DE1673584C3

DE1673584C3 - Control loop

Info

Publication number: DE1673584C3
Application number: DE19671673584
Authority: DE
Inventors: Erik Björn Saratoga Calif. Dahlin (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-12-12
Filing date: 1967-12-12
Publication date: 1976-07-01

Description

in welcherin which

y(s) die gemessenen Regelgrößen, y (s) the measured controlled variables,

x(s) die gemessenen Stellgrößen, x (s) the measured manipulated variables,

K die Prozeßverstärkung, K is the process gain,

e die Basis der natürlichen Logarithmen,e the base of the natural logarithms,

s das Laplacezeichen, s the Laplace symbol,

A der Prozeßpolwert und A is the process pole value and

τ die Prozeßtransportverzcgerung ist,τ is the process transport delay,

wobei mit dem Prüftaktintervall T gift TjI :§ τ < 3/2 T, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bestimmungsgerät (42) aus der Modellgleichung der Prozeßverstärkung K, der Prozeßpolwert A und die Prozeßtransportverzögerung τ bestimmt werden, daß aus diesen mit Hilfe der einzustellenden Störgrenzfrequenz λ in einem Abstimmgerät (34) Verstärkungssignalewith the test cycle interval T gift TjI : § τ <3/2 T, characterized in that in a determination device (42) from the model equation of the process gain K, the process pole value A and the process transport delay τ are determined that from these with the help of the Interference limit frequency λ in a tuning device (34) amplification signals

b_z = -/T, b _z = - / T,

λ O_n = KA λ O _n = KA

undand

α, =α, =

KAKA

(-1 + AT) (-1 + AT)

erzeugt werden und daß im Regler (24) die Stellgröße V_n aus der Gleichungare generated and that in the controller (24) the manipulated variable V _n from the equation

U_n = — b_x Un-i — bi i/n-2 + Ci E_n + «i E_n-_X U _n = - b _x Un-i - bi i / n-2 + Ci E _n + «i E _n - _X

ermittelt wird, in deris determined in the

E_n E _n

_n-I und _n -I and

der augenblickliche Wert der Regelabweichung, the current value of the control deviation,

die Regelabweichung im vorhergehenden Prüftaktintervall undthe control deviation in the previous test cycle interval and

die Stellgrößen in den vorhergehenden Prüftaktintervallen sind.are the manipulated variables in the previous test cycle intervals.

Die Erfindung betrifft: ein Verfahren zur Einstellung der Verstärkung eines Regelkreises mit der Modellgleichung The invention relates to: a method for setting the amplification of a control loop with the model equation

y(s)y (s)
x(s)x (s)

= Ke= Ke

s+As + A

in welcherin which

y(s) die gemessenen Regelgrößen, y (s) the measured controlled variables,

K die Prozeßverstärkung, K is the process gain,

e die Basis der natürlichen Logarithmen,e the base of the natural logarithms,

s das Laplacezeichen, s the Laplace symbol,

A der Prozeßpolwcrt und A is the process pole and

r die Prozeßtransportverzögerung ist, wobei mit dem Prüftaktinten all 7"gilt TJl ^ τ < 3/2 Γ. Es gibt zwei Arten von automatischen Reglern, den Digital-ReglerunddenAnalog-Regler. Beide Arten von Reglern lassen sich grundsätzlich durch die Anzahl und Art der in das Gerät eingebauten einstellbaren Parameter einteilen. So kann z. B. ein Analog- oder Digital-Regler vom Proportional-Integral-Typ sein. Ein derartiger Regler besteht aus zwei Teilen, von denen jeder einen einstellbaren Parameter (Verstärkung) hat, ίο nämlich die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung. Jeder Teil des Reglers spricht auf eine andere Art auf die aufgetretene Regelabweichung an. Der Proportionalteil des Reglers sorgt für ein proportionales Ansprechen auf die vorliegende Regelabweichung. Der Integralteil des Reglers gibt einen zusätzlichen Anteil aus dem Integral aller aufgetretenen Regelabweichungen ab. Sowohl Stabilität als auch Wirksamkeit des Regelkreises hängen von der Auswahl der Verstärkungen für jeden Teil des Reglers ab. Eine günstige Verstärkungskombination für eine Anwendung braucht nicht günstig für eine zweite Anwendung sein. Die Einstellung der verschiedenen Verstärkungen wird als Abstimmung des Reglers bezeichnet. r is the process transport delay, where TJl ^ τ <3/2 Γ applies with the test cycle inks every 7 ". There are two types of automatic controllers, the digital controller and the analog controller. Both types of controllers can basically be determined by the number and type of For example, an analog or digital controller can be of the proportional-integral type.This controller consists of two parts, each of which has an adjustable parameter (gain), namely the proportional gain and the integral gain. Each part of the controller responds in a different way to the system deviation that has occurred. The proportional part of the controller ensures a proportional response to the existing system deviation. The integral part of the controller emits an additional component from the integral of all system deviations that have occurred Both the stability and the effectiveness of the control loop depend on the selection of the gains for r each part of the controller. A favorable combination of reinforcement for one application need not be favorable for a second application. Adjusting the various gains is called tuning the controller.

Die Abstimmung eines automatischen Reglers ist mehr eine Gefühlssache als eine Wissenschaft. Bei den bekannten Einstellmethoden für automatische Regler werden die Einstellungen zu einem wesentlichen Teil von dem Bedienungspersonal allein vorgenommen. Bei einem herkömmlichen analogen Drei-Arten-Regler gibt es drei Verstärkungen, die das Bedienungspersonal einstellen muß, um die richtige Reaktion des Systems zu erhalten. Im allgemeinen wird eine Grundverstärkung eingestellt und dann das System beobachtet. Läuft das System nicht wie gewünscht, muß die Ver-Stärkung nachgestellt werden (d. h. Knöpfe müssen verstellt werden) bis das gewünschte Ergebnis erzielt wird. Eine erste Schwierigkeit besteht darin, daß die durch Verdrehen der einzelnen Knöpfe erzielten Wirkungen sich gegenseitig beeinflussen, d. h., die durch Verdrehen eines Knopfes oder Verstellen einer Verstärkung erzielte Ergebnisse hängen in gewissem Ausmaße auch von der Einstellung der anderen Verstärkungen ab. Diese Situation wird noch komplizierter, wenn sich gegenseitig beeinflussende Regelkreise vorliegen. Daraus ist zu ersehen, daß die Abstimmung eines Regelkreises eine Handfertigkeit ist, die sehr viel Gefühl des Bedienungspersonals erfordert.Tuning an automatic regulator is more a matter of feeling than science. Both known setting methods for automatic controllers, the settings become an essential part carried out by the operating personnel alone. With a conventional three-way analog controller There are three gains that the operator must set in order to get the system to respond properly to obtain. In general, a basic gain is set and then the system is observed. If the system does not run as desired, the gain has to be readjusted (i.e. buttons have to be adjusted adjusted) until the desired result is achieved. A first difficulty is that the Effects achieved by turning the individual knobs influence each other, d. h. that through By turning a knob or adjusting a gain, the results obtained depend to a certain extent also depends on the setting of the other reinforcements. This situation gets even more complicated if there are mutually influencing control loops. From this it can be seen that the vote a control loop is a manual skill that requires a lot of feeling on the part of the operator.

Auch ein Digital-Regler kann z. B. drei einstellbare Verstärkungen haben, wie der erwähnte Drei-Arten-Analogregler. In vielen Anwendungen ist es jedoch vorteilhafter, noch mehr Parameter zu verwenden, um eine höhere Regelgenauigkeit zu erreichen. Auch diese Parameter müssen abgestimmt werden.A digital controller can also be used, for. B. have three adjustable gains, like the aforementioned three-way analog controller. In many applications, however, it is more advantageous to use even more parameters to to achieve a higher control accuracy. These parameters must also be coordinated.

Obwohl man aus der Übernahme der gesamten Regelung durch einen Digitalrechner gute Ergebnisse erzielt, ist es grundsätzlich auch weiterhin erforderlich, die Abstimm-Eingangssignale vom Bedienungspersonal steuern zu lassen. Wenn z. B. die Ausgangsamplitude des Prozesses schnell ansteigt, sollte neu abgestimmt werden, statt, was bisher manchmal erforderlich war, die Abstimmung unverändert zu lassen.Although good results can be achieved by adopting the entire control system using a digital computer, it is basically still necessary to receive the tuning input signals from the operating personnel to control. If z. B. the output amplitude of the process increases rapidly, should be retuned instead of leaving the vote unchanged, as was sometimes necessary up to now.

In dem Aufsatz »Practical Optimizing Systems« vor Nightingale, veröffentlich in »Control Engineering«, Dezember 1964, S. 76 bis 84, ist die Optimisierung von Regelkreisen mit einem einzigen Parameter beschrieben. Regelkreise, die mehrere einstellbare Parameter aufweisen, können nach diesem Verfahren abei nicht optimiert werden.In the article "Practical Optimizing Systems" before Nightingale, published in "Control Engineering", December 1964, pp. 76 to 84, the optimization of control loops with a single parameter is described. Control loops that have several adjustable parameters can operate according to this method cannot be optimized.

Die US-PS 27 12 414 beschreibt ein Verfahren zur werden Regelgrößen entnommen und Stellgrößen zuge-Steuerung eines Prozesses. Der Prozeß wird in ver- führt. Die Stellgrößen, dargestellt durch Signale auf den Ideinertem ZeitmaJJstab simuliert. Der Wert einer oder Leitungen 12,14 und 16, kommen von den angeschlosmehrerer Beengungen wird aus dem simulierten Pro- senen Reglern, von denen nur einer, der Regler 24, der jsefi bestimmt und abhangig von diesen Werten der 5 Einfachheit halber dargestellt ist. Auf den Leitungen Prozeß eingestellt. Obwohl mit diesem Verfahren die 18, 20 und 22 erscheinen Signale, die die Regelgrößen Einstellung sehr einfach ist, müssen iort mehrere Para- darstellen und auf die angeschlossenen Regler gegeben meter gesondert eingestellt werden. werden. Zur Illustration der vorliegenden ErfindungThe US-PS 27 12 414 describes a method for taking control variables and adding control variables of a process. The process is seduced in. The manipulated variables, represented by signals on the Simulated on a time scale. The value of one, or lines 12, 14 and 16, come from the connected multiple Constraints are generated from the simulated Pro- sen regulators, of which only one, the regulator 24, the jsefi is determined and shown as a function of these values for the sake of simplicity. On the lines Process discontinued. Although with this method Figures 18, 20 and 22 appear signals that represent the controlled variables Setting is very easy, several parameters have to be displayed and given to the connected controllers meter must be set separately. will. To illustrate the present invention

Es ist Aufgabe der Erfidung, die Abstimmung eines wird der Teil des Prozesses 10 betrachtet, der durch Regelkreises mit der Modellgleichung ₁₀ Signale auf der Leitung 12 gesteuert wird und Ausgangs-It is the task of the invention, the coordination of a part of the process 10 is considered, which is _{controlled by a control loop with the model equation 10} signals on the line 12 and output

, . signale auf der Leitung 18 erzeugt. Dieser Teil des,. signals on line 18 generated. This part of the

= K e~" · —- , Prozesses wird im folgenden Regelkreis 12-18 genannt.= K e ~ "· -, the process is referred to in the following control loop 12-18.

^x'^s) s + A " Der Wert des Signals auf der Leitung 12 wird durch den ^x ' ^s ) s + A " The value of the signal on line 12 is determined by the

Regler 24 eingestellt, der ein Einstellsignal für den Reder mehrere Parameter hat, so zu vereinfachen, daß 15 gelkreis 12-18 vom Sollwertgenerator 25 und ein gedas Bedienungspersonal nur noch einen Koeffizienten sxeuertes variables Signal über die Leitung 18 erhält, einzustellen braucht. Damit der Regler 24 den Regelkreis 12-18 optimalController 24 is set, which is a setting signal for the Reder has several parameters to simplify so that 15 gelkreis 12-18 from the setpoint generator 25 and a gedas Operating personnel only receive a coefficient controlled variable signal via line 18, needs to adjust. So that the controller 24 optimally controls the control circuit 12-18

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem regeln kann, müssen die Verstärkungswerte für den Bestimmungsgerät aus der Modellgleichu/igdie Prozeß- Regler 24 jeweils abhängig vom augenblicklichen Stand verstärkung K, der Prozeßpolwert A und die Prozeß- 20 des Prozesses IO eingestellt werden. Entsprechende transportverzögerung τ bestimmt werden, daß aus die- Verslärkungswerte für den Regler 24 werden z. B. auf sen mit Hilfe der einzustellenden Störgrenzfrequenz λ den 1 eitungen 26, 28, 30 und 32 geliefert und stellen in einem Abstimmgerät Verstärkungssignale Koeffizienten für das Regelgesetz im Regeler 24 dar.This object is achieved in that one can regulate, the gain values for the determination device must be set from the model equation, the process controller 24 each depending on the current state gain K, the process pole value A and the process 20 of the process IO. Corresponding transport delay τ can be determined that the amplification values for the controller 24 are z. B. on sen with the help of the interference limit frequency λ to be set to the 1 lines 26, 28, 30 and 32 and represent gain signals coefficients for the control law in the controller 24 in a tuning device.

Diese Koeffizienten werden durch ein AbstimmgerätThese coefficients are determined by a voting machine

*i ⁼ — I+/.T, J₅ 34 erzeugt. Das Abstimmgerät 34 wiederum empfängt* i ⁼ - I + /. T, J ₅ 34 generated. The tuner 34 in turn receives

\y — —/.γ Signale auf den Leitungen 36,38 und 40, die bestimmte \ y - - /. γ signals on lines 36, 38 and 40, the certain

Parameter für den Regelkreis 12-18 darstellen. DieseDisplay parameters for control circuit 12-18. This

_ _ ^ bestimmten Parameterwerte werden von einem Be-_ _ ^ certain parameter values are determined by a

KA Stimmungsgerät 42 zur Verfügung gestellt. Außerdem KA Mood device 42 made available. Besides that

j 30 erhält das Abstimmgerät 34 über die Leitung 44 einThe voting device 34 receives j 30 via the line 44

vom Bedienungspersonal gesteuertes Signal für einenoperator controlled signal for one

_ /■ Koeffizienten. Dieser Koeffizient wird im folgenden_ / ■ coefficients. This coefficient will be used in the following

^fl| ~ KA Störgrenzfrequenz genannt und noch näher erklärt. ^{fl |} ~ KA called interference limit frequency and explained in more detail.

Die Störgrenzfrequenz λ auf Leitung 44 wird durchThe interference cutoff frequency λ on line 44 is through

erzeugt werden und daß im Regler die Stellgröße U_n 35 den Bedienenden eingegeben und abhängig von derare generated and that in the controller the manipulated variable U _n 35 entered the operator and dependent on the

aus der Gleichung Darstellung einer Kurve auf einem Aufzeichnungsge-from the equation Representation of a curve on a recording

U_n = -b_x U_n-X - b_z U_n-₂ -f a_a E_n + a, E_n , ^{rät 46}· ^z· ^B· ^einem Papierstreifenschreiber, eingestellt. U _n = -b _x U _n -X - b _z U _n - ₂ -f a _a E _n + a, E _n , ^{advises 46} · ^z · ^B · ^a paper tape recorder, set.

Das Abstimmgerät 34 erzeugt abhängig von derThe voting device 34 generates depending on the

ermittelt wird, in der Störgrenzfrequenz λ auf der Leitung 44 und den Signa-is determined, in the interference cutoff frequency λ on line 44 and the signal

E_n der augenblickliche Wert der Regelab- ⁴° ^{len für die} Parameter auf den Leitungen 36, 38 und 40 E _n of the current value of the control shut ⁴ ° ^{len for the} parameters on the lines 36, 38 and 40

weichung mehrere Signale auf den Leitungen 26, 28, 30 und 32,softening several signals on lines 26, 28, 30 and 32,

E_n-X die Regelabweichung im vorhergehenden ^{die die} Verstärkungen darstellen. Diese Signale werden E _n -X is the control deviation in the preceding ^{that represent the} gains. These signals are

Prüftaktintervall und ^{dann auf den Re}g^{ler 24} gegeben, damit dieser denTest cycle interval and ^{then given to the} ^{controller 24} , so that this the

U_n _uncj Regelkreis 12-18 jeweils optimal einstellen kann. Alles U _n _unc j control circuit 12-18 can be optimally adjusted in each case. everything

uVx die Stellgrößen in den vorhergehenden ^{4S bisher über den} Regelkreis 12-18 Gesagte gilt ebenso Prüftaktintervallen sind. ^{für andere nicht} dargestellte Regelkreise. Fur jeden uVx the manipulated variables in the previous ^{4S up to now about the} control loop 12-18 also apply to test cycle intervals. ^{for other} control loops, not shown. For each

derartigen Regelkreis, der einzeln einstellbar oder auchsuch a control loop that can be individually set or also

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die durch eine Haupteinstellung verkettet einstellbar ist, Stellgröße nach einem Regelaigorithmus mit Parame- müßte die Störgrenzfrequenz λ besonders eingestellt tern erzeugt, die dem augenblicklichen Zustand am 50 werden. Jeder der Blöcke 24, 26 und 28 kann z. B. besten angepaßt sind. Diese abgestimmten Parameter ein Digitalrechner oder ein Analogrechner sein, oder erhält man abhängig von der Prozeßverstärkung, dem die von diesen Blöcken ausgeführten Schritte können Prozeßpolwert, der Prozeßtransportverzögerung und auch von einem einzigen Rechner ausgeführt werden, der Störgrenzfrequen7 λ, die vom Bedienenden einge- Wie die eingestellte Störgrenzfrequenz λ die Stellstellt wird. 55 größe beeinflußt, wird an Hand der F i g. 2 erläutert.In the method according to the invention, the manipulated variable that can be chained by a main setting is generated according to a control algorithm with parameters, the interference limit frequency λ would have to be specially set; Each of the blocks 24, 26 and 28 can e.g. B. are best adapted. These coordinated parameters can be a digital computer or an analog computer, or are obtained depending on the process gain, the steps carried out by these blocks can process pole value, the process transport delay and also be carried out by a single computer, the interference limit frequencies7 λ, which are entered by the operator set interference limit frequency λ which is set. 55 size is influenced by FIG. 2 explained.

Nachstehend soll die Erfindung an Hand von Aus- Im ersten Schritt (Block 60) werden die Stell- und führungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt Regelgrößen gemessen. Einen Satz von bestimmtenIn the first step (block 60), the setting and management examples are explained in more detail. It shows controlled variables measured. A set of certain

F i g. 1 in Form eines Blockdiagrammes einen Prozeßparametern kann man z. B. durch Schätzung Regelkreis, oder durch Berechnung ermitteln. Dieser Schritt wirdF i g. 1 in the form of a block diagram a process parameters can be z. B. by estimation Control loop, or by calculation. This step will

F i g. 2 in Blockform die einzelnen Schritte zur Wei- 60 in Block 62 der F i g. 2 dargestellt,
terverarbeitung des Wertes λ, Block 64 in F i g. 2 stellt die Messung der Schwan-F i g. 2 shows the individual steps in block form in 60 in block 62 in FIG. 2 shown,
processing of the value λ, block 64 in FIG. 2 represents the measurement of the swan

Fi g. 3 den Wert einer geregelten Veränderlichen kungen einer Stellgröße (z. B. die Signale auf Leitung aufgetragen gegenüber der Frequenz und 12) über einen bestimmten Zeitraum dar. Der Be-Fi g. 3 the value of a controlled change in a manipulated variable (e.g. the signals on line plotted against the frequency and 12) over a certain period of time.

F i g. 4 den Verlauf der Stellgrößen gegenüber der dienende beobachtet das Aufzeichungsgerät 46 in Zeit. 65 Fig. 1, das die Schwankungen als Kurve der Stell-F i g. 4 the recording device 46 in FIG. 4 observes the course of the manipulated variables compared to the serving Time. 65 Fig. 1, which shows the fluctuations as a curve of the actuating

F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des größen nach der Zeit aufzeichnet. F i g. 4 zeigt der-Verfahrens gemäß der Erfindung. Einem Prozeß 10, artige Kurven. Wenn diese Schwankungen außerhalb z. B. einer Fourdrinier-Papierherstellungsmaschine, eines vorgegebenen Bereiches liegen, muß das Bedie-F i g. Fig. 1 shows an arrangement for performing size by time records. F i g. 4 shows the procedure according to the invention. A process 10, like curves. If these fluctuations outside z. B. a Fourdrinier papermaking machine, a given area, the operator must

nungspersonal den nächsten Schritt (Block 66) ausführen. Die diesem Regelkreis zugeordnete Störgrenzfrequenz λ wird nachgestellt, bis die Schwankungen der Stellgröße im zulässigen Bereich liegen. Die Störgrenzfrequenz λ kann in der Praxis durch Verändern eines Potentiometers nachgestellt werden, damit ein Analogwert erzeugt wird. Auch das wird wieder auf dem Aufzeichnungsgerät 46 festgehalten. Während die Störgrenzfrequenz λ nachgeregelt wird, ändern sich in Abhängigkeit von den veränderten λ ebenfalls Signale, die die Parameter des Reglers darstellen. Während dieser Vorgänge steuert der Regler den Prozeß 10. Wie noch genauer beschrieben wird, bestehen mathematische Beziehungen zwischen den bestimmten Parameterwerten und der nachgeregelten Störgrenzfrequenz A, wodurch die Regelparameter mit großer Genauigkeit erzeugt werden (Block 68).operators take the next step (block 66). The interference limit frequency λ assigned to this control loop is readjusted until the fluctuations in the manipulated variable are within the permissible range. In practice, the interference limit frequency λ can be readjusted by changing a potentiometer so that an analog value is generated. This is also recorded again on the recording device 46. While the interference limit frequency λ is readjusted, signals that represent the parameters of the controller also change as a function of the changed λ. During these processes, the controller controls the process 10. As will be described in more detail below, there are mathematical relationships between the determined parameter values and the readjusted interference limit frequency A, as a result of which the control parameters are generated with great accuracy (block 68).

Block 70 in F i g. 2 zeigt die Erzeugung der Stellgrößen, abhängig von den gemessenen Stell- und Regelgrößen und gemäß einem Regelalgorithmus, der die zuletzt erzeugten Parameter des Reglers einschließt. Der Regler 24 stellt die Parameter des Reglers in Übereinstimmung mit dem gegenwärtigen Wert der gemessenen Veränderlichen entweder kontinuierlich (im Fall eines Analogreglers) oder sehr häufig (im Fall eines Stichprobenreglers) ein. Auf der anderen Seite arbeiten das Bestimmungsgerät 42 und das Abstimmgeräl 43 in einem wesentlich langsameren Zyklus, so daß der Regler 24 einen vom Abstimmgerät 34 erzeugten Parametersatz dazu benutzt, eine ganze Folge von Signalen auf Leitung 12 zu erzeugen. Schließlich wird gemäß Block 72 die Stellgröße im Regler 24 aus dem Regelsignal abgeleitet.Block 70 in FIG. 2 shows the generation of the manipulated variables, depending on the measured manipulated and controlled variables and according to a control algorithm that includes the most recently generated parameters of the controller. The controller 24 adjusts the parameters of the controller in accordance with the current value of the measured Variables either continuously (in the case of an analog controller) or very frequently (in the case of a Sampling regulator). On the other hand, the determining device 42 and the voting device 43 operate in FIG a much slower cycle, so that the controller 24 a set of parameters generated by the tuner 34 used to generate a whole series of signals on line 12. Finally, according to Block 72, the manipulated variable in controller 24 is derived from the control signal.

Der Regelkreis 12-18 kann durch die Modellgleichung The control loop 12-18 can be defined by the model equation

s + As + A

U_n U _n

gleich der neuen auf Leitung 12 erzeugten Stellgröße ist,
Koeffizienten im Steueralgorithrnus und die laufenden und unmittelbar vorhergehenden Werte einer Regelabweichung sind, die z. B. durch Gegenüberstellung der Regelgröße auf Leitung 18 mit dem Sollwert des Regelkreises 12-18 erzeugt wird.is equal to the new manipulated variable generated on line 12,
Coefficients in the tax algorithm and the current and immediately preceding values of a control deviation that z. B. is generated by comparing the controlled variable on line 18 with the setpoint of the control circuit 12-18 .

Vorher werden die in der Modellgleichung {1} gegebenen Parameterwerte K, A und τ bestimmt. Mit Hilfe von Signalen, die diese bestimmten Parameterwerte und mit Hilfe eines Signals, das die Störgrenzfrequenz λ darstellt, was noch genauer beschrieben wird, kann jeder Koeffizient I)₁, b₂, a₀, a_t des Steueralgorithmus als eine Funktion von K, A, λ und τ dargestellt werden. Somit können die am besten abgestimmten Werte für die Koeffizienten des Regelalgorithmus, nach den folgenden Formeln einfach berechnet werden: The parameter values K, A and τ given in the model equation {1} are determined beforehand. With the help of signals that represent these specific parameter values and with the help of a signal that represents the interference limit frequency λ , which will be described in more detail below, each coefficient I) ₁ , b ₂ , a ₀ , a _{t of} the control algorithm can be calculated as a function of K, A, λ and τ are represented. Thus, the best-matched values for the coefficients of the control algorithm can easily be calculated using the following formulas:

b, = -I + AT,
b, = ΑΓ, b, = -I + AT,
b, = ΑΓ,

⁰⁽¹ ~ KA ^{0 (1} ~ KA

KAKA

(-1 + A T). (-1 + AT).

wobeiwhereby

dargestellt werden, wobeiare represented, where

v(s) die gemessenen Regelgrößen,v (s) the measured controlled variables,

K die Prozeßverstärkung, K is the process gain,

e die Basis der natürlichen Logarithmen,e the base of the natural logarithms,

j das Laplacezeichen,j the Laplace symbol,

τ die Prozeßtransportverzögerung undτ is the process transport delay and

A ein Prozeßpolwert ist. A is a process pole value.

Die Modellgleichung (1) beschreibt z. B. einen Regelkreis einer Fourdrinier-Papierherstellungsmaschine. Der Regler 24 arbeitet nach dem folgenden Steueralgorithmus:The model equation (1) describes z. B. a control loop of a Fourdrinier papermaking machine. The controller 24 works according to the following control algorithm:

U_n = -fc, V_n-_t -b_s U_n ί + O₀ £„ + α, £„_,, (2) wobei U _n = -fc, V _n - _t -b _s U _n ί + O ₀ £ "+ α, £" _ ,, (2) where

T die Taktzeil des Reglers, d. h. das Zeilintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen von Regelwerten ist. T is the clock line of the controller, ie the line interval between two successive measurements of control values.

Die obigen Gleichungen 3, 4, 5 und 6 gelten, wenn Γ/2 ^ τ < 3/2 7"ist. Wenn die abgestimmten Werte für die Koeffizienten />,, b₂, o₀, «, des Steueralgorilhmus einmal gewonnen sind, werden sie in dem durch Gleichung 2 ausgedrückten Regelalgorithmus verwendet und ein Steuersignal U_n auf Leitung 12 erzeugt, um so die manipulierten Veränderlichen im Regelkreis 12-18 auf ihren richtigen Wert einzustellen.Equations 3, 4, 5 and 6 above apply when Γ / 2 ^ τ <3/2 7 ". Once the matched values for the coefficients /> ,, b ₂ , o ₀ ,«, of the control algorithm are obtained , they are used in the control algorithm expressed by equation 2 and a control signal U _{n is} generated on line 12 so as to set the manipulated variables in control loop 12-18 to their correct value.

Die Modellgleichung (1) beschreibt beispielsweise das Herstellungsverfahren in einer Fourdrinier-Papierherstellungsmaschine und ist auf die Regelung des Grundgewichtes gerichtet, welche nach der GleichungThe model equation (1) describes, for example, the manufacturing process in a Fourdrinier papermaking machine and is directed to the regulation of the basic weight, which according to the equation

(2) abläuft. In diesem Fall gibt die folgende Tabelle typische Werte für K, A, T, λ, 6,. b₂, σ₀, o„ U_n und E_n. (2) expires. In this case the following table gives typical values for K, A, T, λ, 6 ,. b ₂ , σ ₀ , o " U _n and E _n .

F i g. 3 zeigt in graphischer Form, w;is die Störgrenzfrequenz ;. in Wirklichkeit darstellt. Hier ist der Wert einer geregelten Veränderlichen (z. B das Grundgewicht im Regelkreis 12-18) gegen die Frequenz aufgetragen. Kurve80 bezeichnet man als eine spektrale Dichtefunktion der Schwankungen der geregeltenF i g. 3 shows, in graphical form, w; is the interference cutoff frequency;. represents in reality. Here the value of a controlled variable (e.g. the basic weight in the control loop 12-18) is plotted against the frequency. Curve80 is called a spectral density function of the fluctuations in the regulated

Veränderlichen. Der Koeffizient λ stellt die Drei-db-Siorgrenzf-Tequenz für einen Prozeß, dessen Regelkreis oder eine bestimmte geregelte Veränderliche dar. Es wird also ein A-Wert am Punkt 82 und ein zweiter am Punkt 84 der Kurven gezeigt. Wenn der BedienendeMutable. The coefficient λ represents the three-dB priority limit sequence for a process, its control loop or a certain controlled variable. Thus, an A value is shown at point 82 and a second at point 84 of the curves. When the operator

βο die Störgrenzfrequenz λ einstellt, wird im wesentlichen der Wert der Dra-db-Störgrenzfrequenz für eine Dichtefunktion verändert. Das heißt, die Grenze wird auf der Frequenzskala nach oben oder muten verschoben. Die Kurve 80 ist idealisiert. Genau genommen kannβο sets the interference limit frequency λ , the value of the Dra-db interference limit frequency is essentially changed for a density function. This means that the limit is shifted up or down on the frequency scale. The curve 80 is idealized. Strictly speaking, it can

die Dichtefunktion über die Störgrenzfrequenz verschoben werden, wenn eine neue StöTgrenzfrequenz λ eingestellt wird, was durch die gestrichelte Linie 86 angedeutet ist. Em Signal, das diese Änderung oder diethe density function can be shifted beyond the interference limit frequency when a new interference limit frequency λ is set, which is indicated by the dashed line 86. Em signal that this change or the

T = T = 3030th K = K = 5,05.0 A =A = 0,030.03 Ί Ί 0,010.01 *. =*. = -0,7-0.7 b₂ = b ₂ = -0,3-0.3 «ο =«Ο = 0,06670.0667 a. = a. = - 0,00667- 0.00667 U_n = U _n = 2828 E_n = E _n = 0,40.4

Änderung der Störgirenzfrequenz A anzeigt, wird, wie oben beschrieben, auf das Abstimmgerät 34 gegeben, damit die Parameter des Regelalgorithmus besser abgestimmt werden können.Change in interference frequency A indicates how described above, given to the tuner 34, so that the parameters of the control algorithm better can be matched.

F i g. 4 zeigt eine Kurve der dargestellten Information auf dem Aufzeichnungsgerät 46 der Fig. 1. In F i g. 4 ist die Stellgröße auf der Leitung 12, z. B. nach der Zeit aufgezeichnet. Die Linien 90 und 92 stellen die obere und untere Grenze für die Schwankungen dar. Die Kurve 94 zeigt, wie die Schwankungen sein sollen, wogegen die Kurve % eine zu große und Kurve 98 eineF i g. Fig. 4 shows a graph of the information displayed on recorder 46 of Fig. 1. In F i g. 4 is the manipulated variable on line 12, e.g. B. recorded according to the time. Lines 90 and 92 represent the represent upper and lower limits for the fluctuations. Curve 94 shows how the fluctuations should be, whereas curve% is too large and curve 98 is too large

zu kleine Amplitude der Schwankungen anzeigt. In der Terminologie der Regeltechnik ausgedrückt, besagt Kurve 96, daß der Regler 24 übersteuert, Kurve 98, daß er untersteuert. Diese Art der Darstellung betrachtet das Bedienungspersonal bei der Einstellung des auf das Abstimmgerät 28 zu gebenden Koeffizienten. Das Bedienungspersonal beobachtet das Aufzeichnungsgerät 46 und versucht die Störgrenzfrequenz λ so einzustellen, daß die Kurve (wie z. B. Kurve 94) innerhalb derindicates that the amplitude of the fluctuations is too small. In the In terms of control technology terminology, curve 96 indicates that controller 24 is overdriving, curve 98 that he is understeering. This type of display is considered by the operating personnel when setting the to the Voting device 28 coefficients to be given. The operator observes the recorder 46 and tries to adjust the interference cut-off frequency λ so that the curve (such as, for example, curve 94) is within the

ίο Linien 90 und 92 liegt, aber auch nicht zu kleine Amplituden hat (wie z. B. die Kurve 98).ίο lines 90 and 92, but also not too small amplitudes (such as curve 98).

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patentanspruch:Claim:

Verfahren zur Einstellung der Verstärkung eines Regelkreises mit der ModellgleichungProcedure for setting the gain of a control loop using the model equation

y(s) „-,τ A y (s) "-, τ A

xis)xis)

s + As + A