DE1523587A1

DE1523587A1 - Verfahren zur Rueckwaertsoptimierung von Prozessen und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1523587A1
Application number: DE19631523587
Authority: DE
Inventors: Rene Perret; Rouxel Dr-Ing Roland
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-02-26
Filing date: 1963-02-22
Publication date: 1969-12-04
Also published as: CH405471A; AT244631B; US3346726A; GB1025144A; FR1353156A

Description

PATENTANWÄLTE PATENTANWALT DlPL-ING. R. MOLLER-BORNER · PATENTANWALT DIPU-ING. HANS-H. WEY IBERLIN-DAHLEMaS-PODBIELSKlALLEEOe 8 M O N CH E N 22 · Wl D E N MAYE R STR ASS E 49 TEL. 0311-762907 · TELEGR. PROPINDUS -TELEX 0184057 TEL. 08Tl-225585 · TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0S24244

P 15 2 !5 567.7 . . :

Roland Bouxel

Verfahren zur Rückwärts optimierung; -von.

Prozessen und Anordnung zur ^urabführung ä

des Verfahrens .

^!Vie Erfindung betrifft ein .Verfahren., äur-Bückwärtsoptimierung von Prozessen, beispielsweise einer, industriellen Anlage, sowie eine Anordnung zur Ourchfuhrung des Verfahrens.

Ein Prozess weist eine oder mehrere verschiedene Ergebnisgrössen auf, die nach einer definierten BeZiehung zu einer charakteristischen Gütekenngrösse des Betriebes zusammengefasst werden können. Allgemeine Aufgabe einer Prozessoptimierung ist es, den Prozess so zu steuern, dass eine G-ütekenngro'sse einen Opti-'malwert annimmt, der beispielsweise ein Maximalwert sein kann.

So ist beispielsweise die Gütekenngrösse einar Ofenanlage die Temperatur, die auf einem maximalen Wert gehalten werden muss. "Dabei hängt die Maximaltemperatur der Ofenanlage weitgehend von der Qualität und der Menge des Brennstoffes, der unterschiedlichen Wärmekapazität verschiedener Seile der Anlage und der nicht immer konstanten Wärmeverluste ab. ·

Wichtig ist, dass durch eine bestimmte Prozesssteuerung eine optimale Gütekenngröase erzielt wird, die sich hier als eine maximale öütekenngrösse darstellt* Es gibt natürlich

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auch Prozesse mit einer Gütekenngrösse, die minimal zu halten ist, wodurch sich das Optimierungsproblem jedoch nicht ändert. Im folgenden wird daher unter maximaler Gütekenngrosse der Optimalv/ert verstanden.

Lässt sich von dem zu optimierenden Prozess ein mathematisches Modell aufstellen, was in der Praxis nur selten der Fall i3t, dann kann man, wie bei einem normalen Steuervorgang in einer offenen Schleife, vom Eingangsfluss des Prozesses her auf diesen einwirken. "Diese Art der Einwirkung; wird als Vorwärtsoptimierung bezeichnet. * -

Ist jedoch eine derartige, genligenäi genaue räatheiBatisehe Formulierung des Gesamtprozesses nicht möglich, was im allgemeinen der Fall ist, da der Prozess dauernd schwer erfassbaren Änderungen unterr/orfen ist, so ist man gezwungen, vom offenen Steuersystem zu einem geschlossenon Begelkreis überzugehen. Um*einen solchen Prozess zu optimieren, benutzt man · diesen selbst 3tatt eines mathematischen Modells, um die optimalen Bedingungen aufzusuchen.. Hierbei di.nt dann die gesamte Anlage als automatische Experimentiereinrichtung, //eiche die Sollwerte einer oder mehrerer Veränderlicher verstellt,, um fastzustellen, wie das Verhalten des Prozesses durch diese Änderungen beeinflusst wird. Z}abei werden dann diese Experimente so lange fortgesetzt, bis optimale Betriebsbedingungen erreicht sind.

"Hureh relativ grosse Zeitkoiistanten ist jedoch, die Wirksamkeit . dieses Verfahrens, das als Rückwärtsoptimierung bezeichnet wird, unbefriedigend,weil vielfach die Auswirkung einer Verstellung: ar st nach relativ langer Zeit'eintritt. Während dieser Zeit können unkontrollierte Störeinflüsse wirksam werden. Je grosser dabei die Anzahl der Prozessvariablen ist, um so langer dauert das Experimentierverfahren.

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Aufgabe der Erfindung-ist es, die Unzulänglichkeiten solcher bekannter Experinientierverxahren, bedingt durch die relativ grosseii Ze itk ens tauten, zu vermeiden. "nanach ist ein Optimierungsverfahren anzugeben, das die Stell- bzw.Führungs- ■·. grössen eines mathematisch nicht erfassbaren Prozesses in . e'iner selchen Geschwindigkeit zur Verfugung stellt, dass keine unkontrollierbaren Storeinflüsse mehr die Wirksamkeit--des Optimierungsverfahrens zu stören vermögen.

Ei,-; Verfahren zur Rückwärtsoptimierung eines Prozesses, beispielsweise einer industriellen Anlage, deren optimaler G^ürieo durch sine Glltekenrigrüsse definiert ist, u&r von Γ-ehr-arijn _;.:ΰ3οϋαΓΰη Ergebnissrcsjen des Prozesses abhangt, ■' ™ die durch, ^ehrure Steilgrossen'bestinkt sind, die· unabhängig voneinander verändert ;/ei*ien können, ist erfiiidun^sgemäss derart >?rasgebildet, dass aan, ausgehend vcn geLiessenen Ergebnisgrcäo.en, die GLitekenngrösse des Betriebes und der auf.ein-' ander::olgenden Ableitungen der Gütekeniigrösse nach der Zeit bis zur Ordnung η bestimmt, -and, dass man jede der Stellgrössen sukzessive und zyklisch nach bestir^iten Äusv/ahlkriterien variiert, und 37/ar mit einer Geschwindigkeit, der-en Grosse durch eine gegebene Versteilbeziehung bestimmt ist.,.- und dass man nach einer gegebenen Uinkehrbeziehung die Richtung dieser Variatiönsgeschv/indigkeit derart umkehrt, dass die Ableitung n-ter Ordnung maximal wird, wobei die Ordnung, η gleich * der Anzahl der bedeutenden Zeitkonstanten ist, die auf die Anlage einwirken.

Sas erfindungsgemässe Verfahren besteht somit darin, dass man auf die Stellgrössen derart einwirkt, dass die n—te Ableitung der Gütekenngrösse nach der Zeit maximal wird und nicht, ^wie bei den bekannten Verfahren, die Gütekenngrösse selbst. Auf diese Weise wird eine wesentliche Steigerung der Begelwirkung erzielt* .

Pie erfindungsgemässe Hegelanordnung zur durchführung des Verfahrens ist mit der Anlage "on line" geschaltet und ist

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in der Weise ausgebildet, dass sie drei Bedieneinheiten, eine Umkehreinheit, eine Korrektureinheit und eine Auswahleinheit umfass*, wobei die beiden ersten Recheneinheiten dazu bestimmt sind, jeweils ,ein die Gütekenngrüsse des Betriebes darstellendes Signal und seine aufeinanderfolgenden Ablei- ■ "tungen nach der -Zeit bis zur Ordnung η darstellenden Signale zu bilden. Die Korrektureinheit ist dazu bestimmt, nach einem " gegebenen Gestz ein die Variationsgeschwindigkeit darstellendes •Korrektursignal zu bilden. Die Umkehre inhe it ist derart ausgebildet, dass sie das Zeichen dieses Kox'rektursignales nach einem gegebenen Umkehrgesetz ändert. Die Auswähleinheit leitet dieses Korrektursignal mit seinem Zeichen auf den einen oder .

Jr.-.-'. anderen einer Anzahl von getrennten Wegen weiter, von denen ~ jeder zu einer Steuereinrichtung führt, tmd dieser Weg jedesmal

'·. ■ ". v/echselt, v/enn sie ein Auswahlsignal erhält. Die dritte Eecheneinheit ist durch eine Vereinigung von Integrier- und Korrekturweinrichtungen gebildet, 'deren Zahl gleich ist der Anzahl der Wege. Diese. ,Einrichtungen sind dazu bestimmt, ein Signal zu formen, das das Integral nach der Zeit des Signales.darstellt, das von der Auswahleinheit herrührt, und eine Korrektur zu be-.stimmen, die geeignet ist, die Zeitkonstante der entsprechenden Steuereinrichtung zu kompensieren, . · .

Die Zeichnungen illustrieren schematisch das Verfahren und . geben beispielsweise das elektrische .Schaltbild der Anordnung .aur Durchführung des Verfahrens wieder: ■

.fig.'i zeigt ein Funktionsschema.

Wig.. 2 gibt ein elektrisches Ausführungsseherne der λ Anordnung bei einem bestimmten Anwendungsbeispiel "".."■ wieder.;. Die : * _; ...

Fig. 3 und 5 sind Diagramme, die das Verständnis der Funktion der Anordnung, unterstützen.

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Fig. 4 stellt eine Abänderung eines Teiles der ' Fig. 2 dar.

.'Fig.. 6 ist eine abgeänderte Schaltung für die dritte

Bedieneinheit. :

Im Teil 1 (Fig.Ό wird ein industrieller Prozess beschrieben, der durch eine Anzahl physikalischer StellgrÖssen 2a, 2b 2i bestimmtwird, auf die man mit Hilfe von Steuereinrichtungen 5a, 3b ... 5i einwirken kann. Der Betrieb des Prozesses wird durch eine Anzahl physikalischer Ergebnisgrö'ssen 4a, 4b ...4j charakterisiert, die man, z.B. als elektrische Signale, mit Hilfe von Messvorrichtungwn '5a, 5b ... 5 j messen kann. Der industrielle Prozess 1 ist unter anderem durch Pfeile fia ... 6k dargestellten Störungen unterworfen, die rein äussere Einflüsse darstellen und hingenommen werden müssen. Ausgehend von den Signalen, die von den Messvorrichtungen 5 erzeugt und entlang den Leitungen 7a, 7b ... Tj geführt werden, bestimmt man mit Hilfe einer ersten Recheneinheit· 8 eine G-ütekenngrösse, die durch eine definierte mathematische Beziehung ,der physikalischen G-rÖssen 4 bestimmt ist. Tue G-ütekenngrösse und die ihr zugrunde liegende mathematische Beziehung sind von.Fall zu Fall verschieden. Die G-ütekenngrösse wird nun nach der Zeit abgeleitet, z.B. mit Hilfe eines zweiten Rechners 9, und zwar bis zur ή-ten Ordnung, wobei η = k gesetzt wird. Unter der Kennzahl k des Prozesses wird hier die Anzahl der Zeitkonstanten verstanden, die den Prozess bestimmen, unabhängig von den Zeitkonstanten, die den Steuereinrichtungen zugeordnet sind. Die Zahl k bezieht sich auf eine oder mehrere bestimmte StellgrÖssen und kann je nach der Anzahl der betrachteten Stellgrösse verschieden sein. !Dabei werden hur die grössten Zeitkonstanten, die im folgenden als bedeutsam, bezeichnet sind, zur Bestimmung der Zahl k des Prozesses in Betracht gezogen. So werden £n der Praxis jene, die wesentlich kleiner sind als die grössten, vernachlässigt. Die G-ütekenngrösse des Betriebes wird mit der Ordnung eins nach der Zeit abgeleitet, wenn der Prozess aufgrund der

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betrachteten Stellgrösse von einer einzigen, relativ grossen Zeitkonstante beeinflusst wird, Sie vvird mit der Ordnung zwei abgeleitet, wenn er durch zwei relativ grosse Zeitkonstanten beeinflusst wird, usw. Allgemein gilt jedoch η = k. Mit Hilfe eines dritten Rechners 10 wird, ausgehend von der ermittelten Gütekenngrösse des Betriebes und seinen n-ten Ableitungen nach der Zeit, ein Korrektursignal gebildet, das die Geschwindigkeit darstellt, mit der jede der Stellgrössen 2 verändert wird. '.Die Beziehung nach der diese Korrektion ermittelt wird, ist von Fall zu EaIl festzusetzen, und braucht daher hier nicht näher erläutert zu werden.

Man versieht dieses Korrektursignal mit einem beliebigen' positiven oder negativen Vorzeichen und mit Hilfe eines Vorzeichenwandlers 11 ändert man dann dieses Vorzeichen nach einer bestimmten UmkehrbeZiehung, die mittels einer Umkehreinheit 12 bestimmt wird. Die Beziehung, nach der die Umkehrung der Vorzeichen vorgenommen wird, beruht darin, dass das Vorzeichen des Korrektursignales jedesmal geändert wird, wenn die n-te Ableitung der Gütekenngrösse ein Maximum überschreitet. Dieses Maximum wird nach einer bekannten Methode, z.B. der direkten Bestimmungsmethode, bestimmt, die noch beschrieben" wird..-..

Es wird nun derart verfahren, dass eine der physikalischen Stellgrössen 2, z.B. 2a, verändert wird, während die anderen Stellgrössen, z.B. 2b ... 21, konstant gehalten werden. Dabei wird die Grosse 2a einer Veränderung unterworfen, die gleich dem Integral nach der Zeit des Korrektursignales ist, wobei die Amplitude und das Vorzeichen dieses Korrektursignals nach einer noch zu beschreibenden Art bestimmt werden. Dieses Integral ist unter anderem auch von eläem Korrekturwert beeinflusst, der vorgesehen ist, die Zeitkonstante zu kompensieren, die z.B. zur Steuereinrichtung der Stellgrösse 2a gehört. Zu diesem Zweck schickt man das Korrektursignal mit Hilfe einer Auswähleinheit 13 über die leitungen 15, z.B. -15a, und eine weitere Bedieneinheit 16 zur ent-»

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sprechenden,. Steuereinrichtung 3a. Bei der Recheneinheit handelt es sich um eine Integrations-Korrektur-Einheit 16, deren Aufgabe es ist, die ankommenden Signale nach der Zeit zu integrieren und die Zeitkonstante der sie steuernden Steuereinrichtung, beispielsweise 3a, zu unterdrücken.

!.lan geht dann von einer Steuereinrichtung 3a zur folgenden 3b, 3c ... mit Hilfe von auf die Auswahleinheit 13 aufgebrachten Signalen über, und zwar nach einer bestimmten Auswahlbeziehung . Zum Beispiel kann der Übergang von einer Steuereinrichtung 3a zur nächsten Steuereinrichtung 3b nach einer gegebenen Anzahl von Änderungen des Zeichens des ^

Korrektursignales stattfinden. In diesem Falle wird die ™

Auswähleinheit"13 durch die Umkehreinheit 12 selbst betätigt, was durch die Leitung 14 angedeutet ist. .-.."'

auch mit einer abgeänderten AuswahlbeZiehung von einer Steuereinrichtung zur folgenden nach vorbestimmten ZeitIntervallen übergehen. Man steuert dabei die Auswahleinheit 13 mit Hilfe periodischer Auswahlsignale, die von einer geeigneten Einrichtung, z.B. einer Uhr, erzeugt werden. In diesem Falle wird die direkte Verbindung zwischen der Auswahleinheit 13 und der ümkehreinheit 12 gelöst und die Leitung 14 befördert periodische Signale, die von einer in Fig. 1 nicht dargestellten Uhr herrühren.

Kurz zusaimr-engefasst, besteht das erfindungsgemässe Verfahren darin, zyklisch und in unabhängiger Weise auf jede der Stellgrössen einzuwirken, indem ihnen Korrekturgrössen"überlagert werden, deren Amplitude durch eine Funktion der GütekenngrÖsse des Betriebes und ihrer aufeinanderfolgenden Ableitungen nach der Zeit bestimmt sind und deren Vorzeichen nach einer UmlcehrbeZiehung bestimmt sind, die bewirken, dass die n-te Ableitung der GütekenngrÖsse de3 Betriebes nach der Zeit maximal wird. Die Ordnung η ist dabei im allgemeinen gleich der Kennzahl k des Prozesses in bezug zu den betrachteten Stellgrössen.. Zur Bestimmung

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dor Kennzahl k des Prozesses werden nur die wesentlichen Konstanten berücksichtigt. Die Zeitkonstanten der Steuereinrichtungen werden durch die Integrations-Korrektureinheit 16 unterdrückt, die dj.e Korrektur-Signale nach der Zeit integriert,. ..-'...' -"■""■■

"Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es, den Prozess wesentlich sctaelle^:· zu optirüioren als die bekannten Verfahren. Es' ist "clui^ch daa errindungsgeraci.Sije Verfaar^n auch .^ev/ahrleistöt, dass dieser optimale Betrieb v/eitgehend konstant gehalten -.virä, was: bei den bekannten Verfahren nicht der . .Fall: ist. Die. VeriTendiing einer Umkehrbe Ziehung, der das

-"Maximum;.der: n-t.en Ableitung der Gütekenngrösse nach der '■'■ Zeit zugrunde liegt und nicht das MaxiLium der Gütekenngrösse selbst j gestattet tatsächlich die "darstellung einer

". Korrekturanjp^ssung, di© etwa zehnmal schneller wirksam - '.

, wird :als~-d3ie bekannten Methoden. :

;Das-beschriebene Verfahren bedient sich aufeinander— folgender Ableitungen nach der Zeit. Es ist bekannt, dass Ableitungen eines Signales: im mathematischen Sinne des Y/ortes, physikalisch inicht realisierbar sind. Es ist auch bekannt,; dass die Bestimmung der Ableitungen eines solchen-Signales aufgrund der Verstärkung der Störsignale (Rauschen der Ivlessappärate zum Beispiel) nicht wünschenswert wäre, um die Beobachtung der nutzbaren Signale nicht zu erschweren-.oder zuverhindern. Im vorliegenden-Fall würden die Veränderungen der Gütekenngrösse. nicht mehr feststellbar sein. Daher 7/erden "in der Praxis, die Ableitungen nur .angenähert. So. kann mail den Differentialc[uotie.nten durch Differentiale n-ter Ordnung der Gütekenngrösse in endlichen Zeitintervallen bestimmen.. Es handelt sich dabei um. ein diskonti- . nuierliches Verfahren, das ein Signal liefert^ das umso mehr "■ dem-- entsprechenden Differentialquotienten nahekommt, je kleiner die gevvählten-Zeitintervalle sind. Andererseits kann man auch ein kontinuierliGhes: Verfahren verwenden, das in der Technik der Analogierechnung bekannt ist. Hierbei erhält man

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ein Signal, das sich .umso mehr.dem Differentialquotienten nähert, je langsamer die Veränderungen der Gütekanngrösse des Betriebes sind.

In jedem Fall sind die Anordnungen zur Erzeugung solcher Differentialsignale an sich bekannt. Mit Hilfe solcher Anordnungen lassen sich auch die St^signale unterdrtioken. _;Die Wahl der Anordnungen hängt von den geplanten Anwendungen und.insbesindere vom Verhältnis "brauchbare Signale/Störsignale" der Gütekenngrösse des Betriebes ab.

erfindungsgemässe Verfahren wird nunmehr in Anwendung auf einan beispielsweise gewählten praktischen fall naher beschrieben und erläutert. Dabei soll es sich um eine industrielle Anlage handeln, die im wesentlichen einen Ofen darstellt, dessen Temperatur bei einer gegebenen Verbrennungsart auf ein Maximum gehalten werden soll, und zwar unabhängig von den Störungen, die besonders von der Art und Grosse und dem Material der. zu erwärmenden Gegenstände sowie von Änderungen des Heizwertes abhängen.

Als Gütekennwert einer derartigen Anlage lässt sich die Temperatur als Funktion des Verhältnisses B /B der Zufuhr an Sauerstoffträger B_m zur Zufuhr an Brennstoff B₃ darstellen, wobei als Parameter eine sekundäre Säuerstoffträgerzufuhr , gewählt ist. Beim Sauerstoffträger kann es sich beispielsweise um Luft als Brenngas handeln.

In Fig. 3 ist der Verlauf der Temperatur als Gütekennwert dargestellt. Danach hat die Kurve 131 ein Maximum A' _t das dem optimalen Betrieb in einem gegebenen Zeitpunkt t und für einen gegebenen Wert der Sekundärluftzufuhr entspricht. Die Kurve kann sich jedoch am Ende einer 2elt T in eine Kurve 131a mit dem Maximum B¹ geändert haben. Zu dieser Zeit herrscht dann ein neuer Betriebszustand, der durch das Maximum B' definiert ist. nie Änderung der Maxialwerte kann relativ langsam vor sich gehen. Die erfindungsgemässe Optimalwertregelung ist dabei so

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ausgebildet, dass sie sich genügend schnell auf die Änderungen der Maximalwerte der Gütekenngrösse einstellen kann.

Der Ofen 40 (FIs. 2) wird durch die Verbrennung eines Brennstoffes beispielsweise in Gegenwart von luft als Sauerstoff-träger erhitzt. Zur Ventilation und zum .Ausgleich der Temperatur wird Sekundärluft zugeführt, ^er Brennstoff wird über eine Leitung 4I zugeführt. Die Zugabe wird durch ein Ventil geregelt, das von aussen gt steuert .wird und von der Regelvorrichtung beeinflusst sein soll. Die Verbrennungsluft wird über eine Leitung 43 zugeführt. ¹Ue Zufuhr Wird durch ein Elektroventil 44 geregelt, das gleichfalls von der Begelvor-

" richtung gesteuert.wird. Eine Leitung 45 führt .die Sekundärluft zu, wobei ein zweites Elektroventil 46, das auch von der Bege!vorrichtung gesteuert ist, die Zugabe regelt, dieser bes.ondere Prozess, im vorliegenden i'all die Erhitzung des Ofens, wird also von zwei Variablen gesteuert, der Primärluftzufuhr und der Sekundärluftzufuhr, wobei die Zufuhren durch die Elektroventile 44 und 46 gesteuert werden. Jedes dieser Elektroventile wird von seiner eigenen Zeitkonstante beeinflusst, die durch die Trägheit der Ventile bedingt sind. "Hie Zeitkonstanten sind schematisch durch die Diagramme 44a und 46a dargestellt. Diese Zeitkonstanten werden, wie man später sehen wird, in der !Regelvorrichtung selbst kompensiert. Es braucht

k daher nicht näher hier darauf eingegangen werden. Der Ofen 40 selbst wird von seiner eigenen Zeltkonstante auf Grund seiner thermischen Trägheit beeinflusst, wie dies das Magramm 40a zeigt. Biese Zeitkonstante 'wird nicht kompensiert, und die Regelvorrichtung muss dies berücksichtigen.

Die Eege!vorrichtung, die noch beschrieben werden veird, hat die Aufgabe, in diesem speziellen Fall die Elektroventile 44 und 46 derart zu steuern,.dass die Temperatur des Ofens entsprechend der Brennstoffzufuhr stets den maximalen Wert aufweist. Das Ventil 42 wird ein für allemal eingestellt. Die Gütekenngrb'sse des Betriebes reduziert sich so auf die einzige Temperatur Θ, die von der Be gel vorrichtung auf einem -—-■—

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maximalen Betrag gehalten v/erden muss. Eine Messeinrichtung- . 47, zvB. ein elektrisches Pyrometer, dient dazu, diese Temperatur ständig zu messen und sie in ein elektrisches Signal umzusetzen, das von einer Leitung 46 v/eitergeleitet wird. Aus ■der',Tatsache, dass sich die Gütegrösse des Betriebes bei diesen als Beispiel gewählten speziellen Prozess nur auf eine direkt messbare Grosse reduziert, braucht die erste Recheneinheit 8 der Fig. 1,die -die Gütekenngrösse aus den ver-.schiedenon Ergebnisgrössen des Prozesses bestimmt und die von -mehreren Messeinheiten5 (iig».i) erhalten werden, nicht in ' Tätigkeit zu treten. Es genügt daher bei diesem Beispiel, die Ableitungen der einzigen Grosse zu bestimmen, die bereits die Gutekenngrösse des Betriebes darstellt und die am Ausgang des - Pyrometers.47. (Tig· 2) abgegeben -wird, womit eine zweite ■-.. _: Recheneinheit.49 beaufschlagt wird, die mit der Messeinheit durch die -Leitung 48 verbunden ist. Im Falle, dass ·.>.ie indusi " trielie Ofenanlage von einer einzigen Zeitkonstante _% und zwar der des Ofens, beeinflusst wird, so wird der Prozess als Prozess erster Ordnung bezeichnet und die Hege!vorrichtung wird die; erste Ableitung nach der Zeit der Gütekenngrösse des Be-? triebes maximal halten. Me Recheneinheit 49 umfasst infolgedessen ein einziges Bifferenzierglied 50, das ein Filter enthält, das aus einem Widerstand 50a und einer Kapazität 50b besteht . Me Auf gäbe des Filters ist es, das Rauschen und dergleichen Störeinflüsse zu beseitigen. Eine Leitung 51 ver- bindet die Mfferenziereinheit 4S mit der Umkehreinheit 52 ■ und führt dieser ein die erste Ableitung darstellendes . Signal zu. Mese Umkehreinheit besitzt nach einem der beiden Verstärker 53 und 54 eine Kippvorrichtung 55 und einen bistabilen Multivibrator 56, dessen beide Ausgänge mit Leitungen 57 bzw. 58 verbunden sind. Der Verstärker 53 ist ein Speicher und ist mit einem Kondensator 59 und Widerständen 60 und 61 s"07/ie mit einem Ventil 62 versehen, das durch den Kontakt 63 eines Relais 64 kurzgeschlossen werden kann. Dieser Kontakt ist geöffnet, wenn die Wicklung 66 des Relais 64 nicht erregt ist, und ist somit in der in Fig- 2 dargestellten Lage _% "Her Vors tinker 54 ist mittels der Y/iderstände 67a bis 67b ge- ■

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mass einem in der Technik der Analogrechner klassischen Schema als_; Additionseinrichtung angeordnet. Der Verstärker hat drei Eingänge: der erste, der den Widerstand 67a aufweist , ist über' eine ^Leitung 68 mit der leitung 51 verbunden, die von der zweiten Bedieneinheit 49 kommt; der z-weite, der den Widerstand 67b aufweist, ist mit dem Aus-gang des Verstärkers 53 verbunden; der dritte, der den -Widerstand ,6-7e aufweist,-ist-über die Klemme 69 mit einer " nicht' dargestellten SiDannungsquelle verbunden, die eine regelbare; negative Spannung der'Amplitude, S abgibt.

Der-Ausgang der Verstärkungs-Additionseinrichtung 54 ist einerseits mit der Basis eines Transistors, 65 und anderer- se it s mit der-; .Kippvorrichtung 55 verbunden, die z.B. ein Schmitt-Kipper¹ ist, der derart angeordnet ist, dass er auf ein Zeichen-des Signales anspricht,- das ihm von der Verstärker^Ädditionseinr„ichtung-'_54-zugeführt wird, in der .Weise, dass., dem bistabilen- Multivibrator 56- ein Signal einerkonstanten Amplitude.: zugeführt wird, das positiv ist, y/enh .der Ausgang der; Addiereinrlchtung 54 positiv ist, und negativ, wenn der; Ausgang, negativ ist. Die Verstärker 53 und 54» das »Relais" 6Φ, -der Transistor 65 und die Kippvor- x-± cht mag. -55 sind '"damit^^ derart _; zu einer Detektoreinheit geschartet, -die 'ein Ausgangssignal abgibt, v/enn das Eingangs-Signal ;ein.ivlaximum überschreitet und eine Serie von Ausgangssignalen abgibt, wenn, das Eingangssignal abnimmt.

Per bistabile Multivibrator 56 ist derart angeordnet, dass er aus einer seiner beiden stabilen lagen in die andere; kippt, wenn das: ihm. von--'der^;Kippvorrichtung 55 zugeführte Signal von einem negativen Wert auf einen positiven Wert übergeht, und dass er seln&n Zustand beibehält,- wenn dieses Signal von einem positiven Wert^ auf einen.negativen Wert übergeht. Dieser Multivibrator 56 hat zwei symmetrische Ausgänge, die beide symmetrisehe Signale erzeugen. Der eine der Ausgange ist über die Le±- tung 58 mit einer Auswahleinheit 70 verbunden, der andere über die Leitmg 57_:-init- einem Schalter^;-?1, der aus einem Transistor

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72 und einem Relais 73 besteht.

Die Basis des Transistors 72 ist .mit der Leitung 57 verbunden, .sein Emitter mit der Masse,'während sein Kollektor über die Erregerwicklung 74 des Relais 73 mit einer nicht dargestellten

. negativen Spannungsquelle verbunden ist. Wenn die Basis dieses Transistors ein positives Signal empfängt, so fliesst durch die Wicklung 74 kein Strom und das Relais 73 wird nicht erregt. Wenn die Basis ein negatives Signal empfängt, so fliesst ein Strom durch diese Yfieklung 74 und das Relais 73 wird erregt. Der bewegliche Kontakt 75 verbindet sich so mit der einen oder anderen Leitung 76 und 77, die mit der als Korrektureinheit dienenden dritten Recheneinheit 78 verbunden sind, und die jede Korrektursignale gleicher Amplitude, aber entgegengesetzten Zeichens übertragen. Der Schalter 71 spielt so die Rolle einer Vorrichtung -zur Zeichenumkehr für das durch die Korrektureinheit 78 erzeugte Korrektursignal und überträgt dieses Korrektursignal mit einem Zeichen, das die Umkehreinheit 52 aufdrückt, zur Auswahleinheit 70 über die Leitung 79.

Die Auswahleinheit 70 hat zwei Eingänge, der eine ist Über die Leitung 58 mit der Umkehreinheit 52 und der andere über die Leitung 79 mit der Korrektureinheit,78 verbunden. Die Leitung 79 endet in einem beweglichen Kontakt 80 eines Wählers, wobei die Anzahl der fes"ten Kontakte gleich ist der Anzahl der Stellgrössen» Im besonderen FaIIe des Ofens gibt es zwei Stell— grössen und somit zwei feste Kontakte; der Wähler ist tatsächlich ein Relais 81. Dieses Relais besitzt eine Wicklung 82, die einerseits mit einer nicht dargestellten negativen Spannungsquelle und andererseits mit dem Kollektor eines Transistors 83 verbunden ist, dessen Emitter mit Masse verbunden ist. Die Basis dieses Transistors bekoBimt ein Signal, das von einem bistabilen Multivibrator 84 herrührt. Dieser Multivibrator 84 ist im Aufbau mit dem Multivibrator 56 identisch, jedoch wird nur einer'seiner Ausgänge verwendet. Der Multivibrator 84 kippt wie der Multivibrator 56, wenn das dem Eingang zugeführte Signal von einem negativen '.Wert auf einen positiven Wert

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wechselt. Er verharrt in seinem Zustand, wenn das Signal von einem positiven Wert auf einen negativen Wert wechselt. Dieses Signal wird ihm über einen Schalter 85 entweder über die leitung 58 oder von einer äusseren, nicht dargestellten Quelle, deren Zweck später erkannt werden wird, und die mit der Leitung 86 verbunden ist, zugeführt.

Die Auswahleinheit 70 hat somit die Aufgabe, di^· Signale, die von der Korrektureinheit 78 kommen, auf die eine oder andere Leitung 87 und 88 aufzubringen, die sie mit den Integrations-Korrektur-Einrichtungen 89 bzw. 90 verbinden, deren Zahl gleich ^ ist der Zahl der Steuereinrichtungen. .TUeses Aufbringen auf die eine oder andere Leitung hängt von der Steuereinrichtung ab, im vorliegenden■-Fa-Il.vonden Elektroventilen 44 und 46, die diese Signale steuern sollen; die Auswahl der einen oder anderen Leitung wird durch die Auswahleinheit 70 bestimmt.

"Diese Integrations-Korrektur-Einrichtungen, deren Augabe es ist, die ankommenden Signale nach der Zeit zu integrieren und die Zeitkonstante der sie steuernden Steuereinrichtung zu kompensieren, sind bekannte Anordnungen; sie haben für jede Leitung eine analoge Konstruktion. Im vorliegenden Beispiel sind Verstärker 91 bzw. 92 vorgesehen, deren Eingangswiderstände b-Z7/. 94".mit Kapazitäten 95 bz?/. 96 parallelgeschaltet sind, um y die Zeitkonstante 44a des Elektroventils 44 bzw. die Zeitkonstante 46a des Elektroventils 46 zu kompensieren. Ein gebräuchlicher Unterbrecher 97 mit mehreren Kontakten 98a, 93b, 98c, bzw. 99a, 99b, 99c gestattet es, mit seinen Kontakten 98a bzw. 99a die Steuereinrichtung ausser Tätigkeit zu setzen, indem man die Verbindung zwischen den Widerständen 93 "bzw. 94 und dem Eingang der Verstärker 91 bzw. 92 öffnet. Dieser Unterbrecher ist derart ausgebildet, dass alle seine Kontakte gleichzeitig betätigt werden: Die Kontakte 98b, 98c, 99b_; und 99c werden geschlossen im gleichen Moment, in dem die Kontakte 98a und-99a geöffnet werden, und umgekehrt. ¹Ue Kontakte 98b und 98c gestatten es, an die Klemmen des Kondensators 100 des Verstärkers 91 eine aussere elektrische*

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Spannung anzulegen, die mit irgendeinem bekannten Mittel, z.B.· einem Potentiometer 101, variiert werden kann. In gleicher Weise gestatten die Kontakte 99b 99o, eine äussere elektrische Spannung an die Klemmen eines Kondensators 102 des Verstärkers 92 -anzulegen. Die Spannung kann z.B. mit Hilfe eines Potentiometers 103 variiert werden. Dieser gebräuchliche Unterbrecher 97ist vorgesehen, um einen beliebigen Übergang vom Betrieb mit automatischer Steuerung des Ofens (Kontakte 98a, 99a geschlossen; Kontakte 9Gb, 98c, 99b,· 99c offen) auf einen Betrieb mit manueller Steuerung (Kontakte 98a, 99a offen; Kontakte 98b, 98c, 99b, 99c geschlossen) umzustellen. Diese'manuelle Steuerung wird durch die Betätigung der Potentiometer 101 bzw. 103 ,gewährleistet· ' ■■'■

Die.Leitungen 104 bzw. 105 übertragen den Elektroventilen 44 bzw. .46 die Steuersignale, die von den Integrier-K( ""rektur-Einriclitnngen 85 bzw. 90 abgegeboh ?/erden. , . ./ .

Der Schalter 85 der Auswahleinheit 70 hat den Zweck, das Auswahlgesetz beliebig ändern zu können. Wenn sich der Schalter ' · in der in Fig. 2 dargestellten Lage befindet, wo er die Leitung : 58 an den Kreis schaltet, so ändert sich die Steuereinrichtung, die die von der Leitung 79 übertragenen Korrektursignale empfängt, zyklisch gemäss einem inneren Auswahlgesetz. Bei dem beschriebenen Beispiel besteht dieses innere Auswahlgesetz darin, dass man von einer Steuereinrichtung zur anderen übergeht, jedesmal, wenn das Relais 73 der Umkehreinheit 71 zwei Korrekturzeichen- ■ umkehrungen durchgeführt hat. Wenn sich der Schalter 85 in der anderen Stellung befindet, so sind die durch die Leitung 58 übertragenen Signale wirkungslos. Die äusseren Signale, die über Leitung 86 zugeführt werden, steuern dann die Auswahleinheit;; der Übergang von einer Steuereinrichtung zur anderen erfolgt in diesem Fall dann nach einem äusseren Auswahlgesetz, das beliebig ist und z.B. darin bestehen kann, dass dieser Übergang in konstanten ZeitIntervallen erfolgt. Die auf die Leitung 86 aufgebrachten Signale, die von einer nicht dargestellten bekannten Anordnung erzeugt werden, folgen so

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periodisch aufeinander.

Aus weiter unten angegebenen Gründen ist das Korrekturgesetz konstant, d.h., dass das Korrektursignal stets den gleichen Wert hat, nur das Zeichen ändert sich, wenn die erste Ableitung der Grütekenngrüsse des Betriebes ein Maximum überschreitet. Aus diesem Grunde ist die Korrektureinheit 78 extrem vereinfacht und hat endlich nur die Aufgabe, zwei konstante Spannungen entgegengesetzten Zeichens zu,erzeugen und die eine der Leitung 76 und die andere der Leitung 77 zuzuführen. Dies wird z.B. durch eine Verstärker-Phasenverschiebungs-Einrichtung 106 erreicht, die zwei gleiche Widerstände 107a und 107b besitzt und deren Eingang an eine nicht dargestellte konstante, ne^a-, tive Spannungsquelle angeschlossen ist. Zur Einstellung der beiden Spannungen, negativ und positiv, die auf den Leitungen 76 bzw. 77 auftreten, ist ein Pontiometer 108 vorgesehen.

Die Anordnung wirkt wie folgt:

Die Brennstoffzufuhr wird ein für allemal mit Hilfe des Ventils 42 eingestellt. Anfänglich wird die Zufuhr der Primärluft bzw. der Sekundärluft durch die Ventile 44 bzw. 46 auf einen Wert geregelt, derart, dass die Ofentemperatur einen Wert ©_ hat, der in Fig. 3 durch den Punkt A veranschaulicht ist. Diese Temperatur liegt unter der dem Maximum A der Kurve 130 ent-' sprechenden Temperatur θ . ^ie Kurve zeij't für einen gegebenen Moment und für ein xiz -gegebenen. Wert der Se lau? dar luft zufuhr den Temperaturverlauf als .'-Funktion des -Verhältnisses der Zufuhr der Primärluft zur Zufuhr des Brennstoffes, "'as llaximum ent spricht dem optimalen Betrieb des-.Ofens in diesen Moment und für den Wert der Sekundärluftzufuhr. "

Für einen /anderen 7/ert der Sekundärluft zufuhr kann der Temperatürverlauf des Ofens in Abhängigkeit vom Verhältnis "Zufuhr der Primärluft/Zufuhr des Brennstoffes" durch eine Kurve, wie 131 ,dargestellt werden, deren Maximum A^, über dem Maximum A

- m m

der Kurve 130 liegt. Eine Kurvensehar, wie 130, 131, definiert dann für einen ge./issen Moment und für eine gegebene Brennstoffzufuhr alle erreic^: baren Temperaturwerte des Ofens, wenn man ' '

■„■;.,-... 909849/0316 ^u _BAD origimal

die Zufuhr der Primärluft und der Sekundärluft beeinflusst. Der hö cha te Temperatur wert, wie er durch den Punkt A' angegeben ist, entspricht der optimalen Regelung dieser Zufuhren.

Die Kurvenschar, wie 130, 131, verschiebt sich Jedoch in Abhängigkeit von der Zeit unter dem Einfluss von verschiedenen · Störungen, z.B. der Änderung des Heizwertes des Brennstoffes, des Sauerstoffgehaltes der Primärluft, der Charge des Ofens. Es ist beispielsweise möglich, dass nach der Zeit T die Kurven sich in Kurven 130a, 131a geändert haben und dass der optimale Betrieb nun durch den Punkt B' entsprechend einer neuen Zufuhrrege lung der Primärluft und der Sekundärluft gegeben sei.

Die Aufgabe der Regeleinrichtung ist es nun, automatisch die Elektroventile 44 und 46 zu steuern, die jeweils die Zufuhr der Primärluft und der Sekundärluft regeln, um zu jedem Zeitpunkt die optimalen Betriebsbedingungen zu verwirklichen, die durch eine Reihe von Arbeitspunkten wie A', Bi₁ charakterisiert sind.

Am Anfang sei der Arbeitspunkt durch den Punkt A der Kurve 130 gegeben. Zur Erklärung der Funktion der Anordnung sei angenommen, dass man die Kurve 130 während jeder Periode, in der die Anordnung auf eine einzige und gleiche Stellgrösse einwirkt, als invariabel betrachtet. Ferner wird angenommen, dass am Anfang die. Anordnung die Zufuhr der Primärluft zu regeln beginnt, indem sie auf das Elektroventil 44 einwirkt; Das Elektroventil 46» das die Sekundärluftzufuhr regelt, wird in seiner Anfangslage gehalten. Dies bedeutet, dass der bewegliche Kontakt 80 des Relais 81 der Auswahleinheit 70 sich am Anfang in der" Ruhestellung befindet (wie dies in Mg. 2 dargestellt ist) und dass er die leitung 79 mit der leitung 87 verbindet, wodurch die dem Elektroventil 44 entsprechendeIntegrier-Korrektur-Einrichtung 89 in Tätigkeit gesetzt·wird. Das Relais 81 is~t nicht erregt, seine V/icklung 82 wird nicht gespeist, d.h., dass im Anfän^sEionent der Ausgang des Multivibrabors 84 positiv sein wird. Es v/ird weiter an^enomraen, dass am Anfang der "bistabile Multivibrator 56 sich in -.ii^.; Zu..,tana "befindet, bei dem die Lei- ■

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tung 58 positiv und die Leitung 57 negativ ist, so dass die Wicklung 74 des, Eelais 73 erregt ist und dasa sein beweglicher Kontakt 75 sich in Arbeitsstellung befindet ("-vie in Fig. 2 dargestellt), so d'as-.die Leitung 79 -lit der LdIu¹WIg 76 verbunden ist, die dia positiven Korrektursignale übermittelt.

Bei diesen Bedingungen wird der Botriob des Ofens, wie er durch den Punkt Ά (Fig. 3) gagsben ist, auf Grund der öffnungsänderung des Elektroventils 44 unter dem Einfluss eines ihm zugeführten positiven Korrekturaignales geändert. Es sei angenonnien, dass; diese Änderung einem Verschieben des Arbeitspunktes im Sinne einer Erhöhung der Temperatur 0 entspricht. /Das Pyrometer 47 zeigt diese Erhöhung an und die zvveite Bedieneinheit 49 leitet

* über die Leitung 51 ein negatives Signal, das rlie Ableitung mit geänderten Zeichen der Sütekenngrcsso des Betriebes bei • diesem Fall die Temperatur darstellt. Dieses negative Signal lädt den Kondensator 59 der umkehreinheit 52 über den Widerstand 61 und das Ventil 62 auf. Der Verstärker 53 gibt dieses Signal wieder, indem es dessen Zeichen ändert. Es wird 3ο dem Eingang ■ 67b der Additionseinrichtung 54 ein positives Signal zugeführt, das zum negativen Signal symmetrisch ist, das dem Eingang 67a über die Leitung 68 zugeführt wird. Piese beiden Signale überlagern si oh und die Additiohseinrichtung gibt ein konstantes positives Signal mit einer Amplitude, die gleich ist dem konstanten Potential der Quelle S. Der Transistor 65 ist so gasperrt, die Wicklung 66 des Relais 64 wird nicht erregt, der Kontakt 63 ist offen. PerKipper 55 führt dem bistabilen Multivibrator 56 ein positives Signal zu, wobei sich dieser in einem Zustand befindet, in dem die Leitung 57 negativ und die Leitung 58 positiv ist.

Yfewa die Ableitung der Temperatur θ des Ofens seinen Maximalwert übersohreitet, so erzeugt die zweite Bedieneinheit 49 ein im Absolutwert verkleinertes Signall Me Leitung 51 übermittelt ein weniger negatives Signal und das Ventil62 sperrt sich, was den Kondensator 59 hindert,sich zu entladen. Das auf den Widerstand 67b aufgebrachte Signal bleibt positiv und g-leich -aeine.m .Maximalwert, .wogegen das auf den Widerstand 67a

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..auge"brachte Signal negativ ist und im Absolutwert fällt. Es · findet keine Komensation mälir zwischen ihnen statt und das aus der Addition dieser Signale mit dem negativen Signal S resul-r tierende Signal vermindert sich, wird null und dann leicht negativ. In diesem Moment leitet der Transistor 65» die Wicklung 66 des Relais 64 wird erregt und der Kontakt 63 schliesst sich, wodurch das Ventil 62 kürzgeschlossen wird; das auf den Widerstand 67b auf gebrachte Potential wird aufs Neue gleich und entgegengesetzt dem durch die Leitung 68 auf den Widerstand 67a aufgebrachte Potential; der Ausgang des Verstärkers 54 wird

•wiederum positiv. Der Transistor sperrt, das Beiais 64 entregt sich, der Kontakt 63 Öffnet sich und der Vorgang beginnt von neuem, ^er Kipper 55 gibt nun einen negativen Impuls in dem Moment,, in dem der Ausgang der Additionseinrichtung 54 null wird Der bistabile Multivibrator 56, der nur auf eine Änderung seines Einganges von negativ auf positiv anspricht, kippt bei Auftreten der zweiten Impulsfront und bewirkt eine Änderung der Polarität jeder der leitungen 57 und 58. Me Änderung der Polarität der Leitung 57, die am Anfang negativ angenommen war, bewirkt eine Sperrung des Transistors 72 und eine Entregung des Relais 731 dessen beweglicher Kontakt in seine Ruhestellung geht; Die leitung 79 verbindet sich so r,:it der Leitung 77, die ein negatives Korrektursignal weitergibt. Mit anderen Worten: der kurze negative Impuls, dor vom Kipper 55 abgegeben wird, ruft eine Umkehr des Zeichens des Korrektionssignales hervor.

Durch eine entsprechende Wähl der Spannung S ist es möglich, diesen kurzen Impuls mit dem Zeitpunkt zusammenfallen zu lassen, in dem der Wert des über die Leitung 51 übertragenen Signales sich im Absolutwert zu verkleinern beginnt. Anders ausgedrückt dreht die Umkehr-Εinheit 52 dank der Detektorein— heit, bestehend aus den Verstärkern 53, 54> dem Relais 64» dem Tranaistor 65 und der Kippvorrichtung 55» das Korrektursignal ■jedesmal dann um, wenn die erste Ableitung der Temperatur ein Maximum überschreitet (natürliche Zeichenumkehrung) und jede ganze umkehrung dieses Zeichens erfolgt solange, wie diese erste Ableitung der Temperatur ibiiinmt (erzwungene Zeichenumkehrung);

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Tie Polaritätsänderung der Leitung 58 lässt den bistabilen Multivibrator. 84 ".der ■ Auswahleinheit 70' nicht kippen, wenn sie von negativ nach positiv erfolgt* Ein Kippen dieses Multivibra-¹ tors 84 erfolgt somit nach ζ ,-/el Zeichenumkehrungen des Korrektur Signa Ie s."'Es. ./urde' angenommen,- dass der An fangs zustand dieses Multivibrators derart sei, dass der Transistor 83 gesperrt ist, so. das;5 die Lage, des beweglichen Kontaktes 8C. des Relais 01, so .vie sie in Fig. 2 dargestellt ist, der-Ruhestellung, entspricht. Has Kippen des liultivibrators 84 erregt sonit dau Relais 81 und rufi so eine Verbindung der Leitung 79 mit der Leitung- 88 hervor■entsprechend der Steuerung: des. Elektroven- ' tils 4-6, das auf die z.veite Otellgrösse, der Sekundärluftzufuhr, einwirkt. Von diesem Moment an regelt die Anordnung diese zv/eite Stellgrosse in derselben Weise, wie dies für'die erste beschrieben worden ist. . . . ^:"_:

^T'er "gleiche Eegelvorgangwiederholt sich zyklisch für beide Stellgrössen, bis das ä'
des Ofens erreicht ist.

Stellgrössen, bis das absolute-Maximum·-"'Bl. .der Temperatur 0

""as von der Anordnung verwendete Auswählte set ζ besteht darin, dass von einer stellgrosse auf eine andere nach zwei- Zeichen-' umkehrungen· des-Korrektionssignales übergegangen wird. Es kann auch leicht jedes andere Aus wahlge set ζ verwendet y/erden,- indem man den bistabilen Multivibrator 84 durch andere bekannte : Schaltungen ersetzt', -z.B. durch einen JJemultiplikatör mit einer höheren Ordnmig als zwei.'In gleicher V/eiae v/tirde eine mit der Leitung 86 verbundene Uhr den Übergang von einer Stellgrosse auf eine andere nach gegebenen Zeitintervallen erlauben« In diesem SaTl würde der Schalter -85 seine zweite Stellung einnehmen, wodurch die Verbindung des Transistors 84 mit dem bi^ stabilen -Multivibrator 56 über die Leitung 58 unterbrcöhen : und die Verbindung mit der Leitung 86 hergestellt wird«

Im beschriebenen Beispie,! würde ein System erstor Ordnung- be-, trachtet. -Es ist verständlieh_# dass bei einem ,System von der Ordnung kj>1. die Einheit 4P η Ableitungakreise besitzt^ die.

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■analog-dem. Kreise 50 .und; in Kaskade geschaltet sind, um eine Ableitung der Ordnung η der. G-ütekenngrösae des Betriebes zu bilden (im allgemeinen ist η = k). T¹Ie Leitung 51 würde dann mit dem letzten der Ableitun^skreise verbunden sein derart, d'ass die Umkehreinheit den Durchgang durch ein Maximura der Ableitung der Ordnung η der Gütekenngrösse des Betriebes angibt.·

Eine Variante des'beschriebenen--Verfahrens bosteht darin, dass man auf indirekte Weise die Maxima der Ableitung n-ter Ordnung bestimmt, z.B. indem man die durchsänge der Ableitung dieser η-ten Ordnung durch KuIl auf sxiclit.-' "^riä3 . Uml:ehrgesetζ besteht in diesem Fall darin, dass man das Zeichen des Korrektursignales jedesmal umkehrt, wenn-die so erhaltene Ableitung der Ordnung n+1 null wird bei Übrjr^ang von einem positiven aufeinen negativen-.'Wert, und das Zeichen ausseriam umkehrt, solange diese Ableitung der Ordnung n+1 negativ" bleibt, durch erzwungene Änderung, d.h.'in Zeitpunkten, dia'.in einer bastimraten Frequenz f aufeinanderfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel, das diese Verfahrensvarinnte in Tätigkeit zu setzen erlaubt, ist in Fig. 4 dargestellt. Die Variante besteht darin, dass sie die Umkehreinheit 52> genauer gesagt seine Detektoreinheit, ändert. Im Fall der Ofenregelung (Prozesa ersterOrdmmg) muss die Anordnung die Ableitung zweiter Ordnung der Temperatur (G-ü.tekjnngrösse des Betriebes) bilden, so dass die Umlcehreinheit eine Ein^angsstufe umfasst, die eine Ableit- | einrichtung 140 bildet, die im Prinzip analog zun Kreis 5.0 der Fig.2 ist und durch einen Widerstand 14Oa und eine Kapazität 14Cb z-uiii Filtern der Stürungen ergänzt wird, ^iese Ableiteinrichtung beeinflusst'einen Kipper 141» z.B.'einen Schmitt'sehen j^:L_ jr, der mit dem Kipper 55 identisch ist, jedoch durch eine nic'-Li. -lar^estellte Polarisationseinrichtung ergänzt wird, derart, -laas der Kipper trotzdem ein negatives Signal abgibt, auch wenn lie vcn der Ableiteinrichtung 140 gebildete zv/eite Ableitung null ist-./.Tias vom Kipper abgegebene Signal v/ird dem Eingang eines instabilen Multivibrators 142 zugeführt, der ein negatives Signal mit konstanter ΛπΐΓ-itMde erzeugt, wenn er ein positives

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Signal bekohlt, mid das .bei Empfang eines -negativen Si ^aulas aus einer Ι·¹ alge abwechselnd positiver und negativer Impulse mit konstanter Amplitude besteht. Eine innere, nicht dargestellte Widerstands- und Kapazität as chaltung gibt der ;<re- qnenz 2f diener Impulse einen fixen, aber oinsüellb irjri Wert, was. unten näher ausgeführt wird. ^!-ieser instabilo .".Tulbivibrator beeinflusst seinerseits einon bisbubilon Multivibrator 143, der mit dem bistabilen Multivibrator 56 dor Fig;. 2 identisch ist und . v/i-j dieser nur für Änderungen der Polarität seines Einganges von negativ nach positiv 3ensibel ist. "Her Rest der Anordnung i3t unverändert und die Leitungen 57 und übermitteln dor Unkohreinheit 71 bzw. der Au3vn.hle.lnheit" 70 vom bistabilen .Multivibrator 143 abgegebene Si';nale. In dieser.. Ausführungsbeispiel umfasst die "^etektoreinhoit die Abl^iteinrichtung 14G, den K'ip-per 141 und den instabilen ".!ultivibrator ■^ia Punkti.cn der so abgeän-lerben ^TJr.u:ahreinIiei!; isi die folgende. "ΠI'j Leitung 51 überträgt ein Signal, ;^!.as proxor ;i *r;al dar ersten Ableitung der Temperatur mit geändertem Vorzeichen ist. Am Eingang des Kippers 14I erscheint so ein Signal, das der zweiten Ableitung dieser Temperatur proportional ist und das gleiche Vorzeichen wie die zv/eite Ableitung hat. iVenn diese zweite Ableitung positiv ist, so 13t der Eingang des instabilen Multivibrators 142 positiv ; dieser befindet 3ic:i in Einern Zustand, bei v/elchem er e;in negatives Signal abgibt. Ea sei angenomn,en, dass am Anfang die Leitung 57 negativ und die Leitung 58 positiv ist, v/ie im. Falle der Fig. 2. Wenn die erste Ableitung nach ?urehgangdurch ein --iIaXinuin abzunehnen beginnt, so wird die zweite Ableitung null und dann negativ. Tier Kipper ändert seinen Zustand und führt dem instabilen 1,IuIt ivi brat or 142 ein negatives Signal zu, wodurch das Kippen des bistabilen Multivibrators 143, und dank der Umkehrvorrichtung 71, die Umkehrung des Zeichens des Xorrektursignals hervorgerufen wird (nafirliehe Zeiclienumlrehrung). 7"er bistabile Multivibrator kippt bei diesen Schwingungen bei ,jeder negativen Ans toss nach Positiv, so dass die Umkehreinrichtung 7T das Zeichen des Korrektursignales periodisch umkehrt (erzwungene Zeichenumkehrung). Wenn die zweite Ableitung .viederum positiv wird,

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was -ein; Zeichen dafür ist, dass sich die erste Ableitung wieder · vergrössert und gegen ein Maximum strebt, so ändert der Kipper 141 von neuem seinen Zustand und .führt wiederum'.dem. Eingang des instabilen Multivibrators 142 ein positives Signal zu. Hieaer hört auf zu schwingen und das Seichen des Korrektursignals wird nicht mehr umgekehrt; es bleibt so, wie es nach ■" ■ · der letzten Umkehr war, soweit die zweite Ableitung nicht erneut nach einem "^urehgaiig durch ein Maximum wieder abzunehmen . beginnt.

"er instabile Multivibrator 142 ist derart angeordnet, dass, wenn "sein Eingang negativ ist, er eine Folge abwechselnd positiver und negativer Impulse einer vorbestimmten Frequenz 2f_Q abgibt". 'J! is se. Massnahme ist- getroffen,- um eine erzwungene ZeI- ™ clieiramkehr des Korrektur signals solange durchzuführen, als die κ weite -AbIeXtVOl₀' negativ bleibt. Ή Ie s kann in Gegenwart von ■ Störungen, erfolgen,." die den .Funkt ions punk t von seinem optimalen Viert KU Verscliiebsn trachten; ^T'ie"se Massnahme gewährleistet nun in allem Fällen eine Rückkehr zu den optimalen Regelungs.bedingungen.-Sie gestattet' z.B. den Übergang vom Funktionspunkt A' zum Fuhkti ons punkt B,'. (Fig. 5) in dem Fall, wo die Kurven 130, 131 unter der Wirkung der Störungen geändert werden,, um' Kurven 13Oa, 131a zu ergeben. Mit anderen Worten gewährleistet diese Anordnung die Stabilität des Betriebes der aus dem Ofen und der Regelvorrichtung gebildeten Einrichtung. '"' " :. ::'■■; ■■■:;■ .. . ■ '■.■■■ ^; :■ ι

Die Frequenz' der erzwungenen Änderungen soll für jeden.Fall gesondert auf einen Wert'geregelt sein, der niedrig genug ist, damit die. Folge einer'Zeichenanderung des Korrektur signals Zeit hat, das von der Able it einrichtung 140 erzeugte Signal zu '- _ , ■ändern, und auf einen-Wert geregelt sein, der genügend hoch ist, lim schnell den "Einfluss der Störungen zu korrigieren. '

beschriebene Beispiel betrifft eins Einrichtung erster Ordnung, d.h., sie. hat eine einzige bedeutende Zeitfconstante, In diesem Fall die ther-KilEf-che Trägheit des Ofens. Daö Änderungs— ieüötz des Zeichens des- Korrektursignals basiert auf dem Purch-

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gang, durch Hull von "Positiven zum Negativen der-zweiten Ableitung nach der Zeit der■Gütekcrnngrösse de.3 Betriebes, in diesem Fall, die Temperatur des Ofens, ni.t einer gezwungenen Umkehr ■ ' bei einer vorbestimmten Frequenz/f , solange die zweite Ableitung negativ bleibt.

Im Fall einer komplizierten Anlage einer Ordnung k^>1, die somit mehrere bedeutende Zeitkonstanten hat, ist dao Anderungs-gesetz das gleiche, basiert jedoch auf dem Nulldurchgang der Ableitung der Ordnung η + 1, und zwar von positiv auf negativ.

Wenn. man.-die indirekte-Bestimmung des Maximums der Ab leitung der Ordnung η verwendet j so ist es vorteilhaft, ein Körrekturr· P signal aufzubringen, das, anstatt konstant zu bleiben, variabel ist. Man hat überdies zur Bildung des Korrektursignals, das vom Wert der Gütekenngrösse des Betriebes und von seinen Ableitungen abhängt, deren Ordnung unter oder gleich η + 1 ist, und zwar jedem gewünschten mathematischen Gesetz folgend, jeden Spielraum. Es genügt, dass die Korrektureinheit derart ausgebildet ist, dass sie durch irgendwelche bekannte Mittel ein diesem mathematischen Gesetz entsprechendes Signal abgibt.

Wenn man z.B.. wünscht, dass das Korrektursignal eine Form aufweist, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, in welcher die Amplitude des Korrektursignals auf der Ordinate und der Wert" der zweiton Ableitung der Temperatur auf der Abszisse aufgetragen: ist, so kann die dritte Bedieneinheit gemäss der in'der Pig. 6 dargestellten Schaltung ausgebildet sein. Eine Leitung 144 überträgt das die zweite.Ableitung darstellende Signal zu-einem phasenverschiebenden Verstärleer.145, der mit Ventilen 146 und 147 versehen ist..Der Verstärker gibt ein Signal ab, das den absoluten Wert dieser zweiten Ableitung rep^saelilti^irf,'Έίή^τ.Unterbrecher 148, dessen Zweck später beschrieben werden wird, überträgt in geschlpsse^ner Lage dieses Signal zu einer Additions- und Begrenzuögsstufe 152--,-'und ..zwar über einen Potentiometer '149, das mit dem negativen Pol einer nicht dargestellten Spannungsf[iio]..le verbunden ist, ein Ventil 150

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und ein mit Masse verbundenes "Potentiometer 151. "^iese Additions- und Begrenzungsvorrichtimg umfasst eine variable Spannung quelle, z.B. ein Potentiometer 15'i, das mit dem negativen Pol einer nicht dargestellten Spannunggquelle verbunden ist, und ein Ventil 154. Sie empfängt ausserdem über einen Widerstand 155 ein zusätzliches positives Signal, · "dessen Amplitude eingestellt werden kann, z.B. mit Hilfe eines Potentiometers 156, das an den positiven Pol einer nicht dargestellten Spannungsqueile abgeschlossen ist. Pieses zusätzliche Signal überlagert sich nun dem Signal, das vom Unterbrecher kommt. /nieses beginnt nur dann auf die Addiervorrichtung 152 zu wirken, wenn sein Wert größer ist als die durch das Potentiometer 149 abgegebene Spannung; man erhält so am Ausgang der a Additionsvorrichtung 152 ein Signal, dessen Form in Fig. 5 dargestellt ist» Tüeses Signal vvird ohne weitere Änderung der¹· Leitung 77 zugeführt, der Leitung 76 erst, nachdem ein phasenverschiebender Verstärker 157 das Zeichen geändert hat» Man hat so auf jeder Leitung 77und 76 zwei Korrektursignale mit identischen Absolut .-/er ten, aber ent.ir'ijgenges taten Zeichen.

■Ivlan erkennt, dass die Stufe 145 den Abaolutv/ert der zweiten Ableitung liefert, das PotenGiomet'ir 156 dem eine Spannung Ic₁ zufügt, die Sttife 152 ein Signal bildet, das .-ro^ortional dem Absolutwert, ist, v/enn dieser grosser ist als die Spannung k_?, die ■ mit to Is das Pontiometars 149 regelbar ist, und dieses -Signal bei'einem !,laxiEial^ert K begrenzt, der cit Hilfe des Poten- f kioiCö ters 155 einstellbar ist. ^er PrOportionalitätskoeffizient zv'/irfchen dem Absolutwert der zweiten Ableitung und dem Ausgang der Additionsvorrichtung 152 ist mit Hilfe des Potentiometers 151 - regelbar.. "

"¹Sr Unterbrecher 148 unterv/irft, '.-721111 geöffnet, die Arldiervorrichtung der Beeinflussung der z./eitan Ableitung der Temperatur, und da3 Korrektursignal hat dann aine konstante Amplitude k^, die kleiner oder gleich K ist. Dieser Unterbrecher gestattüt es somit, dasa die Anordnung beliebig nach einem Eorrekturgesetz gemäss dsr Mg, 5 oder nach einem konstanten

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Kor-rekturgeset-z virksas: ist.

Es ist. selbstverständlich., und die Erfindung berücksichtigt es auch, dass jedes andere Betätigungsgesetz ebenfalls verwendet \verden kann. V.'enn dieses 3esetz die Ableitung der ersten Ordnung.-verwendet, so muss mar.-mit "Hilfe ein-jr Hilfsleitung die Einheit 7-'- mit der Leitung 51 verbinden. . - .. ·

Kurz zusamtengefasst, enn-'iglicht die Anordnung die Regelung .des Ofens, inder.i sukzessive die Brannmit^ölzufuhr und die Sekundärluft zufuhr geändert v/ird". -ⁿiese 'ArAerungen werden durch ein Korrektursignal bestirnt, dessen,Zeichen umgekehrt ;/ird, wenn die erste Ableitung der Temperatur durch ein rdaximun: läuft, "las Maximum der ersten Ableitung v/ird entweder direkt odor indirekt aufgesucht, z.B. durch der. i'Iulldurchgang der zv/eiten Ableitung,. Im letztenren Pail wird ein Zeichen des Korrektursignales ausssrdem noch durch eine erzy/ungene." tlmlcehr gewechselt, gelange die zweite Ableitung negativ bleibt, "'as Kcrrektursi-';nal kann von "Isr Temperatur -'und- ihren Ableitungen abhanden, bis' einsc.hliessl'ieh. zur Ordnung zv/ei, gerrüss einor ces timirten Leziehung, Schliesslich .vird die Fol/ye, gemäsa .,/sicher :^r:i-.n von der Beeinflussung· der Bronnr.it te !zufuhr auf die Beeinflussung der Sekundär luftzufuhr "Itbfirgeht, entweder durch eine gegebene Zahl der Ze i chen umkehr'.rasen des Korrektursignale-s oder durch eine ".be-3ti;fi;rrte Beeinflu3 3ungsdaüer auf jede- der Stellgrosson bestirbt, ^lesa Art der Begelung gestattet es, den Ofen sehr schnell auf seine optimale G-ütekenngrössa zu bringen vjid diese Optir.ialgrosse viel genauer aufrecLt zu halten als die bekannten Verfahren, und zwar auf Grund der Tatsache, dass sie nicht durch die Zeitkonatante des Ofens in seiner 'Steuerges"chv/indigkeit beschränkt ist.

BAD

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Claims

Γ a t e η t a η s ρ r ü c h e

1. Verfahren zur IUiokwiii'tsop fciuiierung eines Prozesses, beispielsweise einer iiicluö trieileii Anlage, deren optimaler Betrieb durch eine (JUteke.nngrHsse definiert ist, die von mehreren messbaren Ergebnisgrössen des Prozesses abhängt, die durch mehrere Stel !^rossen bestimmt sind, die unabhängig 'voneinander verändert werden können, dadurch gekennzeichnet, dass man, ausgehend von gemessenen Ergebnisgrös— sen, die Gütekenngrö'sse des Betriebes und der aufeinanderfolgenden Ableitungen der Crütekenngrösse nach der Zeit bis zur Ordnung η bestimmt, und dass man jede der StelJgrÖssen sukzessive und zyklisch nach bestimmten Auswahlkriterien variiert, und zwar mit einer Geschwindigkeit, deren Grosse durch ein«) gegebene Verstellbeziehung bestimmt ist, und dass man nach einer gegebenen UmkehrbeZiehung die nichtung dieser Variationsgeschwindigkelt derart umkehrt, dass die Ableitung n—ter Ordnung, maximal wird, wobei die Ordnimg η gleich der Anzahl der bedeutenden Zeitkonstaiiten ist, die auf die Anlage einwirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., dass die Urakehrbeziehung darin besteht, dass die Richtung der Variationsgeschwindigkeit umgekehrt wird, sobald die Ableitung der Ordnung η abnimmt, und dass diese Umkehr jedesmal wiederholt wird, wenn der Wert dieser Ableitung geringer wird als der Wert, den sie zum Zeitpunkt der vorangegangenen Umkehr gehabt hat,

3« Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrbeziehung darin besteht, dass die Richtung der Varl-

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■- ' '■■ . ■ '■ - ' ■'■ ' BAD 0RK3!r-JAL

ationsgeschwindigkeit jedesmal geändert wird, wenn die Al)-
^: leitung der Ordnung η + 1 beim Oberbau;· von einem positivon Wert auf einen negativen Wert verschwindet, und dass diese
Umkehrungen in einer be stimm ten frequenz solange wiederholt werden, als diese Abloitun.fi der Ordnunii u + 1 negativ bleibt.

k. Verfahren nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlkriterien darin bestehen, auf eine erste Stellgrösse einzuwirken, bis eine gegebene Anzahl von Umkehrungen der
Variationsrichtung durchgeführt worden sind, worauf man auf die folgende Stellgrösse einwirkt,

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlkriterien darin bestehen, auf eine erste Stellgrösse während einer bestimmten Dauer einzuwirken, worauf man auf
die folgende Stellgrösse einwirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellbeziehung darin besteht, die Stellgrössen niitleiner
konstanten Geschwindigkeit zu variieren.

7· Verfahren nach Anspruch t_r dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellbeziehung darin besteht, die Stellgrössen mit einer Geschwindigkeit zu variieren, die dem Absolutwert der Ableitung der Ordnung η +1 proportional ist.

8. Verfahren nach den Ansprüchen i und 7» dadurch gekennzeichnet, dass man die Variationsgeschwindigkeit bei einem bestimmten Maximalwert und einem bestimmten Minimal wert begrenzt, vrenn die Ableitung der Ordnung η +1 kleiner ist als ein gegebener Wert. ..;■■■■.. ■ ■■ ■ ' *

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die mit der industriellen AnInge über Messeinheiten, die geeignet sind, Signale abzugeben, die in jedem Augenblick die gomessen.en

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'Grossen repräsentieren, und über Steuereinrichtungen, verbundeu ist, von denen jede geeignet ist, eine der Steligrössen zu verändern, dadurch ge kenn ze Lehnet, dass sie drei Recheneinheiten, eine Umkeiireinheit, eine Korrektureinheit und eine Auswahlein— heit umfasst, wobei die beiden ersten Rocheneinheiten dazu bestimmt sind, jeweils ein die Gütokenngrosse des Betriebes dar-'.. stellendes Signal und die folgenden Ableitungen nach der Zeit des letzteren bis zur Ordnung η der darstellenden Signale abzuleiten, dass die Korrektureinheit dazu bestimmt ist, nach einer gegebenen Beziehung ein die YarLationsgeschwindigkeit darstellendes Korrektursignal zu bilden, dass die Umkehreinheit derart ausgebildet ist, dass sie das Zeichen dieses Korrektursignals nach einer gegebenen Umkehrbeziehung ändert, dass die Auswahleinheit dieses Korrektursliaial mit seinem Zeichen auf den einen oder anderen einer Anzahl von getrennten Wegen weiterleitet, von denen jeder zn einer Steuereinrichtung führt, und diesen Weg jedesmal weohsel.t, wenn sie ein Auswahlsignal erhält, dass die dritte Recheneinheit durch eine Vereinigung von Integrier- und Korrektureinrichtungen gebildet ist, deren Zahl gleich ist der Anzahl der Wege, dass diese Einrichtungen dazu bestimmt sind, ein Signal zu formen, das das Integral nach der Zeit des Signales darstellt, das von der Auswahleinheit herrührt, und eine Korrektur zu bestimmen, die geeignet ist, die Zeitkonstante der entsprechenden Steuereinrichtung zu kompensieren.

10. Anordnung nach Anspruch. 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehreinheit den Augenblickswert des Signales speichert, das die Ableitung der Ordnung η darstellt, sobald dieses abnimmt, einen Impuls abzugeben, der dazu bestimmt ist, das Zeichen des Korrektursignals umzudrehen, sobald das die Ableitung darstellende Signal um einen gegebenen Betrag kleiner wird als der gespeicherte Wert, um diesen neuen Augenblickswert dieses Signales zu speichemusw.

it. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Um-

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kehreinheit einen Impuls abgibt, der das Zeichen des Korrc;Ictursignales umkehrt, sobald das die Ableitung der Ordnung η + 1 darstellende Signal beim Übergans von einem positiven auf einen negativen Wert Null wird, und dieso Impulse in einer bestimmten Frequenz so lange zu wiederholen, als das die Ableitung der Ordnung η + 1 darstellende Signal negativ bleibt.

12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehreinheit mit der Auswahleinheit über eine Leitung verbunden ist, die der letzteren jedesmal ein von der ümkehreinheit erzeugtes Auswahlsignal übermittelt, wenn das Korrektursignal eine gegebene Anzahl von Zeichenanderungen durchgeführt hat.

13. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfseinheit vorgesehen ist, um der Auswahleinheit jedesmal ein Auswahlsignal zu übermitteln, wenn ein gegebenes Zeitintervall verstrichen ist.

14. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit ein positives und ein negatives Korrektursignal bildet, die beide den gleichen Absolutwert haben, und sie auf zwei Eingangsklemmen der Umkehreinrichtung aufbringt, deren Ausgangsklemme mit der Auswahleinheit verbunden ist, wobei die Umkehrung durch die Ümkehreinheit gesteuert ist.

15· Anordnung nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit ein Korrektursignal formt, dessen Amplitude proportional dem Absolutwert des die Ableitung der Ordnung η + 1 darstellenden Signales ist, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um diese Amplitude auf einen bestimmten Maximalwert und auf einen bestimmten Minimalwert zu begrenzen, wenn das die Ableitung der Ordnung η + 1 darstellende Signal kleiner ist als ein gegebener Wert.

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