WO2023079164A1 - Verfahren zur steuerung eines reglers - Google Patents

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WO2023079164A1 PCT/EP2022/081079 EP2022081079W WO2023079164A1 WO 2023079164 A1 WO2023079164 A1 WO 2023079164A1 EP 2022081079 W EP2022081079 W EP 2022081079W WO 2023079164 A1 WO2023079164 A1 WO 2023079164A1
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Andreas FIEBIGER
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Samson Aktiengesellschaft
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    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a controller according to the type specified in the preamble of claim 1.
  • the method is preferably used to control the position of a pneumatic actuator in a control valve.
  • the position control is carried out by supplying or discharging air by means of at least two valves.
  • the position control has three possible states due to the valves: pressurize, vent and hold. These states are regulated via a control unit.
  • a control circuit usually has a reference variable, a controller, a controlled system with a disturbance variable, a controlled variable and a feedback.
  • the returned controlled variable forms the control deviation together with the reference variable.
  • the control deviation is converted into a manipulated variable by the controller.
  • the manipulated variable is converted into a controlled variable by the controlled system due to the influence of the disturbance variable.
  • a three-point controller is usually used as the controller.
  • the control with a three-point controller can be implemented with a feedback controlled variable. On the one hand, this leads to fewer switching cycles and quick positioning times, but on the other hand to poor control quality.
  • a further possibility of control with a three-point controller is the feedback of a second signal.
  • DE 10 2019 201 798 A1 discloses a drive system that has a trajectory planning unit that forms a two-part trajectory signal, with a first signal section having a straight signal curve and a second signal section having an asymptotic signal curve.
  • the signal curve is generated by the trajectory planning unit by combining different control elements.
  • the trajectory planning unit is connected upstream of the actuating unit in the drive system, comprising a control unit and an actuator unit.
  • the invention is based on the object of developing a method for controlling a controller of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that the controller has a low control deviation, short switching time and a long service life.
  • the invention is based on the finding that a combination of two control types avoids the respective disadvantages.
  • the control is characterized by at least two feedbacks of at least two states, a first status feedback with a first status being configured as a controlled variable x and forming a control difference e together with the setpoint w, and a second status feedback with the second status as a first time derivative dx/dt of the first state x is formed and the control difference e is corrected by a product with an adjustable parameter Vr, the corrected value being in the form of an adjusted control difference e*, and the parameter Vr depending on the control difference e.
  • the time derivation of the first state is preferably implemented by a DT1 element.
  • DT1 elements are particularly suitable, since high frequencies are strongly amplified by a D0 element, for example. This would lead to unnecessary adjustment processes and falsified signals.
  • a DT1 element limits the amplification for high frequencies to a harmless value.
  • the first state x is preferably in the form of a valve position variable of the control valve and the adjustable parameter Vr is in the form of a time unit. This enables direct control of the actuator in the control valve.
  • a characteristic curve of the adjustable parameter Vr to the control difference e has a trapezoidal shape, with a starting point of the characteristic curve eil not being equal to the zero point. Smaller dead zones can be set using the characteristic curve.
  • a control unit is preferably provided for controlling the regulator.
  • a control valve position can be recorded by the control unit and an actual position can be set according to a reference variable w.
  • the drive is preferably designed as a pressure-medium-operated drive, as a result of which a high power density of the drive can be implemented.
  • valves are provided for the controller in order to be able to implement the required three states. This is advantageous because the valves can be used to achieve high actuating speeds.
  • the valves are preferably 2/2-way solenoid valves, comprising a magnetic core, a coil and an armature that switches between the open and closed position, with the regulator being able to operate as a 3/2-way valve works. As a result, a single-acting actuator is controlled.
  • the solenoid valves are preferably designed as directly controlled valves with retaining springs. Due to the design of the valves as directly controlled solenoid valves with retaining springs, the valves switch to the predetermined safe position when the voltage is removed by the spring force and/or with the aid of the form.
  • both valves can be activated independently of one another, as a result of which three states can be implemented.
  • the solenoid valves preferably have three fluidic connections, with a first connection being designed as an air supply connection, a second connection as an exhaust air connection and a third connection as a ventilation connection.
  • the vent port vents against atmospheric pressure.
  • the three fluidic connections allow a simple venting through the venting connection.
  • At least one solenoid valve is designed for venting and at least one other solenoid valve for venting the control valve.
  • the regulator comprises four 2/2-way solenoid valves, with the regulator acting as a 5/3-way valve. This enables control of a double-acting actuator with two pressure chambers.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the control circuit for controlling the positioner with a three-point control
  • FIG. 2 shows a schematic complete view of the process arrangement for operating a process control valve
  • FIG. 3 is a representation of two graphs of valve position magnitude versus time and control output versus time for a prior art controller
  • FIG. 4 is a representation of two diagrams which show the valve position variable versus time on the one hand and the control output versus time on the other for the control according to the invention.
  • 1 shows a schematic view of the control circuit 10 for controlling the position controller 12 with a three-point controller 14.
  • the control circuit 10 from Fig. 1 comprises the command variable w, the three-point controller 14, the controlled system 16, a first status feedback 18 and a second status feedback 20.
  • the first status feedback 18 feeds back the controlled variable x and forms the control deviation e with the command variable w.
  • the second status feedback 20 includes a DT1 element 22 and a characteristic 24 of an adjustable parameter Vr.
  • the second status feedback 20 returns the controlled variable x to the DT1 element 22 .
  • the controlled variable x is derived by the DT1 element 22 according to time dx/dt.
  • the derived controlled variable dx/dt is multiplied by the adjustable parameter Vr.
  • the resulting product, together with the control deviation e, forms the corrected control deviation e*.
  • the corrected system deviation e* is converted by the three-point controller 14 into the manipulated variable y.
  • the manipulated variable y is then converted into the controlled variable x via the controlled system 16 .
  • the DT1 element 22 is formed, for example, from a series connection of a D element and a PT1 element.
  • the characteristic curve 24 of the adjustable parameter Vr has a trapezoidal shape.
  • the characteristic curve 24 has an x-axis on which the control deviation e is applied. This is in the form of an amount in FIG. In this case, the characteristic curve 24 limits the second status feedback to the value range of the control deviation e in the range eil ⁇
  • the y-axis of the characteristic 24 has the adjustable parameter Vr.
  • the characteristic curve 24 has a plateau in the axial direction along the y-axis. This plateau is formed by the maximum adjustable parameter Vrjnax.
  • the characteristic curve 24 can be configured both symmetrically and asymmetrically in relation to an axis of symmetry that runs in the axial direction along the y-axis and intersects the plateau in the middle.
  • the adjustable parameter Vr is therefore dependent on the control deviation e.
  • the controlled system 16 is formed by the used solenoid valves 26, 28, the simple pneumatic drive 30 and a valve 32.
  • the controlled variable x is in the form of a valve position variable and the adjustable parameter Vr is in the form of a time unit.
  • FIG. 2 A schematic complete view of the process arrangement 34 for operating a process control valve 36 is shown in FIG. 2 .
  • the process assembly 34 includes a process control valve 36 and a position controller 12.
  • the process control valve 36 is made up of a valve 32 , a position sensor 40 and an actuator 42 .
  • the position controller 12 includes a control unit 44, a first solenoid valve 26 and a second solenoid valve 28.
  • the second solenoid valve 48 is connected to a vent port 30b, which vents against atmospheric pressure in particular.
  • the first solenoid valve 26 is connected to a supply air connection 30b.
  • the two solenoid valves 26,28 are preferably 2/2-way solenoid valves.
  • a command variable w for example a 4-20 mA signal, is fed to the control unit 44 through a control terminal 31 by a control room.
  • the control unit 44 is connected to the position sensor 40 via the valve position feedback.
  • the two solenoid valves 26 , 28 for controlling the valve position of the process control valve 36 are regulated by the control unit 44 .
  • the first solenoid valve 26 and the second solenoid valve 28 each have a binary effect with an open position and a closed position. This enables four states, the state in which both valves 26, 28 are in an open position being inadmissible. The three states are in the form of pressurizing, venting and holding to control the actuator 42 in the process control valve 36 .
  • the first solenoid valve 26 is designed for venting and the second solenoid valve 28 for venting.
  • the two solenoid valves 26, 28 are designed in such a way that they are each held in a starting position by a respective retaining spring in a de-energized state. In the initial position, the first solenoid valve 26 is closed and the second solenoid valve 28 is open. This represents the venting state.
  • Both valves are switched for the venting state, so that the first solenoid valve 26 is in an open position and the second solenoid valve 28 is in a closed position.
  • the holding state is formed by switching the second solenoid valve 28, as a result of which both solenoid valves 26, 28 are in a closed position.
  • the three states are controlled via the three-point controller 14 in the control circuit 10 from FIG.
  • the position controller 38 is used to operate a double-acting actuator. This has four solenoid valves. Four 2/2-way valves are preferably used.
  • the positioner 12 acts as a 5/3-way valve.
  • valve position variable is on the y-axis and the time on the x-axis for a control that is formed by two state feedbacks, one containing the valve position variable and another the product of the time-derived valve position variable dx/ dt returns with a parameter.
  • the graph shown with a broken line represents the reference variable w and the graph shown with a solid line shows the controlled variable x. The positioning time for this control is slow, but has a high control quality.
  • controller output y is shown on the y-axis and the time on the x-axis. This part shows many switching cycles of the control.
  • FIG. 4 shows the two graphs from FIG. 3 for the regulation according to the invention. This shows that by combining the functionality of the two status feedbacks 18, 20, with the second status feedback 20 only becoming active above a predetermined controlled variable x, control with few switching cycles, high control quality and fast actuating times is implemented.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Reglers (12) zum Betätigen eines Antriebs für ein Stellventil (36) mittels einer Dreipunktregelung (14). Ein zugehöriger Regelkreis (10) weist zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand mit zumindest einer ersten Zustandsrückführung (18) und einer zweiten Zustandsrückführung (20) auf. Erfindungsgemäß ist die erste Zustandsrückführung (18) mit dem ersten Zustand als eine Regelgröße (x) ausgebildet. Zusammen mit einem Sollwert (w) wird eine Regeldifferenz (e) gebildet Die zweite Zustandsrückführung (20) ist mit dem zweiten Zustand als eine erste, zeitliche Ableitung (dx/dt) des ersten Zustands (x) ausgebildet. Durch ein Produkt mit einem einstellbaren Parameter (Vr) wird die Regeldifferenz (e) korrigiert. Der korrigierte Wert ist als eine angepasste Regeldifferenz (e*) ausgebildet. Der Parameter (Vr) ist abhängig von der Regeldifferenz (e).

Description

Verfahren zur Steuerung eines Reglers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Reglers gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Das Verfahren wird vorzugsweise für die Stellungsregelung eines pneumatischen Aktuators in einem Stellventil eingesetzt. Die Stellungsregelung wird hierbei durch das Zuführen bzw. Abführen von Luft mittels zumindest zweier Ventile durchgeführt. Die Stellungsregelung weist dabei durch die Ventile drei mögliche Zustände auf: Belüften, Entlüften und Halten. Diese Zustände werden über eine Steuereinheit geregelt.
Üblicherweise weist ein Regelkreis eine Führungsgröße, einen Regler, eine Regelstrecke mit Störgröße, eine Regelgröße und eine Rückführung auf. Die rückgeführte Regelgröße bildet dabei zusammen mit der Führungsgröße die Regelabweichung. Die Regelabweichung wird dabei durch den Regler in eine Stellgröße umgewandelt. Durch die Regelstrecke wird die Stellgröße durch den Einfluss der Störgröße in eine Regelgröße umgewandelt. Um drei Regelzustände realisieren zu können, wird in der Regel ein Dreipunktregler als Regler eingesetzt. Die Regelung mit einem Dreipunktregler kann dabei mit einer rückgeführten Regelgröße umgesetzt werden. Dies führt auf der einen Seite zu wenig Schaltspielen und schnellen Stellzeiten, aber auf der anderen Seite zu einer geringen Regelgüte. Eine weitere Möglichkeit der Regelung mit einem Dreipunktregler stellt das Rückführen eines zweiten Signals dar. Neben der Regelgröße wird ein weiteres Signal zurückgeführt, wobei dies durch ein DT1 -Glied zeitlich abgeleitet und mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird. Dadurch weist die Regelung neben der Regelabweichung, eine angepasste Regelabweichung auf. Dies führt auf der einen Seite zu einer hohen Regelgüte, aber auf der anderen Seite zu vielen Schaltspielen und langsamen Stellzeiten. Da die Lebensdauer der Ventile auf eine bestimmte Anzahl an Schaltspielen begrenzt ist, führen viele Schaltspiele zu einem Versagen nur kurzer Zeit. Die DE 10 2019 201 798 A1 offenbart ein Antriebssystem, dass eine Trajektorien-Planungseinheit aufweist, welches ein zweiteiliges Trajektoriensignal ausbildet, wobei ein erster Signalabschnitt gerade und ein zweiter Signalabschnitt einen asymptotischen Signalverlauf aufweist. Durch die Kombination von verschiedenen Regelgliedern wird der Signalverlauf durch die Trajektorien-Planungseinheit generiert. Die Trajektorien-Planungseinheit ist dabei im Antriebssystem der Stelleinheit, umfassend einer Regeleinheit und einer Aktoreinheit vorgeschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Reglers der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass die Regelung eine geringe Regelabweichung, geringe Schaltzeit und eine hohe Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren zur Steuerung eines Reglers durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Kombination von zwei Regelungstypen, die jeweiligen Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Regelung durch mindestens zwei Rückführungen von mindestens zwei Zuständen aus, wobei eine erste Zustandsrückführung mit einem ersten Zustand als eine Regelgröße x ausgebildet ist und zusammen mit dem Sollwert w eine Regeldifferenz e bildet, und dass eine zweite Zustandsrückführung mit dem zweiten Zustand als eine erste, zeitliche Ableitung dx/dt des ersten Zustands x ausgebildet ist und durch ein Produkt mit einem einstellbaren Parameter Vr die Regeldifferenz e korrigiert wird, wobei der korrigierte Wert als eine angepasste Regeldifferenz e* ausgebildet ist, und wobei der Parameter Vr abhängig von der Regeldifferenz e ist.
Die erfindungsgemäße Ausarbeitung erweist sich als besonders vorteilhaft, da durch das Verfahren eine Regelung mit wenig Schaltspielen, einer hohen Regelgüte und schnellen Stellzeiten realisiert wird.
Vorzugsweise wird die zeitliche Ableitung des ersten Zustands durch ein DT1 -Glied realisiert. DT1- Glieder eignen sich besonders gut, da durch beispielsweise ein D0-Glied hohe Frequenzen stark verstärkt werden. Dies würde zu unnötigen Stellvorgängen und verfälschten Signalen führen. Durch ein DT1 -Glied sind die Verstärkungen für hohe Frequenzen auf einen unschädlichen Wert begrenzt. Bevorzugt ist der erste Zustand x als eine Ventilpositionsgröße des Stellventils und der einstellbare Parameter Vr als eine Zeiteinheit ausgebildet. Hierdurch wird eine direkte Regelung des Aktuators im Stellventil ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, weist eine Kennlinie des einstellbaren Parameters Vr zur Regeldifferenz e eine Trapezform auf, wobei ein Startpunkt der Kennlinie eil nicht gleich dem Nullpunkt ist. Durch die Kennlinie können kleinere Totzonen eingestellt werden.
Vorzugsweise ist zur Steuerung des Reglers eine Steuereinheit vorgesehen. Hierbei kann durch die Steuereinheit eine Stellventilposition aufgezeichnet werden und entsprechend einer Führungsgröße w eine Ist-Position eingestellt werden.
Bevorzugt ist der Antrieb als ein druckmittelbetriebener Antrieb ausgebildet, wodurch eine hohe Kraftdichte des Antriebs realisiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind für den Regler zwei Ventile vorgesehen, um die benötigten drei Zustände realisieren zu können. Dies ist vorteilhaft, da durch die Ventile hohe Stellgeschwindigkeiten realisiert werden können.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Ventilen um 2/2-Wege-Magnetventile, umfassend eines Magnetkerns, einer Spule und einem zwischen Offen- und Geschlossen-Stellung schaltenden Anker, wobei der Regler durch die Verschaltung der Ventile als ein 3/2-Wege-Ventil wirkt. Hierdurch wird eine Steuerung eines einfachwirkenden Aktuators realisiert.
Bevorzugt sind die Magnetventile als direktgesteuerte Ventile mit Rückhaltefedern ausgebildet. Durch die Ausbildung der Ventile als direktgesteuerte Magnetventile mit Rückhaltefedern, schalten die Ventile bei Wegnahme der Spannung durch die Federkraft und/oder unter Zuhilfenahme des Vordrucks in die vorbestimmte sichere Position.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können beide Ventile unabhängig voneinander angesteuert werden, wodurch eine Realisierung von drei Zuständen ermöglicht wird. Vorzugsweise weisen die Magnetventile drei fluidische Anschlüsse auf, wobei ein erster Anschluss als ein Zuluft-Anschluss, ein zweiter Anschluss als ein Abluft-Anschluss und ein dritter Anschluss als ein Entlüftungsanschluss ausgebildet ist. Der Entlüftungsanschluss entlüftet insbesondere gegen den atmosphärischen Druck. Durch die drei fluidischen Anschlüsse wird insbesondere ein Entlüften durch den Entlüftungsanschluss einfach ermöglicht.
Um eine pneumatische Steuerung des Aktuators zu ermöglichen, ist zumindest ein Magnetventil zum Belüften und zumindest ein anderes Magnetventil zum Entlüften des Stellventils ausgebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Regler vier 2/2-Wege- Magnetventilen, wobei der Regler als ein 5/3-Wege-Ventil wirkt. Dies ermöglicht eine Steuerung eines doppeltwirkenden Aktuators mit zwei Druckkammern.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Regelkreises zur Regelung des Stellungsreglers mit einer Dreipunktregelung;
Fig. 2 eine schematische Komplettansicht des Prozessanordnung zum Betreiben eines Prozess- Stellventils;
Fig. 3 eine Darstellung zweier Diagramme, die zum einen die Ventilpositionsgröße gegenüber der Zeit und zum anderen den Regelausgang gegenüber der Zeit darstellen für eine Regelung nach dem Stand der Technik, und
Fig. 4 eine Darstellung zweier Diagramme, die zum einen die Ventilpositionsgröße gegenüber der Zeit und zum anderen den Regelausgang gegenüber der Zeit darstellen für die erfindungsgemäße Regelung. Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des Regelkreises 10 für die Regelung des Stellungsreglers 12 mit einem Dreipunktregler 14.
Der Regelkreis 10 aus Fig. 1 umfasst die Führungsgröße w, den Dreipunktregler 14, der Regelstrecke 16, einer ersten Zustandsrückführung 18 und einer zweiten Zustandsrückführung 20. Die erste Zustandsrückführung 18 führt die Regelgröße x zurück und bildet mit der Führungsgröße w die Regelabweichung e. Die zweite Zustandsrückführung 20 umfasst ein DT1 -Glied 22 und einer Kennlinie 24 eines einstellbaren Parameters Vr.
Die zweite Zustandsrückführung 20 führt die Regelgröße x zum DT1 -Glied 22 zurück. Die Regelgröße x wird durch das DT1 -Glied 22 nach der Zeit abgeleitet dx/dt. Die abgeleitete Regelgröße dx/dt wird mit dem einstellbaren Parameter Vr multipliziert. Das entstandene Produkt bildet zusammen mit der Regelabweichung e die korrigierte Regelabweichung e*.
Die korrigierte Regelabweichung e* wird vom Dreipunktregler 14 in die Stellgröße y umgewandelt. Die Stellgröße y wird anschließend über die Regelstrecke 16 in die Regelgröße x umgewandelt.
Das DT1 -Glied 22 ist beispielsweise aus einer Reihenschaltung eines D-Glieds und eines PT1 -Glieds ausgebildet.
Die Kennlinie 24 des einstellbaren Parameters Vr weist einen trapezförmigen Verlauf auf. Die Kennlinie 24 ist mit einer x-Achse, auf der die Regelabweichung e aufgebracht ist. Diese ist in Fig. 1 als Betrag ausgebildet. Die Kennlinie 24 begrenzt dabei die zweite Zustandsrückführung auf den Wertebereich der Regelabweichung e im Bereich eil < |e| < eG, wobei eU in Fig. 1 ungleich dem Nullpunkt ist. Die y- Achse der Kennlinie 24 weist den einstellbaren Parameter Vr auf. Die Kennlinie 24 weist in axialer Richtung entlang der y-Achse ein Plateau auf. Dieses Plateau wird durch den maximal einstellbaren Parameter Vrjnax gebildet. Die Kennlinie 24 kann sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieachse, die in axialer Richtung entlang der y-Achse verläuft und mittig das Plateau schneidet, ausgebildet sein. Der einstellbare Parameter Vr ist somit abhängig von der Regelabweichung e.
Die Regelstrecke 16 wird durch die eingesetzten Magnetventile 26, 28, den einfachen pneumatischen Antrieb 30 und ein Ventil 32 gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Regelgröße x als eine Ventilpositionsgröße und der einstellbare Parameter Vr als eine Zeiteinheit ausgebildet.
In Fig. 2 ist eine schematische Komplettansicht der Prozessanordnung 34 zum Betreiben eines Prozess-Stellventils 36 dargestellt.
Der Prozessanordnung 34 umfasst ein Prozess-Stellventil 36 und einen Stellungsregler 12.
Das Prozess-Stellventil 36 ist durch ein Ventil 32, einen Positionssensor 40 und einen Aktuator 42 aufgebaut.
Der Stellungsregler 12 umfasst eine Steuereinheit 44, ein erstes Magnetventil 26 und ein zweites Magnetventil 28. Das zweite Magnetventil 48 ist mit einem Entlüftungsanschluss 30b verbunden, der insbesondere gegen atmosphärischen Druck entlüftet. Das erste Magnetventil 26 ist mit einem Zuluftanschluss 30b verbunden. Bei den beiden Magnetventilen 26,28 handelt es sich vorzugsweise um 2/2-Wege-Magnetventile. Der Steuereinheit 44 wird durch einen Steueranschluss 31 eine Führungsgröße w, beispielsweise ein 4-20 mA Signal durch eine Leitwarte zugeführt. Die Steuereinheit 44 ist über die Ventilpositionsrückführung mit dem Positionssensor 40 verbunden. Die Regelung der beiden Magnetventile 26, 28 zur Steuerung der Ventilposition des Prozess-Stellventils 36 wird durch die Steuereinheit 44 vorgenommen.
Das erste Magnetventil 26 und das zweite Magnetventil 28 wirken jeweils binär mit einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung. Hierdurch werden vier Zustände ermöglicht, wobei der Zustand, bei dem beide Ventile 26,28 in einer Offen-Stellung sind, unzulässig ist. Die drei Zustände sind als Belüften, Entlüften und Halten zur Steuerung des Aktuators 42 im Prozess-Stellventil 36 ausgebildet. Das erste Magnetventil 26 ist zum Belüften und das zweite Magnetventil 28 zum Entlüften ausgebildet. Die beiden Magnetventile 26, 28 sind so ausgebildet, dass Sie in einem stromlosen Zustand in jeweils einer Ausgangsposition durch jeweils eine Rückhaltefeder gehalten werden. In der Ausgangsposition ist das erste Magnetventil 26 geschlossen und das zweite Magnetventil 28 geöffnet. Dies stellt den Zustand Entlüften dar. Für den Zustand Belüften werden beide Ventile geschalten, somit ist das erste Magnetventil 26 in einer Offen-Stellung und das zweite Magnetventil 28 in einer Geschlossen-Stellung. Der Zustand Halten ist durch ein Schalten des zweiten Magnetventils 28 ausgebildet, dadurch befindet sich beide Magnetventile 26,28 in einer Geschlossen-Stellung. Die drei Zustände werden über den Dreipunktregler 14 in dem Regelkreis 10 aus Fig. 1 geregelt.
In einer weitern nicht dargestellten Ausführungsform wird der Stellungsregler 38 zum Betreiben eines doppeltwirkenden Aktuators verwendet. Dieser weist vier Magnetventile. Bevorzugt werden vier 2/2- Wege-Ventile verwendet. Der Stellungsregler 12 wirkt als ein 5/3-Wege-Ventil.
In Fig. 3 ist im oberen Teil die Ventilpositionsgröße auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse für eine Regelung, die durch zwei Zustandsrückführungen ausgebildet ist, wobei eine die Ventilpositionsgröße und eine andere das Produkt aus der zeitlich abgeleiteten Ventilpositionsgröße dx/dt mit einem Parameter rückführt, dargestellt ist. Der gestrichelt dargestellte Graph stellt die Führungsgröße w dar und der durch eine durchgezogene Linie dargestellte Graph zeigt die Regelgröße x. Die Stellzeit für diese Regelung ist langsam, weist jedoch eine hohe Regelgüte auf.
Im unteren Teil ist der Reglerausgang y auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse dargestellt. Dieser Teil zeigt sehr viele Schaltspiele der Regelung.
Fig. 4 zeigt die beiden Graphen aus Fig. 3 für die erfindungsgemäße Regelung. Dies zeigt, dass durch die Kombination der Funktionalität der beiden Zustandsrückführungen 18, 20, wobei die zweite Zustandsrückführung 20 erst ab einer vorbestimmten Regelgröße x aktiv wird, eine Regelung mit wenig Schaltspielen, hoher Regelgüte und schnellen Stellzeiten realisiert wird.
Bezugszeichen liste
10 Regelkreis
12 Stellungsregler
14 Dreipunktregler
16 Regelstrecke
18 erste Zustandsrückführung
20 zweite Zustandsrückführung
22 DT1-Regelglied
24 Kennlinie des einstellbaren Parameters Vr
26 erstes Magnetventil
28 zweites Magnetventil
30a Entlüftungsanschluss
30b Zuluftanschluss
31 Steueranschluss
32 Ventil
34 Prozessanordnung
36 Prozess-Stellventil
40 Positionssensor
42 Aktuator
44 Steuereinheit

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zur Steuerung eines Reglers (12) zum Betätigen eines Antriebs für ein Stellventil (36) mittels einer Dreipunktregelung (14), wobei ein zugehöriger Regelkreis (10) zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand mit zumindest einer ersten Zustandsrückführung (18) und einer zweiten Zustandsrückführung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zustandsrückführung (18) mit dem ersten Zustand als eine Regelgröße (x) ausgebildet ist und zusammen mit einem Sollwert (w) eine Regeldifferenz (e) bildet, und dass die zweite Zustandsrückführung (20) mit dem zweiten Zustand als eine erste, zeitliche Ableitung (dx/dt) des ersten Zustands (x) ausgebildet ist und durch ein Produkt mit einem einstellbaren Parameter (Vr) die Regeldifferenz (e) korrigiert wird, wobei der korrigierte Wert als eine angepasste Regeldifferenz (e*) ausgebildet ist, und wobei der Parameter (Vr) abhängig von der Regeldifferenz (e) ist. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand (x) als eine Ventilpositionsgröße und der einstellbare Parameter (Vr) als eine Zeiteinheit ausgebildet ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (24) des einstellbaren Parameters (Vr) zur Regeldifferenz (e) trapezförmig ausgebildet ist, wobei ein Startpunkt (eU) nicht gleich dem Nullpunkt ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Reglers (12) eine Steuereinheit (44) vorgesehen ist. Verfahren nach Anspruch einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als ein druckmittelbetriebener Antrieb ausgebildet ist.
6. Verfahren nach Anspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (12) zwei Ventile (26, 28) umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (26,28) als 2/2- Wege-Magnetventile ausgebildet sind, umfassend eines Magnetkerns, einer Spule und einem zwischen Offen- und Geschlossen-Stellung schaltenden Anker, wobei der Regler (12) durch die Verschaltung der Ventile (26, 28) als ein 3/2-Wege-Ventil wirkt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Ventilen (26, 28) um direktgesteuerte Magnetventile mit Rückhaltefedern handelt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (26, 28) unabhängig voneinander angesteuert werden können.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (26, 28) drei fluidische Anschlüsse aufweisen, wobei ein erster Anschluss als ein Zuluft-Anschluss (30b), ein zweiter Anschluss als ein Abluft-Anschluss und ein dritter Anschluss als ein Entlüftungsanschluss (30a) ausgebildet ist.
11 . Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ventil (26) zum Belüften und zumindest ein anderes Ventil (28) zum Entlüften des Stellventils ausgebildet ist.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (12) vier 2/2-Wege-Magnetventilen umfasst, wobei der Regler (12) als ein 5/3-Wege- Ventil wirkt.
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