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DE19606176A1 - Adaptions-Algorithmus für einen PID-Regler geeignet für Regelstrecken mit großem Störeinfluß der Strecken-Last (sekundär geregelte Hydro-Einheiten, E-Motor-Regelung) - Google Patents

Adaptions-Algorithmus für einen PID-Regler geeignet für Regelstrecken mit großem Störeinfluß der Strecken-Last (sekundär geregelte Hydro-Einheiten, E-Motor-Regelung)

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DE19606176A1
DE19606176A1 DE1996106176 DE19606176A DE19606176A1 DE 19606176 A1 DE19606176 A1 DE 19606176A1 DE 1996106176 DE1996106176 DE 1996106176 DE 19606176 A DE19606176 A DE 19606176A DE 19606176 A1 DE19606176 A1 DE 19606176A1
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DE
Germany
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algorithm according
adaptation algorithm
control
actuator
parameters
Prior art date
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DE1996106176
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Heinrich W Prof Dr In Nikolaus
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Bosch Rexroth AG
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Individual
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Priority to PCT/DE1997/000129 priority patent/WO1997029407A1/de
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

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  • Automation & Control Theory (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft den Adaptions-Algorithmus der Regelparameter eines PID- Reglers für eine Regelstrecke, deren Stellsignal (z. B. Hubvolumen einer Hydro- Einheit, Strom-Signal eines E-Motors) stark von der Abtriebs-Last abhängig ist.
1. Kurzbeschreibung
Die Größe der Parameter kP, kI und kD eines PID-Reglers werden im laufenden Regel betrieb aus Kennwerten der zu regelnden Anlage ermittelt (Fig. 3) und an das veränderte Anlagen-Verhalten angepaßt. Der Meß- und Rechner-Aufwand für die Parameter-Adaption ist dabei minimal.
2. Aufgabenstellung
Beispielsweise bei sekundär geregelten hydrostatischen Antrieben (siehe Kordak, R. Hydrostatische Antriebe mit Sekundärregelung, Mannesmann- Rexroth GmbH, 1996) entspricht im stationären Betrieb (Md2st, n2st, pst= const) jedem Anlagen-Betriebspunkt je ein bestimmtes stationäres Hubvolumen beispielsweise dem stationären Schwenkwinkel ALPHAst einer sekundärgeregelten Axialkolben-Einheit (AKE).
Ändert sich die Last Md2st, die Drehzahl n2st oder der Arbeitsdruck pst, dann ändert sich auch der den stationären Zustand beschreibende Schwenkwinkel ALPHAst der Axialkolben-Einheit.
Gelänge es, bei einem Lastsprung eines Drehzahl-Regelkreises den Schwenk­ winkel ALPHAst der Axialkolben-Einheit sprunghaft zu ändern, dann würde das System keinerlei Drehzahl-Einbrüche erfahren und der Störgrößen-Übergang wäre REIN STATIONÄR, d. h. es träte keinerlei "Drehzahl-Beule" auf!
Die Qualität von Regel-Algorithmen ist demnach daran zu messen, wie gut diese mit beliebigen (großen, kleinen) Last-Sprüngen und Lastwechseln (negative Last= Last-Abwurf) fertig werden.
Der konventionelle PID-Regler (siehe Fig. 1) hat damit große Probleme! Der einzige Term, der bei konventionellen PID-Reglern den stationären Schwenkwinkel-Anteil ALPHAst einer Axialkolben-Einheit beeinflußt, ist der Integral-Anteil des Reglers (30, 32). Ist der Integral-Faktor KI (wie in den meisten Fällen) konstant, dann kann der Regler nur auf eine spezielle Störgrößen-Änderung (dn/dt, dMd/dt) ausgelegt werden.
Betrachtet man die stationäre Störgrößen-Gleichung (20 . . . 33) eines digitalen PID-Reglers, dann ist unschwer zu erkennen, daß hier zwangsläufig viele Wünsche offen bleiben, d. h. die STATIONÄRE STÖRGRÖSSEN-AUS- REGELUNG ist hier in der Regel miserabel, es ist also beispielsweise bei unterschiedlichen Last-Sprüngen beispielsweise in einem Drehzahl-Regelkreis vorübergehend mit starken Drehzahlschwankungen (Drehzahl-Beulen) und Überschwingen des Istwerts zu rechnen. Erschwerend kommt noch hinzu, daß mit wachsendem Integral-Anteil (KI) das Regelsystem immer instabiler wird. Bezüglich der Wahl des Integral-Faktors KI sind daher sehr enge Grenzen gesetzt; dies schränkt den Einsatzbereich des konventionellen PID-Reglers mit Konstant-Parametern zusätzlich ein.
Aufgabe eines verbesserten Regelalgorithmus ist es also
  • - Störgrößen-Schwankungen (Last-Schwankungen) besser auszuregeln,
  • - Regelparameter einzuführen, die auf unterschiedliche Last-Schwan­ kungen unterschiedliche Änderungen von ALPHAst vornehmen,
  • - lineare Abhängigkeiten zwischen Regel-Parameter und Abtriebs-Kennung herzustellen, um
    • - einerseits die Reglerkennwerte analytisch oder (über Simulation) experimentell vorherzubestimmen,
    • - andererseits die Änderungen des Anlagen-Verhaltens während des Regelprozesses meßtechnisch zu erfassen und die Parameter des neuen Reglers ständig an die veränderte Anlagen-Kennung anzupassen (Adaptiv-Regler).
  • - die Regler-Struktur so zu gestalten, daß die einmal festgelegten Parameter über einen möglichst großen Arbeitsbereich (Stör-Bereich) der Anlage stabiles Regelverhalten gewährleisten.
Der nachfolgend beschriebene Adaptions-Algorithmus der Regelparameter kommt diesem Ziel sehr nahe, da während des laufenden Regel-Prozesses die Reglerkennwerte laufend an ggf. veränderte Anlagen-Bedingungen angepaßt werden.
3. Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Standard-Drehzahl-Regelkreis für sekundär geregelte Hydrostatische Antriebe (Quelle: Mannesmann-Rexroth GmbH, Lohr/Main).
Fig. 2 das digitale Standard-Regler-Konzept des Drehzahlreglers mit den entsprechenden digitalen Regel-Beziehungen für eine Abtast-Folge k-1, k, k+1.
Fig. 3 das Verfahren, mit dem die Regel-Parameter kP und kD aus dem sich ständig verändernden Verhalten der Strecke bestimmt werden können.
Der Standard-Drehzahl-Regelkreis (Fig. 1) für eine sekundär-geregelte Axialkolben-Einheit (im folgenden mit AKE bezeichnet) besteht aus
  • - dem übergeordneten Drehzahl-Regelkreis mit
    • - der Drehzahl-Rückführung nIst (11)
    • - der Sollwert-Vorgabe nSoll (10)
    • - der Regel-Abweichung xw (13)
    • - dem PID-Regler (5)
    • - Der Regler-Ausgangsgröße Y (ALPHA) (14)
  • - dem unterlagerten Schwenkwinkel-Regelkreis mit
    • - dem Reglerausgangssignal Y als Sollwert-Eingang (4)
    • - dem gemessenen Schwenkwinkel der AKE als Istwert (16)
    • - dem PD-Regler (4)
    • - dem Servoventil (3)
    • - dem Stellzylinder der AKE (2).
Die Funktion und Struktur des übergeordneten Regelkreises sind in Fig. 2 ausführlich erläutert. Die Bildung eines neuen Ausgangs-Signals Yk im Digital- Regler erfolgt durch Addition
  • - des Proportional-Anteils dYPk (31),
  • - des Differential-Anteils DYIk (33),
  • - des Integral-Anteils DYIk (32)
zur Integrations-Konstanten YIk-1 (30) des Vortaktes, wobei die neue Integrations-Konstante YIk (34) durch Addition des Integral-Anteils dYIk (32) zur alten Integrations-Konstante Yik-1 (30) für den nächsten Takt (k+1) festgelegt wird. Eine optimale Regelung wird jeweils erreicht, wenn die Parameter kP, kI und kD optimal an die Anlagen-Bedingungen angepaßt werden. Bei Regel­ strecken mit stark schwankenden Anlagen-Kennwerten ist daher eine optimale Anpassung nur durch die fortlaufende adaptive Anpassung der Regler- Kennwerte kP, kI und kD an die veränderten Strecken-Bedingungen möglich.
Läßt man den Integral-Anteil zunächst außer acht (KI = 0), dann lassen sich unter bestimmten regelungstechnischen Vorgaben die Werte für die Regelparameter kP und kD aus Anlagen-Kennwerten bestimmen.
Zunächst sind einige wichtige Rand-Bedingungen zu erfassen:
  • - Der Stellbereich (hier Schwenkwinkel ALPHA) der AKE ist begrenzt, d. h. bei Beschleunigung großer Massen (z. Fahrzeug) geht die Stellfunktion der AKE in ihre Begrenzung (also an die Grenze ihres Stellbereichs, Yk = +/-1). In diesem Bereich ist die Änderung der Regelgröße x (hier Drehzahl) maximal, d. h. dx/dt = (dx/dt)max.
  • - die maximal mögliche Stellgeschwindigkeit des Stellorgans (hier Stellzylinder) ist begrenzt, d. h. die Änderungen des Regler-Ausgangs- Signals dYk werden nur dann konsequent umgesetzt, wenn diese Grenz- Stellgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Aus Forderungen, die aus diesen beiden Grenzbedingungen abgeleitet werden, lassen sich die jeweils optimalen Werte für KP und KD unter Verwendung folgender Definitionen bestimmen:
Es sei Tst die kleinstmögliche Stellzeit des Stellgeräts (hier Stellzylinder) der AKE von 0<Y<100%
Es sei (dx/dt)max die maximale Änderungs-Geschwindigkeit der zu regelnden Anlagen-Größe (hier Drehzahl n) bei voll ausgeschwenkter Hydro-Einheit (ALPHA = ALPHAmax).
Fordert man (was sehr sinnvoll ist), daß bei Rückkehr der AKE aus der Maximalbeschleunigung (Stell-System ist am Anschlag, d. h. Y = 100% t = tkrit)) die Stellgeschwindigkeit dY/dtA des Stellglieds unterhalb ihres Grenzwerts (-1/Tst) bleibt, dann lassen sich über physikalische Ähnlichkeits-Bedingungen (siehe Fig. 3 Beziehung 100 . . . 109), folgende Forderungen für die Größe von kP und kD ableiten. Der Vorgang wird an Hand der Antwort-Funktion auf eine sprunghafte Änderung des Sollwert-Signals beschrieben (Fig. 3 = Sollwert-Sprung):
Die Forderung der Begrenzung der Stellgeschwindigkeit (dY/dta) zum Zeitpunkt t = tkrit auf den Wert (dY/dta)max ergibt:
KP = 1/(Tst*(dx/dtA)max (102)
Aus der Forderung, daß zum Zeitpunkt t = tkrit das vom Regler berechnete Stellsignal Ykrit = 1 (kein Überschwing-Wert) sein soll, erhält man die Beziehung:
kD = 1/(dx/dtA)max*(kP*abs(xwkrit)-1) (105)
Bei einem reinen Proportional-Regler (kI, kD = 0) ist aus den Beziehungen 105, 105a, 106 zu erkennen, daß die Regelabweichung zum Zeitpunkt tkrit folgenden Wert annimmt:
abs(xwkrit)prop = 1/kP = Tst*abs(dx/dta)max (105a)
Fordert man, daß bei einem PID-Regler der "Ausstieg" aus dem Anschlag des Stellglieds bereits bei einer Regelabweichung
abs(xwkrit)pd = 2*abs(xwkrit)prop erfolgt,
d. h. daß P- und D-Anteil des Stellsignals in etwa gleich gewichtete Anteile aufweisen, dann ergibt sich aus dem beschriebenen Gleichungs-System die Lösung:
kD = 1/(dx/dtA)max = kP*Tst (108)
Ist die maximal mögliche Stellgeschwindigkeit 1/Tst des Stellorgans (hier Stellzylinder der Hydro-Einheit) eine Geräte-Konstante, was i.a. der Fall ist, dann sind unter den geforderten Bedingungen die Regelparameter kP und kD linear abhängig, d. h. jeder der beiden Parameter kann durch den anderen mathematisch beschrieben werden. Die bedeutet, daß ein unter den genannten Forderungen betriebener PID-Regler nur zwei echte Regelparameter aufweist, von denen die Größe eines Parameters (kP oder kD) fortlaufend aus den sich ständig ändernden Strecken-Werten (dx/dtA)max, Tst berechnet und adaptiert werden kann. Führt man zusätzlich folgende Parameter ein:
  • - einen Dämpfungs-Parameter Delta, mit dessen Hilfe in ungünstigen Situationen der Differential-Anteil des Regler-Stellsignals (dYDk) stetig ausgeblendet werden kann: dYDk = Delta*kD*(xwk - xwk-1)/dtA- einen System-Verstärkungs-Faktor Vsys, mit dessen Hilfe die Stellsignal- Änderung dYk beeinflußt wird:dYk = Vsys*(Yk - Yk-1), (113)und definiert einen Stabilitäts-Faktor KstKst = (2*Tst/dtA)*Delta, (112)dann erhält man eine neue Gleichung für den digitalen PID-Regler gemäß Beziehung (110, 110a, 111). Diese Beziehungen enthalten:
  • - den Regelparameter kI,
  • - den aus Anlagen-Kennwerte laufend neu bestimmten Regelparameter kP,
  • - die maximale Stellgeschw. 1/Tst des Stellzylinders,
  • - die vom Adaptions-Algorithmus gesteuerten Werte für Vsys, Delta.
Die kleinstmögliche Stellzeit Tst des Stellgeräts ist i.a. eine konstante Größe. Es liegt nahe, jeweils bei Erreichen einer Endlage des Stellgeräts (Yk = +/-1) die Istwert-Änderung (dx/dt)max der Anlage meßtechnisch bzw. reglerintern zu erfassen und damit die Regelparameter KP (und KD) an ggf, veränderte Anlagenbedingungen laufend anzupassen (Adaption).
Die Größe von Vsys wird über Stabilitäts-Kriterien des Regelkreises gesteuert.
So wurde z. B. das Alternieren des Stellglieds (Yk*Yk-1 < -kRauschen erfolgreich als Steuergröße verwendet:
Der Faktor kRausch stellt die Rausch-Grenze des Stellsignals Y dar. kUp und kDown sind die Inkrement- bzw. Dekrement-Werte des Steueralgorithmus. Vsysmin und Vsysmax grenzen den Funktionsbereich von Vsys ein.
Zweckmäßig ist es, wie im Beispiel gezeigt, den Arbeitsbereich des Parameters Vsys durch minimale und maximale Grenzwerte Vsysmax, Vsysmin einzuschränken.
Unter Verwendung des beschriebenen Algorithmus optimiert der Regel- Algorithmus den Regelparameter kP (und damit auch kD!) fortlaufend auch ohne Erreichen des End-Anschlags im Stell-Gerät:
kPx = Vsys*kP
Als Regelkriterien könnte unter anderem auch das Alternieren
  • - des Differential-Anteils (if YPk*YPk-1 < -kRausch)
  • - oder des Proportional-Anteils (if YDk*YDk-1 < -kRausch)
verwendet werden.
Problematisch ist der Einfluß einer unvorhergesehenen großen Anlagen- Störung, wenn der Faktor Vsys gerade sehr klein, die unmittelbare Korrektur- Wirkung der Größen YPk und Ydk also relativ klein ist.
Um diesen Effekt zu beheben, wird in allen erfaßbaren Notsituationen wie z. B.
bzw. in großen Schritten vergrößert.
Ein häufig störender Effekt ist die Instabilität des Differenzierers bei abgeklungener Ausregelung d. h. im stationären Bereich, die zum Aufschaukeln von Störschwingungen führen kann. Es ist zweckmäßig, in diesem stabilen Zustand, wo die stabilisierende Funktion des Differenzierers dicht mehr erforderlich ist, diese Funktion stetig auszublenden. Dies wird durch die Einführung des Dämpfungs-Faktors Delta realisiert (siehe Beziehungen 111, 112).
Der Dämpfungs-Faktor Delta wird ähnlich wie beim Faktor Vsys ereignisgesteuert, zweckmäßigerweise über den alternierenden Differential- Anteil (YDk*YDk-1 < -kRausch) gesteuert:
Problematisch ist auch hier der Einfluß einer unvorhergesehenen großen Störung, wenn der Faktor Delta sehr klein, die Wirkung des Differenzierers also nahezu ausgeblendet ist. Um diesen Effekt zu beheben, wird in allen erfaßbaren Notsituationen wie z. B.
der Delta-Wert auf seine Maximal-Größe angehoben
bzw. in großen Schritten vergrößert.
Im Bereich kleinster Drehzahlen (n < nmin) steigen die Reibkennwerte der Anlage häufig sprunghaft an (Stribeck-Kurve, Ruck-Gleiten). Hier kann der Differenzierer derart Störungen erzeugen, daß eine Regelung besonders kleiner Drehzahlen um den Null-Bereich nicht mehr möglich ist. Auch hier hilft die Ausblendung des Differenzierers über den Wert Delta:
Kennzeichnend für die Güte eines Digital-Reglers ist die Abtast-Frequenz Fa bzw. die Abtastzeit dta= 1/fa. Da die maximal mögliche Abtastfrequenz eines Digital-Rechners durch seine Rechenkapazität begrenzt ist und dieser ggf. mehrere Regelkreise gleichzeitig zu "betreuen" hat, spielt die Minimierung der Abtast-Frequenz d. h. die Bestimmung der kleinsten Frequenz, bei der der Regelkreis noch funktionsfähig bleibt, für die Rechner-Auslastung eine entschei­ dende Rolle. Da die Regelparameter KP und KD unmittelbar vom (sich ggf. ständig verändernden) Anlagen-Verhalten abhängig sind und entsprechend korrigiert werden, liegt es nahe, die optimale Abtastzeit dtaOpt, die entscheidend
  • - vom Anlagen-Wert (dx/dt)max
  • - von der Grenz-Stellgeschwindigkeit Vstmax = 1/Tst
abhängig ist, über diese Werte zu bestimmen und ggf. während des Regel- Prozesses zu adaptieren. Damit kann die Auslastung des Digital-Rechners (MC) wesentlich verbessert werden, wenn z. B. in stationären Betriebszuständen der Anlage dem Rechner hierdurch Zeit für notwendige zeitunkritische Operationen (z. B. Statistische Datenaufbereitung usw.) zur Verfügung steht.
Unter anderem kann zur Steuerung der optimalen Abtastzeit dtaOpt auch eine jeweils von den Anlagen-Bedingungen abhängige zulässige maximale Istwert- Änderung dxMax je Rechnertakt definiert werden. Dadurch bleibt die Änderung des Istwertes dx je Abtastung in etwa konstant. dx/Takt = const. Liegt ein Regelkreis mit unterlagertem Stell-Regelkreis wie in Fig. 1 beschrieben vor, dann liegt es nahe, im übergeordneten Regelkreis anstelle der Größe Yk-1 (Gl. 113) unmittelbar den meßbaren Stellwert Yalpha (Fig. 1 Pos. 17) des Stellzylinders als "Vorgeschichte" des Haupt-Reglers (Fig. 3) zu verwenden. d. h. zur Berechnung der Stellsignal-Änderung dYk wird die Differenz aus dem berechneten Stellsignal Yk und dem gemessenen Stellsignal (17 in Fig. 1) verwendet.
dYk=Vsys*(Yk - Yalpha) (114)
Das Übertragungs-Verhalten des Stellglieds (Fig. 1, Pos. 2, 3) weist i.a. eine Hysterese auf, die im Regelkreis Stabilitäts-Probleme verursachen kann. Oft hilft man sich dadurch, daß dem das Stellsystem steuernden Stellgerät (hier das Servoventil (3)) ein sogenanntes Zitter-Signal dYdither mit hoher Zitterfrequenz fdither und einer an die Hysterese des Stellglieds (2) angepaßten Zitter- Amplitude dYdither überlagert wird. Nachteilig bei dieser Methode ist, daß dieses Zittersignal auch dann wirkt, wenn es gar nicht benötigt wird (zum Beispiel bei normalen Einschwing-Vorgängen). Dadurch kann ein überhöhter Verschleiß des Stellzylinders (2) erzeugt werden. Sinnvoller ist es, einen sogenannten Hysterese-Kompensator einzuführen, der die vorhandene Stell-Hysterese des Stellgliedes (2) beim Wechsel der Stellrichtung durch ein Signal dYkomp,
  • - dessen Wert der Größe der Hysterese entspricht,
  • - das in Bewegungs-Richtung wirkt (also voreilend wirkt),
kompensiert.
Mit dieser Methode erreicht man, daß die Hysterese des Stellgeräts nur dort "bekämpft" wird, wo sie auch wirklich auftritt:
Yk = Yk-1 + dYk + sgn(Yk - Yk-1)*dYkomp (115)
mit dYkomp = Hysterese-Kompensations-Konstante.
Problematisch ist die Festlegung des Integrations-Faktors kI, da dessen Größe vorausschauend, d. h. auf zukünftige Anlagen-Änderungen ausgerichtet werden muß. Eine Adaption dieses Parameters kann also nur eine nachträgliche Korrektur des Wertes kI bei nachweislich falschen Vorwerten beinhalten. So kann z. B.,
  • - wenn sich die Änderung der Regelabweichung stabilisiert hat (YDk*YDk-1 < - kRausch)
  • - wenn die Änderung der Regelabweichung abs(dxw) kleiner ist als ein unterer Grenzwert xwmin,
der Integrations-Konstanten YIk-1 (30 in Fig. 2) der Proportional-Anteil Ypk (31 in Fig. 2) ganz oder teilweise zugeschlagen werden:
Der Zuschalt-Faktor VI wird in bekannter Weise über Stabilitäts-Kriterien gesteuert.
Abschließend sei noch erwähnt, daß die adaptiven Steuerparameter
  • - Delta und Vsys (Abschalt-Parameter)
  • - VI (Zuschalt-Parameter)
bei stabilen Reglezuständen vorsichtig auf ihre Ursprungswerte angehoben bzw. abgesenkt werden.

Claims (20)

1. Adaptions-Algorithmus für einen PID-Regler geeignet zum Regeln von Strecken mit starkem Störgrößen-Einfluß dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter kP und kD des Standard-PID-Reglers aus den erfaßbaren Kennwerten der Strecke:
  • - maximal mögliche Änderung des Istwerts x der Anlage,
  • - maximale Stellgeschwindigkeit 1/Tst des Stellgeräts der Anlage bestimmt und fortlaufend angepaßt werden (Adaption).
2. Adaptions-Algorithmus nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgleichung nur aus einer einzigen Komponente (z. B. YP) besteht, deren Regelparameter kP fortlaufen über die Anlagenkennwerte neu bestimmt wird.
3. Adaptions-Algorithmus nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Regelparameter KP bzw. KD aus Kenngrößen des Stellglieds (Tst) und der Strecke ((dx/dt)max) bestimmt werden.
4. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Regelparameters KP wie folgt bestimmt wird: KP = const. * 1/(Tst*Tt(dx/dt)max)
5. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Regelparameters KD aus Kenngrößen des Stellglieds (Tst) und der Strecke ((dx/dt)max) bestimmt wird: KD = const.*TstTst*KP
6. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 3 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bestimung der Größe der Regelparameter KP, KD erforderlichen Anlagen-Kennwerte (dx/dt)max, Tst im Anschlag-Bereich des Stellglieds (Yk = +/-1) erfaßt werden und daraus die Regel-Parameter KP bzw. KD neu bestimmt werden.
7. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß in die Regel-Gleichung ein Verstärkungs-Faktor Vsys eingeführt wird, dessen Größe den Wert der Stell-Signal-Änderung Yk - Yk-1 beeinflußt: Yk = Yk-1 + Vsys *dYk,wobei die Größe von Vsys durch Stabilitäts-Kriterien des Regelkreises stetig beeinflußt wird.
8. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Verstärkungs-Faktors Vsys über System-Stabilitäts-Kriterien wie z. B.
  • - alternierende Stellglied-Funktion (if dYk*dYk-1 < - kRausch)
  • - alternierende Differenzierer-Funktion (if dYDk*tdYDk-1 < - kRausch)
  • - alternierende Proportional-Funktion (if dYPk*dYPk-1 < - kRausch)
gesteuert wird.
9. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß in auftretenden Notsituationen (starke Änderung des Anlagen-Verhaltens) der Verstärkungs-Faktor Vsys sprunghaft oder auch stetig auf seinen Maximal- Wert angehoben wird.
10. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß in die Regel-Gleichung ein Dämpfungs-Faktor Delta eingeführt wird, der eine stetige Ausblendung des Differentialanteils dYDk abhängig von der Instabilität des Regelsystems ermöglicht.
11. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Dämpfungs-Faktors Delta über System-Stabilitäts-Kriterien wie z. B.
  • - alternierende Stellglied-Funktion (if dYk*dYk-1 < - kRausch)
  • - alternierende Differenzierer-Funktion (if dYDk*dYDk-1 < - kRausch)
  • - alternierende Proportional-Funktion (if dYPk*dYPk-1 < - kRausch)
gesteuert wird.
12. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß in auftretenden Notsituationen (starke Änderung des Anlagen-Verhaltens) der Dämpfungs-Faktor Delta sprunghaft oder auch stetig auf seinen Maximal- Wert angehoben wird.
13. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 10 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich kleinster Drehzahlen (Ruck-Gleit-Gefahr) der Differential-Anteil (YD) des Reglers feinfühligst beeinflußt wird.
14. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastzeit dta des Reglers abhängig von den Regelparametern KP und KD bzw. aus Anlagen-Kennwerten, die den Wert von kp bzw. kD beeinflussen, berechnet wird.
15. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastzeit dta des Reglers so dimensioniert wird, daß die Änderung des Istwertes dx je Takt in etwa konstant bleibt.
16. Adaptions-Algorithmus nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die berechnete Stellglied-Änderung dYk anstelle aus dem vorher berechneten Stellsignal Yk-1 direkt aus dem gemessenen Positions-Wert des Stellglieds Yalpha (17) bestimmt wird: Yk = Yalpha (17) + Vsys*(Yk - Yalpha (17))
17. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler-Ausgangs-Signal Yk ein Hysterese- Kompensations-Signal Ykomp zugeschlagen wird, das die Hysterese des Stellglieds kompensiert: Yk=Yk-1 + dYk + sgn(Yk - Yk-1) * dYkompmit dYkomp = Hysterese-Kompensations-Wert.
18. Adaptionsalgorithmus nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur schnelleren Reduzierung der bleibenden Regleabweichung in quasistationären Zuständen des Reglers der Integrations-Konstanten YIk der Wert des noch verbleibenden proportio­ nalen Stellglied-Anteils YPk ganz oder teilweise zugeschlagen wird, wobei die Größe des Zuschlags-Faktors VI in aufgezeigter Weise über Stabilitäts- Kriterien gesteuert wird. YIk = YIk-1 + dYIk + Vi * YPk mit VI = f (Stabilitäts-Kriterien).
DE1996106176 1996-02-08 1996-02-20 Adaptions-Algorithmus für einen PID-Regler geeignet für Regelstrecken mit großem Störeinfluß der Strecken-Last (sekundär geregelte Hydro-Einheiten, E-Motor-Regelung) Withdrawn DE19606176A1 (de)

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