrootheid juist op zijn maximale waarde staat ingesteld. In de praktijk betekent dit dat er getracht moet worden om zoveel mogelijk procesgrootheden op hun maximale waarde in te stellen zonder deze maximale waar-25 den te overschrijden, terwijl de overige procesgrootheden de betreffende maximale waarde zo dicht mogelijk moet/benaderen. Voor een of meer van de procesgrootheden moet dus gelden: X. - X. 1 $· j ^ n ----- (2) 3 j-max 0 ' ' 30 Hegelprocessen die aan beide relaties (1) en (2) vol doen zijn reeds bekend.

In fig, 1 is bijvoorbeeld een stelsel getoond voorzien van een P.I.D. regelaar die . ... / aan een proces een stuursignaal U afgeeft waarmee een van de procesgroot-35 heden X^....Xn wordt beïnvloed. Elk van de procesgrootheden 790 7 7 23 r < X,..^ wordt vergeleken met een voor elk van deze grootheden voorafbepaalde maximale waarde. X„ „,-..X„__„en s ι-max n-max de resulterende verschilsignalen ...E^ worden toegevoerd aan een comparator die de uit de toegevoerde verschilwaar-5 den E^...En de kleinste uitkiest en deze doorstuurt naar de P.I.D. regelaar. De P.I.D. regelaar levert nu een stuursignaal IJ voor het beïnvloeden van de bij deze bepaalde kleinste verschilwaarde behorende procesgrootheid. Als deze procesgrootheid nu wordt veranderd dan zullen over het alge-10 meen ook alle andere procesgrootheden veranderd worden. Wordt nu door de comparator vastgesteld dat op een bepaald moment een bij een andere procesgrootheid behorend verschilsignaal het kleinste is, dan wordt dit verschil toegevoerd aan de P.I.D. regelaar die vervolgens een uitgangssignaal IJ levert 15 aan het proces om daarin nu deze betreffende andere procesgrootheid te beïnvloeden. Het nadeel van een dergelijk re-gelstelsel is dat er bij de overgang van de ene bepalende procesgrootheid naar de andere over het algemeen storende overgangsverschijnselen optreden.

20 Pig. 2 toont een ander regelstelsel waarin een P.I.D.

regelaar een uitgangssignaal IJ levert aan een proces teneinde in dit proces elk van de procesgrootheden te beïnvloeden. Tevoren is een der procesgrootheden bijvoorbeeld X,j als bepalende grootheid gekozen. Het verschil tussen en 25 de voorafbepaalde maximale waarde X,. voor deze grootheid,

I wIIlcüC

het verschilsignaal E^, wordt toegevoerd aan de P.I.D. regelaar die zal trachten een zodanig stuursignaal IJ te leveren dat dit verschil E^ zo klein mogelijk wordt. Alle andere procesgrootheden · *^n worden vergeleken met de voorafbepaal- 30 de maximale waarden X0__... ,X„___. Zolang elk van d—max n—max deze grootheden ^2***^n kleiner is dan zijn maximum dus 2i-max ” ^1 ^ zal Seen van &eze grootheden invloed uitoefenen op het regelproces.

*ordt echter een van deze grootheden X^.é.X^ bijvoor-35 beeld X^ groter dan zijn desbetreffende maximum X.. _niay dan zal er een negatief verschilsignaal E^ ontstaan. Dit negatieve verschilsignaal E^ wordt nu opgeteld bij het verschilsignaal E^ en het resulterende signaal wordt toegevoerd aan jiq de P.I.D. regelaar. Omdat ΈΛ echter positief kan zijn is het

Vi 3 mogelijk dat het resulterende signaal ondanks de toevoeging 780 7723 ; *5 van het negatieve verschilsignaal E^ toch positief blijft zodat het uitgangssignaal ïï van de P.I.D. regelaar niet of niet voldoende wordt gewijzigd om een situatie te bereiken waarbij X^ weer daalt onder zijn voorafbepaalde maximum 5 waarde ^ .maT·

Om dit te voorkomen worden de waarden E~ .. ,E„ vaak 2 n versterkt zodat de invloed ervan groter wordt. Dit heeft echter het nadeel dat een veel instabielere/regeling onstaat. Een andere mogelijkheid is het integreren van het foutsig-10 naai E^, dat negatief wordt en dus invloed op de regeling gaat uitoefenen, te integreren, waardoor de invloed ervan in de tijd toeneemt. Het nadeel daarvan is dat er een trage regeling ontstaat.

De uitvinding heeft nu ten doel een regelstelsel te 15 verschaffen waarmee aan de, in het bovenstaande genoemde relaties (1) en (2) wordt voldaan en waarmee tevens de nadelen van de bekende stelsels worden opgeheven.

Aan deze doelstelling wordt bij een regelstelsel van in de aanhef genoemde soort voldaan doordat de verschil-20 waarde tussen de waarde van elk der procesgrootheden en de respectievelijke voor deze procesgrootheid geldende maximale waarde wordt toegevoerd aan een aan de betreffende pro-cesgrootheid toegewezen afzonderlijk proportioneel inte-graal-differentiaal-regelcircuit en dat de uitgangssignalen 25 van alle regelcircuits toegevoerd worden aan een compara-torschakeling die het kleinste van deze signalen via terug-stelwegen toevoert aan een bij elk regelcircuit behorend verschilknooppunt, waar het verschil wordt gevormd tussen het comparatoruitgangssignaal en het genoemde somsignaal 30 op het tussenknooppunt in het betreffende regelcircuit welk verschilsignaal dienst doet voor het terugstellen van de integrator in de integrerende signaalweg van elk van de regelcircuits.

De uitvindingjzal in het volgende aan de hand van de 35 figuren nader worden verklaard.

Eig. 1 toont een regelstelsel uit de stand der techniek.

Eig. 2 toont een ander regelstelsel uit de stand der techniek.

Eig. 3 toont een regelstelsel volgens de uitvinding.

In figuur 3 is het regelstelsel volgens de uitvinding 790 77 23 * 1 getoond opgebouwd uit een aantal proportionele integraal-differentiaal-regelcircuits t/m En, in het volgende kortweg aangeduid als P.I.D. regelcircuits. Aan elk van deze regel-cirduits wordt een ingangssignaal E^..,En toegevoerd dat ge-5 vormd wordt uit het verschil tussen één met de werkelijke procesgrootheid overeenstemmend signaal en een voor de verschillende procesgrootheden geldende maximale waarde ^1-max**‘^n-max regelcircuit wordt het betreffende ingangssignaal Ε^.,.Ε^ toe gevoerd aan een integrerende sig-10 naalweg, een lineaire signaalweg en een differentiërende signaalweg waarvan de versterkingsfactoren worden bepaald door respectievelijk .. .X. n.. .Epn en .. .K^. De uit gangssignalen van de lineaire signaalweg en die van de differentiërende signaalweg worden bij elkaar opgeteld en het 15 somsignaal wordt daarna opgeteld bij het uitgangssignaal van de integrerende signaalweg resulterend in het uitgangssignaal van het betreffende regelcircuit· Al de uitgangssignalen V..ün worden toegevoerd aan een comparatorschakeling die van al deze uitgangssignalen D^...Un alleen het kleinste 20 signaal overdraagt naar zijn uitgang. Dit uitgangssignaal ü wordt enerzijds als stuursignaal toegevoerd aan het proces teneinde daarin de bij dit stuursignaal, behorende procesgrootheid te regelen en wordt anderzijds teruggevoerd naar elk van de regelcircuits waar het verschil wordt gevormd 25 tussen dit uitgangssignaal en het in elk van de regelcircuits gevormde somsignaal op het knooppunt aan het uiteinde van de lineaire signaalweg en de differentiërende signaalweg.

Elk van deze verschilsignalen wordt nu bij de betreffende regelkring gebruikt om de integrator in de integrerende 30 signaalweg terug te stellen, dat wil zeggen het uitgangssignaal van de integrator gelijk te maken aan het betreffende verschilsignaal.

Wanneer nu dit uitgangssignaal IJ verandert dan zullen daarmee de betreffende procesgrootheden worden veranderd en 35 zullen derhalve ook de bijbehorende ingangssignalen X^....X^ veranderen. Voor elk van deze ingangssignalen X>...X_ geldt moeten n dat ze gekozen/worden kleinër dan de bijbehorende maximum waarde . »XnHWftY maar ook zo dicht mogelijk bij deze maximale waarde. Het stuursignaal U kan zu zodanig worden 790 77 23 gekozen dat er voor één of meerdere van de procesgrootheden zal gelden: X. = X. Μ Λ 0 J-max d

Wordt nu tijdens de werking van het regelstelsel door de 5 comparator een der stuursignalen ^..;ïïn als kleinste sig -naai uitgekozen dan zal dit signaal invloed uitoefenen op de bijbehorende procesgrootheid, die dan de zogenaamde bepalende procesgrootheid vormt en het bijbehorende proportionele integraal-differentiaal-regelcircuit probeert de betreffende pro-10 cesgrootheid gelijk te maken aan zijn maximale waarde. Als bijvoorbeeld door de comparator is gekozen als stuursignaal dat aan de uitgang wordt afgegeven dan betekent dit dat alle andere uitgangssignalen van de regelcircuits ^2β*·^η in het regelstelsel geen enkele invloed uitoefenen. Omdat er 15 echter bij al de andere regelcircuits een verschilsignaal Ε2·..Εη aan de ingang aanwezig blijft zullen onder invloed van de integrerende actie in elk van de regelcircuits de uitgangssignalen ïïg...ïï ten onrechte steeds groter worden. Om dit nu te voorkomen wordt het uitgangssignaal ÏÏ op de in de 20 figuur getoonde wijze teruggevoerd naar elk van de regelcircuits. Bij elk van de regelcircuits wordt nu het verschilsignaal gevormd tussen het uitgangssignaal U en de som van de uitgangssignalen van de lineaire en de differentiërende weg door het regelcircuit. Dit verschilsignaal wordt nu gebruikt 25 om alle integrerende functies terug te stellen door deze integrerende functie in elk regelcircuit gelijk te maken aan het betreffende verschilsignaal met als resultaat dat de uitgangssignalen van de P.I.D.-regelcircuits direct na het terugstellen allemaal gelijk worden aan het uitgangssignaal van 30 het bepalende P.I.D. regelcircuit, dat' wil zeggen het regelcircuit dat direct voor het terugstellen bepalend was voor het uitgangssignaal U. Het terugstellen van de integratoren gebeurt elke T seconden door de waarde van de integrator gelijk te maken aan ïï (= de kleinste van de waarden ^*··^η ) 35 verminderd met de bijdrage van de lineaire en differentiërende signaalwegen van het betreffende regelcircuit, zodat de uitgangen ïïyj...ïïn direct na het terugstellen allemaal gelijk zijn.

790 7 7 23 *

Met behulp van dit regelstelsel wordt enerzijds bereikt dat geen van de procesgrootheden zijn maximale waarde overschrijdt terwijl toch voor een of meer van de procesgrootheden geldt dat deze gelijk is aanzijn maximale waarde al-5 thans deze maximale waarde zeer dicht benadert. Anderzijds wordt het voordeel verkregen dat de comparator zonder overgangsverschijnselen een andere van de uitgangssignalen UV..U kan aanwijzen als stuursignaal omdat alle regelaars als het ware constant "meelopen".

10 ü)ot nu toe is telkens verondersteld dat elk van de pro cesgrootheden kleiner moet zijn dan en hoogstens gelijk mag worden aan de bijbehorende maximale waarde. Het kan evenwel ook voorkomen dat één of meerdere procesgrootheden groter dan of gelijk aan een minimale waarde moeten worden gehou- 15 den, dus \ * Vmin(in Plaats Tan Xm-max)· -418 die betreffende procesgrootheid Xm groter wordt bij afnemende stuursignaal Η kan ook deze procesgrootheid Xm in het beschreven regelsysteem opgenomen worden door de bovengenoemde (ongelijkheids-) relatie als volgt te vertalen: 20 “Xm ^ ”^m-min of -V< Xmax (= X . ) m-mm

De betreffende P.I.D. regelaar moet dan voor deze procesgrootheid Xm voorzien worden van het foutsignaal ^m = "Xm-min “ 25 of E= Xra - Xm w m m m—mm (in plaats van E = X - X ) e m m-max m 79077 23

Claims

1. Segelstelsel voorzien van ten minste een proportioneel integraal-differentiaal-regelcircuit bestaande uit een lineaire signaalweg, een differentiërende signaal weg en een integrerende signaalweg, allen verlopende vanaf een in- 5 gangsknooppunt, waarbij de uitgangssignalen van de lineaire signaalweg en de differentiërende signaalweg in een tussen-knooppunt worden opgeteld en het resulterende somsignaal in een uitgangsknooppunt wordt opgeteld bij het uitgangssignaal van de integrerende signaalweg . Welk proportionell integraal-10 differentiaal-regelcircuit een uitgangssignaal levert aan een proces teneinde een van de procesgrootheden dusdanig te regelen dat deze procesgrootheid zo dicht mogelijk bij een voorafbepaalde maximale waarde komt te liggen zonder dat de andere procesgrootheden hun respectievelijke voorafbepaalde 15 maximale waarden overschrijden, met het kenmerk, dat de verschilwaarde tussen de waarde van elk der procesgrootheden en de respectievelijke voor deze procesgrootheid geldende maximale waarde wordt toegevoerd aan een aan de betreffende procesgrootheid toegewezen afzonderlijke proporti-20 oneel integraal-differentiaal-regelcircuit en dat de uitgangssignalen van alle regelcircuits toegevoerd worden aan een com-paratorschakeling die het kleinste van deze signalen via te-rugstelsignaalwegen toevoert aan een bij elk regelcircuit behorend verschilknooppunt waar het verschil wordt gevormd tus-25 sen het comparatoruitgangssignaal en het genoemde somsignaal op het tussenknooppunt in het betreffende regelcircuit, welk verschilsignaal dienst doet voor het terugstellen van de integrator in de integrerende signaalweg van elk der regelcircuits*

2. Regelstelsel volgens conclusie 1, met het ken-30 merk, dat het terugstellen van de integrator in de integrerende signaalweg van elk der regelcircuits periodiek plaats vindt. 790 7 7 23