DE102005053489B3

DE102005053489B3 - Regelungssystem und Regelungsverfahren für eine industrielle Einrichtung

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Publication number: DE102005053489B3
Application number: DE200510053489
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Felkl; Martin Niemann; Heinz Dr. Wilharm; Dietrich Wohld
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: DE102005053489C5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelungssystem (RS) für eine industrielle Einrichtung (WV) mit einer Regelungsvorrichtung (RV) zur Vorgabe mindestens einer Stellgröße (u) an die industrielle Einrichtung (WV), wobei die Regelungsvorrichtung (RV) als linear bzw. nichtlinear Mehrgrößenregler ausgebildet ist und die Regelungsvorrichtung (RV) einen Beobachter (BB) aufweist, der mindestens eine Störgröße (z) und/oder mindestens eine Regelgröße mit Hilfe mindestens eines Modells voraussagt, wobei die Regelungsvorrichtung (RV) ein Hauptregelmodul (HM) aufweist, das mit dem Beobachter (BB) gekoppelt ist und von diesem mindestens eine beobachtete Zustandsgröße DOLLAR I1 und/oder mindestens eine nicht gemessene Störgröße DOLLAR I2 empfängt. Zusätzlich wird dem Hauptregelmodul (HM) die Ausgangsgröße des Fehlerregelmoduls (FM) zugeführt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft auch eine industrielle Anlage (IS) mit einem solchen Regelungssystem (RS), wobei jeder industriellen Einrichtung (WV) der industriellen Anlage (IS) genau eine Regelungsvorrichtung (RV) zugeordnet ist. Der Aufbau des Regelungssystems (RS) ist einfach und modular und bietet mehr Freiheiten beim anlagenspezifischen Entwurf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelungssystem für eine industrielle Einrichtung mit einer Regelungsvorrichtung zur Vorgabe mindestens einer Stellgröße an die industrielle Einrichtung, sowie ein Regelungsverfahren für eine industrielle Einrichtung, wobei unter Zuhilfenahme eines Messsystems mindestens eine Störgröße und/oder mindestens eine Ausgangsgröße der industriellen Einrichtung ermittelt werden. Die Erfindung betrifft auch eine industrielle Anlage mit einer oder mehreren industriellen Einrichtungen.

Gattungsgemäße Regelungssysteme bzw. -verfahren werden z.B. zur Dickenregelung in Walzstraßen zum Walzen von Metallbändern eingesetzt. Bekannte Regelungssysteme bzw. Regelungsverfahren berücksichtigen zwar den Einfluss einer ausgewählten Stellgröße auf eine oder mehrere ausgewählte Ausgangsgrößen, nicht jedoch die Kopplung der ausgewählten Stellgröße auf weitere Ausgangsgrößen. Nicht berücksichtigt wird zumeist auch die direkte Kopplung eines Walzgerüstes in einer Walzstraße zu einem diesem Walzgerüst nachgeordneten Walzgerüst.

Um vorgenannte Kopplungen bei der Regelung einer Walzstraße zu berücksichtigen, schlägt die EP 0 328 678 B1 vor, der eigentlichen Regelung eine Entkopplungsschaltung für die gesamte Walzstraße zu unterlagern. Die überlagerten Regelungen sind dann entkoppelte Eingrößenregler. Der Entwurf und der tatsächliche Einsatz einer Entkopplungsschaltung, wie sie in der EP 0 328 678 B1 vorgeschlagen wird, ist mit großem Aufwand verbunden.

Aus der DE 10 2004 005 011 A1 geht ein Verfahren zur Regelung der Dicke, des Zugs und der Planheit eines Metallbandes bei einem Walzprozess hervor. Zum Ermitteln von Stellgrößen des Walzprozesses werden Ausgangsgrößen gemessen sowie mithilfe eines Prädiktionsmodells der Regelstrecke vorausgesagt. Auch werden Störgrößen für eine Störgrößenaufschaltung gemessen.

Aus der DE 100 41 181 A1 geht ein weiteres Verfahren zum Regeln der Planheit eines Metallbandes bei einem Walzprozess hervor, bei dem ebenfalls Ausgangsgrößen gemessen und vorausgesagt sowie Störgrößen für eine Störgrößenaufschaltung gemessen werden.

Die DE 198 50 253 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Kühlstrecke einer Walzstrasse. Zum Ermitteln von Stellgrößen wird ein mithilfe eines Beobachters vorausgesagter Temperaturverlauf eines Metallbandes mit einem Referenztemperaturverlauf verglichen.

Aus der DE 195 05 506 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des Bandzugs bei einer Haspelvorrichtung bekannt. Hierbei werden Ausgangsgrößen der Regelstrecke gemessen sowie einem Beobachter mit einem Modell zugeführt, um Stellgrößen für einen zum Einstellen des Bandzugs eingesetzten Elektromotor zu erhalten. Zur Erhöhung der Genauigkeit des Modells wird ein neuronales Netz verwendet.

Die DE 699 17 169 T2 beschreibt ein Regelungsverfahren zur Kompensation einer periodischen Störung bei einem Walzprozess. Zum Ermitteln von Stellgrößen werden Ausgangsgrößen der Regelstrecke gemessen und vorausgesagt. Hierbei wird des weiteren eine gemessene Frequenz der Störung berücksichtigt.

Die GB 2 210 181 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der elektromagnetischen Verstellung einer Regelstange bei einer Dieseleinspritzpumpe. Dieses Verfahren basiert auf der Messung von Ausgangsgrößen und der Voraussage von Zustands- und Störgrößen der Regelstrecke.

Bekannte Regelungen industrieller Einrichtungen und insbesondere Regelungen von Walzstraßen arbeiten nicht in zufriedenstellender Weise genau und zuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine präzise Regelung für industrielle Einrichtungen bereitzustellen, mit Hilfe derer insbesondere Regelabweichungen reduziert werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Regelungssystem der eingangs genannten Art, wobei die Regelungsvorrichtung als Mehrgrößenregler ausgebildet ist, und zur Voraussage mindestens einer Störgröße und/oder mindestens einer Ausgangsgröße der industriellen Einrichtung einen Beobachter aufweist, wobei die Regelungsvorrichtung ein Hauptregelmodul aufweist, das mit dem Beobachter gekoppelt ist, wobei eingangsseitig dem Hauptregelmodul die gemessene und/oder beobachtete Größen der industriellen Einrichtung zuführbar sind. Erfindungsgemäß wird eine sehr schnelle, hochfrequente Störungen gut unterdrückende Regelung bereitgestellt, die durch ihren Entwurf die Kopplung von Stellgrößen und Ausgangsgrößen untereinander berücksichtigt und sich außerdem durch eine Voraussage von Störungen und/oder Messgrößen auszeichnet. Dadurch wird vorzugsweise eine negative Totzeit erreicht. Vorzugsweise ist das Regelungssystem zur Regelung und Vorsteuerung ausgebildet.

Die Regelgenauigkeit des erfindungsgemäßen Systems kann durch die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung noch weiter verbessert werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Beobachter ein Modellmodul und ein mit dem Modellmodul gekoppeltes Rückkopplungsmodul auf.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Rückkopplungsmodul nichtlinear, gesteuert adaptiv ausgebildet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Beobachter ein erweiteter Luenberg-Beobachter.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Beobachter ein erweiterter Kalmanfilter.

Wenn von einer hohen Zuverlässigkeit der Messwerte ausgegangen werden kann, kann es zweckmäßig sein, den Beobachter als reduzierten Luenberg-Beobachter auszubilden.

Wenn von einer hohen Zuverlässigkeit der Messwerte ausgegangen werden kann, ist es möglich den Beobachter als reduzierten Kalmanfilter auszubilden.

Mit Vorteil ist das Hauptregelmodul mit einem Fehlerregelmodul gekoppelt. Mit Hilfe des Fehlerregelmoduls kann die Sollwertfolge bei der Ermittlung der Stellgrößen berücksichtigt werden und Störgrößen können ausgeglichen werden.

Erfindungsgemäß weist das Regelungssystem ein Messsystem zur Erfassung von Ausgangsgrößen und/oder Störgrößen der industriellen Einrichtung auf.

Mit Vorteil weist das Messsystem ein oder mehrere Messeinrichtungen auf, welche durch eine negative Totzeit gekennzeichnet sind.

Mit Vorteil weist das Regelungssystem eine mit der Regelungsvorrichtung gekoppelte Monitorvorrichtung zur Reduktion von Fehlern bei der Messung mit Voraussage von Störgrößen und/oder Ausgangsgrößen auf. Derart wird der mit Hilfe der Regelungsvorrichtung implementierten Regelung eine weitere Regelschleife überlagert, die mit exakt gemessenen Ausgangsgrößen arbeitet, wodurch eine Korrektur von fehlerhaften Messungen bzw. Voraussagen erreicht wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine industrielle Anlage mit einer oder mehreren industriellen Einrichtungen und mit einem oder mehreren Regelungssystemen gemäß der vorangehend beschriebenen Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltungen, wobei jeder industriellen Einrichtung genau ein vorbezeichnetes Regelungssystem zugeordnet ist. Indem ein Regelungssystem jeweils nur einer industriellen Einrichtung zugeordnet ist, müssen bei der Regelung einer industriellen Einrichtung nur Kopplungen zu unmittelbar benachbarten industriellen Einrichtungen berücksichtigt werden. Derart kann eine zuverlässige und genaue Regelung sichergestellt werden, ohne dass eine komplexe wie aus dem Stand der Technik bekannte Entkopplungsschaltung benötigt wird.

Mit Vorteil ist mindestens eine industrielle Einrichtung ein Walzgerüst zum Bearbeiten von bandförmigem Material.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Regelungsverfahren der eingangs genannten Art, wobei mindestens eine Störgröße und/oder mindestens eine Ausgangsgröße der industriellen Einrichtung vorausgesagt werden und wobei unter Verwendung von mindestens zwei durch Messung und/oder Voraussage ermittelten Ausgangsgrößen mindestens eine Stellgröße der industriellen Einrichtung ermittelt wird. Die Vorteile des Regelungsverfahrens ergeben sich weitestgehend analog zu denen des Regelungssystems.

Mit Vorteil wird zur Durchführung des Regelungsverfahrens ein Regelungssystem gemäß der Erfindung oder einer ihrer Vorteilhaften Ausgestaltungen verwendet.

Mit Vorteil wird die industrielle Einrichtung modelliert.

Mit Vorteil werden mindestens eine Ausgangsgröße, mindestens eine Störgröße und/oder mindestens eine Messgröße der industriellen Einrichtung modelliert.

Mit Vorteil wird mit Hilfe des Regelungsverfahrens ein Walzgerüst zur Bearbeitung von bandförmigem Material geregelt.

Mit Vorteil wird mindestens eine der nachfolgend genannten Größen als Ausgangsgröße verwendet: Banddicke, Bandgeschwindigkeit am Ausgang des Walzgerüstes, Bandzug vor dem Walzgerüst.

Mit Vorteil wird mindestens eine der nachfolgend genannten Größen als Stellgröße verwendet: Anstellung des Walzgerüstes, Geschwindigkeit der Walzen des Walzgerüstes, Drehmoment der Walzen des Walzgerüstes, Geschwindigkeit einer dem Walzgerüst vor- oder nachgeordneten Haspelvorrichtung, Drehmoment einer dem Walzgerüst vor- oder nachgeordneten Haspelvorrichtung.

Mit Vorteil wird durch Messung und/oder durch Voraussage mindestens eine der nachfolgend genannten Größen als Störgröße ermittelt: Dickenschwankungen des einlaufenden bandförmigen Materials, durch die Haspelvorrichtung bedingte Unregelmäßigkeiten, wie sie beispielsweise durch Lagensprünge bei einem Abhaspel hervorgerufen werden, Exzentrizitäten der Walzen des Walzgerüstes, Materialhärteschwankungen des bandförmigen Materials.

Mit Vorteil wird die Banddicke, d.h. die Dicke des bandförmigen Materials, in einem Walzgerüst geregelt, wobei Änderungen der Voreilung in diesem Walzgerüst berechnet werden und wobei diese Änderungen durch Beeinflussung der Geschwindigkeit der Walzen des Walzgerüstes kompensiert werden.

Mit Vorteil wird für mindestens eine Stellgröße, die unter Zuhilfenahme mindestens einer gemessenen und/oder vorausgesagten Messgröße ermittelt wird, eine Korrekturstellgröße ermittelt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch und beispielhaft die Struktur eines erfindungsgemäßen Regelungssystems in Verbindung mit einem Messsystem und in Verbindung mit der industriellen Anlage,
2 schematisch und beispielhaft den Aufbau der Regelungsvorrichtung des Regelungssystems als Mehrgrößenregler mit Begrenzung der Stellgrößen,
3 schematisch und beispielhaft die Struktur eines erfindungsgemäßen Mehrgrößenreglers mit Entkopplung durch die Reglermatrix und Begrenzungsrückwirkung,
4 eine Regelung des Mehrgrößenreglers am Beispiel einer reinen Mehrgrößenregelung mit Kalmanfilter ohne Vorsteuerung beispielsweise zum Einsatz für eine Kaltwalzstraße,
5 ein Beispiel für eine Vorsteuerung des Mehrgrößenreglers bei schneller Regelung,
6 ein Beispiel für eine Vorsteuerung des Mehrgrößenreglers bei langsamer Regelung,
7 ein Beispiel für eine Vorsteuerung über einen Modellregelkreis,
8 ein Beispiel für eine Störgrößenaufschaltung und eine Sollwertaufschaltung mit einem statischen Modell,
9 ein Beispiel für eine Störgrößenaufschaltung mit statischem Modell,
10 ein Beispiel für eine Sollwertaufschaltung mit statischem Modell,
11 einen Ausschnitt eines dynamischen Modells,
12 einen Ausschnitt eines Modells bei statischer Steuerung,
13 eine beispielhafte Struktur einer statischen Steuerung.
1 zeigt eine industrielle Anlage IS, ein Messsystem MS und ein Regelungssystem RS. Die industrielle Anlage IS weist eine oder mehrere industrielle Einrichtungen WV auf. Die industrielle Einrichtung WV wird von einer oder mehreren Stör größen z₁ bzw. z₂ beeinflusst. Die ein oder mehreren Störgrößen z₁ bzw. z₂ lassen sich als sogenannter Störgrößenvektor z zusammenfassen. Die industrielle Einrichtung WV weist eine oder mehrere Ausgangsgrößen y₁, y₃ auf, die sich in einem sogenannten Ausgangsgrößenvektor y zusammenfassen lassen. In der Regel liegen auch die Störgrößen z₁ bzw. z₂ und die Ausgangsgrößen y₁ bzw. y₃ in Vektorform vor. Die Ausgangsgröße y₂ besteht vorzugsweise aus ein oder mehreren Elementen der Ausgangsgröße y₁. Dem entsprechend kann die Ausgangsgröße y₂ als Skalar oder als Vektor vorliegen. Im gezeigten Beispiel sind die Ausgangsgrößen y₁ bzw. y₂ zu messende Ausgangsgrößen.
Eine industrielle Einrichtung WV kann beispielsweise ein Walzgerüst zum Bearbeiten von bandförmigem Material, beispielsweise Metallband MB, sein. Typischerweise weist ein Walzgerüst mindestens zwei Arbeitswalzen A1, A2 auf. Für die Arbeitswalzen können eine oder mehrere Stützwalzen S1 bzw. S2 vorgesehen sein.
Eine industrielle Anlage IS kann z.B. eine Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten aufweisen. Einer industriellen Einrichtung WV, die als Walzgerüst ausgebildet ist, kann dabei eine nicht näher dargestellte Haspelvorrichtung vor- bzw. nachgeordnet sein.
Die industrielle Anlage IS ist mit einem Messsystem MS gekoppelt. Das Messsystem MS weist ein oder mehrere Messeinrichtungen M₁, M₂, M_z auf. Das Messsystem MS kann beispielsweise ein oder mehrere Messeinrichtungen M_z zum Erfassen mindestens einer Störgröße z₁ aufweisen. Die Störgrößen, die der Messeinrichtung M_z zugeführt werden, sind in 1 mit z₁ bezeichnet. Zusätzlich oder alternativ weist das Messsystem MS eine oder mehrere Messeinrichtungen M₁, M₂ zum Erfassen mindestens einer Ausgangsgröße y₁ bzw. y₂ auf. Die Ausgangsgrößen, die den Messeinrichtungen M₁ und M₂ zugeführt werden, sind in 1 mit y₁ bzw. y₂ bezeichnet. Die Ausgangsgröße y₁ liegt in der Regel als Vektor vor.
Das erfindungsgemäße Regelungssystem RS ist sowohl mit dem Messsystem MS als auch mit der industriellen Anlage IS koppelbar. Das Regelungssystem RS weist eine Regelungsvorrichtung RV auf. Vorzugsweise kann das Regelungssystem RS zusätzlich eine Monitorvorrichtung MV aufweisen. Die Regelungsvorrichtung RV ermittelt mindestens eine Stellgröße u für die industrielle Einrichtung WV. Mit Hilfe der Messeinrichtungen M_Z, M₁, M₂ gemessenen Größen z_1M, y_1M1, y_2M1, y_2M2 werden vom Messsystem an die Regelungsvorrichtung RV gegeben. Die gemessene Größe y_2M1 besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren Elementen der gemessenen Größe y_1M1. Die gemessene Größe y_2M1 kann ein Skalar oder ein Vektor sein. Es ist möglich, dass eine oder mehrere gemessenen Größen Y_2M1, y_2M2, welche im übrigen durchaus identisch sein können, vom Messsystem MS an die Monitorvorrichtung MV gegeben werden. Die Messgröße y_2M1 wird dabei vorzugsweise von einem sehr schnell aber nicht so genau arbeitendem Messsystem M₁ gemessen. y_2M2 wird von einem langsameren dafür aber genaueren Messsystem M₂ gemessen. Zur Vorhersage bzw. zur Verbesserung der Präzision der Vorhersage und/oder Regelung ist es vorteilhaft, wenn die Messeinrichtungen M_Z, M₁ eine negative Totzeit aufweisen. Die Messeinrichtung M₂ weist in der Regel eine positive Totzeit auf.
Die Regelungsvorrichtung RV ist nur einer industriellen Einrichtung WV, z.B. einem Walzgerüst, zugeordnet. Weist eine industrielle Anlage IS mehrere industrielle Einrichtungen WV auf, so ist vorzugsweise jeweils eine der nachfolgend beschriebenen Regelungsvorrichtungen RV genau einer industriellen Einrichtung WV zugeordnet. Darüber hinaus können optional noch weitere Regelungsvorrichtungen RV vorgesehen sein. Die Regelungsvorrichtung RV ermittelt mindestens eine Stellgröße u für die industrielle Einrichtung WV. Die Funktionsweise der Regelungsvorrichtung RV kann dabei in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beeinflusst werden von mindestens einer gemessenen Größe y_1M1, bzw. gegebenenfalls auch y_2M1 bzw. y_2M2 und/oder von mindestens einem Sollwert y* der Ausgangsgröße y.
Der Regelungsvorrichtung RV wird mindestens ein Sollwert y_R* einer Ausgangsgröße y, die geregelt wird, und mindestens ein Messwert y_1M1 einer Ausgangsgröße y₁ zugeführt. Vorzugsweise wird der Regelungsvorrichtung RV mindestens ein Korrekturwert u₂ des Monitors MV zugeführt. Der Regelungsvorrichtung RV wird mindestens eine gemessene Störgröße z_1M zugeführt.
Zusätzlich kann – in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung – ein Monitor MV eingesetzt werden. Dem Monitor MV werden eine oder mehrere gemessene Größen y_2M1, y_2M2 vom Messsystem MS zugeführt. Die gemessene Größe y_2M1, die vorzugsweise als Messvektor ausgebildet ist, wird dabei von einem in der Regel sehr schnell, aber nicht so genau arbeitenden Messsystem M₁ gemessen. Die gemessene Größe y_2M2 wird von einem in der Regel langsamer, aber sehr genau messenden Messsystem M₂ gemessen. Mindestens ein Korrekturwert u₂ des Monitors MV wird der Regelungsvorrichtung RV zugeführt.
Charakteristisch für die gezeigte Regelung ist die Voraussage messbarer Störungen und/oder zumindest einer gemessenen Größe. Sind gemessene Größen fehlerhaft, so erfolgt vorzugsweise unter Zuhilfenahme der Monitorvorrichtung MV eine Korrektur unter Zuhilfenahme genauer gemessener Ausgangsgrößen, die zur Regelung verwendet werden. So kann beispielsweise die Monitorvorrichtung MV für mindestens eine Stellgröße u eine Korrekturstellgröße u₂ unter Zuhilfenahme einer gemessenen Größe ermitteln.
Die als linearer bzw. nichtlinearer Mehrgrößenregler ausgebildete Regelungsvorrichtung RV kann vorzugsweise an einem, z.B. dem ersten, Gerüst einer Walzstraße eingesetzt werden. Als Regelgrößen können beispielsweise eine oder mehrere der nachfolgend genannten Ausgangsgrößen y verwendet werden:
Banddicke am Ausgang des Walzgerüstes, Bandgeschwindigkeit am Eingang des Walzgerüstes, Bandgeschwindigkeit am Ausgang des Walzgerüstes, Bandzug vor dem Walzgerüst. Diese Ausgangsgrößen und gegebenenfalls weitere Ausgangsgrößen der industriellen Einrichtung WV bzw. des Walzgerüstes können unter Zuhilfenahme einer Messvorrichtung M₁, M₂ gemessen werden.
Der Regelungsvorrichtung RV werden Sollwerte y_R* für die als Regelgröße(n) verwendete(n) Ausgangsgröße(n) y vorgegeben. Die Regelungsvorrichtung RV, die als Mehrgrößenregler ausgebildet ist, gibt Stellgrößen u an die industrielle Anlage IS bzw. die industrielle Einrichtung WV und wirkt dabei vorzugsweise auf die Anstellung des Walzgerüstes und auf die Walzengeschwindigkeit und/oder das Antriebsmoment des Walzgerüstes. Die Regelungsvorrichtung RV kann auch auf das Antriebsmoment und/oder die Drehzahl eines dem Walzgerüst vorgeordneten Abhaspels wirken.
Nicht alle Ausgangsgrößen y müssen gemessen werden. In der Regel gibt es sowohl Störgrößen z₁, die gemessen werden, als auch Störgrößen im Störgrößenvektor z, die nicht gemessen werden. Bei der vorangehend beschriebenen Regelung eines Walzgerüstes ist es vorteilhaft, wenn die Banddicke am Eingang des Walzgerüstes als gemessene Störgröße z_1M zur Verfügung steht. Störgrößen, die nicht gemessen werden, können z.B. sein: Walzenexzentrizitäten, Materialhärteschwankungen, Unregelmäßigkeiten, die beispielsweise durch Lagensprünge beim Abhaspel hervorgerufen werden.
2 zeigt schematisch ein Beispiel für den Aufbau der Regelungsvorrichtung RV. Die Regelungsvorrichtung RV weist einen Beobachter BB, ein Hauptregelmodul HM und ein Fehlerregelmodul FM auf.
Der Beobachter BB dient zur Voraussage mindestens einer Störgröße aus dem Störgrößenvektor z, z.B. z₁ und/oder mindestens einer Ausgangsgröße y₁ der industriellen Einrichtung WV. Der Beobachter BB weist vorzugsweise ein Modellmodul MM auf. Das Modellmodul MM kann ein Modell der Regelstrecke AY, in der Regel ein Modell der industriellen Einrichtung WV, aufweisen. Mit Hilfe des Modells der Regelstrecke AY werden z.B. Ausgangsgrößen y₁ modelliert. Es können auch zusätzlich Zustandsgrößen der Regelstrecke modelliert werden. Das Modellmodul MM weist vorzugsweise ein Störmodell AZ auf, mit Hilfe dessen z.B. nicht messbare Störungen modelliert werden können. Das Modellmodul MM weist vorzugsweise ein Messmodell AM auf, mit Hilfe dessen Messgrößen und/oder eine oder mehrere Messeinrichtungen M₁, M₂, M_z modelliert werden.
Mit Hilfe des Modellmoduls MM werden beobachtete Größen ermittelt. Beobachtete Größen sind z.B. vorausgesagte Störungen z₂, Messgrößen y₁ bzw. Zustandsgrößen. Das Modellmodul MM berücksichtigt zur Ermittlung beobachteter Größen vorzugsweise mindestens einen Sollwert y* einer Ausgangsgröße und/oder einer gemessenen Größe. Vorzugsweise berücksichtigt das Modellmodul MM auch mindestens eine gemessene Ausgangsgröße y_1M.
Dem Modellmodul MM kann vorzugsweise eine gemessene Störgröße z_1M zugeführt werden.
Der Beobachter BB kann ein Rückkopplungsmodul BM aufweisen, das mit dem Modellmodul MM gekoppelt ist. Das Rückkopplungsmodul BM kann vorzugsweise als gesteuert adaptives Funktionsmodul ausgebildet sein. Die Funktion des Rückkopplungsmoduls BM ist davon abhängig, ob der Beobachter BB als Luenberg-Beobachter oder als Kalmanfilter ausgebildet ist. Das Rückkopplungsmodul BM gibt mindestens eine rückzukoppelnde Größe r_B an das Modellmodul MM. Das Rückkopplungsmodul BM berücksichtigt dazu vorzugsweise mindestens einen Sollwert y* einer Ausgangsgröße und/oder einer gemessenen Größe. Das Rückkopplungsmodul BM berücksichtigt vorzugsweise auch mindestens eine gemessene Ausgangsgröße y_1M. Das Modellmodul MM gibt beobachtete Größen aus. Beobachtete Größen sind in den Zeichnungen durch das Symbol "^" über dem jeweiligen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. So kann das Modellmodul MM eine beobach tete Ausgangsgröße ŷ₁ ausgeben, welche mit derselben gemessenen Ausgangsgröße y_1M verknüpft an das Rückkopplungsmodul BM gegeben wird. Vorzugsweise wird eine Differenzgröße Δy₁ zwischen beobachteter Ausgangsgröße ŷ₁ und gemessener Ausgangsgröße y_1M an das Rückkopplungsmodul BM gegeben.
Durch Verknüpfung des Sollwerts y_R* einer Ausgangsgröße, die geregelt wird mit dem beobachteten Wert ŷ_R dieser Ausgangsgröße, kann eine Regelabweichung e ermittelt werden. Bei der Ermittlung der Regelabweichung e kann auch mindestens eine Korrekturstellgröße u₂ einer überlagerten Monitorregelung berücksichtigt werden. Es ist ein Fehlerregelmodul FM vorgesehen, dem die Regelabweichung e als Eingangsgröße zugeführt wird. Das Fehlerregelmodul FM ist mit dem Hauptregelmodul HM gekoppelt. Das Fehlerregelmodul FM ist für Sollwertfolge und Störgrößenausgleich zuständig. Das Fehlerregelmodul FM weist insbesondere zum Störgrößenausgleich in der Regel ein Modell auf, wobei wichtig ist, dass das im Fehlerregelmodul FM enthaltene Modell in der Regel keine Störmodell-Komponenten aufweist, die bereits in einem Störmodell AZ für nicht messbare Störungen enthalten sind, das Bestandteil des Modellmoduls MM ist. Dies gilt insbesondere für Integratoren als Störmodel AZ bzw. als Teil des Störmodels AZ, da die Regelungsvorrichtung sonst einen in den allermeisten Fällen unerwünschten zweifachen integrativen Anteil enthalten würde. Das Hauptregelmodul HM ist auch mit dem Beobachter BB, vorzugsweise mit dem Modellmodul MM des Beobachters BB gekoppelt. Das Hauptregelmodul HM berücksichtigt zur Ermittlung der Stellgrößen u vorzugsweise mindestens einen Sollwert y* einer Ausgangsgröße und/oder einer gemessenen Größe. Das Hauptregelmodul HM berücksichtigt vorzugsweise auch mindestens eine gemessene Ausgangsgröße y_1M. Auf die Berücksichtigung von y* bzw. y_1M kann allerdings auch verzichtet werden.
Vorzugsweise gibt das Modellmodul MM eine beobachtete Zustandsgröße x ^ und eine gemessene Störgröße z_1M an das Hauptregelmodul HM. Die beiden vorgenannten Größen können auch in Summe an das Hauptregelmodul HM gegeben werden. Das Modellmodul MM kann auch eine beobachtete, vorzugsweise nicht gemessene, Störgröße z ^₂ an das Hauptregelmodul HM geben. Das Hauptregelmodul HM ist gekennzeichnet durch eine Reglermatrix, die sich aus einer Reglermatrix K _X für die Zustandsgrößen und eine Reglermatrix K _R für die Ausgangsgrößen zusammensetzt. Die vom Hauptregelmodul HM ausgegebenen Größen werden an die industrielle Anlage IS bzw. an die industrielle Einrichtung WV gegeben. Diese Größen können auch an das Modellmodul MM gegeben werden. Dabei kann dem Hauptregelmodul HM noch ein Begrenzungsmodul BK nachgeschaltet sein, das die Kennlinienbegrenzungen der Stellglieder der industriellen Anlage IS bzw. der mindestens einen industriellen Einrichtung WV berücksichtigt.
Zwischen Begrenzungsmodul BK und Hauptregelmodul HM kann auch ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Entkopplungsnetzwerk vorgesehen sein. Wie in 2 gezeigt kann bei einer rein statischen Entkopplung ein Entkopplungsnetzwerk zwischen dem Regelmodul HM und dem Begrenzungsmodul BK entfallen. Das Entkopplungsnetzwerk wird hierbei vorzugsweise mit dem Hauptregelmodul HM zusammengefasst.
Das Modellmodul MM kann nicht-lineare meist Arbeitspunktabhängige Komponenten enthalten, z.B. Walzspaltgleichungen bei der Dickenregelung eines Walzgerüstes. Die Adaption an den Arbeitspunkt, also das Nachführen von Parametern, kann erfolgen über Messwerte y_1M und/oder über Sollwerte y*, falls Messwerte nicht vorhanden oder nahezu konstant sind. Das Hauptregelmodul HM und das Rückkopplungsmodul BM werden vorzugsweise robust ausgelegt, vor allem wenn sich der Arbeitspunkt nur wenig ändert. Sie können aber auch an den jeweiligen Arbeitspunkt adaptiert werden.
Anders als in der in 2 dargestellten Ausführung kann der Beobachter BB auch als reduzierter Beobachter bzw. als reduzierter Kalmanfilter ausgebildet sein. Dies ist vorzugs weise dann der Fall, wenn vom Messsystem MS kommende Messwerte unmittelbar verwendet werden können. Die Ausführung als reduzierter Beobachter hat gegebenenfalls den Vorteil, dass der Beobachter BB als System niedrigerer Ordnung die wahren Werte von beispielsweise Zustandsgrößen schneller erreichen wird. Beim vollständigen Beobachter BB, wie er in 2 gezeigt ist, werden in der Regel auch gemessene Größen mit beobachtet, die man bereits kennt, um sie z.B. von Rauschen zu befreien.
Wird das Regelungssystem RS bei einer Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten eingesetzt, kann eine gute Entkopplung eines Walzgerüstes von einem diesem Walzgerüst nachgeordneten Walzgerüst durch den erfindungsgemäßen Regelungsentwurf erreicht werden, indem neben der Auslaufdicke auch die Auslaufgeschwindigkeit des Metallbandes MB möglichst konstant gehalten wird. Um bei einem Regelungsverfahren zur Dickenregelung in einem Walzgerüst die Voreilung in dem Walzgerüst zu kompensieren, werden Änderungen der Voreilung in dem Walzgerüst berechnet und diese Änderungen durch Beeinflussung der Geschwindigkeit der Walzen des Walzgerüstes kompensiert. Derart werden konstantere Auslaufgeschwindigkeiten am Walzgerüst erzielt. Die Dickentoleranz wird so verbessert. Eine derartige Voreilungs-Kompensation umfasst eine Vorsteuerung der Gerüstgeschwindigkeit über die Einlaufdicke des Metallbandes MB sowie eine Regelung der Auslaufgeschwindigkeit. Der Istwert der Auslaufgeschwindigkeit ist dabei eine Komponente der vektoriellen Messgröße bzw. der vektoriellen Schätzgröße ŷ_R.
3 zeigt schematisch ein alternatives Beispiel für den Aufbau der Regelungsvorrichtung RV. Im Vergleich zur 2 weist die Regelungsvorrichtung RV gemäß 3 zusätzlich ein Steuermodul SB auf. Zudem ist das Fehlerregelmodul FM dem Hauptregelmodul HM nachgeordnet.
Wenn das Fehlerregelmodul FM aus parallelen, kreuzweise nicht verkoppelten Zweigen aufgebaut ist (diagonale Übertragungs matrix), so kann das Fehlerregelmodul FM dem Hauptregelmodul HM nachgeordnet werden. Dies ist vorteilhaft, weil beim Erreichen der Begrenzungen des Begrenzungsmoduls BK über das Steuermodul SB gezielt auf die dynamischen Komponenten wie Integrierer bzw. Schwinger, eingegriffen werden kann. Derart kann z.B. das unkontrollierte "Weglaufen", d.h. das unkontrollierte fortlaufende Integrieren von Integratoren verhindert werden. Auch in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann anstelle des Beobachters BB ein reduzierter Beobachter zum Einsatz kommen. Ebenso kann ein Kalmanfilter durch einen reduzierten Kalmanfilter ersetzt werden.
4 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel für den Aufbau der Regelungsvorrichtung RV. Die Regelung ist hier ohne Vorsteuerung realisiert. Der Beobachter BB kann als vollständiger Beobachter, z.B. als Luenberg-Beobachter, als Kalmanfilter, oder als reduzierter Beobachter ausgebildet sein. Der von der Vorsteuerung herrührende Anteil u_Vor der Stellgröße wird gemäß dem in 4 gezeigten Beispiel zur Reglerstellgröße u_Reg addiert.
Gemäß dem in 2 gezeigten Beispiel werden der Regelungsvorrichtung RV die Messgrößen z_1M und y_1M zugeführt. Ist die reale Strecke, d.h. die industrielle Anlage IS bzw. die industrielle Einrichtung WV sehr komplex und das im Beobachter BB eingesetzte Modell (vergleiche z.B. das Modellmodul MM aus 2) verhältnismäßig einfach, so kann die Regelungsvorrichtung RV aus Stabilitätsgründen nicht sehr schnell ausgelegt werden. Anders ist dies bei der Störgrößenaufschaltung. Die Störgrößenaufschaltung ist eine reine Vorsteuerung und hat somit keinen Einfluss auf das Stabilitätsverhalten der industriellen Anlage IS bzw. der industriellen Einrichtung WV. Die Vorsteuerung kann deutlich schneller ausgelegt werden als der Regler bzw. die Regelungsvorrichtung RV. Es ist daher vorteilhaft Regelung und Vorsteuerung, d.h. Störgrößenaufschaltung, getrennt aufzubauen. Dadurch sind dann auch die Vorhersagezeiten (negative Todzeit, Prädiktion) der Regelung und der Vorsteuerung getrennt einstellbar (in 4 nicht explizit dargestellt), was deutliche Vorteile bietet.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Modelle im Modellmodul MM (vergleiche 2) bei Vorsteuerung und Regelung unterschiedlich detailliert sein können, d.h. die Modelle können unterschiedliche Modellordnungen aufweisen. Bei der Regelung sind dynamisch recht einfache Modelle, d.h. Modelle niedriger Ordnung, oft ausreichend. Das Modell für die Vorsteuerung ist vorzugsweise dynamisch komplexer, d.h. es weist eine höhere Modellordnung auf.
Möglich ist es auch, Regelung und Vorsteuerung mit einem verhältnismäßig komplexen Modell zu entwerfen und anschließend den Regler und die Vorsteuerung einer getrennten Ordnungsreduktion zu unterziehen. So kann beispielsweise bei einer Mehrgrößenregelung für ein Walzgerüst ein Modell des Reglers eine Ordnung von ca. 6 bis ca. 12 aufweisen, wobei ein Modell der Vorsteuerung eine Ordnung von ca. 12 bis ca. 36 aufweisen kann.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die gemessene Ausgangsgröße y_1M in den 2 bis 4 vorzugsweise der gemessenen Ausgangsgröße y_1M1 in 1 entspricht.
5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Vorsteuerung ohne Regleranteil. Das Vorsteuerungsmodul VS weist dabei vorzugsweise ein Regelkreismodell MOR auf, in welchem der gesamte Regelkreis aus 4 modelliert ist. Ist der Regelkreis langsam im Vergleich zur Vorsteuerung ausgelegt, so ist es vom Vorteil anstelle eines Modells des Regelkreises also anstelle des Regelkreismodells MOR nur ein Modell der Strecke, d.h. ein Streckenmodell MOS einzusetzen. Der Aufbau einer entsprechenden Vorsteuerung ist in 6 dargestellt. Mit Hilfe des Streckenmodells MOS wird die industrielle Anlage IS bzw. die industrielle Einrichtung WV modelliert. Eine wie in 6 dargestellte Vorsteuerung mit Streckenmodell MOS ist im Vergleich zur Vorsteuerung gemäß 5 mit Regelkreismodell MOR wesentlich einfacher in der Auslegung, da der Entwurf der Vorsteuerung vom Regler unabhängig vorgenommen werden kann. Der Aufwand für die Vorsteuerung wird somit reduziert.
Sowohl die Vorsteuerung gemäß 5 als auch die Vorsteuerung gemäß 6 weisen ein Vorsteuerungsregelungsmodul VR auf mit einer Reglermatrix K _XVor für die Zustandsgrößen in der Vorsteuerung.
Sind außer messbaren Störgrößen keine weiteren Messgrößen der Strecke, d.h. der industriellen Anlage IS bzw. der industriellen Einrichtung WV vorhanden, so kann wie in 7 schematisch und beispielhaft dargestellt, eine reine Vorsteuerung über einen Modellregelkreis realisiert werden. Eine derartige Vorsteuerung ist alleine, d.h. ohne eine wie beispielsweise in 4 gezeigte Mehrgrößenregelung, einsetzbar. Dabei weist das Vorsteuerungsmodul VS sowohl ein Regelkreismodell MOR als auch ein Streckenmodell MOS auf. Dem Vorsteuerungsregelungsmodul VR ist ein Störmodell SV in der Regelung vorgeordnet. Das Vorsteuerungsregelungsmodul VR gemäß dem in 7 gezeigten Beispiel für eine Vorsteuerung weist eine Reglermatrix K _R für die Ausgangsgrößen und eine Reglermatrix K _X für die Zustandsgrößen in der Vorsteuerung auf.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorsteuerung kann in den Pfad der Stellgröße u ein Entkopplungsnetzwerk eingebaut werden. Das Entkopplungsnetzwerk ist vorzugsweise dem Vorsteuerungsregelungsmodul VR unmittelbar nachgeordnet. Der Einsatz eines Entkopplungsnetzwerks ist grundsätzlich bei allen vorangehend diskutierten Beispielen einer Vorsteuerung gemäß den 5, 6 bzw. 7 möglich.
Bei einem wie in 7 gezeigten Aufbau der Vorsteuerung lässt sich das in der Regel dynamische Modell der Strecke und/oder der Regelung im Vorsteuerungsmodul VS durch ein rein statisches Modell ersetzen. So ist es beispielsweise möglich, zur Dickenregelung in einer Walzstraße, insbesondere in einem Walzgerüst ein geeignetes Walzspaltmodell im Vorsteuerungsmodul VS einzusetzen. Durch den Einsatz eines rein statischen Modells kann der Realisierungsaufwand der Vorsteuerung unter Umständen stark reduziert werden, bei häufig noch ausreichend guten Ergebnissen. Ein entsprechender Aufbau der Vorsteuerung mit rein statischem Modell ist beispielhaft und schematisch in 8 dargestellt, wobei das statische Modell STAM Teil des Vorsteuerungsmoduls VS ist.
Die 9 und 10 zeigen schematisch weitere Beispiele für eine erfindungsgemäße Vorsteuerung. Bleibt bei dem Modell der Strecke bzw. der Regelung nur noch das statische Verhalten übrig, so entfällt oftmals auch die Einspeisung der Stellgröße u in das entsprechende Modell. Dies trifft beispielsweise auch beim erwähnten Walzspaltmodell zu.
In den 8 und 9 werden zur Bildung der Stellgrößen u die in der Regel als Spaltenvektor dargestellt werden, zwei Pfade getrennt realisiert, nämlich einerseits zur Bildung der Stellgrößen u_x über eine Reglermatrix K _XVor für die Zustandsgrößen in der Vorsteuerung und zur Bildung der Stellgrößen u_R über eine Reglermatrix K _RVor für die Ausgangsgrößen in der Vorsteuerung.
Diese separate Realisierung der Pfade zur Berechnung der Stellgrößen u, zusammengesetzt aus den Stellgrößen u_R und u_X wie in den 9 und 10 dargestellt, ist in der Regel nur dann sinnvoll,

– wenn unterschiedliche statische Modelle verwendet werden müssen,
– wenn gleiche statische Modelle von verschiedenen Mess- bzw. Sollwerten adaptiert werden,
– oder wenn sogar ein statisches Modell durch ein dynamisches Modell ersetzt wird.

In letzterem Fall ist das dynamische Modell oft ein einfaches dynamisches Modell.
Sowohl das statische Modell STA1 in 9 als auch das statische Modell STA2 in 10 ist entweder als gesamtes statisches Modell STAN aus 8 oder auch nur als Teil davon ausgebildet. Ist letzteres der Fall, so können oftmals auch die Stellgrößeneingänge und damit der Vektor u in die Modelle entfallen.
In den 8 und 10 ist neben dem jeweiligen statischen Modell STAN bzw. STA2 auch noch eine dynamische Komponente, nämlich das Störmodell FV, vorhanden. Die dynamische Komponente lässt sich unter zur Hilfenahme von I-, PI- und/oder PID-Reglern bilden. Ein I-Regler ist ein Regler mit mindestens einem Integrierglied. Ein PI-Regler weist mindestens ein Integrier- und mindestens ein Differenzierglied auf. Ein PID-Regler weist im Vergleich zu einem PI-Regler zusätzlich mindestens ein Proportionalglied auf. Man kann die Vorsteuerung auch rein statisch auslegen. Dies kann einerseits "dadurch erreicht werden, dass der Modellregelkreis aus 7 überschwingungsfrei unendlich schnell" eingestellt wird, d.h. für die Elemente der Reglermatrix soll gelten K → ∞. Dabei ist entscheidend, dass die Störung nicht wie bei den vorangehend beschriebenen Strukturen gemäß Bild 11, sondern vorzugsweise gemäß dem in Bild 12 gezeigten Beispiel in das Modell eingespeist wird.
11 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt eines dynamischen Modells. Im gezeigten Beispiel wird die Abweichung Δy₁ der Ausgangsgrößen, die gemessen werden, mit dem Vektor h _i der Beobachtermatrix verknüpft. Im gezeigten Beispiel liegt nach einen Integrierglied eine beobachtete Zustandsgröße
vor, welche verknüpft mit der entsprechenden gemessenen Störgröße z_1Mi mit dem entsprechenden Vektor k _i der Reglermatrix verknüpft wird.
12 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt eines Modells bei statischer Steuerung. Die in 12 gezeigten Größen entsprechen den bereits im Zusammenhang mit 11 beschriebenen Größen.
Der andere Weg zur rein statischen Auslegung der Vorsteuerung ist, für eine beliebige Reglermatrix K die Statikmatrix D _ST für den Modellregelkreis in 7 zu berechnen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Gesamtmodell, bestehend aus den Modellen MOS und MOR eine verschwindende Durchgangsmatrix D _Mod = 0 besitzt. Aus den Matrizen des Modellregelkreises der in 7 dargestellt ist, wird dann die gesuchte Statikmatrix D _ST = D _MRK – C _MRK·A ^–1 _MRK·B _MRK berechnet. Dadurch entsteht eine rein statische Steuerung wie sie beispielhaft in 13 dargestellt ist. Die in 13 dargestellten Größen wurden bereits vorangehend beschrieben.
Die beschriebenen Mehrgrößenregler und Steuerungen lassen sich mit Vorteil zur Kompensation von Voreilungsänderungen in einer Walzstrasse einsetzen.
Der Grundgedanke der Erfindung lässt sich im Wesentlichen wie folgt zusammenfassen:
Die Erfindung betrifft ein Regelungssystem RS für eine industrielle Einrichtung WV mit einer Regelungsvorrichtung RV zur Vorgabe mindestens einer Stellgröße u an die industrielle Einrichtung WV, wobei die Regelungsvorrichtung RV als linearer bzw. nichtlinearer Mehrgrößenregler ausgebildet ist und die Regelungsvorrichtung RV einen Beobachter BB aufweist, der mindestens eine Störgröße z und/oder mindestens eine Regelgröße, d.h. eine Ausgangsgröße y, die geregelt wird, mit Hilfe mindestens eines Modells voraussagt, wobei die Regelungsvorrichtung RV ein Hauptregelmodul HM aufweist, das mit dem Beobachter BB gekoppelt ist und von diesem mindestens eine beobachtete Zustandsgröße x ^ und/oder mindestens eine nicht gemessene Störgröße z ^₂ empfängt. Zusätzlich wird dem Haupt regelmodul HM die Ausgangsgröße des Fehlerregelmoduls FM zugeführt.
Die Erfindung betrifft auch eine industrielle Anlage IS mit einem solchen Regelungssystem RS, wobei jeder industriellen Einrichtung WV der industriellen Anlage IS genau eine Regelungsvorrichtung RV zugeordnet ist. Der Aufbau des Regelungssystem RS ist einfach und modular und bietet mehr Freiheiten beim anlagenspezifischen Entwurf. Die Regelabweichungen e können deutlich reduziert werden, ohne das Regelgrößen einer nachfolgenden und/oder vorausgehenden industriellen Einrichtungen WV wesentlich beeinflusst werden.
Beim Einsatz in Walzstraßen mit mindestens einem Walzgerüst können Dickenfehler durch Einsatz der Erfindung deutlich reduziert werden, insbesondere bei Prozessstörungen. Die Regelung wird automatisch den Prozessparametern wie Stichplan und/oder Walzgeschwindigkeit angepasst.
Voraussagefehler können in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung durch eine langsame, überlagerte Regelung, z.B. einen Monitor mit Monitorvorrichtung MV bei Walzstraßen, reduziert werden.

Claims

Regelungssystem (RS) für eine industrielle Einrichtung (WV) mit einer Regelungsvorrichtung (RV) zur Vorgabe mindestens einer Stellgröße (u) an die industrielle Einrichtung (WV) und mit einem Messsystem (MS) zum Ermitteln mindestens einer Störgröße (z) und mindestens einer Ausgangsgröße (y) der industriellen Einrichtung (WV), wobei die Regelungsvorrichtung (RV) als Mehrgrößenregler ausgebildet ist, wobei die Regelungsvorrichtung (RV) einen Beobachter (BB) zur Voraussage mindestens einer Störgröße (z) und mindestens einer Ausgangsgröße (y) der industriellen Einrichtung (WV) aufweist, wobei die Regelungsvorrichtung (RV) ein mit dem Beobachter (BB) gekoppeltes Hauptregelmodul (HM) aufweist, und wobei eingangsseitig dem Hauptregelmodul (HM) gemessene und/oder beobachtete Größen der industriellen Einrichtung (WV) zuführbar sind.
Zur Regelung und Vorsteuerung ausgebildetes Regelungssystem (RS) nach Anspruch 1.
Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Beobachter (BB) eine mit dem Messsystem ermittelte Störgröße (z_1M) und eine mit dem Messsystem ermittelte Ausgangsgröße (y_1M) zuführbar ist.
Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beobachter (BB) ein Modellmodul (MM) aufweist.
Regelungssystem (RS) nach Anspruch 4, wobei das Modellmodul (MM) ein Modell der Regelstrecke (AY), ein Störmodell (AZ) und ein Messmodell (AM) aufweist.
Regelungssystem (RS) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Beobachter (BB) ein mit dem Modellmodul (MM) gekoppeltes Rückkopplungsmodul (BM) aufweist.
Regelungssystem (RS) nach Anspruch 6, wobei das Rückkopplungsmodul (BM) nichtlinear, gesteuert adaptiv ausgebildet ist.
Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beobachter (BB) ein erweiterter Luenberg-Beobachter ist.
Regelungssystem (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Beobachter (BB) ein erweiterter Kalmanfilter ist.
Regelungssystem (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Beobachter (BB) ein reduzierter Luenberg-Beobachter ist.
Regelungssystem (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Beobachter (BB) ein reduzierter Kalmanfilter ist.
Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelungsvorrichtung (RV) ein mit dem Hauptregelmodul (HM) gekoppeltes Fehlerregelmodul (FM) aufweist, welches mit einem Eingang oder mit einem Ausgang des Hauptregelmoduls (HM) verbunden ist.
Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messsystem (MS) Messeinrichtung (M₁, M_z) mit einer negativen Totzeit aufweist.
Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messsystem (MS) eine Messeinrichtung (M₂) mit einer positiven Totzeit aufweist.
Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer mit der Regelungsvorrichtung (RV) gekoppelte Monitorvorrichtung (MV) zur Reduktion von Fehlern bei der Messung der mindestens einen Störgröße (z) und/oder der mindestens einen Ausgangsgröße (y).
Industrielle Anlage (IS) mit mindestens einer industriellen Einrichtung (WV) und mit einem mindestens eine Regelungsvorrichtung (RV) aufweisenden Regelungssystem (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder industriellen Einrichtung (WV) genau eine Regelungsvorrichtung (RV) zugeordnet ist.
Industrielle Anlage (IS) nach Anspruch 16, wobei mindestens eine industrielle Einrichtung (WV) ein Walzgerüst zum Bearbeiten von bandförmigem Material ist.
Regelungsverfahren für eine industrielle Einrichtung (WV), wobei unter Zuhilfenahme eines Messsystems (MS) mindestens eine Störgröße (z) und mindestens eine Ausgangsgröße (y) der industriellen Einrichtung (WV) ermittelt werden, wobei mindestens eine Störgröße (z) und mindestens eine Ausgangsgröße (y) der industriellen Einrichtung (WV) vorausgesagt werden, und wobei unter Verwendung der gemessenen Ausgangsgröße (y), der vorausgesagten Ausgangsgröße (y), der gemessenen Störgröße (z) und der vorausgesagten Störgröße (z) der industriellen Einrichtung (WV) mindestens eine Stellgröße (u) der industriellen Einrichtung (WV) ermittelt wird.
Regelungsverfahren nach Anspruch 18, wobei zur Durchführung des Verfahrens ein Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15 verwendet wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei die industrielle Einrichtung (WV) modelliert wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei eine Messeinrichtung (M₁, M₂, M_z) des Messsystems (MS) modelliert wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei eine Messgröße der industriellen Einrichtung (WV) modelliert wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei eine nicht gemessene Störgröße (z₂) der industriellen Einrichtung (WV) vorausgesagt wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei eine Zustandsgröße (x) der industriellen Einrichtung (WV) vorausgesagt wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei eine Regelabweichung (e) durch Verknüpfung eines Sollwerts einer Ausgangsgröße (y_R*) mit einem vorausgesagten Wert dieser Ausgangsgröße (ŷ_R) ermittelt wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei für mindestens eine Stellgröße (u) eine Korrekturstellgröße (u2) ermittelt wird.
Regelungsverfahren nach Anspruch 26, wobei die Korrekturstellgröße (u2) auf der Grundlage von zwei Messgrößen (y_2M1, y_2M2) einer Ausgangsgröße (y₂) ermittelt wird.
Regelungsverfahren nach Anspruch 27, wobei die zwei Messgrößen (y_2M1, y_2M2) der Ausgangsgröße (y₂) mithilfe einer Messeinrichtung (M₁) mit einer negativen Totzeit und einer Messeinrichtung (M₂) mit einer positiven Totzeit des Messsystems (MS) ermittelt werden.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, soweit auf Anspruch 25 rückbezogen, wobei die Korrekturstellgröße (u₂) bei der Ermittlung der Regelabweichung (e) berücksichtigt wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, wobei als industrielle Einrichtung (WV) ein Walzgerüst zur Bearbeitung von bandförmigem Material geregelt wird.
Regelungsverfahren nach Anspruch 30, wobei mindestens eine der nachfolgenden Größen als Ausgangsgröße (y) verwendet wird: Banddicke am Ausgang des Walzgerüstes, Bandgeschwindigkeit am Eingang des Walzgerüstes, Bandgeschwindigkeit am Ausgang des Walzgerüstes, Bandzug vor dem Walzgerüst.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31, wobei mindestens eine der nachfolgenden Größen als Stellgröße (u) verwendet wird: Anstellung des Walzgerüstes, Geschwindigkeit der Walzen des Walzgerüstes, Drehmoment der Walzen des Walzgerüstes, Geschwindigkeit einer dem Walzgerüst vor- oder nachgeordneten Haspelvorrichtung, Drehmoment einer dem Walzgerüst vor- oder nachgeordneten Haspelvorrichtung.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei durch Messung und/oder Voraussage mindestens eine der nachfolgenden Größen als Störgröße (z) ermittelt wird: Banddicke am Eingang des Walzgerüstes, Dickenschwankungen des einlaufenden bandförmigen Materials, durch die Haspelvorrichtung bedingte Unregelmäßigkeiten, Exzentrizitäten der Walzen des Walzgerüstes, Materialhärteschwankungen des bandförmigen Materials.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei bei der Regelung der Banddicke in einem Walzgerüst Änderungen der Voreilung in diesem Walzgerüst berechnet werden und diese Änderungen durch Beeinflussung der Geschwindigkeit der Walzen des Walzgerüstes kompensiert werden.