WO2006058769A1 - Regeleinrichtung - Google Patents

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WO2006058769A1
WO2006058769A1 PCT/EP2005/012898 EP2005012898W WO2006058769A1 WO 2006058769 A1 WO2006058769 A1 WO 2006058769A1 EP 2005012898 W EP2005012898 W EP 2005012898W WO 2006058769 A1 WO2006058769 A1 WO 2006058769A1
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WO
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signal
controller
output
switching unit
control device
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PCT/EP2005/012898
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English (en)
French (fr)
Inventor
Victor Morokhovskyi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva GmbH
Original Assignee
Areva NP GmbH
Framatome ANP GmbH
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Publication date
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Application filed by Areva NP GmbH, Framatome ANP GmbH filed Critical Areva NP GmbH
Priority to EP05815998A priority patent/EP1817645B1/de
Priority to CA2587244A priority patent/CA2587244C/en
Priority to JP2007543784A priority patent/JP2008522300A/ja
Priority to KR1020077014443A priority patent/KR100908543B1/ko
Priority to DE502005006102T priority patent/DE502005006102D1/de
Publication of WO2006058769A1 publication Critical patent/WO2006058769A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B7/00—Arrangements for obtaining smooth engagement or disengagement of automatic control
    • G05B7/02—Arrangements for obtaining smooth engagement or disengagement of automatic control electric

Definitions

  • the invention relates to a control device with a plurality of
  • a 2s large number of alternative control channels can be provided within a control device, which can be provided, for example, with respect to the internal process sequences or individually prescribed operating parameters.
  • controller block and the controller module to be newly connected at the changeover time point have exactly the same output signal, because due to the possible
  • the output signal ⁇ of a first controller module can, if necessary, be present as an additional input signal
  • the invention is therefore based on the object to provide a control device of the type mentioned above, with the means of a particularly simple means and in a reliable manner a bumpless switching between individual controller modules is possible. Furthermore, a method particularly suitable for operating such a control device is to be specified.
  • this object is achieved according to the invention, in that the switching unit on the data side a plurality of each one of the controller modules associated differentiating available before and an integrator is connected downstream.
  • the control device is thus designed so that the outputs of the individual controller modules initially differentiated according to the time, then switched and then integrated over time to provide the output signal.
  • the invention is based on the consideration that, for a particularly simple concept for bumpless switching, a continuous cross-balancing between individual controller modules to avoid signal jumps should be avoided. Instead, the output signals of the controller modules should be processed in such a way that, instead of the actual output signals possibly having individual deviations or jumps, a system common to all controller components connected in parallel should be used.
  • the time derivative is initially formed from the output signals supplied by the controller modules, which should have a comparable behavior for all controller channels due to the common system.
  • each controller module can be assigned an individual, separately held differentiating element.
  • e is one or each of the differentiating elements in its respective assigned
  • controller module integrated.
  • the controller module including the differentiating element assigned to it, can be designed as a separate module in the manner of a modular structure
  • a controller module provided with a differentiating element can advantageously have a proportional branch provided with a proportional element and, on the other hand comprise a differential branch provided with a differentiating element, which are connected on the output side to a common 7 summing element.
  • the sum of a proportional component 9 and a differential component of the control signal is thus formed within the controller module.
  • the stated object is achieved by the switching 7 unit as an input signal for the time derivative of an output signal 8 of a controller block characteristic differential signal is supplied from 9 the output side of the switching unit by integration over time the output signal 0 of the control device is produced.
  • the differential signal is generated by time derivative of the output signal of a controller block.
  • the differential signal is formed by summation of a first signal contribution formed by the time derivative of a controller signal and a second signal contribution proportional to the controller signal, in particular for simulating a PI controller.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the temporal differentiation of the controller signals with subsequent temporal integration in the end a substantially unchanged output signal is generated, in which the differentiation and integration in itself cancel.
  • a jump of the signal is reliably avoided during the switchover, since it is not the signal that is switched, but the derivative thereof.
  • Due to the comparatively simple concept there are no further restrictions with regard to the type of controller components used or the switching criteria. In particular, it is not necessary to equip the controller modules with a balancing function.
  • no signal loops are required in the interconnection in principle with a fast controller design, with any linear, non-linear and / or adaptive controllers being used as controller modules.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of a control device. 1 Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.
  • the control device 1 according to FIG. 1 comprises in the manner of a multichannel
  • the switching unit 6 is of a switching logic
  • control unit 8 10 activated. Due to its multi-channel structure, the control unit 8 10 activated. Due to its multi-channel structure, the control unit
  • one of the controller modules 4 should be active 1. It could be provided, for example, that one of the controller module 2 ne 4 in the manner of a manual control (also called control or "open-Ioop" Reg ment 3) should be designed for manual intervention from the outside, with 4 remaining Regulator modules 4 for automated process control, if appropriate, can be designed according to diverging sequence patterns or the like 6.
  • the control device 1 is designed for particularly high operational safety and operational stability, in particular taking account of the circumstance. Because of intrinsic properties or due to different control variables and control functions or because of the fact that non-engaged controllers have a tendency to "run away" 3, their outputs are more or less different from each other could produce output signals.
  • each control channel 2 is provided in each case with a differentiating element 12, which is assigned to the respective controller module 4 and connected on the data side between the latter and the switching unit 6.
  • an integration member 14 is connected downstream.
  • the output from the respective control module 4 output signal RA is thus differentiated in time in the respective associated differentiating element 12 and thereby converted into a differential signal D during operation of the control device 1 in each controller channel.
  • the differential signal D is then applied to the switching unit 6, where necessary, a switching between see individual control channels 2 can be done.
  • the switching unit 6 transmits on the output side the differential signal D fed in by the regulator channel 2, which is in each case selected as active.
  • This forwarded differential signal D is subsequently integrated in the downstream integration element 14 over time. The result of this operation is given as output signal A to the signal output 8.
  • the concept based on the switching over of the time derivative of the output signal RA of the controller modules 4 with a time integration which succeeds after the switchover is successful basically does not impose any restrictions with regard to the type of controller used or the switchover criteria. In particular, it is not necessary for the controller modules 4 to be switched over via adjustment 1 functional or the like must have. In particular, the widely used
  • one of the regulators might have one current regulator and another regulator.
  • 9 ler be a voltage regulator.
  • the controller modules 4 can be PI (proportional-integral) controllers
  • the controller module 4 includes a proportional channel 20 and a data channel 20
  • controller module 4 designed in a conventional P-type design with a
  • control module 4 provided with the differentiating element 12 comprises, on the one hand,
  • the proportional 1 nalzweig 32 and the differential branch 34 are the output side with a common
  • the differential signal D thus outputted is supplied to the switching unit 6 characterized by the switching point 28 in accordance with the embodiment described above and is passed on to the downstream integration element o as required and depending on the mode of operation.
  • An exemplary embodiment of a control device 4 'formed from such control modules 4', each already provided with an integrated differentiating element, is shown in FIG. 3. While retaining the concept that switching between controller channels or controllers should take place with respect to the derivation of the actual controller signal, with a subsequent time integration 7 being provided, in this embodiment the controller modules supplying anyway a differential signal 8D are output 4 'directly connected to the switching unit 9 6. In turn, this is followed by the integration element 14 for forming the actual output signal A.

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Abstract

Bei einer Regeleinrichtung (1, 1') mit einer Mehrzahl von datenseitig parallel geschalteten Reglerbausteinen (4, 4'), die ausgangsseitig über eine Umschalteinheit (6) mit einem gemeinsamen Signalausgang (8) verbunden sind, soll mit besonders einfachen Mitteln und auf zuverlässige Weise eine stoßfreie Umschaltung zwischen einzelnen Reglerbausteinen ermöglicht sein. Dazu ist erfindungsgemäß der Umschalteinheit (6) datenseitig eine Mehrzahl von jeweils einem der Reglerbausteine (4, 4') zugeordneten Differenziergliedern (12) vor- und ein Integrationsglied (14) nachgeschaltet.

Description

1
2 Regeleinrichtung
3
4 Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung mit einer Mehrzahl von da-
5 tenseitig parallel geschalteten Reglerbausteinen, die ausgangsseitig über eine e Umschalteinheit mit einem gemeinsamen Signalausgang verbunden sind.
7 β In industriellen Regeleinrichtungen ist üblicherweise, beispielsweise aus Redun- g danz- oder Sicherheitsgründen oder auch zur Bereitstellung einer Mehrzahl alter-
10 nativer Steuer- oder Regelvorgänge, zur Bereitstellung eines Regelsignals eine
11 Mehrzahl von datenseitig parallel geschalteten Reglerbausteinen vorgesehen.
12 Diese Reglerbausteine sind ausgangsseitig über eine Umschalteinheit mit einem
13 gemeinsamen Signalausgang verbunden, wobei über die Umschalteinheit die ge-
14 zielte Auswahl jeweils einer der Reglerbausteine zur Bereitstellung des Ausgangs-
15 Signals erfolgen kann. Je nach Prozessablauf ist dabei üblicherweise vorgegeben, is welcher der Reglerbausteine in einem jeweiligen Betriebszustand gerade aktiv
17 sein soll. Auch die einfachsten Regeleinrichtungen weisen üblicherweise zumin-
18 dest zwei derartige, durch alternative Reglerbausteine vorgegebene, gezielt an-
19 wählbare Regelkanäle auf, wobei beispielsweise zwischen den beiden Betriebs-
20 arten „automatische Regelung" und „manuelle Regelung" unterschieden werden
21 kann. In derartigen Fällen ist alternativ zu einer automatisierten Regelung auch
22 durch gezielte Anwahl des Kanals „manuelle Regelung" (auch Steuerung oder
23 „open-loop"-Regelung genannt) durch gezielten Eingriff von außen die Vorgabe
24 eines Wertes möglich. Darüber hinaus kann innerhalb einer Regeleinrichtung eine 2s große Vielzahl alternativer Regelkanäle vorgesehen sein, die sich beispielsweise ∑e hinsichtlich der internen Prozessabläufe oder individuell vorgegebener Betriebspa-
27 rameter unterscheiden können. Schließlich kann sogar eine Umschaltung zwi-
28 sehen Reglerbausteinen vorgesehen sein, die jeweils verschiedene Prozessvaria-
29 blen regeln.
30
31 Beim Umschalten zwischen verschiedenen Betriebsarten erfolgt in einer derarti-
32 gen Regeleinrichtung durch Betätigung der Umschalteinheit die signalseitige Tren- 1 nung des jeweils gerade aktiven Reglerbausteins vom Signalausgang und die da-
2 mit einhergehende signalseitige Verbindung eines alternativen Reglerbausteins
3 mit dem Signalausgang. Aus betrieblichen Gründen kann bei einer derartigen Um-
4 Schaltung jedoch nicht immer sichergestellt werden, dass der abzuschaltende
5 Reglerbaustein und der neu zuzuschaltende Reglerbaustein zum Umschaltzeit- e punkt exakt das gleiche Ausgangssignal aufweisen, da aufgrund der möglichen
7 Verschiedenartigkeit der in den Reglerbausteinen ablaufenden Prozesse gering- β fügige Signaldifferenzen auftreten können. Derartige Signaldifferenzen können
9 sogar vergleichsweise groß sein, da der neu zuzuschaltende Reglerbaustein vor
10 dem Zeitpunkt der Umschaltung sich nicht in einem geschlossenen Regelkreis be-
11 findet und daher möglicherweise die Tendenz besitzt, zu einer Anschlagposition
12 „wegzulaufen". Erst recht treten Signalabweichungen auf, falls den Reglerbaustei-
13 nen unterschiedliche Regelgrößen zugeordnet sind. Falls eine derartige Signalab-
14 weichung zwischen Reglerbausteinen beim Umschalten auftritt, erfährt das Aus-
15 gangssignal bei der Umschaltung einen so genannten Signalsprung. Im Hinblick
16 auf betriebliche Erfordernisse oder mögliche Stabilitätskriterien können derartige
17 Signalsprünge ausgesprochen unerwünscht sein.
18 ig Um zur Vermeidung eines derartigen Signalsprungs beim Umschalten zwischen
20 verschiedenen Reglerbausteinen eine so genannte „stoßfreie Umschaltung" zu er-
21 möglichen, die eine deutlich erhöhte regeltechnische Zuverlässigkeit der Regel-
22 einrichtung insgesamt gewährleistet, können grundsätzlich die Konzepte der Ablö-
23 sung oder des Abgleiche vorgesehen sein. Im Falle der Ablösung werden die Aus-
24 gänge der einzelnen Reglerbausteine nicht geschaltet, sondern über ein Minimal-
25 oder Maximal-Glied an den Ausgangskanal weitergegeben. Bei einer derartigen
26 Schaltung erfolgt die Umschaltung immer stoßfrei. Die Anwendung eines derarti-
27 gen Konzepts ist allerdings vergleichsweise stark eingeschränkt, da der Minimal-
28 oder Maximal-Baustein am Signalausgang die Umschaltregel vollständig definiert.
29 Die Realisierung einer Umschaltung nach einer beliebigen gewünschten Regel,
30 die weder minimal noch maximal ist, ist dabei nicht möglich. Zudem ist das Kon-
31 zept der Ablösung in den meisten Fällen der regeltechnischen Anwendungen zu
32 langsam, da der „ablösende" Reglerbaustein eine „Strecke" durchlaufen muss, bis 1 die Ablösung stattfinden kann. Aus diesem Grund ist gerade bei industriellen An-
2 Wendungen von Regeleinrichtungen das Konzept der Ablösung nicht sonderlich
3 verbreitet.
4
5 Alternativ kann der so genannte „Abgleich" zum Einsatz kommen, der eine Um-
6 Schaltung nach einem beliebigen Kriterium, gebildet von der so genannten „Um-
7 schaltlogik", erlaubt. Bei einer derartigen Verschaltung kann das Ausgangssignal β eines ersten Reglerbausteins bedarfsweise als zusätzliches Eingangssignal auf
9 einen alternativen, nunmehr zu schaltenden Reglerbaustein aufgeschaltet und da-
10 bei bei diesem berücksichtigt werden. Bei einer derartigen Verschaltung ist jedoch
11 die wechselseitige optionale Beaufschlagung sämtlicher Regelbausteine mit den
12 Ausgangssignalen sämtlicher anderer Regelbausteine erforderlich. Ein derartiges
13 Konzept weist aus diesem Grund gerade bei der Parallelschaltung einer Vielzahl
14 von Reglerbausteinen eine besonders hohe Komplexität auf, die in einem beson-
15 ders hohen Herstellungs- oder Projektierungsaufwand resultieren kann.
16
17 Zudem ist gerade bei der Realisierung in Analogtechnik mit dem Konzept des Ab-
18 gleichs der Nachteil verbunden, dass während der Umschaltung kurzeitig ein ig „Nullsignal" ausgegeben wird. Somit ist eine solche Umschaltung zumindest in 20 analoger Anwendung nicht stoßfrei im engeren Sinne.
21
22 Bei einer alternativen Anwendung in einer digitalen Ausführung stellt hingegen
23 jede einzelne Abgleichschaltung eine Signalschleife dar, die in der Digitaltechnik
24 nicht zeitlos sein kann. Derartige Signalschleifen sind in der Digitaltechnik jedoch
25 mit Nachteilen behaftet, da insbesondere bei der Projektierung nicht nur die Rich-
26 tigkeit der Verschaltung, sondern auch der zeitliche Verlauf der Abgleichsignale
27 berücksichtigt werden muss. Dieses Problem kann noch weiter erschwert werden, ∑β falls eine Mehrzahl von Prozessoren verwendet wird, die asynchron zueinander
29 laufen. Gerade bei komplexen Regelsystemen ist dieses Konzept somit ebenfalls so nur begrenzt einsetzbar. - A -
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der oben genannten Art anzugeben, mit der mit besonders einfachen Mitteln und auf zuver- lässige Weise eine stoßfreie Umschaltung zwischen einzelnen Reglerbausteinen ermöglicht ist. Des Weiteren soll ein zum Betreiben einer derartigen Regeleinrich- tung besonders geeignetes Verfahren angegeben werden.
Bezüglich der Regeleinrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, in- dem der Umschalteinheit datenseitig eine Mehrzahl von jeweils einem der Regler- bausteine zugeordneten Differenziergliedern vor- und ein Integrationsglied nach- geschaltet ist.
Die Regeleinrichtung ist somit dafür ausgelegt, dass die Ausgänge der einzelnen Reglerbausteine zunächst nach der Zeit differenziert, dann umgeschaltet und da- nach über die Zeit integriert werden, um das Ausgangssignal bereitzustellen. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für ein besonders einfach ge- haltenes Konzept für eine stoßfreie Umschaltung ein dauernder Querabgleich zwi- sehen einzelnen Reglerbausteinen zur Vermeidung von Signalsprüngen vermie- den werden sollte. Stattdessen sollten die Ausgangssignale der Reglerbausteine derart aufbereitet werden, dass statt der möglicherweise mit individuellen Abwei- chungen oder Sprüngen behafteten eigentlichen Ausgangssignale eher eine allen parallel geschalteten Reglerbausteinen gemeinsame Systematik genutzt werden sollte. Dazu wird aus den von den Reglerbausteinen gelieferten Ausgangssignalen zunächst die zeitliche Ableitung gebildet, die aufgrund der gemeinsamen Syste- matik für alle Reglerkanäle ein vergleichbares Verhalten aufweisen sollte. Auf der Grundlage dieser zeitlichen Ableitung der eigentlichen Signale kann sodann die Umschaltung erfolgen, wobei nach der Umschaltung durch Bildung des zeitlichen Integrals das eigentliche Ausgangssignal wieder hergestellt wird. Die Effekte der Differenzierung und der nachfolgenden Integrierung heben sich dabei im Wesent- liehen auf, wobei das Ausgangssignal bei der Umschaltung keinen Sprung erfährt, da nicht das Signal selber, sondern dessen Ableitung geschaltet wird. Abweichun- gen zwischen den einzelnen Reglerkanälen oder den Reglern können bei einer derartigen Umschaltung somit allenfalls zu einer Unstetigkeit in der zeitlichen Ab- 1 leitung des Ausgangssignals führen, die jedoch nicht mit einer Unstetigkeit im ei-
2 gentlichen Signal einhergeht.
3
4 Bei der Auslegung der Regeleinrichtung kann jedem Reglerbaustein ein individu- s elles, separat gehaltenes Differenzierglied zugeordnet sein. Vorteilhafterweise ist e jedoch eines oder jedes der Differenzierglieder in den ihm jeweils zugeordneten
7 Reglerbaustein integriert. Damit kann der Reglerbaustein inklusive des ihm zuge- β ordneten Differenziergliedes in der Art eines modularen Aufbaus als separate
9 Komponente genutzt und im Bedarfsfall direkt mit der nachfolgenden Umschalt- 0 einheit verbunden werden. 1 2 Gerade für den Fall eines an sich weit verbreiteten Pl-Reglers (Proportional-Inte- 3 gral-Regler) als Reglerbaustein kann dabei vorteilhafterweise ein mit einem Diffe- 4 renzierglied versehener Reglerbaustein einerseits einen mit einem Proportional- 5 glied versehenen Proportionalzweig und andererseits einen mit einem Differen- 6 zierglied versehenen Differentialzweig umfassen, die ausgangsseitig mit einem 7 gemeinsamen Summierglied verbunden sind. In einer derartigen Ausgestaltung 8 wird somit innerhalb des Reglerbausteins die Summe aus einem Proportionalan- 9 teil und aus einem Differentialanteil des Regelsignals gebildet. Bei der der Um- 0 Schaltung nachfolgenden Integration des Signals entsteht somit als Ausgangssig- 1 nal ein Signal mit einem Integralanteil (gebildet aus dem zuvor enthaltenen Pro- 2 portionalanteil) und einem Proportionalanteil (gebildet aus dem zuvor ermittelten 3 Differentialanteil), so dass die herkömmlichen Eigenschaften des Ausgangssig- 4 nals eines Pl-Reglers erhalten sind. 5 6 Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem der Umschalt- 7 einheit als Eingangssignal ein für die zeitliche Ableitung eines Ausgangssignals 8 eines Reglerbausteins charakteristisches Differentialsignal zugeführt wird, aus 9 dem ausgangsseitig der Umschalteinheit durch zeitliche Integration das Aus- 0 gangssignal der Regeleinrichtung erzeugt wird. 1 Vorteilhafterweise wird das Differentialsignal dabei durch zeitliche Ableitung des Ausgangssignals eines Reglerbausteins erzeugt. In alternativer vorteilhafter Aus- gestaltung wird, insbesondere zur Nachbildung eines Pl-Reglers, das Differential- signal durch Summierung eines durch die zeitliche Ableitung eines Reglersignals gebildeten ersten Signalbeitrags und eines dem Reglersignal proportionalen zwei- ten Signalbeitrags gebildet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die zeitliche Differenzierung der Reglersignale mit anschließender zeitlicher Inte- gration im Endeffekt ein im Wesentlichen unverändertes Ausgangssignal erzeugt wird, bei dem sich Differenzierung und Integration an sich aufheben. Durch die zwischen die zeitliche Differenzierung und die zeitliche Integration geschaltete Umschaltung ist jedoch bei der Umschaltung ein Sprung des Signals sicher ver- mieden, da nicht das Signal, sondern dessen Ableitung geschaltet wird. Somit ist mit besonders einfachen Mitteln und ohne zusätzliche Komplexität bei der Ver- Schaltung der Reglerbausteine miteinander eine tatsächlich stoßfreie Umschal- tung zwischen den Reglerbausteinen ermöglicht. Aufgrund des vergleichsweise einfach gehaltenen Konzepts bestehen keine weiteren Einschränkungen bzgl. des Typs der verwendeten Reglerbausteine oder der Umschaltkriterien. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die Reglerbausteine mit einer Abgleichfunktion auszurüs- ten. Zudem sind bei grundsätzlich schnellem Regleraufbau keinerlei Signalschlei- fen in der Verschaltung erforderlich, wobei beliebige lineare, nicht lineare und/oder adaptive Regler als Reglerbausteine zum Einsatz kommen können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläu- tert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Regeleinrichtung,
Fig. 2a, 2b jeweils schematisch einen Reglerbaustein, und
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform einer Regeleinrichtung. 1 Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
2
3 Die Regeleinrichtung 1 gemäß Fig. 1 umfasst in der Art einer mehrkanaligen Aus-
4 führung, bei der eine Vielzahl von Regelkanälen 2 datenseitig parallel geschaltet s sind, eine Vielzahl von Reglerbausteinen 4, die datenseitig parallel geschaltet und e ausgangsseitig über eine Umschalteinheit 6 mit einem gemeinsamen Signalaus-
7 gang 8 verbunden sind. Die Umschalteinheit 6 ist dabei von einer Umschaltlogik
8 10 angesteuert. Aufgrund ihres mehrkanaligen Aufbaus eignet sich die Regelein-
9 richtung insbesondere für industrielle Anwendungen, bei denen bedarfs- und/oder 0 betriebsartabhängig wechselweise jeweils einer der Reglerbausteine 4 aktiv sein 1 soll. Dabei könnte beispielsweise vorgesehen sein, dass einer der Reglerbaustei- 2 ne 4 in der Art einer manuellen Regelung (auch Steuerung oder „Open-Ioop"-Reg- 3 lung genannt) für einen manuellen Eingriff von außen ausgelegt sein soll, wobei 4 die verbleibenden Reglerbausteine 4 für eine automatisierte Prozessführung, ge- 5 gebenenfalls nach voneinander abweichenden Ablaufmustern oder dergleichen, 6 ausgelegt sein können. 7 8 Die Regeleinrichtung 1 ist für eine besonders hohe Betriebssicherheit und betrieb- 9 liehe Stabilität ausgelegt. Dabei ist insbesondere dem Umstand Rechnung getra- 0 gen, dass die Reglerbausteine 4 aufgrund intrinsischer Eigenschaften oder auf- 1 grund verschiedener Regelgrößen und Regelungsfunktionen oder aufgrund der 2 Tatsache, dass nicht im Eingriff befindliche Regler eine Tendenz zum „Weglaufen" 3 besitzen, an ihren Ausgängen mehr oder weniger stark voneinander differierende 4 Ausgangssignale erzeugen könnten. Infolge dessen könnte es beim direkten Um- 5 schalten zwischen einzelnen Reglerkanälen 2 oder Reglern zu mehr oder weniger 6 stark ausgeprägten Signalsprüngen am Signalausgang 8 kommen. Um derartige 7 unerwünschte Signalsprünge, die beispielsweise zur Anregung von unerwünsch- 8 ten oder unzulässigen Schwingungen im Regelkreis führen könnten, zu vermei- 9 den, ist die Regeleinrichtung 1 für eine so genannte stoßfreie Umschaltung, bei o der derartige Signalsprünge gerade ausgeschlossen sein sollen, ausgelegt. 1 Um dies mit besonders einfachen Mitteln zu erreichen, ist in der Regeleinrichtung 1 jeder Regelkanal 2 jeweils mit einem Differenzierglied 12 versehen, das dem je- weiligen Reglerbaustein 4 zugeordnet und datenseitig zwischen diesen und die Umschalteinheit 6 geschaltet ist. Zusätzlich ist der Umschalteinheit 6 datenseitig ein Integrationsglied 14 nachgeschaltet.
Bei dieser Schaltung wird somit beim Betrieb der Regeleinrichtung 1 in jedem Reglerkanal 2 das vom jeweiligen Reglerbaustein 4 ausgegebene Ausgangssignal RA im jeweils zugeordneten Differenzierglied 12 zunächst zeitlich differenziert und dabei in ein Differentialsignal D umgewandelt. Das Differentialsignal D wird so- dann auf die Umschalteinheit 6 gegeben, wo bedarfsweise eine Umschaltung zwi- sehen einzelnen Reglerkanälen 2 erfolgen kann. Die Umschalteinheit 6 gibt dabei vom jeweils als aktiv ausgewählten Reglerkanal 2 das von diesem eingespeiste Differentialsignal D ausgangsseitig weiter. Dieses weitergegebene Differentialsig- nal D wird anschließend im nachgeschalteten Integrationsglied 14 über die Zeit integriert. Das Ergebnis dieser Operation wird als Ausgangssignal A auf den Sig- nalausgang 8 gegeben. Bei dieser Betriebsweise der Regeleinrichtung 1 heben sich die Differenzierung und nachfolgende Integration des Ausgangssignals RA des jeweiligen Reglerbausteins 4 auf, so dass das von der Regeleinrichtung 1 er- zeugte Ausgangssignal A im Wesentlichen durch diese Operationen unverändert bleibt. Allerdings erfolgt die Umschaltung zwischen Reglerkanälen 2 in der Um- schalteinheit 6 nicht am eigentlichen Ausgangssignal RA der Reglerbausteine 4, sondern an dessen durch das Differentialsignal D repräsentierter zeitlicher Ablei- tung. Damit wirken sich Abweichungen in den Ausgangssignalen RA der Regler- bausteine 4 zueinander nicht aus, und das Ausgangssignal A erfährt bei der Um- Schaltung keinen Sprung. Die Umschaltung ist damit stoßfrei im engeren Sinne.
Das auf der Umschaltung der zeitlichen Ableitung des Ausgangssignals RA der Reglerbausteine 4 mit nach der Umschaltung erfolgender zeitlicher Integration ba- sierende Konzept bedingt grundsätzlich keine Einschränkungen hinsichtlich des Typs der verwendeten Regler oder der Umschaltkriterien. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass die umzuschaltenden Reglerbausteine 4 über Abgleich- 1 funktionell oder dergleichen verfügen müssen. Insbesondere können die weit ver-
2 breiten Regler vom Typus P (proportional), I (integral), PI, PD (proportional-diffe-
3 rential), PID oder auch beliebige lineare, nicht lineare oder adaptive Regler mit be-
4 sonders geringem aperativem und konstruktivem Aufwand stoßfrei umgeschaltet s werden, ohne dass Signalschleifen erforderlich wären. Die Regler, zwischen de- e nen umgeschaltet wird, müssten zudem noch nicht einmal vom gleichen Typ sein.
? Vielmehr könnten sie sogar jeweils verschiedene Prozess- oder Regelgrößen re- β geln. Zum Beispiel könnte einer der Regler ein Stromregler und ein anderer Reg-
9 ler ein Spannungsregler sein.
10
11 Bei den Reglerbausteinen 4 kann es sich um PI-(Proportional-lntegral)-Regler
12 handeln, wie dies schematisch und beispielhaft in Fig. 2a gezeigt ist. Dabei um-
13 fasst der Reglerbaustein 4 einen Proportionalkanal 20 und einen diesem datensei-
14 tig parallel geschalteten Integralkanal 22, in den ein Integrationsglied 24 geschal-
15 tet ist. Ausgangsseitig sind der Proportionalkanal 20 und der Integralkanal 22 mit
16 einem gemeinsamen Summierglied 26 verbunden, indem die Summe der beiden
17 Teilsignale gebildet wird. Diesem ist ausgangsseitig das Differenzierglied 12 nach-
18 geschaltet, das seinerseits ausgangsseitig, wie durch den Umschaltpunkt 28 an-
19 gedeutet, mit der Umschalteinheit 6 verbunden ist. Bei entsprechender „aktiver"
20 Einstellung in der Umschalteinheit 6 ist der damit gebildete Reglerkanal 2 mit dem
21 nachgeschalteten Integrationsglied 14 verbunden. Beim Aufbau gemäß Fig. 2a ist
22 somit ein in konventioneller Pl-Bauweise ausgestalteter Reglerbaustein 4 mit ei-
23 nem im Wesentlichen separat gehaltenen Differenzierglied 12 zur Bildung des je-
24 weiligen Reglerkanals 2 verbunden.
25
26 Ein hinsichtlich seiner regeltechnischen Eigenschaften gleichwertiges System
27 kann bereitgestellt werden, indem das Differenzierglied 12 in den ihm jeweils zu- ∑β geordneten Reglerbaustein 4 integriert ist. Ein Ausführungsbeispiel für eine derar- 29 tige Anordnung anhand eines Pl-Reglers ist in Fig. 2b dargestellt. Dabei umfasst so der mit dem Differenzierglied 12 versehene Reglerbaustein 4 einerseits ein mit ei-
31 nem Proportionalglied 30 versehenen Proportionalzweig 32 und andererseits ei-
32 nen mit dem Differenzierglied 12 versehenen Differentialzweig 34. Der Proportio- 1 nalzweig 32 und der Differentialzweig 34 sind ausgangsseitig mit einem gemein-
2 samen Summierglied 36 verbunden. In dieser Ausgestaltung wird somit das für
3 die zeitliche Ableitung des Ausgangssignals RA des Reglerbausteins 4 charakte-
4 ristische Differentialsignal D durch die Summierung eines durch die zeitliche Ablei-
5 tung eines Reglersignals gebildeten ersten Signalbeitrags S1 und eines dem Reg- e lersignal proportionalen zweiten Signalbeitrags S2 gebildet. Das somit ausgegebe- 7 ne Differentialsignal D wird entsprechend der oben beschriebenen Ausgestaltung β dem über den Umschaltpunkt 28 charakterisierten Umschalteinheit 6 zugeführt g und bedarfs- und betriebsartabhängig an das nachgeschaltete Integrationsglied o 14 weitergegeben. 1 2 Ein Ausführungsbeispiel für eine aus derartigen, jeweils bereits mit einem inte- 3 grierten Differenzierglied versehenen Reglerbausteinen 4' gebildete Regeleinrich- 4 tung 1 ' ist in Fig. 3 gezeigt. Unter Beibehaltung des Konzepts, dass die Umschal- 6 tung zwischen Reglerkanälen oder Reglern hinsichtlich der Ableitung des eigentli- 6 chen Reglersignals erfolgen sollte, wobei eine anschließende zeitliche Integration 7 vorgesehen ist, sind in dieser Ausführungsform die ohnehin ein Differentialsignal 8 D als Ausgangssignal liefernden Reglerbausteine 4' direkt mit der Umschalteinheit 9 6 verbunden. Dieser ist wiederum das integrationsglied 14 zur Bildung des eigent- 0 liehen Ausgangssignals A nachgeschaltet.
Bezugszeichenliste
1 , 1' Regeleinrichtung
2 Regelkanäle
4, 4' Reglerbausteine
6 Umschalteinheit
8 Signalausgang
10 Umschaltlogik
12 Differenzierglied
14 Integrationsglied
20 Proportionalkanal
22 Integralkanal
24 Integrationsglied
26 Summierglied
28 Umschaltpunkt
30 Proportionalglied
32 Proportionalzweig
34 Differentialzweig
36 Summierglied
A Ausgangssignal
D Differentialsignal
RA Ausgangssignal
S1. S2 Signalbeiträge

Claims

Ansprüche
1. Regeleinrichtung (1 , 1') mit einer Mehrzahl von datenseitig parallel geschalteten
Reglerbausteinen (4, 4'), die ausgangsseitig über eine Umschalteinheit (6) mit einem gemeinsamen Signalausgang (8) verbunden sind, wobei der Umschalteinheit
(6) datenseitig eine Mehrzahl von jeweils einem der Reglerbausteine (4, 4') zugeordneten Differenziergliedern (12) vor- und ein Integrationsglied (14) nachgeschaltet ist.
2. Regeleinrichtung (1 , 1 ') nach Anspruch 1 , bei der eines oder jedes der Differenzierglieder (12) in den ihm jeweils zugeordneten Reglerbaustein (4, 4') integriert ist.
3. Regeleinrichtung (1 , 1 ') nach Anspruch 2, bei der zumindest ein mit einem Differenzierglied (12) versehener Reglerbaustein (4, 4') einerseits einen mit einem
Proportionalglied (30) versehenen Proportionalzweig (32) und andererseits einen mit einem Differenzierglied (12) versehenen Differentialzweig (34) umfasst, die ausgangsseitig mit einem gemeinsamen Summierglied (26) verbunden sind.
4. Verfahren zum Betreiben einer Regeleinrichtung (1 , 1 ') mit einer Mehrzahl von datenseitig parallel geschalteten Reglerbausteinen (4, 4'), die ausgangsseitig über eine Umschalteinheit (6) mit einem gemeinsamen Signalausgang (8) verbunden sind, bei dem der Umschalteinheit (6) als Eingangssignal ein für die zeitliche Ableitung eines Ausgangssignals (A, RA) eines Reglerbausteins (4, 4') charakteristisches Differentialsignal (D) zugeführt wird, aus dem ausgangsseitig der
Umschalteinheit (6) durch zeitliche Integration das Ausgangssignal (A) der Regeleinrichtung (1 , 1 ') erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Differentialsignal (D) durch zeitliche Ableitung des Ausgangssignals (RA) eines Reglerbausteins (4, 4') erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Differentialsignal (D) durch Summierung eines durch die zeitliche Ableitung eines Reglersignals gebildeten ersten Signalbeitrags (S1 ) und eines dem Reglersignal proportionalen zweiten Signalbeitrags (S2) gebildet wird.
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