NL8302077A

NL8302077A - Regelstelsel.

Info

Publication number: NL8302077A
Application number: NL8302077A
Authority: NL
Original assignee: Rietschoten & Houwens Elek
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1985-01-02
Also published as: ATE30482T1; EP0129287B1; JPS6063602A; DE3467049D1; EP0129287A1

Description

y I ' , l...........

N.0.31696 1

Regelstelsel.

Aanvraagster noemt als uitvinders:

Jacob van Amerongen en

Petrus Gerardus Maria van der Klugt.

De uitvinding heeft betrekking op een regelstelsel voorzien van een regelaar, die een stuursignaal afgeeft aan een te regelen deel van een proces, van welk proces een of meer signalen worden gemeten die tezamen met instelwaarden via een ingangsknooppunt worden toegevoerd aan 5 de regelaar.

Dergelijke regelstelsels zijn algemeen bekend. In dergelijke re-gelstelsels treden problemen op indien het te regelen deel van het proces een al dan niet bewust aangebrachte begrensde responsiesnelheid heeft op de aangeboden stuursignalen. Een dergelijke situatie treedt 10 bijvoorbeeld op bij de besturing van kleppen die een zekere tijd nodig hebben om van de ene (uiterste) stand in de andere (uiterste) stand gebracht te worden. Een ander voorbeeld vormen stuurmachines op een vaartuig, die een zekere tijd nodig hebben om het roer en eventueel de vinnen van een vaartuig van de momentane stand te verplaatsen naar een 15 door het stuursignaal aangegeven stand. Worden aan de betreffende actuatoren stuursignalen toegevoerd, waarop de actuator zou moeten reageren met een hogere snelheid dan fysisch mogelijk is, dan bestaat er alle kans dat het regelstelsel overshoot vertoont of anderszins beduidend slechter gaat functioneren.

20 De uitvinding heeft nu ten doel te vermijden dat een dergelijk re gelstelsel terecht komt in het gebied waar de beperkte responsiesnelheid van het te besturen deel van het proces het gedrag van het regelstelsel domineert.

Aan deze doelstelling wordt bij een regelstelsel van in de aanhef 25 genoemde soort voldaan, doordat tussen het ingangsknooppunt en het te regelen deel van het proces een versterker met regelbare versterkings-factor is opgenomen, doordat verder de veranderingssnelheid van het aan het te regelen deel van het proces toegevoerde stuursignaal in een processor wordt vergeleken met een vooraf bepaalde maximum veranderings-30 snelheidswaarde, waarop de processor een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor gelijk blijft aan een vooraf bepaalde constante waarde wanneer de veranderingssnelheid van het stuursignaal zich onder het vooraf bepaalde maximum bevindt, of een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor 8302077 4 t 2 tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderingssnelheid van het stuursignaal groter is dan de vooraf bepaalde maximum waarde.

Door de maatregel volgens de uitvinding wordt bereikt dat de sterkte van het stuursignaal tijdelijk zodanig wordt verzwakt dat het 5 regelstelsel geen signalen genereert waardoor de snelheidsbegrenzingen in het te regelen deel van het proces worden overschreden, waardoor een goed regelgedrag behouden blijft.

Het verdient de voorkeur de uitvinding zodanig toe te passen dat het regelstelsel, indien de versterkingsfactor van de versterker wordt 10 verminderd, zo dicht mogelijk aan de rand van het niet begrenzende re-gelgebied blijft functioneren. Een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt in dit verband gekenmerkt, doordat de waarde van het ver-sterkingsregelsignaal omgekeerd evenredig is met de mate waarin de veranderingssnelheid van het stuursignaal de vooraf bepaalde maximale ver-15 anderingssnelheidswaarde overschrijdt.

Een regelstelsel dat op deze wijze functioneert kan worden gerealiseerd, doordat in de processor een signaal wordt opgewekt evenredig met de absolute waarde van de veranderingssnelheid van het stuursignaal, welk signaal wordt toegevoerd aan een piekdetector waarvan het 20 uitgangssignaal in een comparator wordt vergeleken met een signaal dat de vooraf bepaalde maximale veranderingssnelheid vertegenwoordigt, welke comparator de grootste van beide signalen doorlaat naar een deler waarin de waarde van het vooraf bepaalde maximum veranderingssnelheids-waarde wordt gedeeld door de waarde van het doorgelaten signaal resul-25 terend in een uitgangssignaal dat als regelsignaal wordt toegevoerd aan de versterker met regelbare versterkingsfactor.

De in het bovenstaande gesignaleerde problemen treden bijvoorbeeld op bij stuurautomaten voor het besturen van het roer en/of de stabilisatie- of stuurvinnen van een vaartuig. Bij dergelijke stuurautomaten 30 worden een of meer meetsignalen gegenereerd door meetopnemers, welke meetsignalen die representatief zijn voor de koers van het vaartuig worden toegevoerd aan de regelaar tezamen met een instelbaar stuursignaal representatief voor de gewenste koers. De regelaar geeft op zijn beurt een stuursignaal af aan de stuurmachine die onder invloed daarvan 35 het roer doet bewegen zodanig dat de gewenste koers wordt aangehouden. Bij vaartuigen die voorzien zijn van stuurvinnen kunnen naast het roer of afzonderlijk daarvan ook de stuurvinnen van stand worden veranderd met behulp van hetzelfde regelstelsel of een identiek regelstelsel zodanig dat ook in dat geval de gewenste koers wordt gehandhaafd.

40 Wanneer in dergelijke regelstelsels de regelaar een signaal af- 8302077 » a 3 geeft aan de stuurmachine die in responsie daarop het roer sneller zou moeten bewegen dan fysisch mogelijk is, dan zal in de stuurmachine in feite een begrenzing van de snelheid van het stuursignaal optreden waardoor bovengenoemde problemen kunnen ontstaan.

5 De uitvinding verschaft daartoe een regelstelsel voor toepassing op een vaartuig, voorzien van een regelaar die een stuursignaal afgeeft aan een of meer actuator(s) voor het bedienen van roer en/of vinnen (stuurmachine), tenminste een meetopnemer voor het afgeven van een signaal representatief voor de werkelijke koers, welk signaal tezamen met 10 een instelsignaal voor de gewenste koers via een ingangsknooppunt wordt toegevoerd aan de regelaar, welk regelstelsel volgens de uitvinding het kenmerk draagt dat tussen het ingangsknooppunt en de actuator een versterker met regelbare versterkingsfactor is opgenomen, dat de verande-ringssnelheid van het aan de actuator toegevoerde actuatorstuursignaal 15 in een processor wordt vergeleken met een vooraf bepaalde maximum ver-anderingssnelheidswaarde, waarop de processor een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor gelijk blijft aan een vooraf bepaalde constante waarde wanneer de veranderingssnelheid van het actuatorstuursignaal zich onder het vooraf bepaalde maximum be-20 vindt, of een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderingssnelheid van het actuatorstuursignaal groter is dan de vooraf bepaalde maximum waarde.

Het instabiliteitsprobleem treedt in bijzonder sterke mate op in-25 dien het roer en/of de vinnen niet alleen worden gebruikt om de koers te regelen maar ook om de slingerhoek van het vaartuig te reduceren. Er zijn momenteel systemen bekend die het roer gebruiken om de koers te regelen en die vinnen toepassen om de slingerhoek te reduceren. Ook zijn systemen bekend die roer en vinnen gebruiken om zowel de koers te 30 regelen als de slingerhoek te reduceren en verder zijn er systemen die alleen het roer gebruiken om zowel de koers als ook de slingerhoek te regelen. Essentieel voor dergelijke systemen is, dat relatief langzame (laagfrequente) regelsignalen aan roer en/of vinnen worden toegevoerd om de koers van het vaartuig te regelen terwijl relatief snelle (hoog-35 frequente) regelsignalen worden toegevoerd om de slingerhoek van het schip te reduceren. De bewegingssnelheid van zowel roer als van vinnen is eindig, een en ander afhankelijk van het ontwerp van de stuurmachi-ne(s), de sterkte van de konstruktie, enz. Zoals in het bovenstaande reeds is gesignaleerd treden weer problemen op wanneer regelsignalen 40 aan de stuurmachine(s) van roer en/of vinnen worden toegevoerd, die een 8302077 I * 4 hogere snelheid van roer en/of vinnen vereisen dan de maximale snelheid waarmee ze kunnen worden bewogen. Deze problemen zijn onder andere de volgende: - Er treden ontoelaatbaar grote koersfouten op.

5 - De slingerhoeken worden niet meer, of niet meer in de gewenste mate gereduceerd.

- De resulterende roer- en/of vinhoeken worden nodeloos groot hetgeen een ongunstige invloed heeft op de snelheid van het schip en op de levensduur van het stelsel.

10 - Het stelsel kan instabiel worden.

Deze nadelige effecten worden in belangrijke mate gereduceerd bij een verdere uitvoeringsvorm van het laatstgenoemde regelstelsel, welke uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het regelstelsel voorzien is van verdere meetopnemers die een of meer signa-15 len afgeven representatief voor de slingerbeweging van het vaartuig, welke signalen worden toegevoerd aan een regelaar die een stuursignaal afgeeft aan de actuator(s) voor het besturen van de stabilisatievinnen van het vaartuig, waarbij in, voor of na de regelaar een versterker met regelbare versterkingsfactor is opgenomen, dat de veranderingssnelheid 20 van het actuatorstuursignaal in een processor wordt vergeleken met een vooraf bepaalde maximum veranderingssnelheidswaarde, waarop de processor een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de verster-kingsfactor tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderingssnelheid van het actuatorstuursignaal groter is dan de vooraf bepaalde maximum 25 waarde.

Wordt op een vaartuig alleen of in hoofdzaak het roer gebruikt zowel voor koersregeling als voor stabilisatiedoeleinden dan kan het regelstelsel zodanig uitgevoerd worden dat het regelstelsel voorzien is van verdere meetopnemers die een of meer signalen afgeven representa-30 tief voor de slingerbeweging van het vaartuig, welke signalen worden toegevoerd aan de regelaar, en dat de regelaar een gecombineerd uitgangssignaal afgeeft aan de actuators omvattende enerzijds relatief laagfrequente componenten waarmee de koers wordt geregeld alsmede relatief hoogfrequente componenten waarmee de slingerhoek moet worden gere-35 duceerd.

In het bijzonder in situaties waarin het roer van een schip zowel wordt gebruikt voor koersregeling als voor slingerhoekreductie kan het voorkomen dat de boven gesignaleerde verschijnselen niet zozeer optreden ten gevolge van de laagfrequente componenten van het uitgangssig-40 naai van de regelaar, die van invloed zijn op de koers, maar vooral op- 8302077 * · 5 treden ten gevolge van de hoogfrequente componenten. Aangepast daaraan heeft een voorkeursuitvoeringsvorm van het regelstelsel volgens de uitvinding het kenmerk, dat alleen de relatief hoogfrequente componenten in het uitgangssignaal van de regelaar aan de versterker met variabele 5 versterkingsfactor worden toegevoerd en dat het uitgangssignaal van deze versterker wordt gecombineerd met de relatief laagfrequente componenten tot het actuatorstuursignaal.

Zoals reeds werd opgemerkt kan de uitvinding worden toegepast bij regel stel seis waarin het te regelen deel van het proces een al dan niet 10 bewust aangebrachte maximale responsiesnelheid heeft. In het bovenstaande voorbeeld, waarin de uitvinding wordt toegepast in de stuur-machine(s) van een schip, is de snelheidsbegrenzing niet bewust aangebracht, maar ontstaat als gevolg van fysische beperkingen.

Een voorbeeld met bewust aangebrachte begrenzing is te vinden bij 15 de regeling van turbinegeneratoreenheden in elektrische centrales. Afhankelijk van de totale belasting wordt elk van de eenheden in een netwerk met onderling gekoppelde eenheden dusdanig gestuurd dat, rekening houdend met de maximale capaciteit van elk der eenheden, in het totaal het gevraagde vermogen wordt geleverd. Voor elektriciteitsproduktie-20 eenheden worden maximaal toelaatbare belas tings varia tiegrad i'én ten gedefinieerd zodat de vermogensproduktie voor elke eenheid slechts met een beperkte veranderingssnelheid kan worden aangepast aan de variërende belasting. Grote belastingsvariaties kunnen daardoor tot een sterke overshoot in de geproduceerde vermogens leiden. Dat verschijnsel is des 25 te sterker naarmate het aantal eenheden dat in een frequentievermogens-regeling is opgenomen kleiner is.

Dit probleem wordt nu opgelost bij een regelstelsel voor het regelen van een of meer elektriciteitsproduktie-eenheden waarvan de afwijking tussen het totaal te produceren vermogen en het totaal geprodtr-30 ceerde vermogen wordt bepaald met behulp van meetsignalen die de afwijking meten tussen de vooraf bepaalde, gewenste uitwisseling van vermogen over de koppellijnen en de werkelijke uitwisseling, en meetsignalen die de afwijking meten tussen de werkelijke frequentie van de elektrische spanning en de gewenste frequentie, welke laatste afwijking mid-35 dels een evenredigheidsconstante wordt omgezet in een vermogensafwijking, resulterend in ingangssignalen voor een regelaar die aan zijn uitgang(en) stuursignalen afgeeft aan een of meer elektriciteitsproduk-tie-eenheden, welk regelstelsel volgens de uitvinding het kenmerk draagt dat in de regelaar een versterker met regelbare versterkingsfac-40 tor is opgenomen, dat de veranderingssnelheid van het aan iedere elek- 8302077 6 triciteitsproduktie-eenheid toegevoerde stuursignaal in een processor wordt vergeleken met een vooraf bepaalde maximum veranderingsnelheids-waarde waarop de processor een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor gelijk blijft aan een vooraf bepaalde 5 constante waarde wanneer de veranderingssnelheid van alle stuursignalen zich onder het vooraf bepaalde maximum bevindt, of een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderingssnelheid van een van de stuursignalen groter is dan de vooraf bepaalde maximum waarde.

10 Indien een aantal regelstelsels van boven besproken type worden gecombineerd in een regelinrichting teneinde tegelijkertijd een aantal actuators binnen een en hetzelfde proces te beïnvloeden, dan kunnen de regelaars van de diverse regelstelsels onderling zijn gekoppeld. In het geval van een schip met een eerste regelstelsel voor de roerstuurmachi-15 ne en een tweede regelstelsel voor de vinstuurmachine(s) kunnen derhalve de regelaars van de beide regelstelsels met elkaar gekoppeld zijn.

Een bijzonder eenvoudige en gemakkelijk aan de omstandigheden aan te passen uitvoeringsvorm kan worden gerealiseerd indien het opwekken van een signaal evenredig met de absolute waarde van de veranderings-20 snelheid van het stuursignaal, het bepalen van de maxima in dit signaal, het vergelijken van deze maxima met een vooraf bepaalde maximale veranderingssnelheidwaarde, het delen van het door te laten signaal op de maximale veranderingssnelheidswaarde worden uitgevoerd in een microprocessor of microcomputer voorzien van een ingang voor ontvangst van 25 het stuursignaal, middelen voor het invoeren van een maximale veranderingssnelheidswaarde en een uitgang voor afgifte van het aangepaste stuursignaal.

De uitvinding wordt niet alleen belichaamd door een regelstelsel of regelinrichting van bovengenoemde soort, maar wordt eveneens beli-30 chaamd in een schip voorzien van een regelstelsel of regelinrichting van bovengenoemde soort, een elektriciteitsproduktie-eenheid opgenomen in een regelcircuit waarin de uitvinding wordt toegepast, en andere inrichtingen met een al dan niet bewust ingebrachte beperkte snelheidsbe-grenzing in het te regelen deel van een proces in verband waarmee de 35 uitvinding wordt toegepast.

De uitvinding zal in het volgende in meer detail worden besproken aan de hand van de bijgaande figuren.

Figuur 1 toont een algemeen regelstelsel waarin de uitvinding wordt toegepast.

40 Figuur 2 toont de toepassing van de uitvinding bij een schip voor- 8302077 » % 7 zien van een roerstuurmachine en een vinstuurmachine met bijbehorende regelaars.

Figuur 3 toont in meer detail de toegevoegde eenheid volgens de uitvinding.

5 Figuur 4 toont een andere uitvoeringsvorm van de toegevoegde een heid volgens de uitvinding.

Figuur 5 toont mogelijke signaalvormen op twee plaatsen in de schema’s van de figuren 3 en 4.

Figuur 6 geeft grafisch de invloed weer op de koers van een schip 10 indien de uitvinding wordt toegepast bij een koersautomaat.

Figuur 7 toont de invloed van de uitvinding indien aan de koersautomaat tevens met de slingerbeweging van het schip corresponderende signalen worden toegevoerd.

Figuur 8 toont de toepassing van de uitvinding bij een elektrische 15 centrale.

Figuur 9 illustreert grafisch de invloed van de uitvinding in de toepassing van figuur 8.

Figuur 1 toont in zijn algemeenheid een regelstelsel bestaande uit een regelaar 1, een in snelheid begrensd element 2 en een door dit ele-20 ment te beïnvloeden proces 3. Een of meerdere uitgangssignalen van het proces 3 worden door daartoe aanwezige middelen bepaald en gecombineerd met op geschikte wijze toegevoerde instelwaarden in het knooppunt 4.

Het gecombineerde signaal wordt toegevoerd aan de regelaar 1.

Doordat het element 2 in snelheid is begrensd treden de in het bo-25 venstaande reeds gesignaleerde problemen op indien de regelaar 1 een signaal afgeeft waarop het element in feite zou moeten reageren met een snelheid die hoger is dan zijn maximale snelheid. Volgens de uitvinding wordt nu voor, in of na de regelaar een element 5, 5“ of 5” ingevoegd en aan dit element wordt een stuursignaal toegevoerd dat via een pro-30 cessor 6 wordt afgeleid uit het naar de actuator toegevoerde stuursignaal. De eenheid 5 (5', 5") heeft tot taak heeft het uitgangssignaal van de regelaar 1 te verzwakken indien dit uitgangssignaal een te hoge snelheid van het element 2 zou vereisen. Door de verzwakking in de eenheid 5 (5’, 5’’) wordt bereikt dat het aan het element 2 toegevoerde 35 stuursignaal altijd van zodanige aard is dat de maximale snelheid van het element niet wordt overschreden.

Details van de eenheid 5 (5’, 5”) in figuur 1 zullen in het volgende nog worden besproken.

Figuur 2 toont in algemene zin de toepassing van de uitvinding bij 40 een schip dat voorzien is van een roerstuurmachine en/of een vinstuur- 8302077 8 machine. In figuur 2 zijn in principe twee regellussen aangegeven, waarbij de eerste lus omvat de koersregelaar 11 die een actuatorstuur-signaal afgeett aan de roerstuurmachlne 12 waardoor de roerhoek van het schip 13 wordt beïnvloed. Koersinformatie van het schip wordt door mid-5 del van geschikte opnemers teruggevoerd naar de koersregelaar 11 terwijl verder via een afzonderlijke ingang een met de gewenste koers overeenstemmend signaal in de koersregelaar 11 wordt ingevoerd. Tussen de koersregelaar 11 en de roerstuurmachlne 12 is de toegevoegde eenheid 16 volgens de uitvinding opgenomen.

10 De tweede regellus omvat de slingerhoekregelaar 14 die een actua- torstuursignaal levert aan de vinstuurmachine(s) 15 waardoor de aan bet schip 13 aanwezige vinnen zodanig worden geregeld dat de slingerhoek van het schip geminimaliseerd wordt. Informatie omtrent de slingerbeweging van het schip 13 wordt teruggevoerd naar de slingerhoekregelaar 15 14. Tussen de slingerhoekregelaar 14 en de vinstuurmachine(s) 15 is de toegevoegde eenheid 17 volgens de uitvinding aanwezig.

Zoals in de figuur is aangegeven werken op het schip allerlei verstoringen in als gevolg van wind, golven, enz., welke verstoringen zowel tot koersafwijkingen als tot slingeringen van het schip kunnen lei-20 den. De bovenste regellus 11, 12, 13, 16 is in principe bestemd voor het regelen van de koers en de onderste regellus 13, 14, 17, 15 is in principe bestemd voor het reduceren van de slingerhoek, maar het zal duidelijk zijn dat beide regellussen invloed op elkaar uitoefenen en derhalve kunnen de koersregelaar 11 en de slingerhoekregelaar 14 met 25 elkaar gekoppeld zijn zoals met een tweerichtingsverbinding in de figuur is aangegeven.

In elk van de regellussen zorgt de betreffende toegevoegde eenheid volgens de uitvinding 16 respectievelijk 17 ervoor dat het regelsig-naal, dat naar de betreffende stuurmachine wordt toegevoerd, nog juist 30 zonder snelheidsbegrenzing door de betreffende stuurmachine kan worden verwerkt. In de toegevoegde eenheid 16, 17 wordt daartoe indien nodig het door de koersregelaar respectievelijk slingerhoekregelaar afgegeven signaal tijdelijk verzwakt zodanig dat de actuator niet in zijn snelheidsbegrenzing komt en in het lineaire gebied blijft functioneren zon-35 der dat er begrenzingen in de lus optreden die kunnen leiden tot ongewenste gedragingen of instabiliteiten. Alhoewel zowel in figuur 1 als in figuur 2 een aparte toegevoegde eenheid in elke regellus is geïllustreerd zal het duidelijk zijn dat ook in de koersregelaar zelf een versterkiiigsfactor kan worden gevarieerd in welk geval een combinatie 40 wordt verkregen van de koersregelaar 11 met de toegevoerde eenheid 16 8302077 .....’flu 9 respectievelijk van de slingerhoekregelaar 14 met de toegevoegde eenheid 17.

Wordt de uitvinding toegepast bij een schip waarvan het roer zowel wordt gebruikt voor het in stand houden van een gewenste koers als voor 5 het reduceren van de slingerhoek dan zal de roerstuurmachine zowel signalen toegevoerd krijgen van de koersregelaar 11 als van de slingerhoekregelaar 14. In dat geval worden de blokken 17 en 15 in figuur 2 geëlimineerd en kunnen de regelaars 11 en 14 tot één enkele regelaar gecombineerd worden.

10 Alhoewel dit in figuur 2 niet is weergegeven verdient het de voor keur om zowel aan de koersregelaar 11 als aan de slingerhoekregelaar 14 informatie toe te voeren omtrent de snelheid waarmee het schip vaart.

In figuur 3 is een blokschema gegeven van een toegevoegde eenheid volgens de uitvinding. Het door de regelaar afgegeven stuursignaal u 15 wordt toegevoerd aan een vermenigvuldiger 21 aan de uitgang waarvan het actuatorstuursignaal Ug wordt afgegeven. Dit actuatorstuursignaal wordt eveneens toegevoerd aan een eenheid 22 waarin de snelheid van het actuatorstuursignaal dug/dt wordt bepaald. Deze eenheid 22 kan bijvoorbeeld bestaan uit een eenvoudige differentiator of uitgevoerd zijn 20 als een meer uitgebreid schattingsfilter. Het uitgangssignaal van de eenheid 22 wordt toegevoerd aan de eenheid 23 waarin de absolute waarde van het snelheidssignaal |dug/dt| wordt bepaald, dat toegevoerd wordt aan de piekdetector 24. Het uitgangssignaal van de piekdetector 24 wordt toegevoerd aan de ene ingang van comparator 25, aan de andere in-25 gang waarvan een vooraf bepaalde maximale snelheidswaarde (dUg/dt)max wordt toegevoerd. De comparator 25 bepaalt welk van de twee signalen aan de ingang het grootste Is en laat dit grootste ingangssignaal door naar de deler 26 waarin het ontvangen signaal wordt gedeeld op de vooraf bepaalde maximale snelheidssignaalwaarde 30 (dUg/dt)max. Het uitgangssignaal van de deler 26 wordt toegevoerd aan de vermenigvuldiger 21.

Zolang het uitgangssignaal van de piekdetector 24 kleiner is dan het signaal (dUg/dt)max zal de comparator 25 het grootste van beide signalen, te weten het signaal (dug/dt)max doorgeven naar 35 de deler 26 waarin dit signaal op zichzelf wordt gedeeld. Het resulterende eenheidssignaal dat toegevoerd wordt naar de vermenigvuldiger 21 zorgt er dus voor dat in feite het ingangssignaal u ongewijzigd (met uitzondering van een eventuele constante versterkingsfactor) als actuatorstuursignaal Ug wordt doorgegeven naar de uitgang van de toege-40 voegde eenheid volgens de uitvinding.

8302077 10

Als echter het uitgangssignaal van de piekdetector 24 groter is dan het signaal (dug/dt)^^ dan zal dit grotere uitgangssignaal van de piekdetector 24 door de comparator 25 worden doorgelaten naar de deler 26 waar dit grotere uitgangssignaal wordt gedeeld op (dug/dt)max 5 met als resultaat een signaal dat kleiner is dan het eenheidssignaal. Dit kleinere signaal aan de uitgang van de deler 26 leidt er in de vermenigvuldiger 21 toe dat het actuatorstuursignaal Ug kleiner wordt en wel zodanig dat de actuator het kleinere actuatorstuursignaal ug nog juist kan volgen zonder dat er begrenzingen optreden.

10 Om te vermijden dat de regellus in de nieuwe toestand met een kleiner actuatorstuursignaal ug blijft heeft bijvoorbeeld de piekdetector 24 een afvallend karakter, dat wil zeggen de piekdetector moet het hoogst gemeten signaal niet continu vasthouden maar na het verdwijnen van de piek in het signaal naar nul verlopen zoals in figuur 5 is 15 aangegeven, totdat de piekdetector het aan zijn ingang toegevoegd signaal weer gaat volgen.

Figuur 5a toont een mogelijk ingangssignaal |dug/dt| van de piekdetector 24 en figuur 5b toont mogelijke uitgangssignalen p van de piekdetector 24. Zoals in figuur 5 is aangegeven wordt op het tijdstip 20 tl een piek bereikt in het snelheidsslgnaal |dug/dt|. Vanaf dat moment zal het uitgangssignaal van de piekdetector ofwel direct ofwel na een zekere vertragingsperiode naar nul verlopen totdat het ingangssignaal van de piekdetector weer groter wordt dan het uitgangssignaal, op welk moment de piekdetector het ingangssignaal weer volgt. Met een 25 streepjeslijn a is een langzaam dalende karakteristiek aangegeven terwijl de streepjeslijn b een sneller dalende karakteristiek aangeeft. De stippellijn c duidt op een situatie waarin het maximum signaal in de piekdetector gedurende een vooraf bepaalde periode wordt vastgehouden waarna de piekdetector vervolgens langzaam naar nul verloopt totdat het 30 ingangssignaal weer groter wordt dan het uitgangssignaal. Ook bij de volgende piek in het ingangssignaal |dug/dt| op het tijdstip t2 kan de piekdetector reageren volgens een kromme a, b, c of een eventueel andere niet geïllustreerde mogelijke variatiekromme. Welke dalingska-rakteristiek van de piekdetector moet worden gekozen hangt af van de 35 gewenste eigenschappen van het regelstelsel.

Gaat het bij een piek in het snelheidsslgnaal |dug/dt| om een eenmalige gebeurtenis dan zal de eenheid volgens de uitvinding de ver-sterkingsfactor weer langzaam op laten lopen naar zijn oorspronkelijke waarde als gevolg van het variërende uitgangssignaal van de piekdetec-40 tor 24. Betreft het een veel voorkomende gebeurtenis dan zal de eenheid 8302077 11 volgens de uitvinding voortdurend ingrijpen. Het netto effect is dat van een minder krachtig ingestelde regelaar zodat het stelsel als geheel adapterende eigenschappen heeft verkregen.

Figuur 4 geeft een enigszins gewijzigde uitvoeringsvorm van de 5 eenheid volgens de uitvinding in blokschema weer. De in deze eenheid gebruikte circuits die overeenkomen met die van figuur 3 en ook dezelfde functie vervullen zijn aangeduid met dezelfde referentietekens. Zoals blijkt uit figuur 4 is deze eenheid alleen verschillend wat betreft de circuits 20', 211 en 27. In deze eenheid worden de lager frequente 10 componenten van het door de regelaar afgegeven stuursignaal, aangegeven met χΐψ , toegevoerd aan een knooppunt 27 waar deze componenten worden gecombineerd met het uitgangssignaal van de vermenigvuldiger 21 *. De hoger frequente componenten αψ , worden toegevoerd aan de ene ingang van de vermenigvuldiger 21’, terwijl het uitgangssignaal van de deler 15 26 toegevoerd wordt aan de andere ingang van de vermenigvuldiger. De werking van deze eenheid uit figuur 4 is in hoofdzaak hetzelfde als die van figuur 3, maar uit figuur 4 zal duidelijk zijn dat de door de eenheid volgens de uitvinding teweeg gebrachte verzwakking niet geldt voor het gehele door de regelaar afgegeven stuursignaal maar alleen geldt 20 voor de hoger frequente componenten ty die in de vermenigvuldiger 21* zonodig worden verzwakt en eventueel na verzwakking worden gecombineerd met de lager frequente componenten uy in het knooppunt 27. De in figuur 5 weergegeven signaalvormen gelden ook voor deze uitvoeringsvorm.

25 Figuur 6 illustreert het effect van de uitvinding bij een regelaar die alleen de koers regelt. In deze figuur is de koersafwijking^ uitgezet tegen de tijd. De stippellijn representeert het actuatorstuursig-naal zonder toepassing van de uitvinding, en de getrokken lijn toont het door toepassing van de uitvinding gecorrigeerde actuatorsignaal.

30 Figuur / illustreert het effect van de uitvinding bij een regelaar die zowel de koers regelt als ook de slingerhoek tracht te reduceren.

In deze figuur is de koersafwijking ψ uitgezet tegen de tijd. De stippellijn representeert het actuatorstuursignaal zonder toepassing van de uitvinding, en de getrokken lijn toont het door toepassing van de uit-35 vinding gecorrigeerde actuatorsignaal.

Figuur 8 illustreert een geheel andere toepassing van de uitvinding. In deze figuur zijn een aantal elektriciteitsproduktie-eenheden 30^...30η weergegeven die worden gestuurd door een regelaar 31. Deze regelaar 31 wordt gestuurd door een signaal dat een maat Is voor de 40 afwijking tussen de gewenste vermogensproduktie en het werkelijk gepro- 8302077 12 duceerde vermogen, afkomstig uit het knooppunt 35, waar ten eerste de afwijking binnenkomt tussen de gewenste uitwisseling van vermogen over de koppellijnen en de werkelijke uitwisseling, afkomstig van knooppunt 32, en waar ten tweede een gewenste vermogensverandering binnenkomt, 5 die via een evenredigheid scons tante λ afgeleid is uit de afwijking tussen de werkelijke netfrequentie en de gewenste netfrequentie afkomstig uit knooppunt 34. In het knooppunt 34 wordt de momentane netfrequentie f vergeleken met de nominale netfrequentie fQ en de uitgangssignalen van de knooppunten 33 en 34 worden in het verdere knooppunt 35 gecombi-10 neerd tot het ingangssignaal <£. voor de regelaar 31. Deze regelaar 31 geeft aan zijn uitgang het stuursignaal u af dat aan alle elektrici-teitsproduktie-eenheden wordt toegevoerd via een toegevoegde eenheid volgens de uitvinding 36, en een bijbehorende versterker 37^...37n elk met een eigen versterkingsfactor Deze versterkers 15 37^...37n zorgen ervoor dat produktie-eenheden van verschillend maximaal vermogen in het regelstelsel kunnen worden toegepast en daarbij allemaal, afhankelijk van het betreffende maximale vermogen in de gewenste mate worden belast. Zoals in het bovenstaande al werd opgemerkt worden er bewust grenzen gesteld aan de snelheid waarmee het af-20 gegeven vermogen van elk van de elektriciteitsproduktie-eenheden mag worden veranderd en de toegevoegde eenheid 36 zorgt er nu voor op de in het bovenstaande inmiddels beschreven wijze dat de gestelde grenzen niet worden overschreden. Inwendig kan de processor 38 in de eenheid 36 weer uitgevoerd worden als aangegeven is in de figuren 3 en 4, met 25 dienverstande dat in dit geval de blokken 22 tot en met 26 voor elke produktie-eenheid apart dienen te worden uitgevoerd waarna aan blok 21 de minimale waarde van alle blokken 26 wordt toegevoerd. In de figuur is dit aangegeven met een reeks blokken 22j_...26^ tot en met 22n«..26n, aangesloten op de minimale waarde bepalings eenheid 29, 30 die het stuursignaal aan de versterkertrap 39 levert.

Figuur 9 geeft grafisch de invloed weer van toepassing van de uitvinding bij een regelstelsel voorzien van een begrenzend element in het te regelen proces, in het bijzonder de frequentievermogensregeling van een elektriciteitscentrale waarvan de responsiesnelheid van een produk-35 tie-eenheid is begrensd op 3 MW/min. Wordt door de regelaar een signaal afgegeven op de grens van het toelaatbare snelheidsbereik dan zal het stelsel reageren als aangegeven is met de lijnen 40 en 41 in figuur 6, d.w.z. het elektrisch vermogen zal met de maximaal toelaatbare snelheid worden gewijzigd (lijn 40) en daarna stabiel op de gewenste waarde 40 blijven (lijn 41).

8302077 "'Ί 13

Wordt er door het stuursignaal een te snelle verandering van het vermogen gevraagd dan ontstaat er overshoot zoals aangegeven is met lijn 42. Wordt echter in dat geval de uitvinding toegepast dan zal de toegevoegde eenheid ervoor zorgen dat aanvankelijk lijn 40 wordt ge-5 volgd. Wanneer het gewenste vermogen bereikt is dan zal de regeling terecht komen op de lijn 41.

Het is mogelijk om het stelsel volgens de uitvinding op geheel analoge wijze uit te voeren. Toepassing van een microcomputer of microprocessor leidt echter tot een aanzienlijke reductie van het aantal 10 componenten. De processtappen die uitgevoerd moeten worden in de diverse blokken in de figuren 3 en 4 kunnen op eenvoudige wijze sequentieel worden uitgevoerd in een microcomputer of microprocessor en de daarmee gerealiseerde kant en klare eenheid kan gemakkelijk worden aangepast aan het specifieke gebruiksdoel door invoering van een andere maximale 15 veranderingssnelheidswaarde via daartoe geschikte invoermiddelen. Ook de afvalkarakteristiek van de piekdetector kan bij een microprocessor-uitvoering gemakkelijk en zeer flexibel worden aangepast aan de betreffende toepassing.

De microprocessor of microcomputer kan voorzien worden van een ge~ 20 schikte interface voor het ontvangen van het signaal van de regelaar en voor het afgeven van het eventueel gecorrigeerde signaal aan het te regelen deel van het proces. Bijzonder voordelig is een microcomputer of microprocessor indien de eenheid volgens de uitvinding wordt toegevoegd aan een bestaand regelstelsel waarin de signaalverwerking al op digita-25 le wijze plaats vindt.

8302077

Claims

1. Regelstelsel voorzien van een regelaar die een stuursignaal afgeeft aan een te regelen deel van een proces van welk proces een of meer signalen worden gemeten die tezamen met instelwaarden via een in- 5 gangsknooppunt worden toegevoerd aan de regelaar, met het kenmerk, dat tussen het ingangsknooppunt en het te regelen deel van het proces een versterker met regelbare versterkingsfactor is opgenomen, dat de veran-deringssnelheid van het aan het te regelen deel van het proces toegevoerde stuursignaal in een processor wordt vergeleken met een vooraf 10 bepaalde maximum veranderingssnelheidswaarde, waarop de processor een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor gelijk blijft aan een vooraf bepaalde constante waarde wanneer de verandering s snelheid van het stuursignaal zich onder het vooraf bepaalde maximum bevindt, of een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee 15 de versterkingsfactor tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderings-snelheid van het stuursignaal groter is dan de vooraf bepaalde maximum waarde.

2. Regelstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de waarde van het versterkingsregelsignaal omgekeerd evenredig is met de mate 20 waarin de veranderingssnelheid van het stuursignaal de vooraf bepaalde maximale veranderingssnelheidswaarde overschrijdt.

3. Regelstelsel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat in de processor een signaal wordt opgewekt evenredig met de absolute waarde van de veranderingssnelheid van het stuursignaal, welk signaal wordt 25 toegevoerd aan een piekdetector waarvan het uitgangssignaal in een comparator wordt vergeleken met een signaal dat de vooraf bepaalde maximale veranderingssnelheid vertegenwoordigt, welke comparator het grootste van beide signalen doorlaat naar een deler waarin de waarde van het vooraf bepaalde maximale veranderingssnelheidssignaal wordt gedeeld 30 door de waarde van het doorgelaten signaal resulterend in een uitgangssignaal dat als regelsignaal wordt toegevoerd aan de versterker met regelbare versterkingsfactor.

4. Regelstelsel voor toepassing op een vaartuig, voorzien van een regelaar die een stuursignaal toevoert aan een of meer actuators voor 35 het bedienen van roer en/of vinnen van het vaartuig en tenminste een meetopnemer voor het afgeven van een signaal representatief voor de •werkelijke koers, welk signaal tezamen met het instelsignaal voor de gewenste koers via een ingangsknooppunt wordt toegevoerd aan de regelaar, met het kenmerk, dat tussen het ingangsknooppunt en de actua-40 tor(s) een versterker met regelbare versterkingsfactor is opgenomen, 8302077 '"INI dat de veranderingssnelheid van het aan de actuator(s) toegevoerde actuators tuur signaal in een processor wordt vergeleken met een vooraf bepaalde maximum veranderingssnelheidsvaarde, waarop de processor een re-gelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor ge-5 lijk blijft aan een vooraf bepaalde constante waarde wanneer de veranderingssnelheid van het actuatorstuursignaal zich onder het vooraf bepaalde maximum bevindt, of een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderingssnelheid van het actuatorstuursignaal groter is dan de vooraf 10 bepaalde maximum waarde·

5. Regelstelsel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het re-gelstelsel voorzien is van tenminste een verdere meetopnemer die een signaal afgeeft representatief voor de slingerbeweging van het vaartuig, welk signaal wordt toegevoerd aan een regelaar die een stuursig- 15 naai afgeeft aan de actuator(s) voor het besturen van de stabilisatie-vinnen van het vaartuig, waarbij in, voor of na de regelaar een versterker met regelbare versterkingsfactor is opgenomen, dat de veranderingssnelheid van het actuatorstuursignaal in een processor wordt vergeleken met een vooraf bepaalde maximum veranderingssnelheidswaarde, 20 waarop de processor een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de versterkingsfactor tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderingssnelheid van het actuatorstuursignaal groter is dan de vooraf bepaalde maximum waarde.

6. Regelstelsel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het re- 25 gelstelsel voorzien is van een verdere meetopnemer die een signaal afgeeft representatief voor de slingerhoek van het vaartuig, welk signaal wordt toegevoerd aan de regelaar, en dat de regelaar een gecombineerd uitgangssignaal afgeeft aan de actuator(s) omvattende enerzijds relatief laagfrecmente componenten waarmee de koers van het schip wordt be-

30 Invloed alsmede relatief hoogfrequente componenten waarmee de slingerhoek moet worden gereduceerd.

7. Regelstelsel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat alleen de relatief hoogfrequente componenten in het uitgangssignaal van de regelaar aan de versterker met variabele versterkingsfactor worden toege- 35 voerd, en dat het uitgangssignaal van deze versterker wordt gecombineerd met de relatief lager frequente componenten tot het actuatorstuursignaal.

8. Regelinrichting volgens conclusie 3 of een der daarnaar terugverwijzende conclusies met het kenmerk, dat het opwekken van een sig- 40 naai evenredig met de absolute waarde van de veranderingssnelheid van 8302077 het stuursignaal, het bepalen van de maxima in dit signaal, het vergelijken van deze maxima met een vooraf bepaalde maximale veranderings-snelheidwaarde, het delen van het door te laten signaal op de maximale veranderingssnelheidswaarde worden uitgevoerd in een microprocessor of 5 microcomputer voorzien van een ingang voor ontvangst van het stuursignaal, middelen voor het invoeren van een maximale veranderingssnelheidswaarde en een uitgang voor afgifte van het aangepaste stuursignaal .

9. Vaartuig voorzien van een regelstelsel volgens een der voor-10 gaande conclusies 4-8.

10. Regelstelsel voor het regelen van een of meer elektriciteits-produktie-eenheden waarvan de afwijking tussen het totaal te produceren vermogen en het totaal geproduceerde vermogen wordt bepaald met behulp van meetsignalen, die de afwijking meten tussen de vooraf bepaalde ge- 15 wenste uitwisseling van vermogen over de koppellijnen en de werkelijke uitwisseling, en meetsignalen die de afwijking meten tussen de werkelijke frequentie van de elektrische spanning en de gewenste frequentie, welke laatste afwijking middels een evenredigheidsconstante wordt omgezet in een vermogensafwijking, resulterend in ingangssignalen voor een 20 regelaar die aan zijn uitgang(en) stuursignalen afgeeft aan een of meer elektriciteitsproduktie-eenheden, met het kenmerk dat in de regelaar een versterker met regelbare versterklngsfactor is opgenoraen, dat de veranderingssnelheid van het aan iedere elektrlclteitsproduktie-eenheid toegevoerde stuursignaal in een processor wordt vergeleken met een 25 vooraf bepaalde maximum veranderingssnelheidswaarde, waarop de processor een regelsignaal toevoert aan de versterker waarmee de verster-kingsfactor gelijk blijft aan een vooraf bepaalde constante waarde wanneer de veranderingssnelheid van alle stuursignaal zich onder het vooraf bepaalde maximum bevindt, of een regelsignaal toevoert aan de ver-30 sterker waarmee de versterkingsfactor tijdelijk wordt verlaagd indien de veranderingssnelheid een van de stuursignalen groter is dan de vooraf bepaalde maximum waarde.

11. Elektriciteitsproduktie-eenheid voorzien van een regelstelsel volgens conclusie 10. ********* 8302077