DD219605A1 - Anordnung zur erzeugung eines nichtlinearen reglerverhaltens - Google Patents

Abstract

Die Anordnung zur Erzeugung eines nichtlinearen Reglerverhaltens ist zur Regelung vorwiegend solcher Systeme, deren Parameter annaehernd konstant sind oder zwischen definierten Bereichen wechseln, anwendbar und dient einer Realisierung eines gezielt nichtlinearen Reglerverhaltens mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass an einer Stelle des Regelkreises eine spezielle Baugruppe, deren Ausgangswert in Abhaengigkeit von der Groessenordnung ihres Eingangswertes von je einem Inhalt eines Speichers bestimmt wird, eingefuegt wird. Der Einfluss variierender Parameterwerte kann hierbei durch Anwendung eines Matrixspeichers oder eines zusaetzlichen, regelbaren Uebertragungsgliedes ausgeglichen werden. Fuer den Fall einer digitalen Erfassung der Soll-Ist-Wert-Differenz ist eine besonders einfache Variante der Erfindung realisierbar, indem der Speicher durch eine Gruppe analoger Spannungsteiler, die direkt an einzelne Stellenausgaenge angekoppelt sind, gebildet wird und eine Auswahlschaltung diejenige Potentiometerspannung, die der hoechstwertigen aktiven Bitstelle entspricht, auswaehlt. Die Erfindung kann auch zum Ausgleich auftretender Nichtlinearitaeten im Regelkreis angewendet werden.

Description

Anordnung zur Erzeugung eines nichtlinearen Reglerverhaltens

Anwendungsgebiet der Erfindung

'Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfaßt Regelkreise mit P-D-Struktur und "besieht sich vorwiegend auf solche Regelkreise, bei denen die Parameter des zu regelnden Systems annähernd konstant sind oder zwischen definierten Bereichen wechseln« Besonders geeignet ist die Erfindung "bei Anwendung schaltender oder stark übersteuernder Stellsignalerzeugung. Weiterhin ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten insbesondere auf dem Gebiet der Positionier- oder Transporteinrichtungen aber-auch für andere zu regelnde Systeme, z.B. Temperaturregelungen. . ' · · .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der Regelungstechnik sind zahlreiche, vorwiegend auf der Basis von integrierten Operationsverstärkern arbeitende Punktionsgeneratoren und Übertragungsglieder bekannt. Desweiteren ist der Einsatz einfacher nichtlinearer Bauelemente, z.B. Dioden, bekannt.

Je"doch können all diese nur in sehr begrenztem Maße wahlweise vorgegebene Hichtlinearitäten nachbilden und sind auf rein analoge Regelkreise beschränkt. · Sine für digitale Regelkreise anwendbare Lösung zeigt DS-22O5935. Hier wird ein völlig wahlweises Reglerverhalten dadurch realisiert, daß verschiedene Signale zur Adressierung

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eines Matrixspeichers, aus dessen Inhalten direkt die Stellgröße abgeleitet "'wird, herangezogen werden. Der Hachteil dieser Lösung besteht, darin, daß bei, wie im allgemeinen üblich, mindestens zwei Zustandssignalen der Speicher, um alle auf-, tretenden Kombinationen zu erfassen, eine sehr große Kapazität aufweisen muß. Daraus wird ersichtlich, daß bisher, um vorgegebene Nichtlinearitäten nachzubilden, zur Erzielung einer hohen Genauigkeit ein hoher schaltungstechnischer Aufwand getrieben werden mußte.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein wahlweise nichtlineares Reglerverhalten hoher Genauigkeit mit möglichst geringem Aufwand zu realisieren,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen," mit der ein wahlweise nichtlineares Reglerverhalten, das einfach variierbar sein soll, erzeugt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,^ daß in einem aus einer Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Zustandssignals, zu' der eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Zustandssignals parallel angeordnet ist, denen eine Einrichtung zur Erzeugung eines Stellsignals und das zuregelnde System, nachgeordnet ist, bestehenden Regelkreis, zwischen der Einrichtung zur Erzeugung des ersten Zustandssignals und der Einrichtung zur Erzeugung des Stellsignals . eine gezielte Hichtlinearität durch den Einsatz einer einen

j. Speicher beinhaltend^ Baugruppe, deren Ausgangswert in Abhängigkeit von der Größenordnung der Soll-Ist-Wert-Differenz oder ihrer ersten zeitlichen Ableitung aus einem der Inhalte

30. eines Speichers, der analog-oder digital realisiert sein kann, resultiert und zusammen mit den anderen Zustandssignalen der Einrichtung zur Erzeugung der Stellgröße zugeführt wird, erzielt wird, angeordnet ist.

Bei zwischen'definierten Bereichen wechselnden Parametern (z.B. Lastwechsel bei Transporteinrichtungen) und sich daraus ergebender wechselnder gezielter Fichtlinearität des Regelkreises kann der Speicher als Matrixspeicher ausgeführt sein, dem weitere Signale (z.B. ein diskretisiertes Lastmeßsignal) an weitere Adresseingänge zugeführt werden können. Eine weitere Möglichkeit der -Anwendung auf variierende Para-, meterwerte besteht in einem parameterabhängigen (adaptiven) Übertragungsglied als Bestandteil'der das Stellsignal erzeu-

TO genden Einrichtung.

Bei symmetrischem, d.h.* vorzeichenunabhängigem Verhalten des zu regelnden Systems läßt sich die Anordnung besonders zweckmäßig derart anwenden, daß. die den Speicher beinhaltende Baugruppe nur eine betragsiaäßige Abarbeitung seiner Eingangswerte durchführt, womit eine weitere Reduzierung der notwendigen Speicherplätze auf die Hälfte der sonst notwendigen Anzahl ermöglicht wird. Vorzeicheninformationen können dann direkt der Einrichtung zur Erzeugung des Stellsignals, die dann zusätzlich ein steuerbares übertragungsglied enthält, zugeführt werden. Eine -zweckmäßige Realisierung der den Speicher beinhaltenden Baugruppe besteht darin, daß der Speicher aus einer Anordnung analoger Spannungsteiler besteht, die an digitale Stellenausgänge derart angekoppelt sind, daß über den Spannungsteilern, deren zugehörige Stellenausgänge einen aktiven Pegel aufweisen, Spannungen abfallen und diejenige der an diesen Spannungsteilern abgegriffenen Potentiometerspannungen, deren Spannungsteiler der digitalen Bitstelle größten Stellenwertes nachgeschaltet ist, mittels einer Auswahlschaltung, vorzugsweise aus Dioden bestehend, den Spannungspegel am Speicherausgang bestimmt, wobei einige der Spannungsteiler zusätzlich an ein digitales Netzwerk, das' digitalen Stellenausgängen nachgeschaltet ist, angekoppelt sein können. Soll der Speicher Ausgangswerte liefern,· die mit betragsmäßig größer werdenden Eingangswerten betragsmäßig kleiner werden, so ist eine Umkehrung der Schaltungsanordnung derart möglich, daß die Spannungsteiler an Stellenausgänge ange-

koppelt sind, die die SoIl-Ist-Wert-Differenz betragsmäßig digital komplementär repräsentieren, daß die ODER-Schaltung in den Stellenausgängen nachgeschalteten digitalen Netzwerk durch eine IMD-Schaltung ersetzt wird, die Spannungsteiler und der Ausgang des Speichers gegen die Betriebsspannung anstelle des Massepotentials abgeschlossen werden und alle Dioden umgepolt.werden*

Vorteil'der Erfindung ist, daß ein wahlweise gezielt nichtlineares Heglerverhalten mit hoher Geschwindigkeit und zu- mindest bereichsweiser hoher Genauigkeit mit einfachsten schaltungstechnischen Mitteln erzielt werden kann.

Ausführungsbeispiel

Pig.1: Slocksehaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung Pig.2: Schaltungstechnische Realisierung des Speichers Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Einer .Einrichtung P zur Ermittlung eines ersten digitalen Zustandesignals χ, das den Betrag der Soll-Ist-Wert-Differenz verkörpert, ist der Speicher Sp gemäß Pig. 2 derart nachgeschaltet, daß zwischen den digitalen Stellenausgängen SA niedrigeren Stellenwertes sowie zwischen dem Ausgang eines als ODER-Schaltung ausgeführten Netzwerkes HW, das die höheren der Stellenausgänge. SA logisch zusammenfaßt, und dem Masse-potential E analoge Spannungsteiler Spt, die einen Analog- , speicher darstellen, geschaltet, ist. Die Potentiometerspannungen der Spannungsteiler opt sind derart über eine Auswahlschaltung AW an den Speicherausgang A, welcher über, einen Widerstand mit dem Massepotential E verbunden ist, angekoppelt, daß die analoge Spannung des Speicherausgangs A aus dem größten sich an einem der Spannungsteiler Spt einstellenden Pegel resultiert. Die Potentiometerspannungen sind so dimensioniert, daß die Spannungsteiler Spt, die höherwertigen Stellenaus- . gangen SA nachgeschaltet sind, jeweils höhere Spannungspegel aufweisen. Da nur diejenigen der Spannungsteiler Spt, die an Stellenausgänge SA, die einen High-Pegel aufweisen, ange-

koppelt sind,, eine vom IJas se potential Ξ verschiedene Potentiometer spannung erzeugen, bestimmt somit der Spannungswert, .der dem höchsten der auf High-Pegel stehenden Stellenausgänge SA entspricht, den Pegel am Speicherausgang A. Die Übertragungsfunktion der den Speicher Sp enthaltenden Baugruppe stellt demnach eine mit größeren Eingangswerten ansteigende Treppenfunktion dar, die im Bereich kleiner Eingangswerte, also "bei betragsxnäßig kleinen Soil-'lst-Wert-Dif f erenzen, eine genauere, bessere Approximationder gewünschten resultierenden gezielten ITichtlinearität ermöglicht.

Der Ausgangswert f(x). der den Speicher Sp beinhaltenden Baugruppe wird gemäß Pig. 1 in einer Einrichtung St zur Erzeugung des Stellsignals StS mit einem in einer speziellen Einrichtung D erzeugten zweiten Zustandssignal x, das eine nicht notwendig lineare Funktion des betragsmäßigen Wertes der ersten zeitlichen Ableitung der Soll-Ist-Wert-Differenz ist, sowie mit weiteren Zustandssignalen vzx und vzx, die die Vorzeichen der Soll-Ist-Wert-Differenz und ihrer ersten zeitlichen Ableitung verkörpern, verarbeitet und daraus das Stellsignal StS abgeleitet, das dem' zu regelnden System Pr zugeführt wird. Soll die zu ersielende nichtlineare Übertragungsfunktion der den Speicher Sp beinhaltenden Baugruppe bei betragsmäßig kleiner, werdenden Eingangswerten betragsmäßig größer werdende Ausgangswerte-liefern, ist eine Umkehrung' der Schaltungsanordnung zur Realisierung der den Speicher Sp beinhaltenden Baugruppe möglich, indem die Spannungsteiler Spt an solche Stellenausgänge SA angekoppelt sind, die den Betrag der Soll-Ist-7/ert-Diff erenz digital komplementär repräsentieren, indem anstelle der Oder-Schaltung eine UiTD-Schaltung, eingesetzt wird, indem weiterhin die Spannungsteiler Spt und der Widerstand,, der an den Speicherausgang A angekoppelt ist, an das Betriebspotential der Digitalschaltung gelegt werden und ferner alle Dioden der Auswahlschaltung AW umgepolt .werden.

Eine Anwendung auf variable Parameter oder Einflüsse ist durch Anwendung eines Llatrixspeichers derart möglich, daß dem

digitalen Schaltungsteil mehrere der oben beschriebenen 3chaltungsanordmxngen parallel nachgeschaltet sind' und die einzelnen Speicherausgänge A dieser Schaltungen einer durch ein von einer Einrichtung H erzeugtes, weiteres Zustandssignal.I, das die wechselnden Parameter charakterisiert, gesteuerten Ums ehalteinrichtung zugeführt werden. Eine andere . Anwendung auf variable Parameter .oder Einflüsse ist durch ein dem Ausgang der den Speicher beinhaltenden Baugruppe nachgeschaltenes steuerbares Übertragungsglied Ü möglich. Der wesentliche Vorteil der Anordnung besteht darin, ein auf den Charakter lind die speziellen Parameterwerte des zu regelnden Systems Pr abgestimmtes, gezielt nichtlineares Reglerverhalten mit hoher Genauigkeit und äußerst geringem Aufwand zu ermög·· liehen. . ,

Ferner besteht hiermit die Möglichkeit, unbeabsichtigte, nicht-· lineare übertragungsfunktionen von Elementen des Regelkreises auszugleichen. Somit kann zum Beispiel das die erste.zeitliche Ableitung der Soll-Ist-Wert-Differenz repräsentierende Signal χ über ein einfachstes nichtlineares oder sogar rezi-

20. prok arbeitendes Meßsystem gewonnen werden, ohne daß das gewünschte Reglerverhalten beeinflußt wird.

Ein weiterer Vorteil der im speziellen Ausführungsbeispiel dargestellten Variante besteht darin, daß die Anordnung in der Lage ist, die gestellten Forderungen in extrem schnellen Vorgängen zu erfüllen.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch ·

   1·' Anordnung zur Realisierung eines nichtlinearen Reglerverhaltens bestehend aus einer Hinrichtung (P) zur Erzeugung eines ersten Zustandssignales (s), das zumindest den Ab—, solutbetrag der Soll-Ist-Wert-Differenz repräsentiert, einer Einrichtung (D) zur Erzeugungeines zweiten Zustandssignals (x), da3 zumindest den Absolutbetrag der ersten zeitlichen Ableitung der Soll-Ist-Wert-Differenz repräsentiert, wobei durch diese Einrichtungen ggf. die Vor-

   -JO Zeicheninformationen zu diesen beiden Zustands signal en als weitere Zustandssignale (vz%) und (vzx) mit erzeugt werden, sowie mit einer Einrichtung (St) zur Erzeugung eines Stellsignals (StS) und dem zuregelnden System (Pr) gekennzeichnet dadurch, daß sie zusätzlich eine einen Speicher beinhaltende Baugruppe (Sp) aufweist, die zwischen der Einrichtung (P) zur Erzeugung des ersten Zustandssignales (x) und der Einrichtung (St) zur Erzeugung eines Stellsi-gnals (StS) so angeordnet ist, daß entsprechend der Größenordnung des ersten (x) oder zweiten (x) Zustandssignals je ein Speicherinhalt ausgegeben und zusammen mit den anderen der Zustandssignale der Einrichtung (St) zur Erzeugung des Stellsignals (StS) zugeführt wird. 2. Anordnung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß sie zusätzlich eine Einrichtung (H) zur Erzeugung eines weiteren ·Zustandssignals (I) aufweist, das Informationen über •Parameterwerte und/oder über äußere Einflüsse tragt, die dem zu regelnden System (Pr) nachgeordnet ist und ausgangsseitig mit dem Speicher (Sp) und/oder mit der Einrichtung (St) zur Erzeugung.eines Stellsignals (StS) verbunden ist.

   3. Anordnung nach Punkt 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtungen zur Erzeugung der Zustandssignale derart angeordnet sind, daß die Zustandssignale (vzx), (vzx) und/ oder (I) dem Speicher (Sp), welcher dann ein Matrixspeicher ist, und/oder der Einrichtung (St) zur Erzeugung des Stellsignals (StS), .welche dann zumindest ein durch diese (s) Signal(e) den Einfluß eines der zugeführten Signale steuerndes Übertragungsglied (Ü) aufweist, zugeführt werden.
2. 4. Anordnung nach Punkt 1,2 oder 3 gekennzeichnet dadurch, daß der Speicher (Sp) durch eine Anordnung analoger . .

   Spannungsteiler (Spt) realisiert ist, die sv/isehen digitalen Stellenausgängen (SA) und einem gemeinsamen Spannungspegel angeordnet und deren Potentiomete.rspannungsklemmen mit einer Auswahlschaltung (A»7), vorzugsweise aus Dioden bestehend, verbunden sind.

   5V Anordnung nach Punkt 1, 2, 3 oder 4 gekennzeichnet dadurch, daß zumindest einer der Spannungsteiler (Spt) an¹den Äusgang eines digitalen Netzwerkes (ITW), das digitalen S-tellenäusgängen (SA) nachgeschaltet ist, angekoppelt ist.
3. 6. Anordnung nach Punkt 1, 2 oder 3 gekennzeichnet dadurch/ daß die.Einrichtung (St) zur Erzeugung des Stellsignals (StS). einen Mikrorechner enthält.

   Hierzu 2 ''Blatt Zeichnungen