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DE3141560A1 - Verfahren und vorrichtung zur prozesssteuerung und -regelung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur prozesssteuerung und -regelung

Info

Publication number
DE3141560A1
DE3141560A1 DE19813141560 DE3141560A DE3141560A1 DE 3141560 A1 DE3141560 A1 DE 3141560A1 DE 19813141560 DE19813141560 DE 19813141560 DE 3141560 A DE3141560 A DE 3141560A DE 3141560 A1 DE3141560 A1 DE 3141560A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
cycle
parameters
controller
change
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19813141560
Other languages
English (en)
Inventor
Paul P. 18054 Green Lane Pa. Anderson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leeds and Northrup Co
Original Assignee
Leeds and Northrup Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leeds and Northrup Co filed Critical Leeds and Northrup Co
Publication of DE3141560A1 publication Critical patent/DE3141560A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

PATENTANWÄLTE ,I..'..*. .;.*,.' '.,IrR1-Ii1O-FRANZ-WUESTHOFF
WUESTHOFF-v. PECHMANN -BEHRENS-GOETZ I)l""I-FR!PA ™ES™°FI
DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971) EUROPEAN PATENT ATTORNEYS dipl.-chem. dr. ε. Freiherr von pechmann DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ
1A-55 260 D-8000 MÜNCHEN 90
SCHWEIGERSTRASSE 2 te le PON: (089) 66 20 ji
TELEGRAMM: PROTECTPATENT
telex: j 24070
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Prozeßsteuerung
und -regelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prozeßsteuerung oder -regelung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 7.
Bei automatischen Prozeß- oder Verfahrensregelungssystemen, bei welchen (beispielsweise) PID-Regler verwendet werden, und Prozeßmodellen muß der Operator drei Arten des Reglerverhaltens einstellen, um die gewünschte Durchführung der Regelung zu erzielen.
Die Arten des Reglerverhaltens, welche der Operator überwachen muß, sind der Proportionalitäts- bzw. Regelbereich, die Regelung der Veränderungsrate und die Rückstellregelung.
Dies wird ausgeführt, indem eine Schritt- oder Stufenänderung im Sollwert des Prozesses ausgeführt wird und das Ansprechen der Prozeßvariablen beobachtet wird, welche geregelt wird. Der Operator stellt dann, basierend auf dem beobachteten Ansprechen, den Regler wieder ein.
4»
Eine manuelle Einstellung des Sollwerts zur Erzielung der Prozeßregelung ist aufgrund der Unzuverlässigkeit des Operators und der Schwierigkeit, eine präzise Regelung zu erzielen, nicht gewünscht.
Der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Modellparameter zu schaffen, so daß diese Parameter dem Regler zur Regelung dos Prozesses zugeführt werden könnton-.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Prozeßregelungsvorrichtung geschaffen, mit einem Regler, einem zu regelnden Modell des Prozesses, wobei der Regler auf ein Sollwertsignal anspricht, um dem zu regelnden Prozeß und dem Modell des Prozesses ein Regelsignal zuzuführen, einer Sequenz- oder Zuordnungseinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie einen Zyklus ausführt, während dem Stufenveränderungen im Sollwert des Reglers ausgeführt werden, und eine Einrichtung, welche auf die Differenz zwischen einem dem Zustand des Prozesses entsprechenden Signal und einem Ausgangssignal des Modells anspricht, um zumindest einen der Parameter des Modells zu modifizieren, und um auf die; Reglcrsignalc einzuwirken, die dem Parameter (den Parametern) entsprechen, wobei die Sequenzeinrichtung so angeordnet ist, daß sie den Zyklus wiederholt, bis die Veränderung in den Parametern zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen geringer als ein festgelegter Wert ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Einstellung eines Reglers vom PID-Typ, bei welchem ein Zyklus erzeugt wird, welcher die Schritte umfaßt, daß ein dem Zustand der überwachten Prozeßvariablen entsprechendes Sigrcal und ein Signal verglichen werden, welches der Summe einer proportionalen Veränderung im Sollwert mit dem dem Zustand der überwachten Prozeßvariablen für ein vorhergehendes Intervall entsprechenden Signal entspricht. Es wird ein Zeitintervall bestimmt, in dem die Zeit überwacht wird,die für den Prozeß erforderlich ist, um eine der proportionalen Veränderung im Sollwert entsprechende Veränderung zu bewirken. Die Sollwertveränderung
wird alternierend zu dem Wert des der Prozeßvariablen für das Zeitintervall entsprechenden Signal addiert, von diesem weggelassen und von diesem abgezogen. Das resultierende Signal wird dem Regler zugeführt.
Der Regler regelt den Prozeß und das Prozeßmodell auf bekannte Weise, was wiederum bewirkt, daß die Modellparameter sich kontinuierlich verändern. Wenn die Veränderung der Parameter zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen unter einen bestimmten Wert fallen, wird der Zuordner oder Sequencer unwirksam gemacht .
Allgemein enthält die Vorrichtung eine Einrichtung zur Übertragung eines Signals, welches einem Zustand der Prozeßvariablen und einer Veränderung im Sollwert entspricht, an die Vorrichtung, welche die beiden Signale kombiniert, um ein Referenzeingangssignal zu erzeugen, das durch einen.Komparator mit dem Prozeßvariablensignal verglichen wird. Das Ausgangssignal des Komparators wird einer Einrichtung zur Regelung eines Zyklus übertragen. Zusätzlich umfaßt die Vorrichtung einen Decodierer, der bewirkt, daß ein der Sollwertveränderung entsprechendes Signal bezüglich dem der Signalprozeßvariablen am Anfang des Zyklus entsprechenden Signal addiert,
j gnoriert oder subtrahiert wird. Es sind Einrichtungen zur
Detektierung von Veränderungen in den Parametern des Prozeßmodells von Zyklus zu Zyklus des Zuordners vorgesehen. Es sind auch Einrichtungen zur Außerkraftsetzung des Zuordners vorgesehen, wenn die Veränderung in den Parametern von Zyklus zu Zyklus kleiner als ein festgelegter Wert ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor. In letzterer zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines automatischen
Prozeß- oder Verfahrensregelsystems, bei dem es sich ; entweder um ein PID- oder um ein Diskretzeit-System handelt,
Figur 2 ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen den Sollwertstufenveränderungen und dem Ansprechen der Prozeßvariablen während der Einstellung dargestellt ist,
Figur 3 eine schematische Darstellung des automatischen Zuordners oder Sequencers, und
Figur 4 eine schematische Darstellung des Fehler- und Enddetektors in dem automatischen Zuordner von Fig. 3=
In Fig. 1 ist ein typisches automatisches Regelsystem für eine Prozeßvariable dargestellt. Bei der Variablen kann es sich um Temperatur, Druck, Viskosität oder dergleichen des Prozesses handeln. Das System enthält einen Regler oder Controller 12, der für den Prozeß 14 und für das Prozeßmodell 16 Eingangssignale liefert.Ein dem gegenwärtigen Zustand des Prozesses entsprechendes Ausgangssignal 20 wird einem Summierer 22 zugeführt.
Wenn kein Diskretzeitregler verwendet wird, müssen die Dis-' kretzeitparameter a.., a2, b. , b2 in die PID-Regler-Form geändert werden, um den Prozeß zu regeln.
Vor Beginn der Regelung des Prozesses, müssen Veränderungen im Prozeß und im Prozeßmodell initiiert werden, da die Parameter des Prozeßmodells nur identifiziert werden, indem verglichen wird, wie sich das Prozeßmodell hinsichtlich einer Veränderung im Prozeß verändert. Hierauf wurde von A„T„ Touchstone und A.B. Corripio in "Adaptive Control Through Instrumental - Variable Estimation of Discrete Model Parameters ",proceeding of ISA/77, Anaheim, CA May 2-5, 1977, pp 57-64, und von EoB. Dahlin in "Designing and Tuning Digital Controllers in Instruments and Control Systems", Vol. 42, No. 6, June 1968, pp. 78-83, hingewiesen. Touchstone, Corripio und Dahlin zeigen, daß durch die Erzeugung von Stufenveränderungen im Sollwert des Prozesses das Eingangssignal für das Prozeßmodell verändert wird und daß fjoine Parameter bestimmt werden können.
Das Ausgangssignal 30 des Prozeßmodells besitzt die Form η ~~ a1 n-1 a2 n-2 1 n-1 ~ 2 n-2
Y das Ausgangssignal aus dem Prozeßmodell zur Zeit n, Y-1 Y für die Zeit vor der Zeit n,
Y0 Y für die Zeit vor der Zeit n-1, n—2 η
X _.. das Ausgangssignal aus dem Regler für die Zeit vor der
Zeit η und
X „ das Ausgangssignal aus dem Regler für die Zeit vor der Zeit n-1 und
a , a , b , b2 Parameter sind, welche es nach der Identifizierung ermöglichen, daß das Prozeßmodell 16 dieselbe Charakteristik wie der Prozeß 14 besitzt.
In dem Grad, in dem das Prozeßmodell 16 den Prozeß nicht genau wiedergibt, wird ein an einem Summierer 26 entwickeltes Fehlersignal einem Modellparameteridentifizierer 28 zugeführt. Der Modellparameteridentifizierer 28 löst die ProzeßmodellausgangsSignalgleichung gemäß einem System, welches eine rekursive Regression der kleinsten Quadrate umfaßt, um die Werte a1, ao, b und b„ zu bestimmen, die in die PID-Form konvertiert werden können, falls dies gewünscht ist. Für diese Konversion ist eine Anzahl von Techniken bekannt, von denen eine in der US-Patentanmeldung mit der Serial No. 06/19 8,804 (Self Tuning of P-I-D Controller by Conversion of Discrete Time Model Identification Parameters) vom 20. Oktober 1980 offenbart ist.
Die Art und Weise, auf welche dies bewerkstelligt wird, kann am besten unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert werden. In dieser Figur stellt die horizontale Linie den gewünschten Sollwert des Prozesses dar, und die Stufenkurve stellt Veränderungen um den gewünschten Sollwert herum dar.
Der-gewünschte Sollwert 38 (bei dem es sich z.B. um die Temperatur handeln kann) erhält einen Referenzpegel. Der Sollwert wird von dem Operator auf einen neuen Pegel verändert. Die
Größe des Sollwerts kann beliebig von dem Operator ausgewählt werden, vorausgesetzt, daß dies für die überwachte Variable vernünftig ist.
Wenn das dem Zustand der überwachten Prozeßvariablen entsprechende Signal 20 anzeigt, daß die Prozeßvariable einen vorbestimmten Wert (gewöhnlich 6 3 % der Sollwertveränderung), d.h. die Closed-Loop-Ansprechzeit,/wird' der Sollwert auf den Referenzpegel zurückgestellt. Der Sollwert wird auf dem Referenzpegel für eine Zeitdauer gehalten , die der Closed-Loop-Ansprechzeit entspricht. Am Ende des Zeitintervalls 48 wird die Sollwertveränderung vom Referenzpegel abgezogen, um einen neuen Einstellpunkt 52 festzulegen bzw. zu definieren. Diese Veränderung wird während der Closed-Loop-Ansprechzeit gehalten. Dann wird der Sollwert auf den Referenzpegel 38 zurückgestellt.
Wenn der Einstellpunkt verändert wird, verändern sich entsprechend der Prozeß 14 und das Prozeßmodell 16. Die Veränderungen und Abweichungen im Zustand der Prozeßvariablen resultieren in einem Ausgangssignal von dem Prozeß, welches einem Summierer 26 zugeführt wird. Ein dem Eingangssignal für das Prozeßmodell entsprechendes Signal wird von dem Regler 12 angelegt. Das Ausgangssignal des Prozeßmodells wird mit dem Ausgangssignal aus dem Prozeß beim Summierer 26 kombiniert, um ein Signal zu erzeugen, welches der Einrichtung zur Identifizierung der Modellidentifikationsparameter a1, a2, b. und b„ zugeführt wird. Diese Parameter werden verändert, bis das Prozeßmodell 16 den Prozeß 14 genau beschreibt-
Der soeben beschriebene manuelle Prozeß wird durch den automatischen Zuordner ausgeführt, der in Figo 3 dargestellt ist»
Der Zuordner bewirkt automatisch die in Fig« 2 dargestellten Sollwertveränderungen und überwacht die in Fig. 2 dargestellten Veränderungen in der Prozeßvariablen, bis die Parameter für-den Regler identifiziert sind.
In Fig. 3 ist der automatische Zuordner im Detail beschrieben»
Der Zuordner spricht auf das Signal 20, das dem Zustand der Prozeßvariablen entspricht, und auf die Sollwertveränderung 56 an, die durch den Operator ausgewählt wird.
Der Zuordner addiert, ignoriert, subtrahiert und ignoriert die Sollwertveränderung 56 bezüglich des Signals, welches dem Zustand der Prozeßvariablen am Anfang des Zyklus, entspricht, d.h. des Signals 52, was beim Summierer 60 geschieht, und führt dieses Signal dem "Summierer 22 zu.
Der Zyklus wird wiederholt, bis der Fehler- und Enddetektor 64 festlegt, daß die Werte des Reglerparameters in angrenzenden Zyklen unter einen festgelegten Wert fallen. Gewöhnlich wird der Zuordner weiterarbeiten, bis die Werte jener Parameter innerhalb von 1 % von Zyklus zu Zyklus gebracht worden sind. Jedoch könnte der gewünschte Wert auf jede geeignete Zahl abgeändert werden.
Der automatische Zuordner enthält ein Zykluselement bzw. einen Cycler 68, einen Komparator 70, Schalter 72 und 74, Addierer und Multiplizierer 78, Decodierer 80 und Multiplizierer
Der Zuordner enthält auch einen Prozeßvariablenspeicher 86, einen Zeitgeberspeicher 88 und zwei Zeitgeber 90 und 92.
Ein interner Taktgeber 96 wirkt mit UND-Gattern 98 und 100 zusammen, um Impulse an die Zeitgeber 90 und 92 und das Zykluselement 68 anzulegen«
Am Anfang wird der automatische Identifizierungszuordner manuell über eine Rückstelleitung 102 zurückgestellt, die das Zykluselement 68 über ein ODER-Gatter 104 erregt. Das Signal stellt auch den Zeitgeber 92 zurück. In diesem Zustand gibt der Zuordner über eine Leitung 106 Schalterbetätigungen der mechanisch gekuppelten Schalter 72 und 74 frei, so daß diese sich zu den Schaltkontakten "A" bewegen. Dies gibt das Prozeßvariablensignal 20 frei, so daß es in den Komparator als Eingangssignal eintritt.
• β «ta an
Es wird auch freigegeben,, damit die ausgewählte Sollwertveränderung 56 mit einer festgelegten Konstanten, normalerweise 63 %, multipliziert und zu dem Wert des Signals 20 vom Anfang des Zyklus, d.h. dem Signal 52, addiert wird. Dies erfolgt
in dem Summierer-Multiplizierer 78, dessen Ausgangssignal
ebenfalls dem Komparator 70 zugeführt wird.
Gleichzeitig wird die Sollwertveränderung dem Multiplizierer 82 zugeführt.
Das Komparatoreingangssignal, welches der gespeicherten Prozeßvariablen 52 entspricht, zuzüglich dem festgelegten Prozentsatz der Sollwertveränderung, wird der Referenzwert für
den Rest des Zyklus des Zuordners.
Zu einem festgelegten Zeitpunkt wird der Zuordner in einen
zweiten Zustand versetzt, in welchem er den Decodierer frei= gibt, so daß dieser ein "Plus"-Ausgangssignal erzeugt, welches bewirkt, daß das Ausgangssignal des Multiplizierers 82 einen positiven Wert besitzt, der gleich dem Pegel der Sollwertveränderung 56 ist. Das kombinierte Ausgangssignal 85 aus
dem Summierer 6O wird dem Summierer 22 zur Anwendung auf den Regler 12 mit dem Signal 20 zugeführt.
Der positive Wert des Sollwerts gelangt in den Summierer 60
und wird zum Wert der im Speicher 86 gehaltenen Prozeßvariablen addiert. Zur selben Zeit wird der Zeitgeber 92 erregt, um das Intervall zu takten, so daß es das dem Zustand des Prozesses entsprechende Signal 20 nimmt, so daß es den Referenzwert
erreicht. Dieses Zeitintervall wird im Speicher 88 gespeichert.
Zu dieser Zeit erzeugt der Komparator 70 ein Ausgangssignal
für das Gatter 100, welches nach Pulsung durch den Taktgeber 96 das Zykluselement 68 freigibt, so daß dieses zum nächsten Zustand fortschreitet. In dem nächsten Zustand gibt das
Zykluselement den Decodierer frei, so daß dieser von dem
"Plüs"-Ausgangssignal zu einem "Null"-Ausgangssignal wechselt, welches nach Multiplikation mit der Veränderung des Sollwerts diesen eliminierte, wodurch die durch den Zuordner einge-
führte Veränderung auf den ReferenzSollwert 38 (Fig. 2) heruntergebracht wird, der der Wert des Signals auf der Leitung 52 in Fig. 3 ist. Dieser Zustand wird während eines Intervalls fortgesetzt, das gleich dem Intervall ist, während welchem die Prozeßvariable auf 6 3 % der Sollwertveranderung 56 heraufgesetzt wurde. Die Dauer dieses Intervalls wird durch den Speicher 8 8 gesteuert.
Zusätzlich verändert das Zykluselement 68 die Schalterbetätigungen bzw. Stellungen der Schalter 72 und 74 zu den "B"-Kontakten, wodurch die von dem vorhergehenden Zustand akkumulierte Zeit der Referenzwert des !Comparators wird. Die Zeit im gegenwärtigen Zustand ist das andere Eingangssignal zum Komparator. Wenn die Zeit im gegenwärtigen Zustand gleich der Zeit im vorhergehenden Zustand ist, vereinigt sich das Ausgangssignal aus dem Komparator mit dem Taktimpuls am UND-Gatter 100, um das Zykluselement freizugeben, so daß dieses in den nächsten Zustand fortschreitet. In diesem Zustand gibt der Decodierer den Multiplizierer frei, so daß dieser das Sollwertsignal 83 zu einem negativen Wert verändert und diesen zum Wert des gespeicherten Prozeßvariablensignals 42 am Summierer 60 addiert, dessen Ausgangssignal dem Summierer 22 zugeführt wird. Dieser Zustand wird, wie oben beschrieben, durch einen Vergleich der Zeit in diesem Zustand mit dem im Speicher 88 gespeicherten Zeitintervall beendet.
Dann wird das Zykluselement in den nächsten Zustand weiterversetzt, wodurch bewirkt wird, daß das Sollwertveränderungssignal für den Summierer 60 mittels des Multiplizierers 82 auf Null gesetzt wird, wodurch herbeigeführt wird, daß das Sollwertsignal einen Wert besitzt, welcher dem Signal 52, der gespeicherten Prozeßvariablen vom Beginn des Zyklus, entspricht.
Am Ende eines anderen zeitlich gesteuerten Intervalls pulst der--Komparator wieder das Zykluselement 68, um den Zyklus zu beenden.
X;-: I5 Γι ;. .». ;
Am Ende des Zyklus vergleicht der Fehler- und Enddetektor die Reglerparameter von angrenzenden Zyklen in Abhängigkeit von den Sollwertveränderungen. Solange die Veränderungen von Zyklus zu Zyklus unterhalb eines bestimmten Pegels liegen, pulst er das Zykluselement 68 über das ODER-Gatter 104, um das Zykluselement 68 wieder zurückzustellen, damit der gerade beschriebene Prozeß wieder beginnt. Zusätzlich kann er ein geeignetes Signal abgeben, welches anzeigt, daß der Zyklus wieder durchlaufen wird.
Wenn der Fehler- und Enddetektor 64 ermittelt, daß die Veränderungen in den Reglerparametern von Zyklus zu Zyklus in-
z.B.
nerhalb eines akzeptablen Wertes,/1 %, liegen, macht er das Zykluselement unwirksam und legt den automatischen Zuordner still.
Der Fehler- und Enddetektor 64 läßt sich am besten anhand von .Fig. 4 erläutern. Der Fehler- und 'Enddetektor umfaßt einen Speicher 110, eine Anzahl von Summierern 112 und MuIti-* plizierern 114, welche der Anzahl der Parameter auf der Leitung 30 entspricht, und einen Summierer 116 zur Kombination der Ausgangssignale der Multiplizierer 114.
Er enthält außerdem einen anderen Satz von Multiplizierern 118. Die Anzahl der Multiplizierer 118 ist dieselbe wie die der Multiplizierer 114. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 118 werden in einem Summierer 120 kombiniert.
Beim Betrieb werden die Parameter dem Speicher 110 zugeführt» Dieser speichert die Parameterwerte für einen Zyklus, so daß das Ausgangssignal des Speichers den Wert der Parameter des vorhergehenden Zyklus wiedergibt.
Die gegenwärtigen Werte der Parameter werden bei den Summierern 112 mit den verzögerten Werten aus dem Speicher 110 summiert^ um Signale 122 zu erzeugen, welche ihren Veränderungen aus dem vorhergehenden Zyklus entsprechen»
Jodes der Signale 122 wird durch die Multiplizierer 114 mit sich selbst multipliziert, so daß die Ausgangssignale 124 aus den Multiplizierern die Quadrate der Differenzen der Parametersignale von angrenzenden Zyklen darstellen. Die Signale werden im Summierer 116 summiert, und das Ausgangssignal des Summierers wird einem Dividierer 128 als Zähler zugeführt.
Zur selben Zeit wird jedes der verzögerten Parametersignale aus dem Speicher 110 durch die Multiplizierer 118 quadriert, und deren Ausgangssignale 130 werden dem Summierer 120 zugeführt. Das Ausgangssignal des Summierers wird dem Dividierer 128 als Nenner zugeführt.
Das Ausgangssignal des Dividierers ist der Veränderung der Werte der Parameter von Zyklus zu Zyklus proportional. Sie werden quadriert, um negative Werte zu entfernen und um positive Werte abzugeben, die summiert werden können, um einen einzigen Wert zu erzeugen, der für alle Eingangssignale repräsentativ ist.
Der als Ausgangssignal des Dividierers 128 erzeugte Quotient 134 wird einem Komparator 132 zugeführt. Der andere Eingang des !Comparators empfängt ein Referenzsignal 136, welches die festgelegte obere Grenze des Wertes des Quotientensignals 134 ist.
Solange das Quotientensignal 134 größer als das Referenzsignal 136 ist, gibt der Komparator ein Ausgangssignal 140 an das ODER-Gatter 104 ab, um das Zykluselement 6 8 zurückzustellen und um die Identifikationssequenz bzw. den Zuordner wieder zu starten.
Es können viele Zyklen ausgeführt werden, bis die Werte der Reglerparameter in den Bereich der festgelegten Werte fallen. Andererseits ist die Minimalanzahl der Zyklen, die durchlaufen werden können, zwei, da der Fehler nur durch einen Vergleich zwischen einem speziellen Satz von Parametern und dem Parameter für den vorhergehenden Zyklus festgestellt
* -f
werden kann.
Anstelle der oben beschriebenen Hardware-Ausführung können die Funktionen des Zuordners und des Fehler- und Enddetektors auch durch ein geeignet programmiertes Mikroprozessorsystem ausgeführt werden.
Während der automatische Identifizierungszuordner im Zusammenhang mit einem PID-Regler beschrieben wurde, kann er auch in einem Diskretzeit-Regler verwendet werden. Bei dieser Reglerart wäre es nicht erforderlich, die Modellparameter-identifizierenden I .dentifizierer a1 , a«, b.. und b? zu PID-Parametern zu übersetzen.
-Λ-
Leerseite

Claims (13)

D-8.000 MÜNCHEN 90 1A-5526O SCHWEIGERSTRASSE^ Leeds & Northrup Company telepon: (o8)66 North Wales, PA. 19454, USA * TELEGRAMM: PROTECTPATBNT TBLBJt: 534070 Ansprüche
1. / Verfahren zur Einstellung eines kontinuierlich einstell-
ren Reglers,, in welchem die Reglerparameter auf zumindest eines von einer Reihe von Eingangssignalen ansprechen, so daß der Regler Signale zur Regelung eines Prozesses sendet und einem Modell des Prozesses ein Eingangssignal zuführt, wobei das Modell Parameter aufweist, die gemäß der Differenz zwischen dem dem Zustand des Prozesses entsprechenden Signal und dem Ausgangssignal aus dem Prozeßmodell variabel sind und den Parametern entsprechende Signale dem Regler zugeführt werden,, und bei welchem die Parameter identifiziert werden, indem Stufenänderungen im Sollwert des Reglers ausgeführt werden und es zugelassen wird, daß der Prozeß einen festgelegten Anteil des Wertes der Veränderungen erreicht , dadurch gekennzeichnet , daß ein Zyklus geschaffen wird, welcher die Schritte enthält, daß zuerst ein dem Zustand des Prozesses entsprechendes Signal mit einem zweiten Signal verglichen wird, welches der Summe des ersten Signals und eines festgelegten Anteils eines der Sollwertveränderung entsprechenden dritten Signals entspricht„ daß das dritte Signal addiert und von dem ersten Signal während mit Abstand angeordneter Zeitintervalle subtrahiert wircl und daß das resultierende Signal dem Regler zugeführt wird, daß die Werte der Signale bestimmt werden, welche zumindest einem der Reglerparameter entsprechen, die von der Addition und Subtraktion des dritten Signals zum ersten Signal resultieren, und daß ^der Zyklus wiederholt wird, bis die Veränderung im ausgewählten Parameter aus dem vorhergehenden Zyklus zum gegenwär-
tigen Zyklus geringer als ein festgelegter Wert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge des Intervalls detektiert wird, welches das erste Signal braucht, um im wesentlichen gleich dem zweiten Signal zu werden, daß das dritte Signal zu dem ersten Signal für das Intervall addiert wird, wobei das dritte Signal für das Intervall nicht dem ersten Signal zugeführt wird, daß das dritte Signal von dem ersten Signal für das Intervall abgezogen wird und daß das dritte Signal nicht dem ersten Signal für das Intervall zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Signal, welches dem festgelegten Anteil des dritten Signals zu einem gegebenen Zeitpunkt entspricht, zum Wert des ersten Signals zu einem früheren Zeitpunkt addiert wird, und daß das letztgenannte Signal zu dem Signal addiert wird, welches dem Regler zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der festgelegte Wert etwa ein Prozent beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß
die Veränderung im gewählten Parameter dadurch bestimmt wird, daß das Signal verglichen wird, welches dem Quadrat der Veränderung des Parameterwertes entspricht, dividiert durch ein Signal, welches dem Quadrat des Parameters am Beginn des Zyklus entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß
eine Reihe von gewählten Parametern vorhanden ist und daß die Veränderung in den Parametern dadurch bestimmt wird, daß ein Signal verglichen wird, welches der Summe der Quadrate der Veränderung in den.Werten der Parametersignale entspricht,
dividiert durch die Summe der Quadrate der Werte der Parameter am Beginn des Zyklus.
7. Vorrichtung zur Einstellung eines kontinuierlich einstellbaren Reglers, welcher auf zumindest eine Reihe von Eingangssignalen anspricht, so daß der Regler ein Verfahren regelt, mit einem Modell des Prozesses, welches Parameter aufweist, die gemäß der Differenz zwischen dem dem Zustand des Prozesses entsprechenden Signal und dem Aüsgangssignal aus dem Prozeßmodell variabel sind, in welcher den Parametern entsprechende Signale dem Regler zugeführt werden und die Parameter dadurch·identifiziert werden, daß Stufenveränderungen im Sollwert des Reglers ausgeführt werden und es gestattet wird, daß der Prozeß einen festgelegten Anteil des Wertes der Veränderungen erreicht, gekennzeichn et durch
eine Einrichtung zur Erzeugung der Sollwertveränderungen und zur Detektierung der Veränderungen in dem Parameter, mit einem ersten Element (68) zur Erzeugung eines Zyklus mit einer Reihe von Schritten,
einer Einrichtung (70) zum Vergleichen eines proportionalen Anteils einer Sollwertveränderung mit einem entsprechenden Wert des Prozesses während eines der Zyklusschritte, wodurch Werte der Parameter für den Zyklus bestimmt werden, eine Einrichtung zur Wiederholung des Zyklus, wenn die Werte der Parameter sich vom vorhergehenden Zyklus um mehr als den vorbestimmten Wert verändern, wenn sie mit dem nächstangrenzenden Zyklus verglichen werden, und eine Einrichtung zur Beendigung des Zyklus, wenn die Veränderung in den Parametern geringer als ein festgelegter Wert während der letztgenannten Zyklusstufe ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß
die Vergleichseinrichtung (70) ein erstes Tastsignal abgibt, welches mit einem zweiten Tastsignal zusammenwirkt, um den Zyklus zum nächsten Schritt weiterzubringen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung des Zyklus durch die Schritte, wobei die Einrichtung zumindest auf ein Signal anspricht, welches anzeigt, daß sich der Prozeß bei einem bestimmten Proportionalwert befindet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Decodierer (80) und ein Multiplizierer (82) vorgesehen sind und daß die Einrichtung zur Steuerung der Bewegung des Zyklus bewirkt, daß der Decodierer alternativ die Sollwertveränderung addiert, eliminiert oder von dem zweiten Signal subtrahiert.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß
die Einrichtung, die bewirkt, daß der Zyklus wiederholt wird, eine Einrichtung (132) für den Vergleich eines Signals, welches dem Proportionalanteil einer Veränderung des Wertes des Parameters entspricht, mit einem Referenzsignal und eine Einrichtung (104) zur Freigabe des Zuordners enthält, wenn die proportionale Veränderung in Parameter größer als der Referenzwert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß
in der Einrichtung, welche bewirkt, daß der Zyklus wiederholt wird, enthalten sind eine Einrichtung (114) zur Quadrierung der Differenzen der den Werten der Parameter des vorhergehenden Zyklus beim gegenwärtigen Zyklus entsprechenden Signale, um eine erste Gruppe von quadrierten Signalen zu erhalten, eine Einrichtung (118) zur Quadrierung der Werte der Parameter für den vorhergehenden Zyklus, um eine zweite Gruppe von quadrierten Signalen zu erhalten, eine Einrichtung (116, 120), die dazu dient, jedes der Signale in jeder der Gruppen von quadrierten Signalen zu summieren, eine Einrichtung (128) zur Dividierung der Summe der ersten Gruppe von Signalen
durch die Summe der zweiten Gruppe von Signalen, um ein proportionales Signal zu liefern, eine Einrichtung zur Lieferung des Meßsignals und eine Einrichtung (132) für den Vergleich des Referenzsignals mit dem Proportionalmeßsignal, so daß,
wenn das Proportionalmeßsignal größer als das Referenzsignal ist, der Zyklus freigegeben ist, den Zyklus zu wiederholen»
13. Prozeßregelvorrichtung, gekennzeichnet
durch
einen Regler, ein Modell des zu regelnden Prozesses, wobei
der Regler auf ein Sollwertsignal anspricht, um dem zu regelnden Prozeß und dem Prozeßmodell ein Regelsignal zuzuführen, eine Sequenz- oder Zuordnungseinrichtung, welche
angeordnet ist, um einen Zyklus auszuführen, während welchem Stufenveränderungen JLm Sollwert des Reglers ausgeführt werden, und eine Einrichtung, welche auf die Differenz zwischen einem dem Zustand des Prozesses entsprechendem Signal und
einem Ausgangssignal des Modells anspricht, um zumindest
einen der Parameter des Modells zu modifizieren und dem
Regler Signale zuzuführen, welche dem (den) Parameter(n) entsprechen, wobei die Sequenzeinrichtung so angeordnet ist, daß der Zyklus wiederholt wird, bis die Veränderung in den Parametern zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen geringer als ein festgelegter Wert ist.
DE19813141560 1980-10-20 1981-10-20 Verfahren und vorrichtung zur prozesssteuerung und -regelung Withdrawn DE3141560A1 (de)

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