DE2030739A1

DE2030739A1 - Anordnung zur digitalen Regelung einer Regelstrecke

Info

Publication number: DE2030739A1
Application number: DE19702030739
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing.; Usedom Hans-Wilhelm; 2800 Bremen; Michaelis Horst 2870 Delmenhorst Berger
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1970-06-23
Filing date: 1970-06-23
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR2096425A7; GB1345225A; FR2096425B3; US3743823A

Description

69-B ΙΠ-067 ■■... Bremen, den I9. Juni 197o

. Sm/ka

Anordnung zur digitalen Regelung einer Regelstrecke

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur digitalen Regelung mit einem Regler, der in Abhängigkeit einer vorgegebenen Führungs- oder Störgröße eine digitale Steuergröße einem Stellglied zur Steuerung der Zustandsvariablen einer Regelstrecke zuführt.

Bei der digitalen Regelung ist es üblich, die Augenblickswerte der ' .' Zustandsvariablen einer zu regelnden Strecke auf einen digitalen Regler aufzuschalten. Der digitale Regler besitzt dabei einen Rechenalgorithmus, der in bestimmten Abständen der Abtastzeit ein Signal errechnet, das innerhalb der Abtastzeit dem Stellglied der Regelstrecke zugeführt wird und diese in den gewünschten Zustand überführt. Der Rechenalgorithmus ist dabei so ausgelegt, daß die Einschwingzeit direkt über eine unbekannte, nichtlineare Punktion an die Führungsgröße des digitalen Reglers gekoppelt ist. Das ist aber ein Nachteil, denn diese Tatsache hat zur Folge, daß ein Regelkreis, je nach gewähltem Rechenalgorithmus, z.B. entweder nur bei großen oder nur bei kleinen Führungssignalen.optimal einschwingt. Bei allen anderen Führungssignalen ist aber der Einschwingvorgang unbefriedigend. . ·

Ferner, sind die sich ergebenden Steuersignale für einen bestimmten Einschwingvorgang aus unendlich vielen möglichen Steuergrößen "wahllos¹¹ herausgegriffen, wodurch im allgemeinen eine stärkere Belastung des Leistungsgliedes des Systems auftritt. Weiterhin ist von Nachteil, daß bei den bekannten digitalen Regelanordnungen die Übertragungscharakteristik der Regelstrecke zur Bestimmung des Führungsalgorithraus relativ genau bekannt sein muß, damit der Regler hinreichend genau arbeitet.

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INSPECTED

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Regler aus einem Führungsregler und einem Störungsregler besteht und daß der Störungsregler eine der Regelstrecke nachgebildete und durch den Führungsregler gesteuerte Vergleichsstrecke sowie einen Störungsrechner aufweist, der durch aus den Werten der Ziistandsvariablen von Regel- und Vergleichsstrecke gebildeten Differenzsignale steuerbar ist. Dadurch ist es möglich_t den Algorithmus des Führungsreglers so auszulegen, daß einerseits eine beliebige Abhängigkeit zwischen Einschwingzeit und Führungsgröße erreicht wird und andererseits die Steuergrößen so bestimmt werden können, daß der Leistungsbedarf möglichst klein wird. Ferner wird durch die Teilung in Führungs- und Störungsregler erreicht, daß die Kenntnis der Übertragungscharakteristik einer Regelstrecke nicht so genau zu sein braucht und während des Einsatzes in bestimmten Grenzen vaiieren kann, was einer gewissen Anpassungsfähigkeit des Reglers gleichkommt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine digitale Regelanordnung als Blockschaltbild dargestellt, bei der einem Führungsregler 1 eine Führungsgröße v¹ zuge-

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führt ist. Der Führungsregler 1 errechnet für die Führungsgröße v¹ eine Steuerfolge S » die dem Stellglied einer Regelstrecke 2 und einer Vergleichsstrecke 3 zugeleitet ist. Zur Berücksichtigung der Anfangsbedingungen sind dem Führungsregler 1 die Werte der Zustandsvariablen ν zugeleitet. Weiterhin sind zur Erfassung von Differenzen zwischen den Zustandsvariablen r der Regelstrecke 2 und der Zustandsvariablen ν der Vergleichsstrecke 3 Vergleichsglieder Y vorgesehen. Diese Vergleichsglieder Y führen die Differenzsignale x einem Störungsrechner 4 zu, der eine von der Differenz abhängige digitale Steuergröße £ ^- an das Stellglied der Regelstrecke 2 abgibt. Die Vergleichsstrecke 3, der Störungsrechner 4 und die Vergleiohsglieder Y bilden dabei den Störungsregler 1o.

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Die erfindungsgemäße Regelanordnung benötigt nur einen minimalen Steuerleistungsbedarf, da sich hiermit eine exakte rechteckige Steuerfolge erzielen läßt. Im Führungsregler 1 ist ein an die Regelstrecke 2 angepaßter Rechenalgorithmus gespeichert, der bei einer zugeführten Führungsgröße $ eine Steuerfolge C liefert.

Diese Steuerfolge £ ist abhängig von der Führungsgröße U¹ , von den

zugeführten Anfangsbedingungen ν und einer frei wählbaren Einschwingzeit.

Die Abtastzeit hat nur über die Einschwingzeit, die sich aus der Anzahl der Steuerschritte und dem Zeitraum eines AbtastIntervalls ergibt, Einfluß auf die Steuersignale. Das gleiche gilt auch für die

Anzahl der Abtastschritte, wobei die Einschränkung zu machen ist, "

daß die Zahl der Abtastschritte gleich oder größer sein muß als die Ordnung der die Regelstrecke 2 beschreibenden Differentialgleichung.

Die Steuerfolge B » die sich nach dem Zuführen einer Führungsgröße ergibt, setzt sich aus mehreren Teilsignalen ό /zusammen, wobei die Anzahl der Teilsignale gleich der Ordnung der die Regelstrecke beschreibenden Differentialgleichung ist. Die Teil signal e £ψ werden nacheinander für die Zeit eines Abtasiintervalls dem Stellglied der Regelstrecke 2 und der Vergleichsstrecke 3 zugeführt, so daß sich für das Stellglied der Regelstrecke 2 ein minimaler Leistungsbedarf ergibt.

Durch Verändern des Rechenalgorithmus ist es möglich, die Einwirkzeiten ä der einzelnen Teilsignale ty zu beeinflussen, wobei die Amplituden der Teilsignale t-g verändert werden müssen. Die Amplituden der Teilsignale, * ■Q werden durch den Führungsregler 1 derart bestimmt, daß die Regelstrecke in einer frei vorgebbaren Einschwingzeit auf den neuen Führungswert einschwingt. Sollte sich dabei bei einer etwaigen Begrenzung der vom Führungsregler 1 gelieferten Steuergrößen 8 eine zu große Amplitude ergeben, dann errechnet sich der Führungsregler 1 automatisch die hierzu kleinstmögliche Einschwingzeit bzw. die kleinstinögliche Anzahl der . Abtastschritte, bei der die Amplituden von Cψ gerade innerhalb der

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der Begrenzung liegen. Der Führungsregler 1 steuert dann das Stellglied der Regelstrecke 2 mit den neu errechneten Signalen.

Neben der Führung übernimmt der Regler gleichzeitig auch das Ausregeln von Störungen, welche an der Regelstrecke 2 angreifen, wie das Ausgleichen des Einschwingverhaltens einer relativ unbekannten Regelstrecke ari das der Vergleichsstrecke. Das geschieht über die Differenzsignale χ und den Störungsrechner 4·

Als Vergleichsglieder Y können sowohl die digitale als auch analoge Vergleichsglieder verwendet werden, wobei'die Wahl von den jeweiligen Verhältnissen abhängt. Da ein Vergleich nur zwischen digitalen oder analogen Werten möglich ist, muß bei verschiedenen Signalen eine Wandlung vorgenommen v/erden. Weiterhin ist es notwendig, die bei Störungen oder Ungleichheit zwischen Regel- und Vergleichsstrecke den Vergleichsgliedern Y entnehmbaren Differenzsignale χ dem Störungsrechner 4 in digitaler Form zuzuführen. Das bedeutet, daß bei analogen .Vergleichsgliedern zwischen zwischen diesen und dem Störungsrechner 4 Analog-Digitalwandler eingeschaltet werden müssen.

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Claims

Patentansprüche

Anordnung zur digitalen Regelung mit einem Regler, der in Abhängigkeit einer vorgegebenen Pührungs- oder Störgröße eine digitale Steuergröße einem Stellglied zur Steuerung der Zustandevariablen einer Regelstrecke zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler aus einem Führungsregler (l) und sinem Störungsregler (io) besteht und daß der Störungsregler (io) eine der Regelstrecke (2) nachgebildete und durch den Führungsregler (l)

gesteuerte Vergleichsstrecke (3) sowie einen Störungsrechner (4) |

aufweist, der durch aus den Werten der Zustandsvariablen (r, v) von Regel- (2) und Vergleichsstrecke (3) gebildeten Differenzsignale (x) steuerbar ist*
2. Anordnung nach Anspruch 1y dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzeugung der Differenzsignale (x) die Werte der Zustands-. variablen (r, v) Vergleiehsgliedern (Y) zugeleitet sind_t die bei Differenzen dieser Werte Signale (x) dem digitalen Störungsrechner (4) zuführen, der dem Stellglied der Regelstrecke (?) eine ' von der jeweiligen Differenz abhängige digitale Steuergröße ■ . ( £„+) zuleitet.
3« Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn ζ eich- %

η e t , daß der Führungsregler (1) und. der Störungsrechner (4) je einen an die Regelstrecke (2) angepaßten Rechenalgorithmus aufweisen,· die für jede beliebige Führungs- oder Störgröße (ir, x) eine digitale Steuergröße (S .,"£ ₊) zur optimalen

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Regelung der Regelstrecke (2) rechnen. .

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4· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Werte der Zustandevariablen (v) der Vergleichsstrecke (3) dem Führungsregler (1) zur Berücksichtigung der Anfangsbedingungen zugeführt sind«
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Zustandsvariablen (v, r) von beiden Strecken zum Vergleich in den Vergleichsgliedern (Y) durch Wandler eiander abgleichbar sind.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die denr Störungsrechner (4) zugeführten Signale (x) digitale Signale sind.

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