CN109791395B - 具有调控性能的可调节性的调控设备 - Google Patents

具有调控性能的可调节性的调控设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于调控技术过程(2)的调控设备(1)，所述调控设备具有：至少两个用于检测各一个输入信号的设备；和至少一个用于输出调节变量(u)的设备，所述调控设备在内部形成作为第一输入信号的指令变量(w)和作为第二输入信号的调控变量(y)之间的差值并且从中确定调节变量(u)；所述调控设备还具有至少一个内部的信号处理装置，用于影响由调控设备(1)和工艺过程(2)共同形成的调控回路的时间性能以及衰减性能。根据本发明提出，设有用于信号处理的至少两个滤波设备，其中第一滤波装置(4)与过程(2)共同作用，使得由调控设备(1)和技术过程(2)共同形成的调控回路的时间性能通过滤波装置(4)的特性的变化受到影响，并且存在至少一个放大元件(5)，所述放大元件与过程(2)共同作用，使得由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能通过放大元件(5)的放大因数的改变受到影响，并且第二滤波装置(7)以及I元件(6)可彼此单独地激活。

Description

具有调控性能的可调节性的调控设备
技术领域
本发明涉及一种用于调控技术过程(2)的调控设备(1)，所述调控设备具有：至少两个用于检测各一个输入信号的设备；和至少一个用于输出调节变量(u)的设备，所述设备在内部形成作为第一输入信号的指令指令变量(w)和作为第二输入信号的调控变量(y)之间的差值，并且从中确定调节变量(u)；此外具有至少一个内部的信号处理装置，用于影响由调控设备(1)和技术过程(2)共同形成的调控回路的时间性能以及衰减性能。
背景技术
为了调控技术过程，已知所谓的PID(比例积分微分)调控器，所述PID调控器通过检测指令变量和调控变量来产生用于调节变量的信号。这种PID调控器的目标是，在生成调节变量时考虑位于每个技术过程内部的传递性能。在具体情况下，通过测量已经引入到技术过程中的调节变量应考虑其在进一步引入所述调节变量时对调控变量的影响。PID调控器一方面在其P分支(P代表“比例”)中与调控误差(指令变量和调控变量之间的差值)成比例地生成其调节变量的一部分，对此经由其I分支(I代表“积分”)通过调控误差的积分加上另一调节变量部分，从而考虑过去的控制误差的影响，并且对此经由其D分支(D代表“微分”)加上另一调节变量部分，所述调节变量部分考虑调控误差的当前的变化率。调节变量可以是技术过程的功率消耗，可以是混合比例、物质量的任务和许多其他可能的变量。PID调控器能够借助更高阶的延时性能调控技术过程，使得调控变量在干扰变量的影响下也保持尽可能靠近指令变量。
PID调控器从其参数起匹配于技术过程的时间性能。对于优化调控参数而言因此必要的是，非常好地了解要调控的技术过程。如果对过程没有精确的认知，那么必要的是，经由技术过程的反应性能、尤其在强制改变调节变量时对调控变量的改变，估计过程模型，以便从中又估计PID调控器的各个调控参数。根据要调控的技术过程的特性，调控参数的轻微改变能够产生调控性能的大的偏差。为了估计调控参数，发展不同的策略，所述策略能够借助合理的时间耗费以令人满意的程度估计调控参数。然而为了使用这种调控策略，同样需要丰富的专业知识和一定量的经验。调控器的参数化的优化因此同样要求大量的专业知识。调控器的理论、尤其PID调控器的理论连同已知的参数化策略在此处假设为已知。
工业设施通常具有较大量的调控器。在工业设施投入运行时，借助参数优化产生大量耗费。只要工业设施开动，被托付进行工业过程本身的专业人员承担对工业设施的控制。因为工业设施长久已知地由于原材料的变化、由于机器功率的改变或由于持久地优化生产或制造过程经受波动，工业设施的调控参数也随时间不和谐。重新进行参数化又要求大量时间和专业知识。必需的专业知识和时间耗费的原因在于，调控参数必需匹配于改变的过程性能。可调节的调控参数并非直接涉及调控器的调控性能，如调控过程的衰减性能和时间性能。
发明内容
因此，本发明基于如下目的，提供一种调控设备，所述调控设备保持PID调控器的优点并且克服其难于调节的缺点。
根据本发明的目的通过如下方式实现：设有至少两个滤波设备(4)和(7)、放大元件(5)和I元件(6)用于信号处理，其中第一滤波装置(4)与过程共同作用，使得由调控设备(1)和技术过程(2)共同形成的调控回路的时间性能通过第一滤波装置(4)的特性的改变受到影响，并且存在至少一个放大元件(5)，所述放大元件与过程共同作用，使得由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能通过放大元件(5)的放大因数的改变受到影响，并且第二滤波装置(7)以及I元件(6)能够彼此单独地激活。调控器的有利的设计方案在独立权利要求1中给出。
根据本发明提出，至少两个滤波设备设为用于信号处理，其中第一滤波装置(4)与要调控的技术过程(2)共同作用，使得由调控设备(1)和技术过程(2)共同形成的调控回路的时间性能通过第一滤波装置(4)的特性的改变受到影响，并且存在至少一个放大元件(5)，所述放大元件与要调控的技术过程(2)共同作用，使得由调控设备恩(1)和要调控的技术过程(2)形成的调控回路通过放大元件(5)的放大因数的改变受到影响，并且第二滤波装置(7)以及I元件(6)能够单独地且彼此独立地激活。不同于常规类型的PID调控器，在根据本发明的调控设备中，不对三个不同的元件、即P元件(用于评价调控器误差)、I元件(用于评价调控器误差的时间积分和)和D元件(用于评价调控误差的变化率)的单独的线性因数参数化，而是引入在权利要求1中提到的第一滤波装置(4)和在那里提到的放大因数(5)并且参数化，由此调控回路能够以有针对性的方式朝向期望的时间性能和衰减性能的方向受到影响。根据技术过程的类型和特性，在根据本发明的调控设备中能够接通或关断积分器(I元件)(6)和另一滤波器(7)。本发明所基于的构思因此是，为特定的技术过程类型，配置不同的滤波器(4，7)、放大元件(5)和对I元件(6)的激活，使得其在其对于技术过程典型的装配时能够更容易地参数化。因此，本发明并非对通用调控器适用于全部过程，而是提出，通过组合不同的部件，简化随后对调节参数的优化。这是可能的，因为根据本发明的调控设备的参数化有针对性地朝向调控回路的时间性能和衰减性能的参数化的方向进行。参数化因此两级地进行。预选滤波器组合仅需要进行一次，因为技术过程的类型通常不再改变。在整理过程类型之后才确定，执行随后的参数化，所述参数化在工业设施正在运行时也能由具有关于调控器的较少专业知识的工作人员执行。
提出，在带有补偿的具有传递性能的要调控的过程(2)、即其阶跃响应变成新的稳态的过程的情况下，使第二滤波装置(7)失效并且I元件(6)激活，由此经由第一滤波装置(4)影响由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的时间性能，并且经由放大元件(5)影响由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能，并且经由I元件(6)引起逐渐消失的调控偏差。
在不带有补偿而带有对位置后续控制的要求的具有传递性能的要调控的过程(2)的情况下，有利地提出，第二滤波装置(7)激活并且I元件(6)也激活，由此第一滤波装置(4)、放大元件(5)和I元件(6)通过第二滤波设备(7)补充，并且附加地使由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路稳定。
最后，在不带有补偿并且不带有对位置后续调控的要求的具有传递性能的要调控的过程(2)的情况下，有利地提出，不仅使第二滤波装置(7)失效、而且使I元件(6)失效，由此仅第一滤波装置(4)确定由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的时间性能并且放大元件(5)确定由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能。
在根据本发明的调控设备的具体的第一设计方案中提出，第一滤波装置(4)具有第一阶、第二阶或第三阶的传递函数，所述传递函数通过如下限定：
第一阶：
Figure BDA0002006760450000041
第二阶：
Figure BDA0002006760450000042
第三阶：
Figure BDA0002006760450000043
其中TD1、TD2和TD3是滤波器的大于零的微分的时间常数，TR1、TR2和TR3是滤波器的大于零的延时的时间常数，并且s是拉普拉斯算子，并且第一滤波装置(4)的全部微分的时间常数TD1、TD2和TD3定义成TD_Gesamt，即
TD_Gesamt＝TDl+TD2+…
其中要求，TD_Gesamt最大允许对应于全部延时的时间常数TS1、TS2和TS3的总和，其包括要调控的技术过程(2)的确定的停滞时间的一半
Figure BDA0002006760450000044
即
Figure BDA0002006760450000045
其中TS_Gesamt作为要调控的技术过程(2)的全部延时的时间常数TS1，TS2，……的大于零的总和，即
TS_Gesamt＝TS1+TS2+…＝TS
从而置于与包含停滞时间的PT1模型的确定的延时时间常数(TS)相等，并且(Tt)是要调控的技术过程(2)的确定的停滞时间大于或等于零，并且参数(CW)定义成调控设备(1)的动态因数，所述动态因数位于0和1之间，并且确定滤波器的微分的时间常数，从而影响由调控设备(1)和技术过程(2)形成的调控回路的时间性能，即
Figure BDA0002006760450000046
在根据本发明的调控设备的具体的第二设计方案中提出，第二滤波装置(7)具有传递函数，所述传递函数通过如下定义：
Figure BDA0002006760450000047
其中TDI是滤波器的大于零的积分的时间常数，所述时间常数通过如下定义：
Figure BDA0002006760450000048
并且TRI是滤波器的大于零的延时的时间常数，并且s是拉布拉斯算子，其中α是2至4的因数，并且
Figure BDA0002006760450000051
是要调控的技术过程(2)的得出的集中的时间常数，所述时间常数就其而言通过下式定义：
Figure BDA0002006760450000052
其中TS_Gesamt作为要调控的技术过程(2)的全部延时的时间常数TS1，TS2，……的大于零的总和，即TS_Gesamt＝TS1+TS2+……＝TS，进而置于与含有停滞时间的PT1模型的确定的延时时间常数(TS)相等，并且(TR)是调控设备的附加地引入的延时时间常数，所述延时时间常数等于两个滤波装置(4)和(7)的延时的时间常数的大于零的总和，即TR＝TR1+TR2+……+TRI，并且(Tt)是要调控的技术过程(2)的大于或等于零的确定的停滞时间，并且TD_Gesamt作为第一滤波器装置(4)的全部微分的时间常数TD1，TD2，……的总和，即TD_Gesamt＝TD1+TD2+……。
在本发明的具体的第三设计方案中提出，放大元件(5)的放大因数(KC)通过如下方式计算：
a)在带有补偿的具有传递性能的要调控的过程(2)的情况下，即
Figure BDA0002006760450000053
b)在不带有补偿并且带有对位置后续调控的要求的具有传递性能的要调控的过程(2)的情况下，
Figure BDA0002006760450000054
c)在不带有补偿并且不带有对位置后续调控的要求的具有过渡性能的要调控的过程(2)的情况下，
Figure BDA0002006760450000055
其中(DW)是大于或等于零的预设的衰减因数，所述衰减因数描述整个调控回路的衰减性能，(KS)是具有补偿的要调控的技术过程的确定的传递系数，(KIS)是不具有补偿的要调控的技术过程的确定的积分系数，
Figure BDA0002006760450000056
是要调控的技术过程(2)的得出的集中的时间常数，所述时间常数通过下式限定：
Figure BDA0002006760450000057
其中TS_Gesamt作为要调控的技术过程(2)的全部延时的时间常数TS1，TS2，……的大于零的总和，即TS_Gesamt＝TS1+TS2+……＝TS，进而置于与含有停滞时间的PT1模型的确定的延时时间常数(TS)相等，并且(TR)是调控设备的附加地引入的延时时间常数，所述延时时间常数等于两个滤波装置的延时的时间常数的大于零的总和，即TR＝TR1+TR2+……+TRI，并且(Tt)是要调控的技术过程(2)的大于或等于零的确定的停滞时间，并且TD_Gesamt作为第一滤波器装置(4)的全部微分的时间常数TD1，TD2，……的大于零的总和，即TD_Gesamt＝TD1+TD2+……。
附图说明
根据下面提到的附图，在下文中详细阐述本发明以及实施例。
附图示出：
图1示出具有根据本发明的调控设备的闭合的调控回路，
图2示出不同的调控回路的阶跃响应的时间图表。
具体实施方式
如在图1中草绘的，根据本发明的调控设备(1)能够集成到单独的模块或组件中。在所述模块中包括部件：比较装置(3)、第一滤波器装置(4)和第二滤波器装置(7)、放大元件(5)、I元件(6)和转换开关(8)。根据本发明的调控设备(1)如传统的PID调控设备那样连入调控回路中，这就是说为调控设备(1)输送指令变量(w)和调控变量(y)，从中调控设备产生用于影响过程(2)的调节变量(u)。又将调控变量(y)作为过程(2)的输出信号分接到过程(2)处。
根据本发明的调控设备(1)的参数化通过预设衰减因数(DW)进行，所述衰减因数影响由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能，并且通过预设动态因数(CW)进行，所述动态因数影响由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的时间性能。此外，为调控设备(1)预设附加引入的延时时间常数(TR)的数据，借助所述数据，调控设备(1)的调节变量能够匹配于调节元件。
根据本发明的调控设备(1)的全部参数因此有针对性地与闭合的调控回路中的调控设备(1)的相应的特性相关联。
此外，根据本发明的调控设备(1)需要过程特征变量的数据。
在调控带有补偿的具有过渡性能的过程(2)的情况下、即在其阶跃响应变成新的稳态的过程的情况下，说明传递系数(KS)、确定的停滞时间(Tt)和对应于过程延时性能的PT1模型的确定的延时时间常数(TS)的数据。
对此，在调控设备(1)上经由初始化单元(9)将调控类型(PType)的参数置于1。
由此，将I元件(6)接入调控设备(1)中并且再次消除其跨接。附加地，调控设备的滤波器单元(7)失效。
为了设计根据本发明的调控设备(1)，过程(2)的一般性的过渡函数GS(S)在所谓的拉布拉斯区域或频域中观察：
Figure BDA0002006760450000071
对于具有补偿的具有更高阶的延时的包含停滞时间的调控路径，传递函数为：
Figure BDA0002006760450000072
简化地，这种调控路径也能够经由包含停滞时间的PT1模型近似，所述PT1模型经由过程特征变量、传递系数(KS)、确定的故障时间(Tt)和确定的延时时间常数(TS)的数据来定义：
Figure BDA0002006760450000073
在调控设备(1)中能够经由初始化单元(9)并且在那里经由用于滤波器选择(FType)的参数来进行滤波器装置(4)的不同的滤波器类型的调制。
若(FType)＝1，滤波器装置(4)借助第一阶的微分滤波器的传递函数来初始化，即
Figure BDA0002006760450000074
其中
TD1＞0微分的时间常数
TR1＞0延时的时间常数。
若(FType)＝2，滤波器装置(4)借助第二阶的微分滤波器的传递函数来初始化
Figure BDA0002006760450000081
其中
TD1和TD2＞0微分的时间常数
TR1和TR2＞0延时的时间常数。
若(FType)＝3，滤波器装置(4)借助第三阶的微分滤波器的传递函数来初始化
Figure BDA0002006760450000082
其中
TD1至TD3＞0微分的时间常数
TR1至TR3＞0延时的时间常数
如果现在观察具有补偿的具有可经由初始单元(9)选择的滤波器装置(4)的调控路径的传递函数的级联，一般性地存在：
Figure BDA0002006760450000083
如在此可见的，存在部分地或完全地补偿对具有补偿的调控路径的延时性能负责的延时时间常数TS1，TS2，……连同滤波器装置(4)的计数项的微分的时间常数TD1，TD2，……。
具有补偿的调控路径的全部延时的时间常数的总和TS_Gesamt为
TS_Gesamt＝TSi+TS2+…+TS
从而置于等于包含停滞时间PT1模型的确定的延时时间常数(TS)，并且在上游连接的滤波器装置(3)的全部微分的时间常数TS_Gesamt的总和为
TD_Gesamt＝TD1+TD2+…
在部分补偿(TD1+TD2+……＜TS1+TS2+……)的情况下剩余具有补偿的调控路径的得出的时间常数
Figure BDA0002006760450000084
其中
Figure BDA0002006760450000085
结果是，借此调控路径的延时时间的总和TS_Gesamt以第一滤波器装置(4)的补偿时间常数TD_Gesamt的份额减小，这引起滤波器装置(4)和调控路径的互连的动态性能的改进。
能够在0和1之间移动的所属的动态因数(CW)如下计算：
Figure BDA0002006760450000091
达到的补偿的从0至100％的百分比程度因此如下计算：
Figure BDA0002006760450000092
在公式转换之后，得到滤波器装置(4)的补偿时间常数TD_Gesamt与预设的动态因数CW相关的计算
TD_Gesamt＝CW·TS_Gesamt
预设的动态因数CW因此是唯一对外重要的参数，所述参数影响由滤波器装置(4)和调控路径(2)形成的系统的时间性能。
出于调控方面，能够为调控路径的延时时间的总和TS_Gesamt还添加停滞时间(Tt)的份额。
对此，传递函数的与调控路径相关联的项通过泰勒级数展开接近停滞时间
Figure BDA0002006760450000093
即
Figure BDA0002006760450000094
其中
Figure BDA0002006760450000095
和x＝Tts
Figure BDA0002006760450000096
因此根据要求，频率响应中的数值匹配由此纯计算地可通过最大份额
Figure BDA0002006760450000097
补偿，使得
Figure BDA0002006760450000098
在选择预设的动态因数(CW)时，应如在拧紧螺丝时那样，从零开始升高数值，并且在闭合的调控回路的衰减性能中停止，所述衰减性能不再对应于要求的衰减因数(DW)。
在此，根据本发明的调控设备向用户提供令人感兴趣的可能性，这通过如下方式实现：从闭合的调控回路的性能中能够推断出调制的过程的品质。
因此，例如调控过程中的迟缓性能表示，施加的衰减性能变动到调整的衰减性能之下并且指明建模过程的过大地选择的时间常数。在此，应缩小建模的时间常数。调控设备那么也根据期望地进行配置。
因此除了调控器调整之外也得到所属的PT1模型的更准确地图像。
与实际的调控路径的排列相关地，也应进行第一滤波器装置(4)的排列，因为能够实现更高的补偿度。
在调控技术区域中，已知总时间常数T∑的数据，所述总时间常数作为调控路径的全部延时的时间常数TS1，TS2，……的总和加上调控路径的路径停滞时间Tt并且减去调控路径的全部微分的时间TDS1，TDS2，……常数：
T∑＝TS1+TS2+…+Tt-TDS1-TDS2-…
在部分补偿路径时间常数的情况下，为具有补偿的调控路径和滤波器装置(4)的互连得到得出的总时间常数
Figure BDA0002006760450000101
属于此的是由调控设备本身引入的用于调控设备的可实现的调节变量的延时时间常数TR的总和以及调控设备的微分的时间常数的总和
Figure BDA0002006760450000102
其中
Figure BDA0002006760450000103
放大元件(5)的在具有补偿的调控路径中通过I元件(6)补充的放大因数(KC)根据频率响应中的数值匹配算出：
Figure BDA0002006760450000104
其中
Dw≥0，预设的衰减因数，所述衰减因数描述闭合的调控回路的衰减性能，
KS，具有补偿的要调控的技术过程(2)的确定的传递系数，和
Figure BDA0002006760450000105
得出的总时间常数。
根据本发明的调控设备(1)的参数因此单义地确定，一方面通过过程的以模型的方式检测的特征变量(KS)、(TS)和(Tt)来确定，并且另一方面通过对闭合的调控回路的衰减性能的经由衰减因数(DW)的预设，以及经由对调控回路的时间性能的经由动态因数(CW)的预设，和通过由调控设备附加地引入的延时时间常数(TR)的数据来确定。
在不具有补偿并且不具有对位置后续调控的要求的调控回路的情况下，在调控设备(1)中经由初始单元(9)并且在那里将调控类型(PType)的参数置于2。
由此，在调控设备(1)中跨接I元件(6)。
对于不具有补偿的具有更高阶的延时的包含停滞时间的调控回路，存在如下过渡函数：
Figure BDA0002006760450000111
简化地，这种调控路径也能够经由包含停滞时间IT1-模型近似，所述IT1模型经由过程特征变量：积分值(KIS)、确定的停滞时间(Tt)以及确定的延时时间常数(TS)定义，其中
Figure BDA0002006760450000112
在该情况下，放大元件(5)的放大因数(KC)根据频率响应中的数值匹配算出：
Figure BDA0002006760450000113
其中
Dw≥0，预设的衰减因数，所述衰减因数描述闭合的调控回路的衰减性能，
KIS，不具有补偿的要调控的技术过程(2)的确定的积分系数，和
Figure BDA0002006760450000114
要调控的技术过程(2)的得出的集中的时间常数。
这通过下式计算：
Figure BDA0002006760450000115
关于经由动态因数(CW)预设调控回路的时间性能的全部其他描述对应于在上文中提到的对具有补偿的包含停滞时间的调控路径的调控的描述。
根据本发明的调控设备(1)的参数因此在该情况下也单义地确定：一方面通过过程的以模型的方式检测的特征变量(KIS)、(TS)和(Tt)来确定，并且另一方面通过对闭合的调控回路的衰减性能的经由衰减因数(DW)的预设，以及通过对调控回路的时间性能的经由动态因数(CW)的预设，和通过对由调控设备附加地引入的延时时间常数(TR)的数据来确定。
在不具有补偿但具有对位置后续调控的要求的调控回路的情况下，在调控设备(1)中经由初始单元(9)并且在那里将调控类型(PType)的参数置于3。
由此，将调控设备(1)中的I元件(6)再次接通并且再次消除其跨接。附加地，将调控设备的滤波器装置(7)接通并且将其附加的微分的时间常数根据频率响应中的数值匹配进行优化。
附加的滤波器装置(7)的传递函数通过下式示出：
Figure BDA0002006760450000121
其中
TDI＞0，微分的时间常数，其通过下式确定：
Figure BDA0002006760450000122
其中
α＝2至4在调控设备中确定的因数，
Figure BDA0002006760450000123
要调控的技术过程(2)的得出的集中的时间常数，这通过下式计算：
Figure BDA0002006760450000124
TRI延时的时间常数＞零
在该情况下，放大元件(5)的放大因数KC根据频率响应中的数值匹配算出：
Figure BDA0002006760450000125
其中
Dw≥0，预设的衰减因数，所述衰减因数描述闭合的调控回路的衰减性能，
KIS，不具有补偿的要调控的技术过程(2)的确定的积分系数，和
Figure BDA0002006760450000127
要调控的技术过程(2)的得出的集中的时间常数。这通过下式计算：
Figure BDA0002006760450000126
关于经由动态因数(CW)预设调控回路的时间性能的全部其他描述对应于在上文中提到的对具有补偿的包含停滞时间的调控路径的调控的描述。
根据本发明的调控设备(1)的参数因此在该情况下也单义地确定：一方面通过所述过程的以模型的方式检测的特征变量(KIS)、(TS)和(Tt)来确定，并且另一方面通过对闭合的调控回路的衰减性能的经由衰减因数(DW)的预设，以及通过对调控回路的时间性能的经由动态因数(CW)的预设，和通过对由调控设备附加地引入的延时时间常数(TR)的数据来确定。
在图2中不同调控器的控制性能以4阶的纯包含延时的调控路径(曲线9、10、11)和2阶的包含停滞时间的调控回路(曲线12、13、14)以时间图表的形式示出，所述时间图表具有横坐标作为时间轴和用于归一化的调控变量的纵坐标。
曲线(9)借助PID调控器获得，所述PID调控器按照根据Chien、Hrones和Reswick(CHR)方法的调节调控以不定期的指令性能设计。在此可见不足的调节，由此调控器在调控路径的支配性的停滞时间的情况下仅能较差地进行调控。为了产生两个曲线(10)和(11)，使用具有2阶滤波器装置的根据本发明的调控设备，其中由不同的调控调节得出曲线的差异。两个曲线以相同的为0.7的衰减因数(DW)记录。在曲线(10)中选择0.5(50％)的动态系数(CW)并且在曲线(11)中选择0.6(60)的动态因数(CW)。下述两点在指令性能中是尤其重要的：一方面振荡过程借助根据本发明的调控设备与借助传统调节的PID调控器相比更快地且更平稳地进行。另一方面，在根据本发明的调控设备中，振荡过程的时间性能能够通过动态系数(CW)、以及其过冲性能通过衰减系数(DW)在宽的范围中彼此独立地变化，使得根据适当的接收，能够得到良好的调控调节。
在根据本发明的调控设备中，如下事实起有利作用：参数有针对性地影响闭合的调控回路的特性，并且衰减性能的改变能够有针对性地经由衰减因数(DW)调整，而调控回路的时间性能的改变能够有针对性地经由动态因数(CW)调整。
尽管在图2中仅示出所述调控路径的根据本发明的调控设备的两个曲线(10)和(11)，当然在衰减性能恒定时在所述曲线之间的连续的过渡是可能的。同样地，朝向更高的或更低的过冲性能的改变也是可能的。
2阶的包含停滞时间的调控路径的曲线(12)同样借助PID调控器获取，所述PID调控器按照根据Chien、Hrones和Reswick方法的调节调控以不定期的指令性能设计。在此也可见不足的调节，由此调控器对调控路径进行较差调控。为了产生两个曲线(13)和(14)，使用具有2阶滤波器装置的根据本发明的调控设备，其中由不同的调控调节得出曲线的差异。两个曲线以相同的为0.7的衰减因数(DW)记录。在曲线(13)中选择0.5(50％)的动态系数(CW)并且在曲线(14)中选择0.6(60)的动态因数(CW)。
在根据本发明的调控设备中，在此也是如下事实起作用：参数有针对性地影响闭合的调控回路的特性，其中衰减性能的改变能够有针对性地经由衰减因数(DW)调整，而调控回路的时间性能的改变能够有针对性地经由动态因数(CW)调整。
相对于PID调控器的调控质量的进一步改进能够通过激活3阶的滤波器装置来实现，这尤其在更高阶的调控路径中可以看出来。
示出的曲线(9)至(14)基于理想条件并且表明，这理论上可借助根据本发明的调控设备实现。在实际条件下，即例如过程模型不准确或者不进行限制，那么实际性能偏差于理想性能。
但是根据本发明的调控设备也提供如下可能性，从闭合的调控回路的性能中推断出建模的过程的质量。
那么例如从其振动性能变动到调节的衰减性能下的调控过程中的迟缓性能指示建模的过程的过大选择的时间常数。在此，建模的时间常数调整成较小的值。根据本发明的调控设备那么也能够根据期望配置，因为所述调控设备借助调控路段的更精确的模型工作。
在选择动态因数(CW)时，如在拧紧螺丝时那样，从零开始升高值并且在闭合的调控回路的衰减性能中停止，所述衰减性能不再对应于预设的衰减因数(DW)。闭合的调控回路中的动态特性的进一步的改进那么能够仅还经由第一滤波器装置(4)的阶数的提高引起。
根据本发明的调控设备在干扰作用于调节变量(u)时或作用于调控变量(y)时也示出鲁棒的性能。
附图标记列表：
1 调控设备
2 要调控的技术过程(调控路径)
3 比较装置
4 第一滤波器装置
5 放大元件
6 I元件
7 第二滤波器装置
8 切换开关
0 初始化单元
u 调节变量
w 指令变量
y 调控变量
CW 预设的动态因数
FType 用于选择第一滤波器装置的类型的参数
DW 预设的衰减因数
KS 具有补偿的调控路径的确定的传递系数
KIS 不具有补偿的调控路径的确定的积分系数
PType 用于选择要调控的过程的类型的参数
TR 两个滤波器装置的延时时间常数的总和
TS 调控路径的确定的延时时间常数
Tt 调控路径的确定的停滞时间

Claims (6)

1.一种用于调控技术过程(2)的调控设备(1)，所述调控设备具有：
-至少两个用于检测各一个输入信号的设备，和
-至少一个用于输出调节变量(u)的设备，
所述调控设备在内部形成在
-作为第一输入信号的指令变量(w)，和
-作为第二输入信号的调控变量(y)
之间的差值，并且从中确定
-调节变量(u)，
此外所述调控设备具有：
-至少一个内部的信号处理装置，用于影响由所述调控设备(1)和所述技术过程(2)共同形成的调控回路的时间性能以及衰减性能，
其特征在于，
设有至少两个滤波器装置(4)和(7)、放大元件(5)和I元件(6)用于信号处理，
其中
第一滤波器装置(4)与所述过程(2)共同作用，使得通过所述第一滤波器装置(4)的特性的改变能够影响由所述调控设备(1)和所述技术过程(2)一起形成的调控回路的时间性能，
和存在至少一个放大元件(5)，所述放大元件与所述过程(2)共同作用，使得通过所述放大元件(5)的放大因数的改变能够影响由所述调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能，
和第二滤波器装置(7)以及所述I元件(6)能够彼此单独地激活，
和第一滤波器装置(4)能够作为3阶或更高阶的滤波器装置被激活，
其中，所述第一滤波器装置(4)具有一阶的、二阶的或三阶的传递函数，所述传递函数通过下式定义：
第一阶：
Figure FDA0002981597050000011
第二阶：
Figure FDA0002981597050000012
第三阶：
Figure FDA0002981597050000021
其中
TD1、TD2和TD3是滤波器的大于零的微分的时间常数，
TR1、TR2和TR3是滤波器大于零的延时的时间常数，
并且
s是拉普拉斯算子，
并且
所述第一滤波器装置(4)的全部微分的时间常数TD1、TD2和TD3的总和定义成TD_Gesamt，即
TD_Gesamt＝TD1+TD2+…
其中要求，
TD_Gesamt最大允许对应于全部延时的时间常数TS1、TS2和TS3的总和，包括要调控的技术过程(2)的确定的停滞时间的一半
Figure FDA0002981597050000022
即
Figure FDA0002981597050000023
其中
TS_Gesamt大于零，其为要调控的技术过程(2)的全部延时的时间常数TS1，TS2，……的总和，即
TS_Gesamt＝TS1+TS2+…＝TS
从而置于与包含停滞时间的PT1模型的确定的延时时间常数(TS)相等，并且
Tt大于或等于零，其为要调控的技术过程(2)的确定的停滞时间，
并且
参数CW定义成调控设备(1)的预设的动态因数，所述动态因数位于0和1之间，并且
确定滤波器的微分的时间常数，从而影响由调控设备(1)和技术过程(2)形成的调控回路的时间性能，即
Figure FDA0002981597050000024
2.根据权利要求1所述的调控设备，
其特征在于，
在具有带有补偿的过渡性能的要调控的技术过程(2)的情况下，即在阶跃响应转变到新的稳态的过程的情况下，
-使所述第二滤波器装置(7)失效，和
-激活所述I元件(6)，
由此经由所述第一滤波器装置(4)，影响由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的时间性能，并且经由所述放大元件(5)影响由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能，并且经由所述I元件(6)引起逐渐消失的调控偏差。
3.根据权利要求1所述的调控设备，
其特征在于，
在具有不带有补偿并且带有对位置后续调控的要求的过渡性能的要调控的过程(2)的情况下，
-激活所述第二滤波器装置(7)并且也
-激活所述I元件(6)，
由此
所述第一滤波器装置(4)、所述放大元件(5)和所述I元件(6)通过所述第二滤波器装置(7)补充，并且附加地使由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路稳定。
4.根据权利要求1所述的调控设备，
其特征在于，
在不带有补偿并且不带有对位置后续调控的要求的过渡性能的要调控的过程(2)的情况下，
-不仅使所述第二滤波器装置(7)失效
-而且使所述I元件(6)失效，
由此
仅所述第一滤波器装置(4)确定由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的时间性能，并且所述放大元件(5)确定由调控设备(1)和过程(2)形成的调控回路的衰减性能。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的调控设备，
其特征在于，
所述第二滤波器装置(7)具有传递函数，所述传递函数通过下式定义：
Figure FDA0002981597050000041
其中
TDI大于零，其为滤波器的微分的时间常数，
所述时间常数通过下式定义：
Figure FDA0002981597050000042
并且
TRI大于零，其为滤波器的延时的时间常数，
并且
s是拉布拉斯算子，
其中
α是2至4的因数，并且
Figure FDA0002981597050000043
是要调控的技术过程(2)的得出的集中的时间常数，所述时间常数通过下式定义：
Figure FDA0002981597050000044
其中
TS_Gesamt大于零，其为要调控的技术过程(2)的全部延时的时间常数TS1，TS2，……的总和，即
TS_Gesamt＝TS1+TS2+……＝TS，
进而置于与含有停滞时间的PT1模型的确定的延时时间常数(TS)相等，并且
TR大于零，其为所述调控设备的附加地引入的延时时间常数，所述延时时间常数等于所述第一滤波器装置(4)和所述第二滤波器装置(7)的延时的时间常数的总和，即
TR＝TR1+TR2+……+TRI，
并且
Tt大于或等于零，其为要调控的技术过程(2)的确定的停滞时间，并且
TD_Gesamt大于零，其为所述第一滤波器装置(4)的全部微分的时间常数TD1，TD2，……的总和，即
TD_Gesamt＝TD1+TD2+……。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的调控设备，
其特征在于，
所述放大元件(5)的所述放大因数KC通过下式计算：
a)在具有带有补偿的过渡性能的要调控的过程(2)的情况下，即
Figure FDA0002981597050000051
b)在具有不带有补偿并且带有对位置后续调控的要求的过渡性能的要调控的过程(2)的情况下，
Figure FDA0002981597050000052
c)在具有不带有补偿并且不带有对位置后续调控的要求的过渡性能的要调控的过程(2)的情况下，
Figure FDA0002981597050000053
其中
DW大于或等于零，其为预设的衰减因数，所述衰减因数描述整个调控回路的衰减性能，
KS是具有补偿的要调控的技术过程的确定的传递系数，
KIS是不具有补偿的要调控的技术过程(2)的确定的积分系数，
Figure FDA0002981597050000054
是要调控的技术过程(2)的得出的集中的时间常数，所述时间常数通过下式限定：
Figure FDA0002981597050000055
其中TS_Gesamt大于零，其为要调控的技术过程(2)的全部延时的时间常数TS1，TS2，……的总和，即
TS_Gesamt＝TS1+TS2+……＝TS，
进而置于与含有停滞时间的PT1模型的确定的延时时间常数(TS)相等，并且
TR大于零，其为所述调控设备的附加地引入的延时时间常数，所述延时时间常数等于所述第一滤波器装置和所述第二滤波器装置的延时的时间常数的总和，即
TR＝TR1+TR2+……+TRI，并且
Tt大于或等于零，其为要调控的技术过程(2)的确定的停滞时间，并且
TD_Gesamt大于零，其为所述第二滤波器装置(7)的全部微分的时间常数TD1，TD2，……的总和，即TD_Gesamt＝TD1+TD2+……。
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