DE4237857C2 - Verfahren zur zeitlich getakteten Ermittlung von Stellgrößen nach einer Fuzzy-Logik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeitlich getakteten Ermittlung von auf eine Regelstrecke einwirkenden Stellgrößen nach einer Fuzzy-Logik, wie es beispielsweise aus dem Artikel "Fuzzy-Control - heuristische Regelung mittels unscharfer Logik", erschienen in der DE-Zeitschrift "Automatisierungstech­ nische Praxis" ATP 4/1992 Seiten 176-183 und 5/1992 Seiten 239-246 als bekannt hervorgeht.

In dem Artikel wird die allgemeine Funktionsweise von Fuzzy- Reglern beschrieben. Des weiteren werden die verschiedenen Regeleigenschaften festgestellt.

Um eine schnelle Reaktion eines Stellgliedes auf einen aufgetre­ tenen Fehler zu ermöglichen, sind aus der klassischen Regelungs­ technik Regler bekannt, die einen Differentiationsanteil (D-Anteil) aufweisen. Differentiales Regelverhalten ist defini­ tionsgemäß nur eine Reaktion auf eine Änderung der primären Ein­ gangsgröße. Fuzzy-Regler besitzen von sich aus keinen solchen D-Anteil. Durch geeignete Wahl der bestimmbaren Parameter ist es, wie in dem Artikel beschrieben, möglich, ein differentiales Regelverhalten anzunähern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem der Entwicklung der Eingangsgröße besser Rechnung getragen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Durch die Ermittlung der fiktiven, wahrscheinlichen Eingangs­ größe des nächstfolgenden Taktes und der Berücksichtigung dieses Wertes bei der Ermittlung der Stellgröße wird einer voraussicht­ lichen Entwicklung der Eingangsgröße Rechnung getragen und im voraus entsprechend auf die Stellgröße eingewirkt. Die Berück­ sichtigung eines extrapolierten zukünftigen, fiktiven Eingangs­ größenwertes ist möglich, weil Regelkreise mit Fuzzy-Reglern nicht zu einem Resonanzverhalten zwischen Eingangsgröße und Stellgröße neigen wie dies bei klassischen Regelstrecken üblich ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an Hand des Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert. Der Einfachheit halber bezieht sich das beschriebene Verfahren auf nur eine berücksichtigte Eingangsgröße. Das Verfahren läßt sich aber ohne weiteres auf eine Ermittlung von Stellgrößen nach meh­ reren Eingangsgrößen übertragen, indem in gleicher Weise für je­ de der Eingangsgrößen eine fiktive, wahrscheinliche Eingangs­ größe ermittelt wird.

Im n-ten Arbeitstakt wird der Wert X_n der primären Eingangsgröße erfaßt. Dieser Wert X_n ist in der Regel das meßtechnisch aufbe­ reitete, meist verstärkte und einer Analog-Digital-Umwandlung unterworfene Signal eines Signalgebers. Zuerst wird aus dem in dem vorigen Takt in das einen Speicherplatz aufweisende Schiebe­ register abgelegten vorigen Wert X_n-1 der primären Eingangsgröße durch lineare Extrapolation der Wert X′_n+1 der fiktiven, wahr­ scheinlichen Eingangsgröße, also nach der Gleichung X′_n+1 = 2*X_n - X_n-1, ermittelt. Der Wert X′_n+1 der fiktiven, wahrscheinlichen Eingangsgröße entspricht dem Wert der Eingangsgröße im nächsten Arbeitstakt, wenn die Eingangsgröße sich linear weiterverändern würde, wie sie dies linear angenähert während des vorange­ gangenen Arbeitstakts getan hat. Nach dieser Berechnung wird der Wert X_n der Eingangsgröße in das Schieberegister eingegeben. Dadurch wird der Wert X_n-1 aus dem Speicher gelöscht.

Unter Berücksichtigung des Wertes X′_n+1 der fiktiven wahrschein­ lichen Eingangsgröße wird mittels eine Fuzzy-Logik der Wert der Stellgröße ermittelt und an die Stellglieder übermittelt. Der nächste, n+1-ste, Arbeitstakt schließt sich an.

Es ist auch möglich, weitere zurückliegende Arbeitstakte zu berücksichtigen, indem die Ermittlung des Wertes der fiktiven, wahrscheinlichen Eingangsgröße nicht nur auf den Wert X_n-1 beschränkt ist, sondern auch die Werte X_n-2 etc. berücksichtigt werden. Ebenso ist das Verfahren nicht an die lineare Extrapola­ tion gebunden. Werden mehr als die zwei zuletzt ermittelten Werte der Eingangsgröße zur Ermittlung der fiktiven, wahrschein­ lichen Eingangsgröße herangezogen, können Extrapolationen entsprechend hoher Ordnung verwendet werden, die das Verhalten des Systems besser wiedergeben. Die Ordnung der Extrapolation wird dabei durch die Anzahl der berücksichtigten Werte der Eingangsgröße begrenzt. Ebenso können an das Verhalten des Systems angepaßte, nicht polynomiale Extrapolationsverfahren verwendet werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur zeitlich getakteten Ermittlung von auf eine Regelstrecke einwirkenden Stellgrößen, nach welchem aus

• - einer primären Eingangsgröße (X_n-1) des zuletzt zurückliegenden Taktes oder primären Eingangsgrößen zurückliegender Takte und aus
• - einer primären Eingangsgröße (X_n) des augenblicklichen Taktes eine fiktive Eingangsgröße (X′_n-1) für den nächstfolgenden Takt ermittelt wird,

wobei zumindest die fiktive Eingangsgröße zur Ermittlung der Stellgröße nach der Fuzzy-Logik berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ermittlung der fiktiven Eingangsgröße berücksichtigten Eingangsgrößen der zurückliegenden Takte in einem Schieberegister abgespeichert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der fiktiven Eingangsgröße durch lineare Extrapolation erfolgt.