DE102007026300A1

DE102007026300A1 - Steuersystem und Einstellverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102007026300A1
Application number: DE200710026300
Authority: DE
Inventors: C. S. Yongkang Tsai
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: DE102007026300B4

Abstract

Ein Steuersystem 30, welches benutzt wird, um eine gesteuerte Anlage 31 zu steuern, beinhaltet eine Hauptsteuereinheit 32, eine erste Verstelleinheit 33 und eine zweite Verstelleinheit 34. Durch das Steuersystem 30, welches durch zwei Wichtungsparameter eines ersten Vielfachen und eines zweiten Vielfachen geregelt wird, wird Robustheit und eine schnelle Antwort erhalten und das Übersteigen des Ausgangssignals Y, welches die gesteuerte Anlage erzeugt, verschwindet oder nähert sich null. Das Steuersystem 30 besitzt technische Merkmale einer objektiven Bandbreite, des Ausgleichens einer Störung bei niedriger Frequenz und des Anpassens von Transferfunktionen. Durch das Gestalten der Hauptsteuereinheit 32, der ersten Verstelleinheit 33 und der zweiten Verstelleinheit 34, welche die zwei Wichtungsparameter des ersten Vielfachen und des zweiten Vielfachen regeln, und durch das Einstellen des aktuellen Systems werden die obigen technischen Merkmale erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem und ein Einstellverfahren hierfür, und spezieller ausgedrückt bezieht sie sich auf ein robustes Steuersystem.
Steuersysteme werden mehr und mehr für die Förderung der Entwicklung der modernen Zivilisation und Technologie wichtig. Beispielsweise sind elektrische Haushaltsgeräte, Automobile und Nachtstühle im Badezimmer alle miteinander Steuersysteme, welche immer populärer in der industriellen Anwendung sind.
Für die Anwendung von Servo-Mechanismen wird zunächst ein mathematisches Modell entsprechend dem physikalischen Verhalten des Systems aufgestellt, wobei das Verhalten des Systems in bequemer Weise vorhergesagt wird und durch das Anwenden der Steuerfunktion in dem mathematischen Modell gesteuert wird.
Das herkömmliche Proportional-Integral-Differential-(PID-)Steuerglied beinhaltet den Proportionalterm, den Integralterm und den Differentialterm, wobei der proportionale Gesichtspunkt benutzt wird, um den Ausgang des Steuergeräts entsprechend dem Ausmaß der Ungenauigkeit einzustellen bzw. abzustimmen, der integrale Term benutzt wird, um die Ungenauigkeit im stationären Zustand abzuwenden und der differentiale Term für das Vorhersagen des Ungenauigkeitstrends verantwortlich ist. Das PID-Steuerglied wird wegen seiner einfachen Struktur noch in breitem Maße benutzt.
Nimmt man einen Motor als ein Beispiel an. Ein gesteuerter Grundkörper in einem herkömmlichen Steuersystem ist ein Motor, und dessen mathematisches Modell wird basierend auf dem physikalischen Verhalten des Betriebs des Motors aufgestellt. Die Transfer- bzw. Übertragungsfunktion des mathematischen Modells ist K_t/NJ_m + J_d)s + B), wobei J_m die Massenträgheit des Motors ist, J_d die Massenträgheit der Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient ist und K_t ein Verhältniswert ist.
Der gesteuerte Grundkörper empfängt ein Treibersignal und erzeugt entsprechend ein Ausgangssignal, welches in diesem Beispiel eine Rotationsgeschwindigkeit ist. Der Motor ist während des Betriebs einer Störung von außen ausgesetzt, wobei die Störung von elektromagnetischen Effekten oder von Maschinen herrühren kann. Ein drittes Addierglied ist angeordnet, um die Störung bezüglich des herkömmlichen Steuersystems in Betracht zu ziehen, nämlich das dritte Addierglied berücksichtigt die Summe eines dritten Betriebssignals von einem Master-Steuergerät auf der Vorderseite und eines Störsignals, um ein Treibersignal herzustellen, um den Motor zu treiben.
Um dies vollständiger zu beschreiben, durchläuft das dritte Betriebssignal eine hochfrequente elektrische Stromschaltung und vereinigt sich mit dem Störsignal, während das dritte Betriebssignal ein äquivalenter elektrischer Läuferstrom ist und das störende Signal eine störende Drehkraft ist.
Das Master-Steuerglied ist eine Art eines proportionalen integralen Steuerglieds. Die Transferfunktion des Master-Steuergeräts ist K_P + K_I·1/s, welches eine Proportionalfunktion K und eine Integralfunktion K_i·1/s beinhaltet. Die Proportionalfunktion K_P als Proportionalkoeffizient dient zum Erhöhen der Verstärkungsbandbreite eines offenen Regelkreises des herkömmlichen Steuersystems, um so das herkömmliche Steuersystem in die Lage zu versetzen, schnell zu antworten. K_I ist ein Integralkoeffizient, welcher benutzt wird, den folgenden Fehler des stabilen Zustands in dem herkömmlichen Steuersystem zu reduzieren.
Da die Antwortgeschwindigkeit mit der breiteren Zielbandbreite des herkömmlichen Steuersystems schneller wird, wird der Proportionalkoeffizient K als 2πB_w(J_m + J_d)/K_t eingestellt, um allgemein sicherzustellen, dass die Verstärkungsbandbreite des offenen Regelkreises mit der Zielbandbreite versorgt wird.
Das Master-Steuerglied empfängt ein Fehlersignal, und dann wird das Fehlersignal durch die Proportionalfunktion Kp verarbeitet, um ein erstes Betriebssignal herzustellen, und wird durch die Integralfunktion K_I·1/s verarbeitet, um ein zweites Betriebssignal zu erzeugen. Das erste Betriebssignal und das zweite Betriebssignal werden durch ein zweites Addierglied summiert, um ein drittes Betriebssignal auszugeben.
Das herkömmliche Steuersystem ist eine Art eines geschlossenen Regelkreis-Steuersystems und ist mit einem ersten Addierglied ausgestattet. Das erste Addierglied subtrahiert das Ausgangssignal des gesteuerten Grundkörpers von dem Eingangssignal PR, welches einen Befehl der definierten Werte enthält, um ein Fehlersignal für das Master-Steuerglied herzustellen. Der Zweck des gesamten herkömmlichen geschlossenen Regelkreis-Steuersystems besteht darin, die Amplitude des Ausgangssignals so weit als möglich identisch zu dem Eingangssignal zu halten, um so den Einfluss des störenden Signals zu reduzieren.
Basierend auf einem Antwortschritt des herkömmlichen Steuersystems wird das Eingangssignal als ein Stufenfunktionsbefehl eingestellt und durch das Master-Steuerglied verarbeitet, um das dritte Signal herzustellen, welches für den gesteuerten Grundkörper vorgesehen wird. Wenn das herkömmliche Steuersystem nach der schnelleren Antwort und einem Minimalfehler fragt, wird ein größeres Überschwingen in dem Ausgangssignal des gesteuerten Grundkörpers vorhanden sein.
Zusätzlich, da die Antwort der meisten Industrieprozesse sehr langsam ist, würde es auf die Schwierigkeit treffen, wenn es den Proportionalkoeffizient, den Integralkoeffizient und einen Differentialkoeffizient einer Differentialfunktion annimmt, um die Antwort auf das Ausgangssignal von dem Steuersystem einzustellen.
Ein Benutzer muss wahrscheinlich mehrere Minuten oder sogar mehrere Stunden warten, um die Antworten zu beobachten, welche durch das Einstellen erzeugt werden, und damit wird dieses Einstellen des Steuergliedes nach dem Probierverfahren eine lästige und zeitraubende Aufgabe. Manchmal ist man sogar nicht in der Lage, dies so einzustellen, dass man den Anforderungen des Systems genügt.
In Summe besteht die Hauptmotivation der vorliegenden Erfindung darin, sowohl das Überschwingen der ausgegebenen Signale des gesteuerten Grundkörpers während der Steuersystemprozesse mit schneller Antwort und minimalem Fehler zu reduzieren als auch die Einstellzeit zu reduzieren und das Steuersystem robust zu halten.
Um die Nachteile entsprechend dem Stand der Technik zu überwinden, werden aufgrund der obigen Beschreibung ein Steuersystem und ein Verfahren zum Einstellen bzw. Abstimmen des Systems desselben von dem Erfinder über gewidmete Forschung und vorbeugendes Bearbeiten geliefert.
Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem und ein Einstellverfahren geliefert, um die Robustheit und die schnelle Antwort des Steuer systems zu erhalten, und das Überschwingen des Ausgangssignals des gesteuerten Grundkörpers wird herabgesetzt und erreicht nahezu null.
Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem geliefert, um ein Ausgangssignal, welches durch ein gesteuertes Objekt hergestellt ist, zu steuern, wobei das Steuersystem eine Bandbreite besitzt und durch ein erstes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine erste Transferfunktion besitzt, wobei das Steuersystem aufweist: eine Master-Steuereinheit, eine erste Einstelleinheit (33) und eine zweite Einstelleinheit; wobei die Master-Steuereinheit, welche durch ein zweites mathematisches Modell repräsentiert ist, eine zweite Transferfunktion besitzt, welche so aufgebaut ist, dass sie eine Bandbreite eines offenen Regelkreises des Steuersystems auf eine Zielbandbreite annähert und ein erstes Betriebssignal erzeugt, wobei die erste Einstelleinheit, welche durch ein drittes mathematisches Modell repräsentiert ist, eine dritte Transferfunktion besitzt und so aufgebaut ist, dass sie das erste Betriebssignal empfängt und ein erstes Einstellsignal erzeugt, wobei das erste Einstellsignal, das Ausgangssignal und das erste Betriebssignal berechnet werden, um ein zweites Betriebssignal zu erzeugen, und das Ausgangssignal sich dem ersten Einstellsignal nähert, so dass ein Störsignal, welchem das gesteuerte Objekt ausgesetzt ist, ausgeglichen wird; und die zweite Einstelleinheit, welche durch ein viertes mathematisches Modell repräsentiert ist, eine vierte Transferfunktion besitzt und so aufgebaut ist, dass sie ein Eingangssignal empfängt, um ein zweites Einstellsignal zu erzeugen, wobei das zweite Einstellsignal, das Ausgangssignal und das Eingangssignal berechnet werden, um ein drittes Betriebssignal zu erzeugen, welches für die Master-Steuereinheit geliefert wird, und die erste Transferfunktion des Steuersystems veranlasst, sich der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit zu nähern.
Vorzugsweise weist die Master-Steuereinheit ein proportionales integrales (PI-)Steuerglied auf.
Vorzugsweise weist das Steuersystem ferner auf: ein erstes Addierglied, ein Regelkreis-Stabilisierglied, einen ersten Verstärker und ein zweites Addierglied; wobei das erste Addierglied so aufgebaut ist, um ein erstes Ergebnissignal durch Subtrahieren des Ausgangssignals von dem zweiten Einstellsignal zu erzeugen; wobei das Regelkreis-Stabilisierglied das erste Ergebnissignal empfängt, um ein zweites Ergebnissignal zu erzeugen und welches durch ein viertes mathematisches Modell dargestellt ist, welches eine integrale Funktion besitzt, um das Steuersystem zu veranlassen, einen Zustand des Fehlers des eingeschwungenen Zustands von null zu erhalten; wobei der erste Verstärker das zweite Ergebnissignal empfängt und ein drittes Ergebnissignal durch Verstärken des zweiten Ergebnissignals um ein erstes Vielfaches erzeugt, wobei das erste Vielfache so eingestellt ist, dass die erste Transferfunktion des Steuersystems sich der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit nähert, und das zweite Addierglied so aufgebaut ist, dass es das dritte Betriebssignal durch Aufsummieren des Eingangssignals und des dritten Ergebnissignals und das Wegnehmen des Ausgangssignals erzeugt.
Vorzugsweise ist das gesteuerte Objekt ein Motor.
Vorzugsweise, wenn das gesteuerte Objekt ein Motor ist, besitzt das gesteuerte Objekt ein physikalisches Verhalten, welches durch die erste Transferfunktion K_t/((J_m + J_d)s + B) dargestellt wird, wobei J_m eine Massenträgheit des Motors ist, J_d eine Massenträgheit einer Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient ist und K_t ein Verhältnis ist; die zweite Transferfunktion der Master-gesteuerten Einheit 2πB_wJ_Σ/K_t ist, wobei B_w die Zielbandbreite und J_Σ ein geschätzter Massenträgheitswert von (J_m + J_d) ist; die dritte Transferfunktion der ersten Einstelleinheit K_t/(J_Σs) ist; und die vierte Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit K_t(J_Σs) ist.
Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem geliefert, welches ein Ausgangssignal steuert, welches durch ein gesteuertes Objekt hergestellt ist, wobei das Steuersystem eine Bandbreite besitzt und durch ein erstes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine erste Transferfunktion besitzt, wobei das Steuersystem eine Master-Steuereinheit und eine erste Steuereinheit aufweist; wobei die Master-Steuereinheit, welche durch ein zweites mathematisches Modell repräsentiert ist, eine zweite Transferfunktion besitzt, welche aufgebaut ist, um eine Bandbreite eines offenen Regelkreises des Steuersystems einer Zielbandbreite annähern zu lassen, und ein erstes Betriebssignal erzeugt; und die erste Einstelleinheit, welche durch ein drittes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine dritte Transferfunktion besitzt, und aufgebaut ist, um das erste Betriebssignal zu empfangen und ein erstes Einstellsignal zu erzeugen, wobei das erste Einstellsignal, das Ausgangssignal und das erste Betriebssignal berechnet werden, um ein zweites Betriebssignal zu erzeugen, und das Ausgangssignal sich dem ersten Einstellsignal nähert, so dass ein Störsignal, welches dem gesteuerten Objekt unterworfen ist, ausgeglichen wird.
Vorzugsweise besitzt das gesteuerte Objekt ein physikalisches Verhalten, und die Master-Steuereinheit ist so entsprechend dem physikalischen Verhalten des gesteuerten Objekts gestaltet.
Vorzugsweise weist die Master-Steuereinheit ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied auf.
Vorzugsweise besitzt das gesteuerte Objekt ein Antwortverhalten, und die erste Einstelleinheit ist entsprechend dem Antwortverhalten des gesteuerten Objektes gestaltet.
Vorzugsweise weist das Steuersystem entsprechend Anspruch 6 ferner ein erstes Addierglied und einen ersten Verstärker auf; wobei das erste Addierglied so gestaltet ist, dass es ein Ergebnissignal durch Subtrahieren des Ausgangssignals von dem ersten Einstellsignal erzeugt; der erste Verstärker ist so aufgebaut, dass er das erste Ergebnissignal empfängt und ein zweites Ergebnissignal durch Verstärken des ersten Ergebnissignals um ein erstes Vielfaches erzeugt, wobei das erste Vielfache so eingestellt ist, dass sich das Ausgangssignal dem ersten Einstellsignal nähert.
Vorzugsweise weist das entsprechende Steuersystem ferner ein zweites Addierglied auf, welches so aufgebaut ist, dass es das zweite Betriebssignal und das Störsignal aufsummiert und das gesteuerte Objekt mit einem Summationsergebnis des zweiten Betriebssignals und des Störsignals beliefert.
Vorzugsweise weist das Steuersystem ferner eine zweite Einstelleinheit auf, welche durch ein viertes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine vierte Transferfunktion besitzt und so aufgebaut ist, dass es ein Eingangssignal empfängt und dadurch ein zweites Einstellsignal erzeugt, wobei das zweite Einstellsignal, das Ausgangssignal und das Eingangssignal so berechnet werden, dass sie ein drittes Betriebssignal erzeugen, welches an die Master-Steuereinheit geliefert wird, so dass die erste Transferfunktion des Steuersystems sich der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit nähert.
Vorzugsweise weist das Steuersystem ferner auf: ein drittes Addierglied, ein Regelkreis-Stabilisierglied, einen zweiten Verstärker und ein viertes Addierglied; wobei das dritte Addierglied so aufgebaut ist, dass es ein drittes Ergebnissignal durch Subtrahieren des Ausgangssignals von dem zweiten Einstellsignal erzeugt; das Regelkreis-Stabilisierglied so aufgebaut ist, dass es das dritte Ergebnissignal empfängt und dadurch ein viertes Ergebnissignal erzeugt, wobei das Regelkreis-Stabilisierglied, welches durch ein viertes mathematisches Modell repräsentiert ist, eine Integralfunktion besitzt, um das Steuersystem zu veranlassen, einen Status eines Fehlers des eingeschwungenen Zustands von null zu erhalten; wobei der zweite Verstärker so aufgebaut ist, dass er das vierte Ergebnissignal empfängt und ein fünftes Ergebnissignal durch Verstärken des vierten Ergebnissignals um ein zweites vielfaches erzeugt, wobei das zweite Vielfache so eingestellt ist, dass die erste Transferfunktion des Steuersystems sich der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit nähert; und das vierte Addierglied so aufgebaut ist, dass es das dritte Betriebssignal durch Aufsummieren des Eingangssignals und des fünften Ergebnissignals und durch Wegnehmen des Ausgangssignals erzeugt.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Einstellverfahren eines Steuersystems zum Einstellen eines Ausgangssignals geliefert, welches durch ein gesteuertes Objekt erzeugt ist, wobei das Steuersystem eine Bandbreite besitzt und durch ein erstes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine erste Transferfunktion besitzt, wobei das Verfahren aufweist:

(a) Erstellen einer Zielbandbreite für das Steuersystem;
(b) Gestalten einer Steuerfunktion basierend auf der Zielbandbreite und dadurch Veranlassen, dass sich eine Offene-Regelkreis-Bandbreite des Steuersystems der Zielbandbreite nähert und ein erstes Betriebssignal erzeugt;
(c) Erzeugen eines ersten Einstellsignals, basierend auf dem ersten Betriebssignal; und
(d) Berechnen des ersten Einstellsignals, des Ausgangssignals und des ersten Betriebssignals, um ein zweites Betriebssignal zu erzeugen und dadurch das Ausgangssignal zu veranlassen, sich dem ersten Einstellsignal zu nähern, indem das zweite Betriebssignal zurück zu dem gesteuerten Objekt geführt wird, welches das Ausgangssignal erzeugt.

Vorzugsweise weist der Schritt (c) des Einstellverfahrens ferner die folgenden Schritte auf:

(c1) Gestalten einer ersten Einstellfunktion entsprechend einem Antwortverhalten des gesteuerten Objekts; und
(c2) Verarbeiten des ersten Betriebssignals durch die erste Einstellfunktion zum Erzeugen des ersten Einstellsignals.

Vorzugsweise weist der Schritt (d) des Einstellverfahrens ferner die folgenden Schritte auf:

(d1) Erzeugen eines Ergebnissignals durch Subtrahieren des Ausgangssignals von dem ersten Einstellsignal;
(d2) Erzeugen eines zweiten Ergebnissignals durch Verstärken des ersten Ergebnissignals durch ein erstes Vielfaches;
(d3) Erzeugen des zweiten Betriebssignals durch Aufsummieren des zweiten Ergebnissignals und des ersten Betriebssignals; und
(d4) Einstellen des Wertes des ersten Vielfachen, so dass sich das Ausgangssignal dem ersten Einstellsignal nähert.

Vorzugsweise weist das Einstellverfahren ferner die folgenden Schritte auf:

(e) Liefern eines Eingangssignals für eine zweite Einstellfunktion, um ein zweites Einstellsignal zu erzeugen; und
(f) Berechnen des zweiten Einstellsignals, des Ausgangssignals und des Eingangssignals, um ein drittes Betriebssignal zu erzeugen, und Veranlassen der ersten Transferfunktion des Steuersystems, sich der zweiten Einstellfunktion zu nähern.

Vorzugsweise weist der Schritt (f) des Einstellverfahrens ferner die folgenden Schritte auf:

(f1) Erzeugen eines dritten Ergebnissignals durch Subtrahieren des Ausgangssignals von dem zweiten Einstellsignal;
(f2) Empfangen des dritten Ergebnissignals und Verarbeiten des dritten Ergebnissignals durch eine Integralberechnung, um so ein viertes Ergebnissignal zu erzeugen;
(f3) Erzeugen eines fünften Ergebnissignals durch Verstärken des vierten Ergebnissignals um ein zweites Vielfaches;
(f4) Erzeugen des dritten Betriebssignals durch Aufsummieren des fünften Ergebnissignals und des Eingangssignals und Wegnehmen des Ausgangssignals; und
(f5) Einstellen des Wertes des zweiten Vielfachen, so dass sich die erste Transferfunktion des Steuersystems der zweiten Einstellfunktion nähert.

Die obigen Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden schließlich mehr für Fachleute offensichtlich, nach dem Durchsehen der nachfolgenden detaillierten Beschreibungen und der beigefügten Zeichnungen, in welchen:
1 ein schematisches Blockschaltbild ist, welches das Steuersystem der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein schematisches Blockschaltbild ist, welches einen Motor als den gesteuerten Grundkörper des Steuersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Diagramm ist, welches die Antwort des ersten Schrittes des Steuersystems zeigt, welches in 2 gezeigt wird;
4 ein Diagramm ist, welches die zweite Stufenantwort des Steuersystems zeigt, welches in 2 gezeigt wird;
5 ein Diagramm ist, welches die dritte Stufenantwort des Steuersystems zeigt, welches in 2 gezeigt wird;
6 ein Diagramm ist, welches die vierte Stufenantwort des Steuersystems zeigt, welches in 2 gezeigt wird; und
7 ein Diagramm ist, welches die fünfte Stufenantwort auf das Steuersystem zeigt, welches in 2 gezeigt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun spezifischer mit Bezug auf die folgenden Ausführungsformen beschrieben. Es ist zu bemerken, dass die folgenden Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung hier nur dem Zwecke der Darstellung und Beschreibung dienen. Es ist nicht beabsichtigt, dass dies erschöpfend ist oder dass dies auf die hier veröffentlichte präzise Form begrenzt ist.
Um das Steuersystem und das Verfahren für das Einstellen bzw. Abstimmen des Systems davon in der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, werden die vielfach bevorzugten Ausführungsformen wie folgt aufgeführt. Es ist festzustellen, dass die folgenden Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung hier nur zum Zwecke der Erläuterung und Beschreibung gegeben werden. Es ist nicht beabsichtigt, dass dies erschöpfend ist oder auf die hier veröffentlichte präzise Form begrenzt ist.
Man beziehe sich bitte auf 1, welche ein Blockschaltbild ist, welches die erste Ausführungsform für das Steuersystem entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt wird, ist ein Steuersystem 30 so aufgebaut, dass es ein Ausgangssignal Y steuert, welches durch einen gesteuerten Grundkörper 31 erzeugt ist und welches eine Master-Steuereinheit 32, eine erste Einstelleinheit 33 und eine zweite Einstelleinheit 34 beinhaltet. Die Master-Steuereinheit 32 ist der Kern des Steuersystems 30. Die Master-Steuereinheit 32 ist basierend auf dem physikalischen Verhalten des gesteuerten Grundkörpers 31 gestaltet, während das Steuersystem 30 in einem Status eines offenen Regelkreises arbeitet und die erste Einstelleinheit 33 und die zweite Einstelleinheit 34 nicht den Betrieb des Steuersystems 30 mit aufnehmen. Entsprechend nähert sich die Bandbreite des offenen Regelkreises des Steuersystems 30 einer Zielbandbreite B_w, und es wird ein erstes Betriebssignal U₁ erzeugt.
In der vorher aufgeführten Vorgehensweise wird ein erstes Vielfaches h eines ersten Verstärkers 332 in der Schaltung, welche die erste Einstelleinheit 33 durchläuft, auf null gesetzt, so dass die erste Einstelleinheit 33 an dem Steuersystem 30 nicht teilnimmt, und ein zweites Vielfaches m eines zweiten Verstärkers 344 in der Schaltung, welches die zweite Einstelleinheit 34 durchläuft, wird auf null gesetzt, so dass die zweite Einstelleinheit 34 an dem Steuersystem 30 nicht teilnimmt. Das Master-Steuersystem 32 beinhaltet gewöhnlicherweise ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied.
Der gesteuerte Grundkörper würde einer Störung von unspezifizierten Faktoren ausgesetzt, wobei die Größe der Störung ein Störsignal W ist, welches in dem Steuerbereich des Steuersystems 30 durch Benutzen eines dritten Addierglieds 311 beinhaltet ist. Die Robustheit des Steuersystems 30 würde durch das Störsignal W beeinflusst, und demnach kann das Steu ersystem 30 nicht stabil arbeiten. Demzufolge wird die erste Einstelleinheit 33 in das Steuersystem 30 aufgenommen, so dass dadurch das Steuersystem 30 in der Lage ist, schnell zu antworten, um das Störsignal W, dem der gesteuerte Grundkörper ausgesetzt ist, auszugleichen, und dadurch wird die Robustheit des Steuersystems 30 erhöht.
Die erste Einstelleinheit 33 ist auf dem Antwortverhalten des gesteuerten Grundkörpers 31 gestaltet, d. h. die Transferfunktion der ersten Einstelleinheit 33 ist durch Simulieren der des gesteuerten Grundkörpers 31 gestaltet. Die erste Einstelleinheit 33 empfängt ein erstes Betriebssignal U₁ und erzeugt entsprechend ein erstes Einstellsignal Q₁, wobei das erste Einstellsignal Q₁ das erste Ausgangssignal Y und das erste Betriebssignal U₁ berechnet werden, um ein zweites Betriebssignal U₂ zu erzeugen. Das dritte Addierglied 311 summiert das zweite Betriebssignal U₂ und das Störsignal W auf, um ein Treibersignal V zu erzeugen, um den gesteuerten Grundkörper 31 zu treiben und ein Ausgangssignal Y zu erzeugen. Aufgrund der Rückkopplungsbeeinträchtigung wird das Ausgangssignal Y gegenüber dem ersten Einstellsignal Q1 gesperrt, dadurch wird das Störsignal W, dem der gesteuerte Grundkörper 31 ausgesetzt ist, ausgeglichen. Die erste Einstelleinheit 33 ist geeignet, um der Störung bei niedrigerer Frequenz zu widerstehen.
Das Verfahren des Berechnens des ersten Einstellsignals Q₁, des Ausgangssignals Y und des ersten Betriebssignals U₁, um das zweite Einstellsignal Q₂ zu erzeugen, wird wie folgt erläutert. Das Steuersystem 30 beinhaltet ferner ein erstes Addierglied 331, einen ersten Verstärker 332 und ein zweites Addierglied 333. Das erste Addierglied 331 erzeugt ein Ergebnissignal durch Abziehen des Ausgangssignal Y von dem ersten Einstellsignal Q₁. Der erste Verstärker empfängt das erste Ergebnissignal und erzeugt ein zweites Ergebnissignal durch Ver stärken des ersten Ergebnissignals um das erste Vielfache h, wobei das erste Vielfache so eingestellt wird, dass sich das Ausgangssignal dem ersten Einstellsignal nähert. Dann summiert das zweite Addierglied 333 das erste Betriebssignal U₁ und das zweite Ergebnissignal T₂ auf, um das zweite Betriebssignal U₂ zu erzeugen.
Die zweite Einstelleinheit 34 wird mit aufgenommen, um die Antwortgeschwindigkeit des Steuersystems 30 zu beschleunigen, wobei ferner der Fehler und das Überschwingen des gesteuerten Grundkörper-Ausgangssignals Y reduziert werden und wobei die Stabilität des Steuersystems 30 erhöht wird. Die zweite Einstelleinheit 34 empfängt ein Eingangssignal R, um ein zweites Einstellsignal Q₂ zu erzeugen, wobei das zweite Einstellsignal Q₂, das Ausgangssignal Y und das Eingangssignal R berechnet werden, um ein drittes Betriebssignal U₃ zu erzeugen, welches für die Master-Steuereinheit 32 geliefert wird. Die erste Transferfunktion des Steuersystems 30 wird sich entsprechend der zweiten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit 34 nähern.
Das Verfahren des Berechnens des zweiten Einstellsignals Q₂, des Ausgangssignals Y und des Eingangssignals R, um das dritte Betriebssignal U₃ zu erzeugen, wird wie folgt erläutert.
Das Steuersystem 30 beinhaltet ferner ein viertes Addierglied 342, ein Regelkreis-Stabilisierglied 343, einen zweiten Verstärker und ein fünftes Addierglied 341. Das vierte Addierglied ist so aufgebaut, dass es ein drittes Ergebnissignal T₃ durch Subtrahieren des Ausgangssignals Y von dem zweiten Einstellsignal Q₂ erzeugt. Das Regelkreis-Stabilisierglied 343 empfängt das dritte Ergebnissignal T₃, um ein viertes Ergebnissignal T₄ zu erzeugen.
Das Regelkreis-Stabilisierglied 343 besitzt ferner eine Integralfunktion F, um das Steuersystem 30 zu veranlassen, einen Status eines Fehlers des eingeschwungenen Zustandes von null zu erreichen. Der zweite Verstärker 344 empfängt das vierte Ergebnissignal T₄ und erzeugt ein fünftes Ergebnissignal T₅, indem er das vierte Ergebnissignal T₄ durch ein zweites Vielfaches m verstärkt, wobei das zweite Vielfache m so eingestellt ist, dass sich die Transferfunktion des Steuersystems 30 der Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit 34 nähert. Das fünfte Addierglied 341 ist so aufgebaut, dass es das dritte Betriebssignal U₃ durch Aufsummieren des Eingangssignals R und des fünften Ergebnissignals T₅ und durch Wegnehmen des Ausgangssignals Y erzeugt.
Eine zweite Ausführungsform wird ferner basierend auf der 1 geliefert. Wie in 1 gezeigt wird, ist ein Steuersystem 30 so aufgebaut, dass es ein Ausgangssignal Y steuert, welches durch einen gesteuerten Grundkörper 31 erzeugt ist, und beinhaltet eine Master-Steuereinheit 32 und eine erste Einstelleinheit 33. Die Master-Steuereinheit 32 ist der Kern des Steuersystems 30. Die Master-Steuereinheit 32 ist basierend auf einer Zielbandbreite B_w des Steuersystems 30 gestaltet, während das Steuersystem 30 in einem Offenen-Regelkreis-Zustand arbeitet und die erste Einstelleinheit 33 nicht an dem Betrieb des Steuersystems 30 teilnimmt. Die Offene-Regelkreis-Bandbreite des Steuersystems 30 nähert sich entsprechend einer Zielbandbreite B_w, und ein erstes Betriebssignal U₁ wird erzeugt.
In dem vorher aufgeführten Verfahren wird ein erstes Vielfaches h des ersten Verstärkers 332, welches in der Schaltung der ersten Einstelleinheit 33 durchläuft, auf null gesetzt, um das Steuersystem 30 zum Laufen zu bringen, ohne dass die erste Einstelleinheit 33 teilnimmt. Die Master-Steuereinheit 32 beinhaltet gewöhnlich ein Proportional-Integral-(PI- )Steuerglied. Die Master-Steuereinheit 32 ist basierend auf dem physikalischen Verhalten des gesteuerten Grundkörpers 31 so gestaltet, dass sich die Bandbreite des offenen Regelkreises des Steuersystems leicht einer Zielbandbreite nähert. Außerdem beinhaltet das Steuersystem 30 ein fünftes Addierglied 341, welches so aufgebaut ist, dass es das dritte Betriebssignal U₃ erzeugt, welches für die Master-Steuereinheit 32 geliefert wird, indem das Ausgangssignal Y von dem Eingangssignal R weggenommen wird.
Die erste Einstelleinheit 33 empfängt das erste Betriebssignal U₁ und erzeugt entsprechend ein erstes Einstellsignal Q₁, wobei das erste Einstellsignal Q₁, das Ausgangssignal Y und das erste Betriebssignal U₁ berechnet werden, um ein zweites Betriebssignal U₂ zu erzeugen. Das dritte Addierglied 311 summiert das zweite Betriebssignal U₂ und das Störsignal W auf, um ein Treibersignal V zu erzeugen, um den gesteuerten Grundkörper 31 zu treiben und ein Ausgangssignal Y zu erzeugen. Aufgrund von Rückkopplungsbeeinflussung wird das Ausgangssignal Y gegenüber dem ersten Einstellsignal Q₁ gesperrt, wodurch das Störsignal W, welchem der gesteuerte Grundkörper 31 ausgesetzt ist, ausgeglichen wird. Die erste Einstelleinheit 33 wird gewöhnlich basierend auf dem Antwortverhalten des gesteuerten Grundkörpers 31 gestaltet, d. h. die Transferfunktion der ersten Einstelleinheit 33 wird durch Simulieren der des gesteuerten Grundkörpers 31 gestaltet. Die erste Einstelleinheit 33 ist geeignet, um der Störung bei niedrigeren Frequenzen zu widerstehen.
Das Verfahren des Berechnens des ersten Einstellsignals Q₁, des Ausgangssignals Y und des ersten Betriebssignals U₁, um das zweite Einstellsignal Q₂ zu erzeugen, ist identisch zu dem der ersten Ausführungsform.
Das Steuersystem 30 in der zweiten Ausführungsform beinhaltet ferner eine zweite Einstelleinheit 34. Die zweite Einstelleinheit 34 ist so aufgebaut, dass sie ein Eingangssignal R empfängt, um ein zweites Einstellsignal Q₂ zu erzeugen, wobei das zweite Einstellsignal Q₂, das Ausgangssignal Y und das Eingangssignal R berechnet werden, um ein drittes Betriebssignal U₃ zu erzeugen, welches für die Master-Steuereinheit 32 geliefert wird und welches die erste Transferfunktion des Steuersystems 30 dazu bringt, sich der zweiten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit 34 zu nähern.
Das Verfahren des Berechnens des zweiten Einstellsignals Q₂, des Ausgangssignals Y und des Eingangssignals R, um das dritte Betriebssignal U₃ zu erzeugen, ist identisch zu dem der ersten Ausführungsform.
Für die Servomechanismus-Anwendung wird ein Motor gewöhnlich als gesteuerter Grundkörper benutzt. Man beziehe sich bitte auf 2, welche ein Blockschaltbild ist, welches den Motor als einen gesteuerten Grundkörper in dem Steuersystem entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Bezeichnungen in dem Steuersystem 40 in 2, welche identisch zu denen in dem Steuersystem 30 in 1 sind, besitzen die gleichen Bezeichnungen und Funktionen.
Wie in 2 gezeigt wird, ist die Transferfunktion des physikalischen Verhaltens des gesteuerten Grundkörpers 31 Kt/((J_m + J_d)s + B), wobei J_m eine Massenträgheit des Motors ist, J_d eine Massenträgheit einer Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient ist und K_t ein Verhältnis ist. Um die Master-Steuereinheit 32 entsprechend dem physikalischen Verhalten des Steuergrundkörpers 31 zu gestalten und um die erste Einstelleinheit 33 entsprechend dem Antwortverhalten des Steuerkörpers 31 zu gestalten, wird ein geschätzter Massenträgheitswert J_Σ angenommen, um den gesamten Massenträgheitswert des Motors und der Last (J_m + J_d) darzustellen, wobei J_m eine Massenträgheit des Motors ist und J_d eine Massenträgheit einer Last ist. Die Transferfunktion der Master-Steuereinheit 32 ist als 2πB_wJ_Σ/K_t gestaltet, wobei B_w die Zielbandbreite des Steuersystems 40 und J_Σ der geschätzte Trägheitswert von (J_m + J_d) ist, so dass sich die Bandbreite des offenen Regelkreises des offenen Steuersystems 40 der Zielbandbreite B_w nähert.
Die Transferfunktion der ersten Einstelleinheit 33 ist wie K_t(J_Σs) entsprechend dem Antwortverhalten des gesteuerten Grundkörpers 33 gestaltet, wobei das Ausgangssignal Y des gesteuerten Grundkörpers 31 Annäherungen an das erste Einstellsignal Q₁ erzeugt, wobei die erste Einstelleinheit 33 über die Berechnung und die Rückkopplungsbeeinflussung erzeugt. Die Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit 34 ist wie K_t/((J_m + J_d)s + B) gestaltet, wobei J_m eine Massenträgheit des Motors ist, J_d eine Massenträgheit einer Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient ist und K_t ein Verhältnis ist und wobei die Transferfunktion des Steuersystems 4D sich der der zweiten Einstelleinheit 34 über die Berechnung und die Rückkopplungsbeeinflussung nähert.
Man beziehe sich bitte auf 3, welche ein Diagramm zeigt, welches das Vergleichsergebnis der ersten Stufenantwort des Steuersystems 40 in 2 und das herkömmliche Steuersystem zeigt, und im Falle, dass die Zielbandbreite B_w = 50 Hz gesetzt wird, ist das erste Vielfache h = 1 und das zweite Vielfache m = 1. Da das herkömmliche Steuersystem eine gewöhnliche P-I-D-(Proportional-Integral-Differential-)Steuerstruktur ist, wird hier ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied mit der Zielbandbreite B_w = 50 Hz als ein Beispiel hergenommen.
Wie in 3 gezeigt wird, gibt es eine Eingangssignalkurve eines Stufenfunktionsbefehls A1, die dritte Betriebskurve A2 und die Ausgangssignalkurve A3 des herkömmlichen Steuersystems und die zweite Betriebskurve B1 und die Ausgangssignalkurve B2 des Steuersystems 40. Zu dieser Zeit wird das erste Einstellsignal Q₁ des Steuersystems 40 entsprechend einer ersten Einstellsignalkurve (nicht gezeigt) durch die erste Einstelleinheit 32 mit einer Stufe von 50 Hz Bandbreite erzeugt. Wie 3 zeigt, besitzt die Ausgangssignalkurve B2 des Steuersystems 40 der vorliegenden Erfindung kein Überschwingen und nähert sich ziemlich der ersten Einstellsignalkurve, um so leicht den Einfluss des Dämpfungskoeffizienten B zu überwinden.
Man beziehe sich bitte auf 4, welche ein Diagramm der zweiten Stufenantwort des Steuersystems 40 in 2 ist und welche geliefert wird, um den Einfluss des zweiten Vielfachen m auf das Steuersystem 40 darzustellen. In 4 wird die geschätzte Massenträgheit als J_Σ = (J_m + J_d)/2 eingestellt, die Zielbandbreite wird als B_w = 50 Hz eingestellt, und das erste Vielfache wird als h = 1 eingestellt. Das zweite Vielfache m wird variabel mit m = 1, 2, 3, 4 eingestellt.
Wie in 4 gezeigt wird, gibt es eine Eingangssignalkurve eines Stufenfunktionsbefehls A1, die Kurven des variierten zweiten Vielfachen m = 1 (i = 1, 2, 3, 4) des Steuersystems 40 in 2 und die Ausgangssignalkurve PID des herkömmlichen Steuersystems zum Vergleich. Wie 4 zeigt, besitzt die Ausgangssignalkurve P-I-D des vorherigen P-I-D-Steuersystems entsprechend dem Stand der Technik ein großes Überschwingen im Gegensatz zu der in dem Steuersystem 40 der vorliegenden Erfindung, wobei das zweite Vielfache m ansteigt, das entsprechende Überschwingen minimiert wird und die Anstiegszeit der Stufenantwort sich 20 ms mehr und mehr nähert.
Der Einfluss des ersten Vielfachen h auf das Steuersystem 40 wird in 4 dargestellt, welches ein Diagramm der dritten Stufenantwort des Steuersystems 40 in 2 ist. In 5 wird die Bandbreite B_w als B_w = 50 Hz eingestellt, und das zweite Vielfache m wird eingestellt als m = 1, und dann wird das erste Vielfache m variabel eingestellt wie h = 1, 2, 4, 6, 8. Wie in 4 gezeigt wird, gibt es eine Eingangssignalkurve eines Stufenfunktionsbefehls A1, die Kurven des variierten ersten Vielfachen h = i (i = 1, 2, 4, 6, 8) des Steuersystems 40 in 2. Wie 5 zeigt, wobei das erste Vielfache h ansteigt, wird das entsprechende Überschwingen minimiert, und die Anstiegszeit der Stufenantwort nähert sich mehr und mehr 20 ms.
Entsprechend der obigen Darstellung ist die beste Einstellung des Systems die Zielbandbreite B_w = 50 Hz, das erste Vielfache h = 1 und das zweite Vielfache m = 4, wenn das Steuersystem der Situation einer Zielbandbreite von B_w = 50 Hz und der Anstiegszeit der Stufenantwort mit 20 ms und einer Arbeitsweise ohne Überschwingen ausgesetzt ist.
Der Einfluss des Veränderns des geschätzten Massenträgheitswertes J_Σ wird dann dargestellt. Wenn die Beziehung zwischen der Massenträgheit der Last J_d und der Massenträgheit des Motors J_m gleich J_d = 10J_m ist, wird der geschätzte Massenträgheitswert J_Σ als J_Σ = 6J_m, J_Σ = 11J_m und J_Σ = 16J_m getrennt eingestellt, um die entsprechenden Veränderungen des Ausgangssignals Y des gesteuerten Grundkörpers 31 in dem Steuersystem 40 in 2 zu beobachten. Das beobachtete Ergebnis wird in 6 gezeigt, welches ein Diagramm der vierten Stufenantwort des Steuersystems 40 in 2 ist.
In 6 gibt es eine Eingangssignalkurve eines Stufenfunktionsbefehls A1, die dritten Betriebssignalkurven Ci (i = 1~3) unter den Bedingungen variabler geschätzter Massen trägheitswerte J_Σ (J_Σ = 6J_m, 11J_m, 16J_m) und die Ausgangssignalkurven Di (i = 1~3). Die dritte Betriebssignalkurve C1 basiert auf dem geschätzten Massenträgheitswert J_Σ = 6J_m, während die dritte Betriebssignalkurve C2 auf dem geschätzten Massenträgheitswert J_Σ = 11J_m basiert und die dritte Betriebssignalkurve C3 auf dem geschätzten Massenträgheitswert J_Σ = 16J_m basiert. Die Ausgangssignalkurve D1 basiert auf dem geschätzten Massenträgheitswert J_Σ = 6J_m, während die Ausgangssignalkurve D1 auf dem geschätzten Massenträgheitswert J_Σ = 6J_m basiert und die Ausgangssignalkurve D3 auf dem geschätzten Massenträgheitswert J_Σ = 16J_m basiert.
Die drei dritten Betriebssignalkurven Di (i = 1~3) werden durch Betrieb der Master-Steuereinheit 32, der ersten Einstelleinheit 33 und der zweiten Einstelleinheit 34 über das Gewichten des ersten Vielfachen h und des zweiten Vielfachen m erhalten. Wie 6 zeigt, besitzt das Steuersystem 40 der vorliegenden Erfindung eine gute Robustheit in Bezug auf die Veränderung des geschätzten Massenträgheitswertes J_Σ.
In ähnlicher Weise wird der Einfluss des Veränderns der Massenträgheit von J_d dann dargestellt. Wenn die Beziehung zwischen der Massenträgheit J_d und der Massenträgheit des Motors J_m gleich J_d = 11J_m ist, wird der geschätzte Massenträgheitswert J_d als J_d = 5J_m, J_d = 10J_m und J_d = 15J_m getrennt eingestellt, um die entsprechenden Veränderungen des Ausgangssignals Y des gesteuerten Grundkörpers 31 in dem Steuersystem 40 in 2 zu beobachten. Das beobachtete Ergebnis wird in 7 gezeigt, welches das fünfte Stufenantwortdiagramm des Steuersystems in 2 ist.
In 7 gibt es eine Eingangssignalkurve eines Stufenfunktionsbefehls A1, die dritten Betriebssignalkurven Gi (i = 1~3) und die Ausgangssignalkurven Hi (i = 1~3) unter den Bedingungen der variierten Massenträgheit der Last J_d (J_d = 5J_m, 10J_m, 15K_m). Die dritte Betriebssignalkurve G1 basiert auf der Massenträgheit der Last J_d = 5J_m, während die dritte Betriebssignalkurve G2 auf der Massenträgheit der Last J_d = 10J_m basiert und die dritte Betriebssignalkurve G3 auf der Massenträgheit der Last J_d = 15J_m basiert. Die Ausgangssignalkurve H1 basiert auf der Massenträgheit der Last J_d = 5J_m, während die Ausgangssignalkurve H2 auf der Massenträgheit der Last J_d = 10J_m basiert und die Ausgangssignalkurve H2 auf der Massenträgheit der Last J_d = 15J_m basiert. Wie 7 zeigt, besitzt das Steuersystem 40 der vorliegenden Erfindung eine gute Robustheit bezüglich des Veränderns der Massenträgheit der Last J_d.
Das Einstellverfahren des Steuersystems 30 zum Einstellen eines Ausgangssignals Y, welches durch einen gesteuerten Grundkörper 31 erzeugt ist, wird wie folgt dargestellt. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte:

(a) Erstellen einer Zielbandbreite B_w für das Steuersystem 30;
(b) Gestalten einer Steuerfunktion basierend auf der Zielbandbreite B_w, wobei dadurch veranlasst wird, dass sich die Bandbreite eines offenen Regelkreises eines Steuersystems der Zielbandbreite B_w nähert und dass dadurch ein erstes Betriebssignal U₁ erzeugt wird, wobei die Steuerfunktion die Transferfunktion der Master-Steuereinheit 32 ist;
(c) Erzeugen eines ersten Einstellsignals Q₁, basierend auf dem ersten Betriebssignal U₁; und
(d) Berechnen des ersten Einstellsignals Q₁, des Ausgangssignals Y und des ersten Betriebssignals U₁, um ein zweites Betriebssignal U₂ zu erzeugen, wobei dadurch ausgelöst wird, dass sich das Ausgangssignal Y dem ersten Einstellsignal Q₁ nähert, indem das zweite Betriebssignal U₂ zu dem gesteuerten Grundkörper 31 rückgeführt wird, welcher das Ausgangssignal Y erzeugt.

Der Schritt (c) in dem oben erwähnten Verfahren beinhaltet ferner die folgenden Schritte:

(c1) Gestalten einer ersten Einstellfunktion entsprechend einem Antwortverhalten des gesteuerten Objektes 31, wobei die erste Einstellfunktion die Transferfunktion der ersten Einstelleinheit 33 ist; und
(c2) Liefern des ersten Betriebssignals U₁ für die erste Einstellfunktion, um das erste Einstellsignal Q₁ zu erzeugen.

Der Schritt (d) in dem oben erwähnten Verfahren weist ferner die folgenden Schritte auf:

(d1) Erzeugen eines ersten Ergebnissignals T₁ durch Subtrahieren des Ausgangssignals Y von dem ersten Einstellsignal Q₁;
(d2) Erzeugen eines zweiten Ergebnissignals T₂ durch Verstärken des ersten Ergebnissignals T₁ durch ein erstes Vielfaches h;
(d3) Erzeugen des zweiten Betriebssignals U₂ durch Aufsummieren des zweiten Ergebnissignals T₂ und des ersten Betriebssignals U₁; und
(d4) Einstellen des Wertes des ersten Vielfachen h, so dass das Ausgangssignal Y sich dem ersten Einstellsignal Q₁ nähert.

Folgend dem Schritt (d) weist das oben erwähnte Verfahren ferner die folgenden Schritte auf:

(e) Liefern eines Eingangssignals R an eine zweite Einstellfunktion, um ein zweites Einstellsignal Q₂ zu erzeugen, wobei die zweite Einstellfunktion die Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit 34 ist; und
(f) Berechnen des zweiten Einstellsignals Q₂, des Ausgangssignals Y und des Eingangssignals R, um ein drittes Betriebssignal U₃ zu erzeugen, wobei die Transferfunktion des Steuersystems 30 veranlasst wird, sich der zweiten Einstellfunktion zu nähern.

Der Schritt (f) in dem oben erwähnten Verfahren beinhaltet ferner die folgenden Schritte:

(f1) Erzeugen eines dritten Ergebnissignals T₃ durch Subtrahieren des Ausgangssignals Y von dem zweiten Einstellsignal Q₂;
(f2) Empfangen des dritten Ergebnissignals T₃ und Verarbeiten des dritten Ergebnissignals durch eine integrale Berechnung, um so ein viertes Ergebnissignal T₄ zu erzeugen, wobei die integrale Berechnung durch die integrale Funktion F in dem Regelkreis-Stabilisierglied 343 verarbeitet wird;
(f3) Erzeugen eines fünften Ergebnissignals T₅ durch Verstärken des vierten Ergebnissignals T₄ um ein zweites Vielfaches m;
(f4) Erzeugen des dritten Betriebssignals U₃ durch Aufsummieren des fünften Ergebnissignals T₅ und des Eingangssignals R und Wegnehmen des Ausgangssignals Y; und
(f5) Einstellen des Wertes des zweiten Vielfachen m, so dass die Transferfunktion des Steuersystems 30 sich der zweiten Einstellfunktion nähert.

Die Charakteristik der Erfindung ist: ein Steuersystem zum Steuern eines Ausgangssignals, welches durch ein gesteuertes Objekt hergestellt wird, wobei das Steuersystem eine Master-Steuereinheit, eine erste Einstelleinheit und eine zweite Einstelleinheit beinhaltet. Durch das Einstellen der zwei Wichtungsparameter, d. h. des ersten Vielfachen und des zweiten Vielfachen, werden die Robustheit und die schnelle Antwort des Steuersystems erhalten, und das Überschwingen des Ausgangssignals des gesteuerten Körpers wird vermindert und nähert sich null. Das Steuersystem besitzt die technischen Merkmale der Zielbandbreite, wobei es der Störung bei niedriger Frequenz widersteht und wobei eine Transferfunktion folgt, welche durch Einstellung und Steuern in der Hauptmaschine durch das Gestalten der Master-Steuereinheit, der ersten Einstelleinheit und der zweiten Einstelleinheit und das Einstellen der zwei Wichtungsparameter des ersten Vielfachen und des zweiten Vielfachen erreicht wird.
In Summe wird die Effizienz und die Fortschrittlichkeit des Steuersystems und des Einstellverfahrens der vorliegenden Erfindung sicher erhalten.

Claims

Steuersystem zum Steuern eines Ausgangssignals (Y), welches durch ein gesteuertes Objekt (31) erzeugt wird, wobei das Steuersystem eine Bandbreite besitzt und durch ein erstes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine erste Transfer- bzw. Übertragungsfunktion besitzt, wobei das Steuersystem charakterisiert ist, indem es aufweist: eine Master-Steuereinheit (32), welche durch ein zweites mathematisches Modell repräsentiert ist, welche eine zweite Transferfunktion besitzt, welche so aufgebaut ist, dass sie eine offene Regelkreis-Bandbreite des Steuersystems veranlasst, dass sie sich einer Zielbandbreite nähert und ein erstes Betriebssignal (U₁) erzeugt; eine erste Einstelleinheit (33), welche durch ein drittes mathematisches Modell repräsentiert wird, welche eine dritte Transferfunktion besitzt und so aufgebaut ist, dass sie das erste Betriebssignal (U₁) empfängt und ein erstes Einstellsignal (Q₁) erzeugt, wobei das erste Einstellsignal (33), das Ausgangssignal (Y) und das erste Betriebssignal (U₁) berechnet werden, um ein zweites Betriebssignal (U₂) zu erzeugen, und das Ausgangssignal (Y) sich dem ersten Einstellsignal (Q₁) so nähert, dass ein Störsignal (W), dem das gesteuerte Objekt (31) ausgesetzt ist, ausgeglichen wird; und eine zweite Einstelleinheit (34), welche durch ein viertes mathematisches Modell repräsentiert wird, welche eine vierte Transferfunktion besitzt und so aufgebaut ist, dass sie ein Eingangssignal (R) empfängt, um ein zweites Einstellsignal (Q₂) zu erzeugen, wobei das zweite Einstellsignal (Q₂), das Ausgangssignal (Y) und das Eingangssignal (R) berechnet werden, um ein drittes Betriebssignal (U₃) zu erzeugen, welches für die Master-Steuereinheit (32) geliefert wird, und die erste Transferfunktion des Steuer systems veranlasst, sich der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit (34) zu nähern.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinheit (32) ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied aufweist.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: ein erstes Addierglied (342), welches so aufgebaut ist, dass es ein erstes Ergebnissignal (T₃) durch Subtrahieren des Ausgangssignals (Y) von dem zweiten Einstellsignal (Q₂) erzeugt; ein Regelkreis-Stabilisierglied (343), welches das erste Ergebnissignal (T₃) empfängt, um ein zweites Ergebnissignal (T₄) zu erzeugen, und welches durch ein viertes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine Integralfunktion besitzt, um das Steuersystem zu veranlassen, einen Status des Fehlers des eingeschwungenen Zustands von null zu erhalten; einen erster Verstärker (344), welcher das zweite Ergebnissignal (T₄) empfängt und welcher ein drittes Ergebnissignal (T₅) durch Verstärken des zweiten Ergebnissignals (T₄) um ein erstes Vielfaches erzeugt, wobei das erste Vielfache so eingestellt ist, dass die erste Transferfunktion des Steuersystems sich der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit (34) nähert; und ein zweites Addierglied (341), welches so aufgebaut ist, dass es das dritte Betriebssignal (U₃) durch Aufsummieren des Eingangssignals (R) und des dritten Ergebnissignals (T₅) erzeugt und das Ausgangssignal (Y) wegnimmt.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Objekt (31) ein Motor ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das gesteuerte Objekt (31) ein Motor ist, das gesteuerte Objekt (31) ein physikalisches Verhalten besitzt, welches durch die erste Transferfunktion K_t/((J_m + J_d)s + B) gegeben ist, wobei J_m eine Massenträgheit des Motors ist, J_d eine Massenträgheit einer Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient ist und K_t ein Verhältnis ist; die zweite Transferfunktion der Master-gesteuerten Einheit 2πB_wJ_Σ/K_t ist, wobei B_w die Zielbandbreite ist und J_Σ ein geschätzter Massenträgheitswert von (J_m + J_d) ist; die dritte Transferfunktion der ersten Einstelleinheit (33) K_t/(J_Σs) ist; und die vierte Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit (34) K_t/(J_Σs) ist.
Steuersystem, welches ein Ausgangssignal (Y) steuert, welches durch ein gesteuertes Objekt (31) hergestellt ist, wobei das Steuersystem eine Bandbreite besitzt und durch ein erstes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine erste Transferfunktion besitzt, wobei das Steuersystem charakterisiert ist, indem es aufweist: eine Master-Steuereinheit (32), welche durch ein zweites mathematisches Modell repräsentiert ist, welche eine zweite Transferfunktion besitzt, welche so aufgebaut ist, dass sie eine Bandbreite eines offenen Regelkreises des Steuersystems veranlasst, sich einer Zielbandbreite zu nähern, und ein erstes Betriebssignal (U₁) erzeugt; und eine erste Einstelleinheit (33), welche durch ein drittes mathematisches Modell repräsentiert ist, welche eine dritte Transferfunktion besitzt und so aufgebaut ist, dass es das erste Betriebssignal (U₁) empfängt und ein erstes Einstellsignal (Q₁) erzeugt, wobei das erste Einstellsignal (Q₁), das Ausgangssignal (Y) und das erste Betriebssignal (U₁) berechnet werden, um ein zweites Betriebssignal (U₂) zu erzeugen, und das Ausgangssignal (Y) sich dem ersten Einstellsignal (Q₁) nähert, so dass ein Störsignal (W), welchem das gesteuerte Objekt (31) ausgesetzt ist, ausgeglichen wird.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das das gesteuerte Objekt (31) ein physikalisches Verhalten besitzt und das die Master-Steuereinheit (32) entsprechend dem physikalischen Verhalten des gesteuerten Objektes (31) gestaltet ist.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinheit (32) ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied aufweist.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Objekt (31) ein Antwortverhalten besitzt und die erste Einstelleinheit (33) entsprechend dem Antwortverhalten des gesteuerten Objekts (31) gestaltet ist.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, indem es aufweist: ein erstes Addierglied (332), welches so aufgebaut ist, dass es ein erstes Ergebnissignal (T₁) durch Subtrahieren des Ausgangssignals (Y) von dem ersten Einstellsignal (Q₁) erzeugt; einen ersten Verstärker (332), welcher so aufgebaut ist, dass er das erste Ergebnissignal (T₁) empfängt und ein zweites Ergebnissignal (T₂) durch Verstärken des ersten Ergebnissignals (T₁) um ein erstes Vielfaches erzeugt, wobei das erste Vielfache so eingestellt ist, dass sich das Ausgangssignal (Y) dem ersten Einstellsignal (Q₁) nähert.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein zweites Addierglied (333) aufweist, welches so auf gebaut ist, dass es das zweite Betriebssignal (U₂) und das Störsignal (W) aufsummiert und das gesteuerte Objekt (31) mit einem Summenergebnis des zweiten Betriebssignals (U₂) und des Störsignals (W) versorgt.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Einstelleinheit (34) aufweist, welche durch ein viertes mathematisches Modell repräsentiert ist, welche eine vierte Transferfunktion besitzt und so aufgebaut ist, dass es ein Eingangssignal (R) empfängt und dadurch ein zweites Einstellsignal (Q₂) erzeugt, wobei das zweite Einstellsignal (Q₂), das Ausgangssignal (Y) und das Eingangssignal (R) berechnet werden, um ein drittes Betriebssignal (U₃) zu erzeugen, welches an die Master-Steuereinheit (32) geliefert wird, so dass sich die erste Transferfunktion des Steuersystems der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit (34) nähert.
Steuersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: ein drittes Addierglied (342), welches so aufgebaut ist, dass es ein drittes Ergebnissignal (T₃) durch Subtrahieren des Ausgangssignals (Y) von dem zweiten Einstellsignal (Q₂) erzeugt; ein Regelkreis-Stabilisierglied (343), welches so aufgebaut ist, dass es das dritte Ergebnissignal (T₃) empfängt und dadurch ein viertes Ergebnissignal (T₄) erzeugt, wobei das Regelkreis-Stabilisierglied (343), welches durch ein fünftes mathematisches Modell repräsentiert ist, eine Integralfunktion besitzt, um das Steuersystem zu veranlassen, einen Status eines Fehlers des eingeschwungenen Zustands von null zu erhalten; einen zweiten Verstärker (344), welcher so aufgebaut ist, dass er das vierte Ergebnissignal (T₄) empfängt und ein fünftes Ergebnissignal (T₅) durch Verstärken des vierten Ergebnissignals (T₄) um ein zweites Vielfaches erzeugt, wobei das zweite Vielfache so eingestellt ist, dass die erste Transferfunktion des Steuersystems sich der vierten Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit (34) nähert; und ein viertes Addierglied (341), welches so aufgebaut ist, dass es das dritte Betriebssignal (U₃) durch Aufsummieren des Eingangssignals (R) und des fünften Ergebnissignals (T₅) und durch das Wegnehmen des Ausgangssignals (Y) erzeugt.
Einstellverfahren eines Steuersystems zum Einstellen eines Ausgangssignals (Y), welches durch ein gesteuertes Objekt (31) erzeugt wird, wobei das Steuersystem eine Bandbreite besitzt und durch ein erstes mathematisches Modell repräsentiert ist, welches eine Transferfunktion besitzt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: (a) Aufstellen einer Zielbandbreite für das Steuersystem; (b) Gestalten einer Steuerfunktion basierend auf der Zielbandbreite und dadurch Veranlassen, dass sich eine Offene-Regelkreis-Bandbreite des Steuersystems der Zielbandbreite nähert, und Erzeugen eines ersten Betriebssignals (U₁); (c) Erzeugen eines ersten Einstellsignals (Q₁), welches auf dem ersten Betriebssignal (U₁) basiert; und (d) Berechnen des ersten Einstellsignals (Q₁), des Ausgangssignals (Y) und des ersten Betriebssignals (U₁), um ein zweites Betriebssignal (U₂) zu erzeugen, und dadurch Veranlassen des Ausgangssignals (Y), sich dem ersten Einstellsignal (Q₁) zu nähern, indem das zweite Betriebssignal (U₂) zu dem gesteuerten Objekt (31) zurückgeführt wird, welches das Ausgangssignal (Y) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (c) ferner die folgenden Schritte aufweist: (c1) Gestalten einer ersten Einstellfunktion (33) entsprechend einem Antwortverhalten des gesteuerten Objekts (31); und (c2) Verarbeiten des ersten Betriebssignals (U₁) durch die erste Einstellfunktion (33), um das erste Einstellsignal (Q₁) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (d) ferner die folgenden Schritte aufweist: (d1) Erzeugen eines ersten Ergebnissignals (T₁) durch Subtrahieren des Ausgangssignals (Y) von dem ersten Einstellsignal (Q1); (d2) Erzeugen eines zweiten Ergebnissignals (T₂) durch Verstärken des ersten Ergebnissignals (T₁) durch ein erstes Vielfaches; (d3) Erzeugen eines zweiten Betriebssignals (U₂) durch Aufsummieren des zweiten Ergebnissignals (T₂) und des ersten Betriebssignals (U₁); und (d4) Einstellen des Wertes des ersten Vielfachen, so dass das Ausgangssignal (Y) sich dem ersten Einstellsignal (Q₁) nähert.
verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte aufweist von: (e) Liefern eines Eingangssignals (R) an eine zweite Einstellfunktion (34), um ein zweites Einstellsignal (Q₂) zu erzeugen; und (f) Berechnen des zweiten Einstellsignals (Q₂), des Ausgangssignals (Y) und des Eingangssignals (R), um ein drittes Betriebssignal (U₃) zu erzeugen, und Veranlassen der ersten Transferfunktion des Steuersystems, sich der zweiten Einstellfunktion (34) zu nähern.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (f) ferner die folgenden Schritte aufweist: (f1) Erzeugen eines dritten Ergebnissignals (T₃) durch Subtrahieren des Ausgangssignals (Y) von dem zweiten Einstellsignal (Q₂); (f2) Empfangen des dritten Ergebnissignals (T₃) und Verarbeiten des dritten Ergebnissignals (T₃) durch eine integrale Berechnung, um so ein viertes Ergebnissignal (T₄) zu erzeugen; (f3) Erzeugen eines fünften Ergebnissignals (T₅) durch Verstärken des vierten Ergebnissignals (T₄) um ein zweites Vielfaches; (f4) Erzeugen des dritten Betriebssignals (U₃) durch Aufsummieren des fünften Ergebnissignals (T₅) und des Eingangssignals (R) und Wegnehmen des Ausgangssignals (Y); und (f5) Einstellen des Wertes des zweiten Vielfachen, so dass die erste Transferfunktion des Steuersystems sich der zweiten Einstellfunktion (34) nähert.