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DE2640259A1 - High resolution speed control for train - has low gain proportional control operating on acceleration signals - Google Patents

High resolution speed control for train - has low gain proportional control operating on acceleration signals

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DE2640259A1
DE2640259A1 DE19762640259 DE2640259A DE2640259A1 DE 2640259 A1 DE2640259 A1 DE 2640259A1 DE 19762640259 DE19762640259 DE 19762640259 DE 2640259 A DE2640259 A DE 2640259A DE 2640259 A1 DE2640259 A1 DE 2640259A1
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Herbert Bohms
Karl Dipl Ing Hahn
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Abstract

The remote control for the train has a low gain proportional control circuit and provides correction from the prescribed speed by addition of torque proportional signals to the reference speed signal. The torque signals are either positive or negative depending on the train operating mode. The proportion regulator has a small gain and advances correction circuit for the remaining standard deviation o +/- the speed with an additive switch for a thrust or braking force proportional to the speed.

Description

Geschwindigkeitsregelanordnung höhererCruise control arrangement higher

Genauigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsregelanordnung höherer Genauigkeit unter Verwendung eines Proportionalreglers für die Strom- bzw. Zug- und/oder Bremskraftsollwertvorgabe eines unterlagerten Regelkreises, insbesondere für Bahnfahrzeuge.Accuracy The invention relates to a speed control arrangement higher accuracy using a proportional controller for the current or Tension and / or braking force setpoint specification of a subordinate control loop, in particular for rail vehicles.

Moderne Geschwindigkeitsregelungen bei Lokomotiven sollen keine größeren Regelabweichungen von vorgegebenen Sollgeschwindigkeiten zulassen, als etwa t 1 bis 2 km/h. Das bedingt einerseits eine große Regelverstärkung, andererseits steht diese der Stabilitå' des Regelkreises entgegen. Integralregler (I-Regler) bzw. Proportional-Integralregler (PI-Regler) sind wegen ihres großen Überschwingverhaltens bei Störungen von vornherein schlecht brauchbar. Proportionalregler (P-Regler) dagegen führen bei den erforderlich großen Verstärkungen leicht zu Instabilitäten, insbesondere wenn die Regelstrecke, wie auch im vorliegenden Fall, Glieder mit größerem Zeitverhalten (Zeitkonstanten) aufweist.Modern speed controls for locomotives shouldn't be bigger Allow control deviations from specified target speeds, than about t 1 up to 2 km / h. On the one hand, this requires a large control gain, and on the other hand, there is this counteracts the stability of the control loop. Integral controller (I controller) or proportional-integral controller (PI controller) are bad from the start because of their large overshoot behavior in the event of disturbances useful. Proportional controllers (P controllers), on the other hand, lead to the required large ones Gains easily cause instabilities, especially if the controlled system like also in the present case, members with greater time behavior (time constants).

Hauptsächllche Störgröße bei Fahrzeuggeschwindigkeitsregellungen ist die Zugkraft bzw. der dazu erforderliche Motorstrom. Diese Größen können zur Aufrechterhaltung einer geforderten Geschwindigkeit je nach Zuggewicht und Gelände verschieden sein. Die Zugkraft kann für dieselbe Geschwindigkeit von Null bis zu positiven Werten (Steigung) oder negativen Werten (Gefälle) variieren.The main disturbance variable in vehicle speed control is the tractive force or the required motor current. These sizes can be used to maintain a required speed may differ depending on the weight of the train and the terrain. The pulling force can range from zero to positive values for the same speed (Slope) or negative values (slope) vary.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem P-Regler auf relativ einfache Weise eine hohe Regelgenauigkeit ohne Instabilitäten oder Überschwingungen zu erreichen.The object of the invention is to use a P controller in a relatively simple manner Way to achieve high control accuracy without instabilities or overshoots.

Gelöst wird diese Aufgabe für eine Geschwindigkeitsregelung der eingangs genannten Art dadurch, daß der Proportionalregler eine verhältnismäßig kleine Verstärkung aufweist und eine Korrektur der bleibenden Regel abwei sung von der Sollgeschwindigkeit durch eine additive Aufschaltung einer der Zug- bzw.This task is solved for a speed control of the initially mentioned type in that the proportional controller has a relatively small gain and a correction of the remaining rule deviation from the target speed by adding one of the train resp.

Bremskraft proportionalen Größe zur Sollgeschwindigkeit vorgesehen ist. Nach dem Gedanken der Erfindung soll die zur Vermeidung von Instabilitäten in Kauf genommene geringere P-Verstärkung durch Korrektur bzw. Verfälschung des Sollwertes mittels der Störgröße selbst wieder ausgeglichen werden. Dabei soll in weiterer Ausbildung der Erfindung die für die Aufschaltung vorgesehene der Zug- bzw Bremskraft entsprechende Proportionalgröße in Abhängigkeit von der Beschleunigung stehen. Die Einführung der Beschleunigung ist dabei von Wichtigkeit, um während einer Beschleunigungsphase (oder Verzögerungsphase) bis zur Annäherung (Einlauf) an eine Sollgeschwindigkeit den Einfluß der Korrekturgröße Zugkraft zu mindern.Braking force proportional size to the target speed provided is. According to the idea of the invention, to avoid instabilities Accepted lower P gain through correction or falsification of the Setpoint be compensated again by means of the disturbance variable itself. In this case, in a further embodiment of the invention, the one provided for the connection the traction or braking force corresponding proportional variable depending on the Acceleration stand. The introduction of acceleration is important here, to during an acceleration phase (or deceleration phase) until approaching (Run-in) to a target speed the influence of the corrective variable tensile force reduce.

Erst danach greift die Korrekturgröße stärker werdend ein.Only then does the correction variable intervene and become stronger.

Ein Überschwingen wird verhindert. Insbesondere einfach ist es und für die Anwendung ausreichend, wenn die für die Vorschaltung vorgesehene,der Zug- bzw. Bremskraft entsprechende Proportionalgröße um einen der gemessenen Beschleunigung entsprechenden Betrag gemindert ist. Bei Beharrungsfahrt ist die Beschleunigung = 0 und damit ohne Einfluß auf die Korrekturgröße Zug- bzw. Bremskraft. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung und erläuternden Beschreibung entnehmbar.An overshoot is prevented. In particular, it is simple and sufficient for the application if the train or braking force corresponding proportional variable to one of the measured acceleration corresponding amount is reduced. At steady travel, the acceleration is = 0 and therefore without any influence on the correction variable tractive or braking force. Further Advantageous features of the invention are the claims in connection with the drawing and explanatory description.

Anhand eines Schaltungsbeispiels wird die Erfindung im Nachstehenden näher erläutert. Die Figur.zeigt in einem Schaltungsausschnitt eine Geschwindigkeitsregelanordnung für die Bildung eines Stromsollwertes eines unterlagerten Motorstromregelkreises. Von den dargestellten 3 Operationsverstärkern ist der Operationsverstärker 1 der eigentliche Proportional regler und die beiden Verstärker 2 und 3 dienen der Bildung und Aufschaltung der Korrekturgrößen. Für den Proportionalregler wird hier eine Verstärkung von V - 10 angenommen. Über einen Anschluß 4 und einen Vorwiderstand 5 erfolgt die Eingabe des Geschwindigkeitssollwertes v5011, über den Anschluß 6 die Eingabe des Geschwindigkeitsistwertes vist. Die am Knotenpunkt 7 auftretende Differenz der vorzeichenverschiedenen v5011- und vi -Werte wird dem Eingang (-) des Proportionalreglers 1 zugeführt. Der vist-Wert wird mittels RC-Glieder 8,9 und Verstärker 2 differenziert und als Beschleunigungsgröße a über Leitung 10 und Widerstand 11 dem Verstärker 3 zugeführt. An Anschluß 12 ist über Widerstand 13 das Strom-Istwertsignal (Motorstrom) Iist als proportionale Ersatzgröfle für die Zugkraft angelegt. Im Knotenpunkt 14 erfolgt über die Summation vorzeichenverschiedener Werte eine Subtraktion der Beschleunigung a als elektrische Größe vom Strom-Istwertsignal 1ist Der Differenzwert steuert den Verstärker 3, dessen Ausgang über Leitung 15 und einen Widerstand 16 auf den Steuereingang (-) des Proportionalreglers 1 additiv einwirkt. Das erforderliche Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 5 und 16 richtet sich nach dem Grad der Verstärkung des Proportionalverstärkers 1, um auf die geforderten Geschwindigkeitswerte gemäß der Erfindung zu kommen. Entsprechend dem gewählten Beispiel einer Verstärkung V - 10 muß hier ein Widerstandsverhältnis von 1:10 gewählt werden, um mit auf 110 X korrigiertem v5011 auf 100 X v ist zu kommen. Der Widerstand 16 weist somit den 10fachen Wert des Widerstandes 5 auf. Der IsOll-Wert am Ausgang des Proportionalverstärkers 1 wird entsprechend angehoben. Mit 17 ist noch ein Anschluß für Bremskraftistwerte Mbist bezeichnet. An ihm treten anstelle von Anschluß 12 Signale bei Bremsvorgängen (Gefälle) auf, wenn es gilt, eine Geschwindigkeit zu halten. Mit 18 ist noch ein Einspeisewiderstand für die vist-Werte bezeichnet.The invention is described below using a circuit example explained in more detail. The figure shows a circuit section of a speed control arrangement for the formation of a current setpoint of a subordinate motor current control loop. Of the 3 operational amplifiers shown, operational amplifier 1 is the the actual proportional controller and the two amplifiers 2 and 3 are used for formation and activation of the correction variables. For the proportional controller a Reinforcement of V - 10 assumed. Via a connection 4 and one Series resistor 5 is used to enter the speed setpoint v5011, via the Terminal 6 the input of the actual speed value vist. The ones at junction 7 The difference between the signed v5011 and vi values is reflected in the Input (-) of proportional controller 1 supplied. The vist value is calculated using RC elements 8,9 and amplifier 2 differentiated and as acceleration variable a via line 10 and resistor 11 fed to amplifier 3. At connection 12 there is a resistor 13 the current actual value signal (motor current) Iist as a proportional substitute value for the tensile force applied. In node 14, the summation of signs with different signs takes place Values a subtraction of the acceleration a as an electrical variable from the current actual value signal 1ist The difference value controls amplifier 3, whose output is via line 15 and a resistor 16 to the control input (-) of the proportional controller 1 additive acts. The required ratio of the resistance values of the resistors 5 and 16 depends on the degree of gain of the proportional amplifier 1 to to come to the required speed values according to the invention. Corresponding The chosen example of a gain V - 10 must have a resistance ratio here from 1:10 to be chosen with v5011 corrected to 110 X to 100 X v is to come. The resistor 16 thus has ten times the value of the resistor 5. The IsOll value at the output of proportional amplifier 1 is increased accordingly. A connection for actual braking force values Mbist is also designated by 17. Step on him instead of Connection 12 signals when braking (downhill), when it comes to keeping a speed. At 18 there is still a feed resistor for the vist values.

In Funktion würde bei einer Anfahrt der Sollwert der Geschwindigkeit v5011 am Anschluß 4 anstehen und den Verstärker 1 bis in die Sättigung voll aussteuern. Der vist-Wert wächst langsam und ist zunächst.ohne Einfluß, dadV, d.h. VsOll-Vist, den Verstärker weiter voll aussteuert. Die additive Korrekturgröße über Leitung 15 kommt bei höchster Beschleunigung nicht oder wenig zum Tragen. Erst bei einem Einlauf in die Sollgeschwindigkeit, wenn der P-Regler 1 infolge der kleiner werdenden Soll-Istwertdifferenz zurückregelt und die Beschleunigung zurückgeht, wird der additive Korrekturwert größer, bis er bei der Beschleunigung a = 0 den vollen Wert erreicht. Dann ist das Fahrzeug auch auf die Sollgeschwindigkeit eingelaufen.In function, the setpoint of the speed would be when starting v5011 are present at connection 4 and drive amplifier 1 to full saturation. The vist value grows slowly and is initially without influence, dadV, i.e. VsOll-Vist, continues to drive the amplifier fully. The additive correction variable via line 15 has little or no effect at maximum acceleration. Only with one Entry into the setpoint speed when the P controller 1 as a result of the decreasing If the setpoint-actual value difference is regulated back and the acceleration decreases, the additive Correction value larger until it reaches the full value with acceleration a = 0. Then the vehicle has also reached the target speed.

Die Beharrungsfahrt ist erreicht mit a = 0, und der Korrekturwert hat seine volle Größe. Er entspricht der für die Beharrungsfahrt notwendigen Zugkraft. Bei Bergfahrt wird der subtrahierende Beschleunigungswert a kleiner werden, so daß der Korrekturwert größer wird. Bei Talfahrt wird Isoll negativ, was Bremsen bedeutet. 1ist (Anschluß 12) ist in diesem Falle O.The steady-state run is achieved with a = 0 and the correction value has its full size. It corresponds to the pulling force required for the steady run. When driving uphill, the subtracting acceleration value a will be smaller, so that the correction value increases. When driving downhill, Isoll becomes negative, which means braking. 1ist (connection 12) is O in this case.

Die Korrektur wird nun vom Bremsmoment Nbist (Anschluß 17) abgeleitet. Die Sollwertverfälschung erfolgt mit umgekehrtem Vorzeichen.The correction is now derived from the braking torque Nbist (connection 17). The falsification of the setpoint occurs with the opposite sign.

Durch die Erfindung wird auf einfache Weise die bleibende Regelabweichung eines Proportionalreglers ausgeglichen und es kann eine Geschwindigkeitsregelung höherer Genauigkeit erstellt werden.The invention makes the permanent one in a simple manner Control deviation a proportional controller balanced and there can be a speed control higher accuracy can be created.

6 Seiten Beschreibung 7 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnungen L e e r s e i t e6 pages description 7 claims 1 sheet. Drawings L. e e r e i t e

Claims (7)

Patentansprüche: 1.) Geschwindigkeitsregelanordnung höherer Genauigkeit unter Verwendung eines Proportionalreglers für die Strom- bzw. Claims: 1.) Speed control arrangement of higher accuracy using a proportional controller for the current resp. Zug- und/oder Bremskraftsollwertvorgabe eines unterlagerten Regelkreises, insbesondere für Bahnfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionairegler (1) eine verhältnismäßig kleine Verstärkung aufweist und eine Xorrektur der bleibenden Regelabweichung von der Sollgeschwindigkeit (voll) durch eine additive Aufschaltung einer der Zug- bzw. Bremskraft proportionalen Größe zur Sollgeschwindigkeit (voll) vorgesehen ist. Tension and / or braking force setpoint specification of a subordinate control loop, in particular for rail vehicles, characterized in that the proportional regulator (1) has a relatively small gain and a correction of the remaining Control deviation from the target speed (full) due to an additive connection a variable proportional to the pulling or braking force to the target speed (full) is provided. 2.) Geschwindigkeitsregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Aufschaltung vorgesehene, der Zug- bzw. Bremskraft entsprechende Proportionalgröne in Abhängigkeit von der Beschleunigung (a) steht.2.) Cruise control arrangement according to claim 1, characterized in that that the intended for the connection, the pulling or braking force corresponding Proportional green as a function of the acceleration (a). 3.) Geschwindigkeitsregelanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Aufschaltung vorgesehene, der Zug- bzw. Bremskraft--entsprechende Proportionaigröne um einen der gemessenen Beschleunigung (a) entsprechenden Betrag gemindert ist.3.) speed control arrangement according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the intended for the connection, the pulling or braking force - corresponding Proportional tones around one of the measured acceleration (a) appropriate Amount is reduced. 4.) Geschwindigkeitsregelanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine -Differenzbildung von Beschleunigungswerten (a) und Zugkraft- (Iist) bzw. Bremskraftistwerten (Mbist) durch vorzeichenrichtige Addition in einem Knotenpunkt (14) erfolgt und die Differenz an den Eingang (-) des vom Sollwert der Geschwindigkeit (voll) gespeisten Proportionalreglers (1) gelegt ist.4.) Speed control arrangement according to claims 1 to 3, characterized characterized that a -Difference formation of acceleration values (a) and tractive force- (Iist) or actual braking force values (Mbist) by adding the correct sign in one Node (14) takes place and the difference to the input (-) of the setpoint of the Speed (fully) fed proportional controller (1) is set. 5.) Geschwindigkeitsregelanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Sollwert der Geschwindigkeit (v50ll) als auch der Differenzwert aus Motorstrom (Iist) und Beschleunigung (a) über Widerstände (5 und 16) an den Eingang (-) des Proportionalreglers (1) gelegt sind, die in einem vom Verstärkungsfaktor des Proportionalreglers tl) abhängigen Widerstandsverhältnis stehen.5.) speed control arrangement according to claims 1 to 4, characterized characterized in that both the nominal value of the speed (v50ll) and the Difference value from motor current (Iact) and acceleration (a) via resistors (5 and 16) are connected to the input (-) of the proportional controller (1), which in one of the Gain factor of the proportional controller tl) dependent resistance ratio stand. 6.) Geschwindigkeitsregelanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über das Widerstandsverhältnis eine Anhebung des Geschwindigkeitssollwertes (v50ll) um den Betrag der bleibenden Regelabweichung erfolgt.6.) speed control arrangement according to claims 1 to 5, characterized characterized in that the resistance ratio increases the speed setpoint (v50ll) takes place by the amount of the remaining control deviation. 7.) Geschwindigkeitsregelanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Proportionalregler (1) ein als Summierer arbeitender Proportionalverstärker vorgesehen ist, an dessen Eingang (-) über einen Einspeisewiderstand (18) auch der Istwert der Geschwindigkeit (vist) vorzeichenrichtig gelegt ist.7.) speed control arrangement according to claims 1 to 6, characterized characterized in that the proportional controller (1) is a proportional amplifier operating as a summer intended at its input (-) via a feed resistor (18) the actual value of the speed (vact) is also set with the correct sign.
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