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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Steuern des pneumatischen Systems, das
einem Gaschromatographen zugeordnet ist. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf ein Verfahren zum Charakterisieren der physikalischen Parameter
des pneumatischen Systems und zum Verwenden dieser Informationen
in Echtzeit, um die Steuerungsparameter zu modifizieren, wodurch
der Bereich des stabilen Betriebs eines pneumatischen Steuerungssystems
mit geschlossener Rückkopplungsschleife
vergrößert wird.
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In der analytischen Chemie wurden
die Techniken der Flüssigchromatographie
(LC = Liquid Chromatography) und der Gaschromatographie (GC) wichtige
Werkzeuge beim Identifizieren von Bestandteilen chemischer Proben.
Das Grundprinzip, das allen chromatographischen Techniken zugrunde
liegt, ist die Trennung einer chemischen Probenmischung in einzelne
Bestandteile, indem die Mischung in einem Trägerfluid durch ein poröses, retentives
Medium transportiert wird. Das Trägerfluid wird als die mobile
Phase bezeichnet, während
das retentive Medium als die feste Phase bezeichnet wird. Der Hauptunterschied
zwischen der Flüssig-
und der Gaschromatographie besteht darin, daß die mobile Phase entweder
eine Flüssigkeit
oder ein Gas ist.
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In einer GC-Vorrichtung wird typischerweise ein
inertes Trägergas
durch eine temperaturgesteuerte Säule geleitet, welche eine feste
Phase in der Form eines porösen,
sorptiven Mediums enthält.
Die Gaschromatographie-Säulen
weisen bekannterweise eine hohle Kapillarröhre auf, welche einen Innendurchmesser
in dem Bereich von wenigen hundert Mikrometern aufweist, der mit
der festen Phase beschichtet ist. Eine Probe der interessierenden
Mischung wird durch einen Ein laß in
den Trägergasstrom
injiziert und durch die Säule
geleitet. Während die
interessierende Mischung durch die Säule geleitet wird, trennt sie
sich in ihre verschiedenen Bestandteile. Die Trennung geschieht
hauptsächlich aufgrund
von Unterschieden des Partialdrucks jedes Probenbestandteils in
der festen Phase im Gegensatz zu der beweglichen Phase. Diese Unterschiede sind
eine Funktion der Temperatur in der Säule. Ein Detektor, der an dem
Auslaßende
der Säule
positioniert ist, erfaßt
jeden der getrennten Bestandteile, die in dem Trägerfluid enthalten sind, während sie
die Säule
verlassen.
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Einlaßdruck- und Fluß-Einstellungspunkte für eine chromatographische
Analyse, welche elektronisch durch eine pneumatische Steuerung mit
geschlossener Regelungsschleife gesteuert wird, bieten eine erhöhte Genauigkeit
und Einfachheit bei der Verwendung, da ein großer dynamischer Bereich der Verwendung
hinsichtlich von Druck/Fluß-Kombinationen
existiert. Dieser große
dynamische Bereich der Anwendungen hat eine wesentliche Auswirkung
auf die natürliche
Antwort des pneumatischen Systems bezüglich Veränderungen in dem Antrieb des
elektronischen Ventils, das von der elektronischen Steuerung verwendet
wird, um Einlaß-Drücke oder
-Flüsse zu
verändern.
Die pneumatische Antwort (Druck oder Fluß) auf eine Veränderung
im Ventilantrieb kann als eine Übertragungsfunktion
betrachtet werden. Diese Antwort ist eine Funktion der Frequenz
und wird als "Frequenzantwort" desselben bezeichnet.
Zusätzlich zu
Druck und Fluß haben
andere Variablen in dem Einlaß ebenfalls
bedeutsame Auswirkungen auf die Frequenzantwort des Einlaß-Pneumatiksystems, welche
hinsichtlich Gewinn und Bandbreite beschrieben wird. Diese Variablen
umfassen einen Tankdruck (welcher hauptsächlich den Gewinn beeinflußt), den Gastyp
(welcher Gewinn und Bandbreite beeinflußt), den Einlagetyp und die
Packung (welche Gewinn und Bandbreite beeinflussen), die Anwesenheit
und der Typ der chemischen Fangstelle in der Aufspaltungsleitung
(beeinflußt
Gewinn und Bandbreite) und der "Flußgewinn" des Proportionalventils
(welches hauptsächlich
den Gewinn beeinflußt).
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Dieser große dynamische Bereich und viele unabhängige Variablen
stellen ein Problem für
den Entwickler dar, der für
die Druck- und Flußsteuerungen
des Einlasses Proportional-Integral-Differential-Kompensationsschleifen
(PID-Kompensationsschleifen) entwickelt. Wenn die PID-Koeffizienten hinsichtlich
der Stabilität
für die
schlechtesten Bedingungen optimiert werden, ist das Verhalten für Kunden
langsam, welche den Einlaß nicht
unter diesen schlechtesten Bedingungen verwenden. Das Abstimmen
der PID-Schleifen, um den Einlaß für die "typischen Fälle" zu steuern, kann
in einem instabilen Betrieb für
Analysen resultieren, die an den Rändern des "Benutzerraums" durchgeführt werden, oder bei denen
die Gastypen, die Einlagetypen, die chemischen Fangstellen usw.,
die von dem Kunden gewählt
werden, in den schlechtesten Bedingungen hinsichtlich der Stabilität resultieren.
Sowie die Einlaßkonfiguration
durch den Benutzer verändert
wird, kann die Drucksteuerung des Einlasses anfangen zu schwingen.
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Für
jedes pneumatische System gilt, daß, wenn der Fluß erhöht wird,
der "Gewinn" des Einlasses ansteigt,
und daß,
während
der Druck des Einlasses erhöht
wird, die "Bandbreite" des Einlasses ansteigt.
Diese beiden Ausdrücke
beeinflussen bedeutsam die Steuerungskoeffizienten für die elektronische
Steuerungsschleife des pneumatischen Einlaßsystems. Wenn der Gewinn der
PID-Steuerung beispielsweise zu groß ist, können die Einlaßflüsse aufgrund
eines zu hohen Gesamtgewinns bei hohen Einlaßflüssen (d.h. hohen "Gewinn"-Bedingungen) schwingen. Dementsprechend
könnte
die Drucksteuerungsschleife aufgrund einer zu großen Phasenverschiebung
in dem System schwingen, wenn die PID-Kompensation für den Fall
eines hohen Drucks korrekt "abgestimmt" ist, und der Druckeinstellungspunkt
in einen niederen Druck (d.h. "Bandbreite"-Bedingungen) verändert wird.
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1 zeigt
ein Funktions-Blockdiagramm der pneumatischen Systemlösung, die
von Fisons vorgeschlagen wurde. Der Einlaß weist lediglich eine elektronische
Steuerungsschleife, ent weder Druck oder Fluß, und einen mechanischen Druckregler über eine
von zwei Begrenzungsvorrichtungen (R1, R2) zum Steuern des Aufspaltungsentlüftungsflusses auf.
Jede Komponente verkleinert nicht nur den für den Benutzer verfügbaren Raum,
sondern fügt
eine Variable zu der Übertragungsfunktion
hinzu, was die Stabilität
der einzelnen elektronischen Steuerungsschleife beeinflussen kann.
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Eine andere Technik zum elektronischen Steuern
ist in 2 gezeigt, in
der ein Funktions-Blockdiagramm des Shimadzu 17A gezeigt
ist, welcher ein Gaschromatograph mit einem Aufspaltungs-/Aufspaltungslos-Einlaß ist und
von Shimadzu hergestellt wird. Eine Massenflußsteuerung ist an dem Eingang
mit dem Einlaß verbunden,
wobei ein Gegendruckregler an dem Ausgang des Einlasses angeschlossen
ist. Ein Puffer und eine gepackte Röhrenvorrichtung sind in diesem
System enthalten. Obwohl die Steuerungsschleifen programmierbar sind,
reduziert das Hinzufügen
des Puffers und der gepackten Röhrenvorrichtung
die Bandbreite und erhöht
dadurch die Ansprechzeit des Einlasses auf Einstellungspunktänderungen
oder auf eine Störungssperre
(wie z.B. den Druck-"Puls", der während der Verdampfung
des injizierten Lösungsmittels
auftritt).
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P. Magni, u.a. beschreiben in dem
Artikel "Automatic
Carrier Gas Control with Self Calibrating Capabilities" in Sixteenth International
Symposium on Capillary Chromatography, Vol. I, 27–30 September
1994, Seiten 158 bis 162 ein elektronisches System (DPFC = digital
pressure/flow control = digitale Druck/Flußsteuerung) für die kapillare
Gaschromatographie, das ein präzise
und genaue Steuerung von Trägergasdruck
und Flußrate
ermöglicht
und in einem konstanten oder programmierten Modus während eines
chromatographischen Durchlauf arbeitet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um
den stabilen Bereich der Steuerung des pneumatischen Systems, das
einem Gaschromatographen zugeordnet ist, zu vergrößern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
gemäß Anspruch
1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
7 gelöst.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, das pneumatische System eines Gaschromatographen
als eine Übertragungsfunktion
zu charakterisieren, bei der alle Variablen hinsichtlich entweder
des Drucks oder des Flusses beschrieben sind.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, daß diese – Übertragungsfunktion
zum Ändern der
elektronischen Steuerung des pneumatischen Systems verwendet wird,
um die Stabilität
des Systems und die Ansprechzeit auf Einstellungspunktveränderungen
in einem breiten Bereich von Benutzer-Druck- und -Fluß-Einstellungspunkten
zu verbessern.
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Ein pneumatisches System, das elektronische
Ventile und Sensoren enthält,
kann als eine "schwarze
Kiste" oder als
sog. "Black Box" betrachtet werden,
bei der die Eingabe eine Spannung, die dem elektronischen Ventil
zugeführt
wird, und die Ausgabe die Ausgabe des elektronischen Druck- oder
Flußsensors
ist. Das Verhältnis
der Ausgabe zu der Eingabe dieser "Black Box" wird allgemein als die Übertragungsfunktion
derselben bezeichnet. Übertragungsfunktionen
der meisten physikalischen Systeme sind frequenzabhängig (d.h.
das Verhältnis
der Ausgabe zu der Eingabe verändert
sich als Funktion der Eingabefrequenz). Die Frequenzantwort des pneumatischen
Systems, das verwendet wird, um einen Gaschromatographen zu steuern,
kann bestimmt werden, indem ein direktes Meßverfahren mit einer geschlossenen
Regelungsschleife verwendet wird. Die Frequenzantwort kann verwendet
werden, um die Systemstabilität
eines linearen, zeitinvarianten Systems zu bestimmen, wenn ein Eingangssignal angelegt
wird. Eine Sinuswelle mit gewobbelter Frequenz wird an den Eingang
einer Steuerung mit geschlossener Regelungsschleife angelegt. Sowohl
die Spannung, die dem elektronischen Ventil (d.h. dem Eingang der
pneumatischen "Black
Box") zugeführt wird,
als auch die Ausgabe des Druck- oder Flußsensors (d.h. des Ausgangs
der pneumatischen "Black Box") werden gemessen.
Indem das Ausgabesignal durch das Eingabesignal geteilt wird, kann
die Frequenzantwort, die als eine Übertragungsfunktion beschrieben
ist, berechnet werden. Sowohl die Betrags- als auch die Phasen-Informationen
können
für die
Frequenzantwort erzeugt werden.
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Die Frequenzantwort wird für einen
Bereich von Benutzerwählbaren
Druck- und Fluß-Einstellungen
und eine Serie von Hardware-Betriebsparametern bestimmt. Die Betrags-
und Phasen-Diagramme werden für
jede Kombination bestimmt. Diese Diagramme beschreiben, wenn sie
kombiniert werden, die Gesamtfrequenzantwort der pneumatischen "Black Box". Die Gesamtfrequenzantwort
kann in einer Tabelle von Frequenz-Kardinalpunkten als Funktion
der Hardware-Betriebsparameter, des Flusses und des Drucks verwendet
werden. Da der Gewinn und die Phase der Frequenzantwort von den
Fluß- und
Druckeinstellungspunkten abhängt,
wurden diese Parameter als Eingabe für die Übertragungsfunktion gewählt. Eine
Kompensationstabelle, in der jede Variable als Funktion des Flusses
und Drucks beschrieben ist, wird verwendet, um die Steuerung des Systems
zu verändern,
um den Betriebsbereich zu erhöhen.
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Die PID-Steuerung wählt einen
Gewinnkorrektur-Multiplikator aus der Kompensationstabelle aus,
um denselben auf die Gesamtausgabe der Steuerungsausdrücke anzuwenden.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Frequenzantwort hinsichtlich des Flusses beschrieben, da
der Gewinn des Systems am meisten von dieser Variable abhängt. Die resultierenden
Steuerungsfehlerberechnungen werden dann mit dem Gewinnkorrektur-Multiplikator
multipliziert, welcher verwendet wird, um die Auswirkung des Flußeinstellungspunktes
auf das pneumatische System anzupassen. Wenn der Fluß beispielsweise auf
einen niedrigen Wert eingestellt wird (wo der Gewinn des pneumatischen
Systems sehr niedrig ist), wird die PID-Steuerung einen großen Multiplikatorterm
erzeugen, derart, daß die
Steuerungsausgabe für
die Systeme mit niedrigerem Gewinn größer ist (dies hält den Gesamtgewinn
der Steuerungsschleife stabil).
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Sowohl die Druck- als auch die Flußsteuerung
für das
pneumatische System verwenden während
jeder PID-Berechnung das obige Verfahren zur Charakterisierung.
Zusätzlich
korrigiert die Drucksteuerung ebenfalls die PID-Koeffizienten, um
Veränderungen
in der Bandbreite zu berücksichtigen,
während
der Druckeinstellungspunkt variiert wird. Das dynamische Einstellen
der PID-Koeffizienten als Funktion der Druck- und Flußeinstellungspunkte
liefert optimale PID-Koeffizienten über einem breiten Bereich von
Benutzereinstellungspunkten. D.h., daß der Benutzer gemäß seiner Übertragungsfunktion das
pneumatische System optimaler steuern kann, indem er die gewünschten
Druck- und Flußwerte spezifiziert.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Funktions-Blockdiagramm eines pneumatischen Systems gemäß dem Stand
der Technik.
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2 ein
Funktions-Blockdiagramm eines Teils eines Gaschromatographen gemäß dem Stand der
Technik.
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3A Funktions-Blockdiagramme
für ein pneumatisches
Syund 3B stem, das verwendet
wird, um den Einlaß eines
Gaschromatographen zu lenken.
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3A den
Aufspaltungs-Betriebsmodus des pneumatischen Systems.
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3B den
Aufspaltungslos-Injektionsbetrieb des pneumatischen Systems.
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4 das
direkte Verfahren mit geschlossener Regelungsschleife, wie es für die pneumatischen Systeme,
die in den 3A und 3B gezeigt sind, verwendet
wird.
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5 ein
Blockdiagramm eines pneumatischen Aufspaltungs-/Aufspaltungslos-Systems
eines Gaschromatographen, welcher die Charakteristika des pneumatischen
Systems verwendet, um eine stabilere pneumatische Steuerung in einem
ausgedehnten Bereich von Benutzereinstellungspunkten zu schaffen.
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6 ein
Ausführungsbeispiel
eines Blockdiagramms für die
Steuerung 26, die in 5 gezeigt ist.
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7 ein
Verfahrens-Flußdiagramm,
das durch die Steuerung, die in 5 gezeigt
ist, implementiert ist.
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Die 3A und 3B zeigen ein Funktions-Blockdiagramm
für ein
pneumatisches System, das verwendet wird, um einen Gaschromatographen zu
lenken. 3A zeigt den
Aufspaltungs-Betriebsmodus
des pneumatischen Systems 10, wobei ein erstes Proportionalventil 12 als
eine Massenflußsteuerung
für den
gesamten Einlaßfluß, der durch
einen Flußsensor 14 gemessen
wird, wirkt. Ein zweites Proportionalventil 16 verhält sich
als ein Gegendruckregler, indem es den Einlaßdruck steuert, der durch einen
Drucksensor 18 gemessen wird. Ein "Black Box"-Regler 20 steuert den Septum-Reinigungsfluß. Dies
ist die Aufspaltungs-Konfiguration, die mit dem Aufspaltungs-/Auf
spaltungslos-Einlaß verwendet
wird.
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3B zeigt
den Aufspaltungslos-Injektionsbetrieb des pneumatischen Systems 10,
wobei das erste Proportionalventil 12 den Druck steuert,
der durch den Drucksensor 18 gemessen wird. Ein Ventil 22 ist
ein An/Aus-Ventil, welches ausgeschaltet ist, derart, daß kein Fluß aus der
Aufspaltungsentlüftung auftritt.
Das zweite Proportionalventil 16 wird bei einem nominalen
Wert eingeschaltet, derart, daß kein Gegendruck
auf das Ventil 22 existiert. Der Flußsensor 14 mißt den Gesamtfluß, er steuert
jedoch nicht das erste Proportionalventil 12. In dieser
Konfiguration ist der Gesamtfluß in
den Einlaß hinein
der Säulen-Fluß und der
Septum-Reinigungsfluß.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das verwendet wird, um die Frequenzantwort des
pneumatischen Systems 10, das in den 3A und 3B gezeigt
ist, zu charakterisieren. Das pneumatische System 10 wird bei
verschiedenen Punkten getestet, indem das direkte Verfahren mit
geschlossener Regelungsschleife mit einem dynamischen Signalanalysator
verwendet wird, um eine Frequenzantwort des Systems bei offener
Re gelungsschleife abzuleiten. Das direkte Verfahren mit geschlossener
Regelungsschleife wird verwendet, um eine Frequenzantwort eines
zeitinvarianten, linearen Systems zu beschreiben, und um die Systemstabilität für ein beliebiges
Eingangssignal vorherzusagen.
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Ein dynamischer Signalanalysator
legt eine Sinuswelle mit gewobbelter Frequenz an den Eingang einer
Steuerung mit geschlossener Regelungsschleife. Ein Steuerungssystemanalysator überwacht sowohl
die Spannung, die an das elektronische Ventil (der Eingang des pneumatischen
Systems) angelegt wird, als auch die Ausgabe des Druck- oder Flußsensors
(der Ausgang des pneumatischen Systems). Indem das Ausgangssignal
durch das Eingangssignal geteilt wird, kann die Frequenzantwort,
die als eine Übertragungsfunktion
beschrieben ist, für
das pneumatische System berechnet werden. Sowohl die Betrags- als
auch Phaseninformationen werden für die Frequenzantwort erzeugt.
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Die Frequenzantwort wird für den Bereich von
Benutzerwählbaren
Druck- und Flußeinstellungen
und eine Serie von Hardware-Betriebsparametern bewertet, wie z.B.
mit oder ohne chemische Fangstelle, drei Arten von Einlaßeinlagen,
eine saubere gegenüber
einer verschmutzen chemischen Fangstelle, die Säulenlänge, der Säulendurchmesser und der Gastyp.
Die Betrags- und Phasendiagramme werden für jede Kombination bestimmt.
Die Diagramme beschreiben die Gesamtfrequenzantwort des pneumatischen
Systems, wenn sie kombiniert werden.
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Die Gesamtfrequenzantwort kann in
einer Tabelle von Frequenz-Kardinalpunkten als Funktion des Gastyps,
des Einlagentyps, der Säulenlänge und des
Säulendurchmessers,
des Flusses und des Drucks verwendet werden. Da der Gewinn und die Amplitude
der Frequenzantwort von den Fluß-
und Druckeinstellungen abhängt,
werden diese Parameter als wählbare
Eingaben für
die nichtlineare Charakterisierung verwendet. Eine Kompensationstabelle,
in der jede Variable als Funktion von Fluß oder Druck beschrieben wird,
wird verwendet, um das System zu steuern.
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Die PID-Steuerung verwendet die Kompensationstabelle,
um auf einen Gewinnkorrektur-Muliplikator zuzugreifen, der auf die
Gesamtausgabe der Steuerungsausdrücke angewendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird der Eingabezeiger in diese Tabelle als ein Flußwert beschrieben,
da der Gewinn des Systems am meisten von dieser Variable abhängt. Die
resultierenden Steuerungsfehlerberechnungen werden dann mit dem
Gewinn-Korrekturmultiplikator multipliziert, welcher verwendet wird,
um den Gewinn der Steuerung einzustellen, um den Schleifengewinn
des pneumatischen Systems von dem Fluß-Einstellungspunkt des Gaschromatographen
unabhängig
zu machen. Wenn der Fluß beispielsweise
auf einen niederen Wert eingestellt wird (wo der Gewinn des pneumatischen
Systems sehr niedrig ist), wird das Zugreifen auf die Tabelle einen großen Multiplikatorausdruck
erzeugen, derart, daß die
Steuerungsausgabe für
die Systeme mit kleinerem Gewinn größer ist (dies hält den Gesamtgewinn der
Steuerungsschleife stabil).
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Für
jede Steuerungsschleife (z.B. Druck oder Fluß) werden vier Werte für die PID-Steuerungsschleifen
spezifiziert. Die ersten drei Ausdrücke sind der Proportional-,
der Integral- und
der Differentialkoeffizient, während
der letzte ein nichtlinearer Koeffizient ist. Dieser letzte Ausdruck
wird verwendet, um entweder auf eine Gewinntabelle zuzugreifen oder derselbe
geht direkt in eine Berechnung ein, um eine PID-Änderung zu bestimmen.
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Die Drucksteuerungs-PID-Ausdrücke werden
sowohl für
Gewinnals auch für
Bandbreite-Auswirkungen verändert,
während
die Flußsteuerungs-PID-Ausdrücke nur
für Gewinnauswirkungen verändert werden.
Ein nichtlinearer Gewinnkompensationsausdruck wird verwendet, um
auf die Gewinntabelle zuzugreifen. Dieser Ausdruck verringert den Gewinn
der P-, I- und D-Ausdrücke
für sowohl
die Druck- als auch die Fluß-PID-Steuerung,
während der
Gesamteinlaßfluß ansteigt.
Ein linearer Band breite-Kompensationsausdruck wird verwendet, um entweder
den I-Ausdruck zu erhöhen,
während
der D-Ausdruck verringert wird, oder um den I-Ausdruck zu verringern,
während
der D-Ausdruck erhöht
wird. Somit wird die Richtung, in der die "Nullen" der Übertragungsfunktion von der
PID-Steuerung verschoben werden, durch den Einlaßdruck-Einstellungspunkt bestimmt.
Der P-Term bleibt unberührt.
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Zusammengefaßt verwenden sowohl die Druck-
als auch die Flußsteuerung
für das
pneumatische System das obige Verfahren zur "Gewinn"-Kompensation während jeder PID-Berechnung.
Zusätzlich
korrigiert die Drucksteuerung ferner die PID-Steuerung-Ausdrücke, um die Bandbreiteveränderung
zu berücksichtigen,
während
der Druck-Einstellungspunkt verändert
wird. Alternativ kann zur Kompensation eine Übertragungsfunktion statt des
Zugreifens auf eine Tabelle verwendet werden.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm eines pneumatischen Aufspaltungs-/Aufspaltungslos-Systems für einen
Gaschromatographen, den HP 6890, der von der Hewlett-Packard Company
hergestellt wird, welcher die Frequenzantwort-Charakteristika des pneumatischen
Systems 10 verwendet, um eine stabilere pneumatische Steuerung über einen
ausgedehnten Bereich von Benutzereinstellungspunkten zu schaffen.
Das erste Proportionalventil 12, das als eine Druckquelle
wirkt, ist mit einem Flußsensor 14 verbunden.
Das pneumatische System 10 ist zwischen den Flußsensor 14 und
das zweite Proportionalventil 16 geschaltet, welches als
der Gegendruckregler dient. Das pneumatische System 10 ist
ferner mit dem Drucksensor 18 verbunden. Ein Analog-Digital-Wandler
(ADW) 24 im Multiplexbetrieb ist sowohl mit dem Fluß- als auch
dem Drucksensor 14 bzw. 16 verbunden. Eine Steuerung 26 ist
zwischen den ADW 24 und Ventiltreiber 28 geschaltet.
Die Ventiltreiber 28 sind mit dem ersten und zweiten Proportionalventil 12 bzw. 16 verbunden.
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Der ADW 24 empfängt analoge
Signale von dem Flußsensor 14 und
von dem Drucksensor 18. Der ADW 24 wandelt die
analoge Signale in digitale Signale um, welche von der Steuerung 26 empfangen
werden. Die Steuerung 26 moduliert die physischen Parameter
des pneumatischen Systems durch Ventilsignale. Die Ventilsignale
werden von den Ventiltreibern 26 empfangen, welche das
erste und zweite Proportionalventil 12 bzw. 16 steuern.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Blockdiagramms für
die Steuerungseinrichtung 26, die in 5 gezeigt ist. Eine Drucksteuerung 24 ist mit
einer Einrichtung zum Einstellen des Fluß-Gewinn-Faktors 30 und
mit einer Einrichtung zum Einstellen des Druck-Bandbreite-Faktors 32 verbunden. Eine
Flußsteuerung 36 ist
mit der Einrichtung zum Einstellen des Fluß-Gewinn-Faktors 30 und
mit der Einrichtung zum Einstellen des Druck-Bandbreite-Faktors 32 verbunden.
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Die Drucksteuerung 34, welche
ein erstes Ventiltreibersignal zum Steuern des ersten Proportionalventils
erzeugt, weist einen zugeordneten Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor
und einen Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor auf. Die Flußsteuerung 36,
welche ein zweites Ventiltreibersignal zum Steuern des zweiten Proportionalventils
erzeugt, weist einen Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor und
einen Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor auf. Die Drucksteuerung 34 stellt
die Drucksteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor
und dem Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor ein. Die Flußsteuerung 36 stellt
die Flußsteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor
und dem Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor ein.
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Die Einrichtung zum Einstellen des
Fluß-Gewinn-Faktors 30 kann
eine Gewinn-Direktzugriffstabelle, in der der Gewinn bei verschiedenen
Druckeinstellungspunkten beschrieben ist, oder eine Funktion sein,
in der der Gewinn bezüglich
des Flusses beschrieben ist. Die Einrichtung zum Einstellen des Druck-Bandbreite-Faktors 32 kann
eine Bandbreite-Direktzugriffstabelle, in der die Bandbreite bei
verschiedenen Fluß-Einstellungspunkten
beschrieben ist, oder eine Funktion sein, in der die Bandbreite
hinsichtlich des Drucks beschrieben ist.
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7 stellt
ein Verfahrens-Flußdiagramm dar,
das durch die Steuerung, die in 5 gezeigt
ist, implementiert ist. In einem Schritt 100 empfangen sowohl die
Drucksteuerung 34 als auch die Flußsteuerung 36 den
Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor
gemäß dem ausgewählten Fluß-Einstellungspunkt.
In einem Schritt 110A stellt die Drucksteuerung 34 die
Drucksteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor
ein. In einem Schritt 110B stellt die Flußsteuerung 36 die
Flußsteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor
ein. In einem Schritt 120 empfangen sowohl die Drucksteuerung 34 als auch
die Flußsteuerung 36 den
Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor gemäß dem ausgewählten Druck-Einstellungspunkt.
In einem Schritt 130A stellt die Drucksteuerung ferner die Drucksteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor
ein. In einem Schritt 130B stellt die Flußsteuerung ferner die Flußsteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor
ein. In einem Schritt 140A erzeugt die Drucksteuerung das erste Ventiltreibersignal
aus den abschließenden
Drucksteuerungs-Kompensationsausdrücken, dem tatsächlichen
Druck und dem gewünschten
Druck. In einem Schritt 140B erzeugt die Flußsteuerung das zweite Ventiltreibersignal
aus den Flußsteuerungs-Kompensationsausdrücken, dem
tatsächlichen
Fluß und
dem gewünschten
Fluß.