DE2943354C2

DE2943354C2 - Procedure for starting control loops by activating a start-up function

Info

Publication number: DE2943354C2
Application number: DE19792943354
Authority: DE
Inventors: Georg Ing.(grad.) 6230 Frankfurt Haby
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1979-10-26
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1983-12-22
Also published as: DE2943354A1

Description

Auftreten der Störgröße bis unendlich minimiertOccurrence of the disturbance variable minimized to infinity

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anfahrfunktion zu dem dem Vergleichssystem zugeführten Sollwert addiert Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den über den Grenzwert hinausgehenden Teil des Ausgangs zuerst mit einem Faktor zu multiplizieren, danach zum Sollwert zu addieren und dann über die Anfahrfunktion auf den Sollwerteingang des Vergleichssystems des Reglers zu schalten. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die Anfahrfunktion vor den Sollwerteingang des Vergleichssystems des Reglers zu schalten und mit dem Sollwert zu beaufschlagen. In jedem Fall empfiehlt es sich jedoch, die im Regler vorhandenen, auf das Vergleichssystem wirkenden Rückführgrößen auf den entsprechenden Grenzwert zu begrenzen.In a preferred embodiment, the start-up function is supplied to the comparison system Setpoint added Here it has proven to be useful to add the value above the limit value to multiply the exceeding part of the output by a factor first, then to the setpoint add and then use the approach function to the setpoint input of the controller's comparison system switch. Another advantageous option is to use the start-up function before the setpoint input of the To switch the comparison system of the controller and apply the setpoint. In any case, it recommends however, the feedback variables that are present in the controller and that act on the comparison system have an effect on the limit the corresponding limit value.

Bei Folgeregelungen (Kaskadenregelungen) hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Differenz des Grenzwertes und Obersteuerung des Folgereglers auf die Anfahrfunktion des Führungsreglers zu schalten. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Grenzwert des Führungsreglers durch den Istwert des Folgereglers, addiert mit der Differenz von Grenzwert und Ausgang des Folgeregters, gebildetIn the case of follow-up regulations (cascade regulations), it has proven to be useful to calculate the difference between the To switch the limit value and override of the slave controller to the approach function of the master controller. According to another advantageous embodiment, the limit value of the master controller is through the The actual value of the slave controller, added with the difference between the limit value and the output of the slave controller, is formed

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Grenzwert des Reglers bei einer Ansteuerung des Stellgliedes durch eine Auswahl aus mehreren Stellgrößen dadurch vorzugeben, daß eine Auswahl aus allen anderen Stellgrößen aufgeschaltet wird.It has proven to be advantageous to set the limit value of the controller when the actuator is activated by making a selection from several manipulated variables by making a selection from all the others Manipulated variables is switched on.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die drei Ausführungsbeispiele enthält, näher erläutert Es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing, which contains three exemplary embodiments. It shows

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Reglerschaltung,F i g. 1 is a block diagram of a regulator circuit operating according to the method according to the invention,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden pneumatischen PI-Regler undF i g. 2 a schematic representation of a pneumatic operating according to the method according to the invention PI controller and

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Kaskadenregelung. F i g. 3 shows a schematic representation of a cascade control operating according to the method according to the invention.

Bei der Anwendung von Reglern kommt es immer wieder vor, daß der Ausgang des Reglers keinen Einfluß auf die Stellgröße mehr hat. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn der Reglerausgang die Stellgröße (Ventil) in eine Endlage fährt. Ein weiteres Ansteuern des Regierausganges ist dann sinnlos. Entsprechendes gilt dann, wenn die Stellgröße über eine Auswahlschaltung von einem anderen Regler beeinflußt bzw. ein Aussteuern über die von dem anderen Regler vorgegebene Grenze oder die Stellgröße von Hand vorgegeben wird. Ein weiteres Aussteuern des Reglers in beiden Richtungen ist dann sinnlos. Soll z. B. bei einer chemischen Reaktion der pH-Wert durch Zugabe von Lauge geregelt werden und bei dieser Reaktion die Temperatur einen bestimmten Wert nicht überschreiten, so wird der Temperaturregler über ein Auswahlrelcis die Verstellung der Laugenmenge übernehmen, und entsprechend drosseln, auch dann, wenn der pH-Wert weit unter dem Sollwert und der Ausgang des pH-Reglers geeignet ist, die Laugenmenge zu erhöhen. Der Ausgang des Temperaturreglers stellt eine Begrenzung der Stellgröße des pH-Reglers, und umgekehrt der Ausgang des pH-Reglers eine Begrenzung der Stellgröße dar.When using controllers, it happens again and again that the controller output has no influence has more on the manipulated variable. This can occur, for example, when the controller output controls the manipulated variable (Valve) moves to an end position. Another control of the government output is then pointless. Corresponding applies if the manipulated variable is influenced or activated by another controller via a selection circuit Modulation via the limit specified by the other controller or the manipulated variable by hand is specified. Further modulating the controller in both directions is then pointless. Should z. B. at a chemical reaction the pH value can be regulated by adding lye and during this reaction the If the temperature does not exceed a certain value, the temperature controller is activated via a selection relay take over the adjustment of the amount of lye, and throttle accordingly, even if the pH value well below the setpoint and the output of the pH controller is suitable for increasing the amount of lye. The output of the temperature controller limits the manipulated variable of the pH controller, and conversely, the output of the pH controller represents a limitation of the manipulated variable.

Das Anfahren des plJ-Regelkreises ist der Übergang von der Verstellung des Stellgliedes durch den Temperaturregler zur Verstellung des Stellgliedes durch den pH-Regler. Das Anfahren des Temperaturregelkreises ist der Übergan? von der Verstellung des Stellgliedes durch den pH-Regler zur Verstellung des Stellgliedes durch den Temperaturregler. Bei einer derartigen Übernahme kommt es darauf an, daß der Temperaturregler den Ablauf der Reaktion durch Drosselung der Laugenzufuhr möglichst frühzeitig und schon bei geringem Anstieg der Temperatur verringert, um ein überschwingungsfreies Heranfahren der Temperatur an den Sollwert zu ermöglichen.Starting the pJ control loop is the transition from the adjustment of the actuator by the temperature controller to the adjustment of the actuator the pH controller. Starting up the temperature control loop is the transition? from the adjustment of the Actuator by the pH controller for adjusting the actuator by the temperature controller. At a such assumption, it is important that the temperature controller through the course of the reaction Throttling of the lye supply as early as possible and already reduced with a slight increase in temperature, to enable the temperature to approach the setpoint without overshoots.

Oberschreitet bei der Reglerschaltung gemäß F i g. 1 ίο der Reglerausgang 2 die für die Stellgröße maßgebenden Grenzwerte 1 (unterschreitet 1'), so wird eine Differenz zwischen den Größen 3 und 4 und dem Reglerausgang 2 entstehen. Diese Differenz wird durch das Relais 13 gebildet Diese Differenz wird mit einem Faktor multipliziert und dazu verwendet die Speicherglieder der Anfahrfunktion im Relais if4 zu setzen. Dies kann bei einem elektrischen Analogregler das Laden von Ä-C-Gl'edern sein, oder bei einem pneumatischen Reggier das Auffüllen von Drossel-V' Äimen-Kombinazo tionen.If the regulator circuit according to FIG. 1 ίο the controller output 2 is decisive for the manipulated variable Limit values 1 (falls below 1 '), there is a difference between the sizes 3 and 4 and the Controller output 2 arise. This difference is formed by the relay 13. This difference is with a Factor multiplied and used to set the storage elements of the start-up function in relay if4. this can be the loading of Ä-C-Gl'edern with an electrical analog controller, or with a pneumatic one Reggier the filling up of Drossel-V 'Äimen-Kombinazo options.

Die Addition zum Vergleichssystem des Reglers 10 wird bei dieser Schaltung dadurch herbeigeführt daß die Ausgangsgröße der Anfahrfunktion 6 durch das AdditioB^relais 15 zum Sollwert addiert und die Summe 8 auf den Sollwerteingang des Reglers 10 gegeben wird. Der Wert 8 wird dem Istwert 9 entsprechen.The addition to the comparison system of the controller 10 is brought about in this circuit in that the output variable of the start-up function 6 is added to the setpoint value by the additive relay 15 and the sum 8 is given to the setpoint input of controller 10. The value 8 will correspond to the actual value 9.

Die im Regler 10 vorhandenen Werte werden durch die Aufschaltung von 1 auf 1' auf die, de» Grenzwerten entsprechenden Größen begrenzt Bei einem PI-Regler können dies die Proportional- und die Integral-Rückführung sein. Durch diese Begrenzung der Rückführungen wird der Regierausgang soweit ausgesteuert, daß die Größe 8 gleich dem Istwert wird. Überschreitet der isiwert in seinem Verlauf die durch den Sollwert und die Anfahrfunktion gegebenen Größe 8, so wird sich der Reglerausgang 2 vom Begrenzungswert 4 lösen und der Regler die Verstellung der Stellgröße übernehmen. Das Relais 16 verarbeitet den der Differenz entsprechenden Wert 5 mit einer Zeitfunktion oder multipliziert diesen ■to Wert im einfachen Fall mit einem Faktor. Der Ausgang 18 wird im Relais 17 zum Reglerausgang 2 addiert. Der Ausgang 19 des Relais 17 kann dazu verwendet werden, Nullpunktfehler beispielsweise bei Schließstellung eines Ventils auszugleichen, da er über den Wert 2 oder 4 hinausgeht oder über diesen Wert hinaus wie ein P-Regler wirkt. Bei Handstellung wird der Handstellwert sowohl auf den maximalen Grenzwert 1 als auch auf den minimalen Grenzwert Γ geschaltet.The values present in the controller 10 are switched from 1 to 1 'to the "de" limit values The proportional and integral feedback can do this with a PI controller be. By limiting the feedback, the government output is controlled to such an extent that the Size 8 becomes equal to the actual value. If the course of the isi value exceeds the setpoint and the Start-up function given size 8, the controller output 2 will detach itself from the limit value 4 and the Controller take over the adjustment of the manipulated variable. The relay 16 processes the one corresponding to the difference Value 5 with a time function or multiply this ■ to value in the simple case with a factor. The exit 18 is added to controller output 2 in relay 17. The output 19 of the relay 17 can be used to Compensate for zero point errors, for example when a valve is closed, as it exceeds the value 2 or 4 goes beyond this value or acts like a P-controller beyond this value. In the case of manual position, the manual output value is switched to both the maximum limit value 1 and the minimum limit value Γ.

Bei dem pneumatischen PI-Regler gemäß Fig.2 ist so die Anfahrfunktion eine einfache Zeitverzögerung 1. Ordnung. Befindet sich der Regler im Dauerbetrieb, arbeitet ir wie jeder andere pneumatische Regler.In the case of the pneumatic PI controller according to FIG so the start-up function has a simple time delay 1. Order. If the controller is in continuous operation, it works like any other pneumatic controller.

Der Ausgang 2 des Vergleichssystems befindet sichThe output 2 of the comparison system is located

zwischen dem maximalen Grenzwert 1 und dembetween the maximum limit value 1 and the

5^C minimalen Grenzwert 1'. Als Stellgröße kann entweder der unbegrenzte Wert 2 oder der begrenzte Wert 3 verwendet werden, da die Drücke 2 und 3 identisch sind, wird der Ausgang 7 aes Relais 10 gleich dem Sollwert 6 sein. Ebenso wird bei konstantem Sollwert der Druck 8 nach genügend langer Zeit gleich dem Sollver'i sein.5 ^C minimum limit value 1 '. Either the unlimited value 2 or the limited value 3 can be used as the manipulated variable, since the pressures 2 and 3 are identical, the output 7 of a relay 10 will be equal to the setpoint 6. Likewise, if the desired value is constant, the pressure 8 will be equal to the desired value after a sufficiently long time.

Der Druck 8 im Volumen der Anfahrfunktion ist gleich dem Sollwerteingang 9 des Vergleichssystems.The pressure 8 in the volume of the start-up function is the same the setpoint input 9 of the comparison system.

Kann eine Differenz zwischen dem Sollwerteingang 9 des Vergleichssystems und dem größeren Istwert 5 nicht ausgeregelt werden, so wird der Ausgang 2 die maximal begrenzte Größe 3 überschreiten. Diese Differenz wird dazu führen, daß der Ausgang 7 über den Sollwert 6 steigt. Durch den Ausgang 7 wird dei· Druck 8 imA difference between the setpoint input 9 of the comparison system and the larger actual value 5 cannot are regulated, output 2 will exceed the maximum limited size 3. This difference will cause output 7 to rise above setpoint 6. The output 7 is the pressure 8 im

Volumen der Anfahrfunktion angehoben und zwar solange, bis der Druck 9 gleich dem Istwendruck 5 ist. Die durch Drossel und Volumen bestimmte Zeitkonstantc wird, um ein überschwingungsfreies Anfahren zu ermöglichen, zweckmäßig zwei bis zehnmal so groß eingestellt werden wie die Nachstellzeit. Sinkt der Istwert steiler als durch die Anfahrfunktion vorgegeben ab, wird der Ausgang 2 kleiner als der Grenzwert und der Regler greift ein. Der Sollwerteingang 9 wird dann nach Maßgabe der Zeitkonstante asymptotisch an den Sollwert 6 herangeführt, da der Druck 7 wieder gleich dem Sollwertdruck 6 ist.Volume of the start-up function increased until the pressure 9 is equal to the actual turning pressure 5. The time constantc determined by the throttle and volume is to ensure a start-up without overshoots allow to be set appropriately two to ten times as large as the reset time. Does the If the actual value becomes steeper than specified by the start-up function, output 2 is smaller than the limit value and the controller intervenes. The setpoint input 9 is then asymptotically sent to the according to the time constant Setpoint 6 is brought up because the pressure 7 is again equal to the setpoint pressure 6.

Bei der Kaskadenregelung nach F i g. 3 wird es in der Regel ausreichen, die Anfahrfunktion des Führungsreglers dann in Betrieb zu nehmen, wenn die Stellgröße 21 die maximale Stellgrenze des Stellgliedes 22 übersteigt. Der Führungsregler 20 enthält eine Schaltung wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. In diesem Falle wird der Sollwert des Folgereglers maximal begrenzt. Diese maximale Begrenzung wird durch die Minimal-Auswahlrelais 23 und 24 aufgegeben. Zusätzlich wird der maximale Grenzwert 1 dann die Größe des Istwerts 25 des Folgeregelkreises erreichen oder unterschreiten, wennWith the cascade control according to FIG. 3, the start-up function of the master controller will usually be sufficient to be put into operation when the manipulated variable 21 exceeds the maximum manipulated limit of the actuator 22. The master controller 20 includes a circuit as shown in FIG. 1 is shown. In this case, the setpoint will be of the slave controller is limited to the maximum. This maximum limitation is set by the minimum selection relay 23 and 24 abandoned. In addition, the maximum limit value 1 is then the size of the actual value 25 of the Reach or fall below the following control loop, if

ίο die Stellgröße 21 die maximale Stellgrenze des Stellgliedes überschreitet. Der Istwert des Folgeregelkreiscs ist dann die maximale Stellgrenze des Führungsregelkreises, da er durch Verstellung des Stellgliedes nicht erhöht werden kann.ίο the manipulated variable 21 is the maximum manipulated limit of the Actuator exceeds. The actual value of the slave control loop is then the maximum setting limit of the master control loop, as it is achieved by adjusting the actuator cannot be increased.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen For this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Procedure for starting control loops whose controller is in a state in which the output variable of the controller has no influence on the manipulated variable, because the manipulated variable is limited by a value that cannot be influenced by the controller, in which the part exceeding this limit value the output of the controller is used to activate the elements improving the start-up process, characterized in that the part of the output (2) which goes beyond the limit value (1, V ) provides a start-up function (14) to the input circuit of the comparison system of the controller (10) is switched on, which keeps the comparison system in equilibrium and which, after the controller (10) has been re-influenced, on di? The manipulated variable decays with a delay

2. The method according to claim 1, characterized in that that the start-up function (14) is added to the nominal value (7) supplied to the comparison system will.

3. The method according to claim 2, characterized in that the above the limit value (1, 1 ') outgoing part of the output (2) is first multiplied by a factor, then to the Setpoint (7) is added and then via the start-up function (14) to the setpoint input of the Comparison system of the controller (10) is switched.

4. Method according to claim 2, characterized in that that the approach .nktion (14) before the setpoint input of the control system of the controller (10) is switched and acted upon with the sword (7).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the controller (10) existing feedback variables acting on the comparison system to the corresponding limit value be limited.

6. The method according to claim 1, characterized in that in the case of follow-up controls (cascade controls), the difference between the limit value (1, V) and override of the follow-up controller are switched to the start-up function (14) of the master controller.

7. The method according to claim 1, characterized in that with follow-up controls (cascade controls) and limit value (1, 1 ') of the master controller by the actual value of the slave controller, added with the difference between the limit value (1, V) and the output of the slave controller, is formed .

8. The method according to claim 1, characterized in that the limit value (1,1 ') of the controller (10) when the actuator is controlled by a selection from several manipulated variables that a selection from all other manipulated variables is activated.

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The invention relates to a method for starting control loops, the controller of which is in a Is in a state in which the output variable of the controller has no influence on the manipulated variable because the The manipulated variable is limited by a value that cannot be influenced by the controller, at which the above this limit value Exceeding part of the output of the controller to activate the improving start-up process Elements is used.

There is already a method of this type known (DE-AS 26 38 456), in which to achieve the desired starting behavior the integral feedback of the controller is influenced to the effect that it is when the limit value is reached, it does not move in the direction of integral saturation but in the opposite direction, negative direction. This means that the air driving behavior is determined by the behavior of the controller in continuous operation is determined. The definition of the start-up behavior cannot be independent of the controller behavior in the Continuous operation and therefore not optimal.

There is also a controller known (DE-AS ti 46 681), in which between setpoint generator and Regulations a relay is switched on, depending on the actual value of the controlled variable the on The controller's effective setpoint increases to the setpoint set. The difference between The setpoint and actual value are limited and thus an overshoot above a newly set setpoint reduced For a controller with an I component, this is The method is not suitable because of the small deviation between the setpoint and the actual value with a setpoint jump is present longer and the integral component in a similar way The setpoint-actual value difference, which can be saturated, as this is done without switching on the relay is set in this device, small, so when oscillations of the actual value, the z. B. caused by disturbance variables, the setpoint is changed in each case and if such occur frequently Actual value fluctuations cause a permanent control deviation. On the other hand, it is the difference between the setpoint and the actual value large, the starting device is almost ineffective.

Also in other known methods and devices for starting control loops, such as the integral saturation, the structure switching or the differentiation in the response of the controller the course of the start-up process is determined by the behavior of the controller, as is the case for the Continuous operation of the controller is decisive.

The invention is based on the object of the start-up process in its course and through as possible to optimize early intervention without the optimal setting of the controller for continuous operation to change.

This object is achieved according to the invention in that by the part which goes beyond the limit value of the output, a start-up function is connected to the input circuit of the controller's comparison system , vird, which keeps the comparison system in equilibrium and which, after the controller has re-influenced the The manipulated variable decays with a delay.

This measure ensures that the start-up behavior of the controller is completely independent of the The behavior of the controller in continuous operation can be specified, d. i.e., it is a behavior definition in the Start-up operation in an optimal way and without considering the behavior of the controller in others Operating levels possible. The controller will take over the adjustment of the actuator as soon as possible namely when the actual value exceeds the value specified by the start-up function. This The course of the actual value is independent of the setting of the controller for continuous operation. For example can the controller react optimally to disturbance variables in continuous operation by setting the controller in such a way that it the integral of the square of the system deviation from