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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem und ein Einstellverfahren
hierfür,
und spezieller ausgedrückt
bezieht sie sich auf ein robustes Steuersystem.
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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.
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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.
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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.
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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 Kt/((Jm + Jd)s + B), wobei
Jm die Massenträgheit des Motors ist, Jd die Massenträgheit der Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient
ist und Kt ein Verhältniswert ist.
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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.
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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.
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Das
Master-Steuerglied ist eine Art eines proportionalen integralen
Steuerglieds. Die Transferfunktion des Master-Steuergeräts ist KP + KI·1/s, welches
eine Proportionalfunktion KP und eine Integralfunktion
KI·1/s
beinhaltet. Die Proportionalfunktion KP 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. KI ist ein Integralkoeffizient, welcher benutzt
wird, den folgenden Fehler des stabilen Zustands in dem herkömmlichen
Steuersystem zu reduzieren.
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Da
die Antwortgeschwindigkeit mit der breiteren Zielbandbreite des
herkömmlichen
Steuersystems schneller wird, wird der Proportionalkoeffizient KP als 2πBw(Jm + Jd)/Kt eingestellt, um allgemein sicherzustellen,
dass die Verstärkungsbandbreite
des offenen Regelkreises mit der Zielbandbreite versorgt wird.
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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 KI·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.
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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.
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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.
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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.
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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 n der Lage, dies so einzustellen, dass man
den Anforderungen des Systems genügt.
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In
der
DE 10 2005
042 650 A1 werden eine Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine
und ein Verfahren für
eine Drehzahlregelung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die
Regeleinrichtung umfasst zwei Regelglieder, welche parallel zueinander
schaltbar sind, wenn die Differenz eines bereitgestellten Soll-Signals
und eines ebenfalls bereitgestellten Ist-Signals kleiner als ein
vorgegebener Off-Set ist. Über
das Parallelschalten der beiden Regelglieder der Regeleinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine soll die zeitliche Varianz des Einschwingvorgangs
bei Sturzgas verringert werden.
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Die
DE 10 2004 010 317
A1 beschreibt eine Stromregelvorrichtung für ein Servosystem,
welche über
einen Modellreferenzwertregler und einen Stromregler verfügt. Der
Modellreferenzwertregler erzeugt aus einem Strom-Referenzsollsignal
des Ser vosystems ein Geschwindigkeits-Sollsignal, wobei durch ein
Vergleichen des Geschwindigkeits-Sollsignals mit einem Geschwindigkeits-Istsignal
des Servosystems ein Strom-Sollsignal erzeugbar ist. Anschließend erzeugt
der Stromregler aus dem Strom-Sollsignal, den Strom-Referenzsollsignal
und einem Strom-Istsignal ein Regelungssignal zum Ansteuern des
Servosystems. Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2004 010 371 A1 ein
entsprechendes Verfahren, zum Steuern einer Stromschleife in einem Servosystem.
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Die
DD 244 837 A1 betrifft
ein Positioniersystem zur Grob-Fein-Regelung
mikrorechnergeregelter Manipulatoren. Das Positioniersystem umfasst
einen Mikrorechner, welcher eine Drehzahl-Sollwertkurve in Abhängigkeit
von einer primärseitigen
Istposition vorgibt, die der Verringerung der theoretisch optimalen
Phasenkurve um den approximierten Verlauf eines nichtlinear verstärken Endlagensensorsignals entspricht,
und diese ausgangsseitig einer Mischstelle zuführt, die der kontinuierlichen Überlagerung
der Drehzahl-Sollwertkurve mit dem nichtlinear verstärkten Signal
eines lastseitig angeordneten Endlagensensors dient.
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Die
EP 0 797 133 A1 bezieht
sich auf ein Verfahren zur Torsionsoptimierung eines drehzahlgeregelten
Antriebs mit drehelastischer Mechanik bei drehzahlunabhängiger Belastung,
wobei ein PI-Regler als Drehzahlregler und eine zusätzliche
Drehzahlsollwertglättung
verwendet werden. In Abhängigkeit eines
Hochlauftests und einer vorbestimmten Zeitkonstante des Antriebmotors
werden eine mechanische Zeitkonstante des Antriebssystems und eine Torsionseigenfrequenz
ermittelt, mit denen die Regelverstärkung und die Nachstellzeit
des PI-Reglers und die Verzögerungszeit
der zusätzlichen
Drehzahlsollwertglättung
berechnet und eingestellt werden.
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Des
Weiteren beschreibt die
DE
693 24 097 T2 ein Gerät
zur Prozess-Steuerung mit einer Subtrahierereinrichtung zum Erhalten
einer Abweichung zwischen einem Prozesswert eines gesteuerten Objekts
und einem Sollwert, einer Regeleinrichtung für arithmetische Operationen
zum Berechnen eines manipulativen Wertes, indem die Abweichung zumindest
arithmetischen Operationen einer Proportional-Integral-Regelung
unterzogen wird und gleich Null wird, und eine Einrichtung zum Addieren
des manipulativen Wertes und einer Störung und Liefern einer Summe
des manipulativen Wertes und der Störung an das Objekt. Zusätzlich ist
zwischen der Subtrahierereinrichtung und dem Objekt an die Rückkopplungsleitung
für den
Prozesswert eine Filtereinrichtung zum Anwenden einer einer Integralzeit
der arithmetischen Operation einer Proportional-Integral-Regelung
proportionalen Vor/Nacheilzeit auf den Prozesswert angeschlossen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Steuersystem
und ein Einstellverfahren eines Steuersystems bereitzustellen, welche
eine gute Systemrobustheit und schnelle Antworten gewährleisten.
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Die
Erfindung schafft ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1, ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Einstellverfahren
eines Steuersystems zum Einstellen eines Ausgangssignals mit den
Merkmalen des Anspruchs 14.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Steuersysteme
und dem entsprechenden Einstellverfahren eines Steuersystems zum
Einstellen eines Ausgangssignals ist es möglich, 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.
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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.
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Vorzugsweise
weist die Master-Steuereinheit einproportionales integrales (PI-)Steuerglied
auf.
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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.
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Vorzugsweise
ist das gesteuerte Objekt ein Motor.
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Vorzugsweise,
wenn das gesteuerte Objekt ein Motor ist, besitzt das gesteuerte
Objekt ein physikalisches Verhalten, welches durch die erste Transferfunktion
Kt/((Jm + Jd)s + B) dargestellt wird, wobei Jm eine Massenträgheit des Motors ist, Jd eine Massenträgheit einer Last ist, B ein
Dämpfungskoeffizient ist
und Kt ein Verhältnis ist; die zweite Transferfunktion
der Master-gesteuerten Einheit 2πBwJΣ/Kt ist,
wobei Bw die Zielbandbreite und JΣ ein
geschätzter
Massenträgheitswert
von (Jm + Jd) ist;
die dritte Transferfunktion der ersten Einstelleinheit Kt/(JΣs) ist; und die vierte
Transferfunktion der zweiten Einstelleinheit Kt(JΣs)
ist.
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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.
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Vorzugsweise
besitzt das gesteuerte Objekt ein physikalisches Verhalten, und
die Master-Steuereinheit ist so entsprechend dem physikalischen
Verhalten des gesteuerten Objekts gestaltet.
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Vorzugsweise
weist die Master-Steuereinheit ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied
auf.
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Vorzugsweise
besitzt das gesteuerte Objekt ein Antwortverhalten, und die erste
Einstelleinheit ist entsprechend dem Antwortverhalten des gesteuerten Objektes
gestaltet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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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.
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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.
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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 Bw, und es wird ein erstes
Betriebssignal U1 erzeugt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Bw 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 Bw,
und ein erstes Betriebssignal U1 wird erzeugt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie
in 2 gezeigt wird, ist die Transferfunktion des physikalischen
Verhaltens des gesteuerten Grundkörpers 31 Kt/((Jm + Jd)s + B), wobei Jm eine Massenträgheit des
Motors ist, Jd eine Massenträgheit einer
Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient
ist und Kt 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
JΣ angenommen,
um den gesamten Massenträgheitswert
des Motors und der Last (Jm + Jd)
darzustellen, wobei Jm eine Massenträgheit des
Motors ist und Jd eine Massenträgheit einer
Last ist. Die Transferfunktion der Master-Steuereinheit 32 ist
als 2πBw JΣ/Kt gestaltet,
wobei Bw die Zielbandbreite des Steuersystems 40 und
JΣ der
geschätzte
Trägheitswert
von (Jm + Jd) ist,
so dass sich die Bandbreite des offenen Regelkreises des offenen
Steuersystems 40 der Zielbandbreite Bw nähert.
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Die
Transferfunktion der ersten Einstelleinheit 33 ist wie
Kt(JΣs) 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 Kt/((Jm + Jd)s + B) gestaltet, wobei Jm eine
Massenträgheit
des Motors ist, Jd eine Massenträgheit einer
Last ist, B ein Dämpfungskoeffizient
ist und Kt ein Verhältnis ist und wobei die Transferfunktion
des Steuersystems 40 sich der der zweiten Einstelleinheit 34 über die
Berechnung und die Rückkopplungsbeeinflussung
nähert.
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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 Bw = 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 Bw = 50 Hz als ein Beispiel hergenommen.
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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.
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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 JΣ =
(Jm + Jd)/2 eingestellt,
die Zielbandbreite wird als Bw = 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.
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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.
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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 Bw als
Bw = 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.
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Entsprechend
der obigen Darstellung ist die beste Einstellung des Systems die
Zielbandbreite Bw = 50 Hz, das erste Vielfache
h = 1 und das zweite Vielfache m = 4, wenn das Steuersystem der
Situation einer Zielbandbreite von Bw =
50 Hz und der Anstiegszeit der Stufenantwort mit 20 ms und einer
Arbeitsweise ohne Überschwingen
ausgesetzt ist.
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Der
Einfluss des Veränderns
des geschätzten
Massenträgheitswertes
JΣ wird
dann dargestellt. Wenn die Beziehung zwischen der Massenträgheit der
Last Jd und der Massenträgheit des Motors Jm gleich
Jd = 10Jm ist, wird
der geschätzte
Massenträgheitswert
JΣ als
JΣ =
6Jm, JΣ = 11Jm und
JΣ =
16Jm 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.
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In 6 gibt
es eine Eingangssignalkurve eines Stufenfunktionsbefehls A1, die
dritten Betriebssignalkurven Ci (i = 1∼3) unter den Bedingungen variabler
geschätzter
Massen trägheitswerte
JΣ (JΣ =
6Jm, 11Jm, 16Jm) und die Ausgangssignalkurven Di (i = 1∼3). Die dritte
Betriebssignalkurve C1 basiert auf dem geschätzten Massenträgheitswert
JΣ =
6Jm, während
die dritte Betriebssignalkurve C2 auf dem geschätzten Massenträgheitswert
JΣ =
11Jm basiert und die dritte Betriebssignalkurve
C3 auf dem geschätzten
Massenträgheitswert
JΣ =
16Jm basiert. Die Ausgangssignalkurve D1
basiert auf dem geschätzten
Massenträgheitswert
JΣ =
6Jm, während
die Ausgangssignalkurve D1 auf dem geschätzten Massenträgheitswert
JΣ =
6Jm basiert und die Ausgangssignalkurve
D3 auf dem geschätzten
Massenträgheitswert
JΣ =
16Jm basiert.
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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
JΣ.
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In ähnlicher
Weise wird der Einfluss des Veränderns
der Massenträgheit
von Jd dann dargestellt. Wenn die Beziehung
zwischen der Massenträgheit
Jd und der Massenträgheit des Motors Jm gleich
Jd = 11Jm ist, wird
der geschätzte
Massenträgheitswert
Jd als Jd = 5Jm, Jd = 10Jm und Jd = 15Jm 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.
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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 Jd (Jd = 5Jm, 10Jm, 15Km). Die dritte
Betriebssignalkurve G1 basiert auf der Massenträgheit der Last Jd =
5Jm, während
die dritte Betriebssignalkurve G2 auf der Massenträgheit der
Last Jd = 10Jm basiert
und die dritte Betriebssignalkurve G3 auf der Massenträgheit der
Last Jd = 15Jm basiert.
Die Ausgangssignalkurve H1 basiert auf der Massenträgheit der
Last Jd = 5Jm, während die
Ausgangssignalkurve H2 auf der Massenträgheit der Last Jd =
10Jm basiert und die Ausgangssignalkurve
H2 auf der Massenträgheit
der Last Jd = 15Jm basiert.
Wie 7 zeigt, besitzt das Steuersystem 40 der
vorliegenden Erfindung eine gute Robustheit bezüglich des Veränderns der
Massenträgheit
der Last Jd.
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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
Bw für
das Steuersystem 30;
- (b) Gestalten einer Steuerfunktion basierend auf der Zielbandbreite
Bw, wobei dadurch veranlasst wird, dass
sich die Bandbreite eines offenen Regelkreises eines Steuersystems
der Zielbandbreite Bw 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
Summe wird die Effizienz und die Fortschrittlichkeit des Steuersystems
und des Einstellverfahrens der vorliegenden Erfindung sicher erhalten.