CH371617A - Verfahren zur digitalen PID-Regelung - Google Patents

Description

  Verfahren zur digitalen     PID-Regelung       Die nachstehend beschriebene Erfindung bezieht  sich auf ein Verfahren zur digitalen     Proportional-          Integral   <B>-</B> Differential     (PID)   <B>-</B> Regelung, bei dem in       aufeinanderfolgenden        Messperioden    als Mass für den       Istwert    der Regelgrösse in einer vorgegebenen Zeit  einheit eintreffende Impulse, die von einem     Mess-          fühler    für die Regelgrösse ausgeben, dienen, deren  Anzahl in einem Zählwerk gezählt und mit dem  Einstellwert verglichen wird.  



  Bei bekannten     PID-Reglern    erfolgt die Darstel  lung der proportionalen, integralen und differentia  len Anteile der Regelabweichung durch elektrische  Analoggrössen. Werden sehr hohe Anforderungen an  die Genauigkeit der Bestimmung dieser Grössen ge  stellt, so wächst der Aufwand für die Gewinnung  der Analoggrössen erheblich an. In diesen Fällen  ist es vorteilhaft, die Gewinnung der genannten  Grössen auf digitalem Wege durchzuführen.  



  Hierzu wird beim eingangs erwähnten Verfah  ren so vorgegangen,     dass    nach der Erfindung mittels  zusätzlicher Speicher und Zählwerke in jeder     Mess-          periode    die Differenz zu der Regelabweichung in  der vorhergegangenen     Messperiode    und die Summe  der Regelabweichung aller     Messperioden    gebildet  und neben der Regelabweichung über     Digital-Analog-          Wandler    in den Regelkreis eingeführt werden.  



  Ein derartiger Regler     lässt    sich rein elektronisch  aus den an sich bekannten elektronischen Zählstufen  und Speichersystemen aufbauen. Da die in einer       Messperiode    gewonnenen Grössen in Beziehung zu  der Regelabweichung in der folgenden     Messperiode     gesetzt werden, ist es erforderlich, die in den Re  gelkreis eingeführten Grössen für die Dauer einer       Messperiode    zu speichern.  



  Um bei der Bildung des Integralwertes der Regel  abweichung die durch unterschiedliche Vorzeichen  der Regelabweichung auftretenden Schwierigkeiten zu    umgehen, kann man hierfür in jeder     Messperiode     den     überschuss    der Regelabweichung über einen vor  gegebenen Wert zählen und von dem Ergebnis einen  festen Wert abziehen. Man erhält dann in einem  entsprechenden Zählwerk vorzeichenrichtig den<B>je-</B>  weiligen Integralwert der Regelabweichung.

   Da eine  digitale Weiterbearbeitung der proportionalen, inte  gralen und differentialen Werte nicht erforderlich  oder nicht möglich sein wird, werden die gewon  nenen Werte über     Digital-Analog-Wandler    in Ana  logwerte umgeformt und über entsprechende     Korn-          mandogeber    in den Regelkreis eingeführt, in dein  sie z. B. zur Berechnung der     Stellgrösse    benutzt wer  den.  



  In der Zeichnung ist ein     Blockschildbild    eines  digitalen     PID-Reglers    zur Durchführung eines Ver  fahrensbeispiels nach der Erfindung dargestellt. Dem  Ausführungsbeispiel liegt eine Drehzahlregelung zu  grunde.  



  Es sei angenommen,     dass    die Welle, deren Dreh  zahl zu regeln ist, mit einem Impulsgeber verbun  den ist, der Impulse mit einer der Umfangsgeschwin  digkeit der Welle proportionalen Impulsfrequenz  über die Eingangsklemme<B>1</B> auf die Torschaltung  2 gibt. Wenn die Torschaltung 2 einen Durchgang  für die Impulse freigibt, gelangen sie auf das Zähl  werk<B>3.</B> über den Eingang 4 wird dem Zählwerk<B>3</B>  der Einstellwert (Sollwert) zugeführt. Diese Einstel  lung kann rein mechanisch erfolgen. Dies ist in der  Art möglich,     dass    der Einstellwert mechanisch ein  gestellt wird und die eintreffenden     Istwertimpulse     eine Rückschaltung des eingestellten Wertes bewir  ken. Selbstverständlich sind aber hierfür auch andere  Einstellmöglichkeiten geeignet.

   Die Torschaltung 2  wird durch eine Steuerstufe<B>5</B> geöffnet oder geschlos  sen. Die Steuerstufe<B>5</B> erhält ihrerseits die entspre  chenden Befehle von einer Zählstufe<B>6,</B> die an einen      Quarzgenerator<B>7</B> angeschlossen ist. Der Quarzgene  rator<B>7</B> gibt laufend Impulse mit konstanter Frequenz  auf die Zählstufe<B>6.</B>  



  War die Steuerstufe<B>5</B> ursprünglich so     beauf-          schlagt,        dass    sie die Torschaltung 2 öffnete, so wird,  wenn die Zählstufe<B>6</B> eine bestimmte Impulszahl ge  zählt hat, die Steuerstufe<B>5</B> in einem die Torschal  tung 2 schliessenden Sinne     beeinflusst.    Nach einer  bestimmten weiteren Anzahl von Impulsen wird die  Torschaltung 2 über die Steuerstufe<B>5</B> wieder geöff  net. Bei festgelegter Zeit, in der die Impulse von dem       Istwertgeber    auf das Zählwerk<B>3</B> gelangen, ist die  Anzahl der empfangenen Impulse ein digitales Mass  für den     Istwert    der Drehzahl.

   Die Differenz zwi  schen dem     Drehzahlistwert    und dem vorgegebenen       Drehzahleinstellwert,    die Regelabweichung, wird bei  Beendigung jeder     Messperiode    über die     übertragungs-          einrichtung   <B>8</B> auf den Speicher<B>9</B> gegeben. Der digi  tale Wert der Regelabweichung wird sodann in einen  analogen Wert umgewandelt und über die     Sum-          miereinrichtung   <B>10</B> dem Regelkreis bei<B>11</B> zugeführt.  Ausser auf den Speicher<B>9</B> wird die Regelabweichung  noch von dem Zählwerk<B>3</B> dem     Differentialanteil-          glied    12 zugeführt.  



  Bevor der in dem Speicher<B>9</B> gespeicherte Wert  der Regelabweichung der vorhergegangenen     Mess-          p#riode    gelöscht wird, damit der Wert in der neuen       Messperiode    gespeichert werden kann, wird er gleich  falls dem     Differentialanteilglied    12 zugeführt. In die  sem Glied wird nun die Differenz der Regelabwei  chung der vorhergegangenen     Messperiode    und der  neuen     Messperiode    gebildet und nach Umwandlung  in einen entsprechenden Analogwert dem     Summie-          rungsglied   <B>10</B> zugeführt. Von dem Zählwerk<B>3</B> wird  die Regelabweichung schliesslich noch dem Zählwerk  <B>13</B> zugeleitet.

   In diesem Zählwerk wird der     über-          schuss    der Regelabweichung über einen bestimmten  Wert gezählt und nach jeder Messung eine feste  Ziffer abgezogen. Zusammen mit dem bereits vor  handenen Ergebnis der vorhergegangenen     Messperi-          oden    liefert dieser Zähler den Integralwert der Regel-         abweichung.    Auch dieser digitale Wert wird mittels  eines     Digital-Analog-Wandlers    in einen Analogwert  übersetzt und gleichfalls der     Summiereinrichtung   <B>10</B>  zugeführt.

   Der Ausgang der     Summiereinrichtung    gibt 4  dann einen entsprechenden     PID-Wert    in den Regel  kreis, der in der Zeichnung nicht näher dargestellt  ist. Auf diesem Wege ist es möglich, mit geringem  Aufwand die hohe Genauigkeit digitaler Messungen  zur Bestimmung der proportionalen, integralen und<B>z</B>  differentialen Regelabweichung auszunutzen, ohne  den Aufwand für den Regler selbst zu erhöhen.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Verfahren zur digitalen PID-Regelung, bei dem in aufeinanderfolgenden Messperioden als Mass für den Istwert der Regelgrösse in einer vorgegebenen Zeiteinheit eintreffende Impulse, die von einem Mess- fühler für die Regelgrösse ausgehen, dienen, deren An zahl in einem Zählwerk gezählt und mit dem Ein stellwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet,

   dass mittels zusätzlicher Speicher und Zählwerke in jeder Messperiode die Differenz zu der Regelabwei chung in der vorhergegangenen Messperiode und die Summe der Regelabweichungen aller Messperi- oden gebildet und neben der Regelabweichung über Digital-Analog-Wandler in den Regelkreis eingeführt werden. UNTERANSPRüCHE <B>1.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die in den Regelkreis eingeführten Grössen für die Dauer einer Messperiode gespeichert werden. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass zur Bil dung des Integralwertes der Regelabweichung in jeder Messperiode der überschuss der Regelabwei chung über einen vorgegebenen Wert gezählt und danach ein fester Wert abgezogen wird.