DE19617384A1 - Regulator of mixt. ratio of two gas vol. flows through Venturi nozzle - Google Patents

Regulator of mixt. ratio of two gas vol. flows through Venturi nozzle

Info

Publication number
DE19617384A1
DE19617384A1 DE1996117384 DE19617384A DE19617384A1 DE 19617384 A1 DE19617384 A1 DE 19617384A1 DE 1996117384 DE1996117384 DE 1996117384 DE 19617384 A DE19617384 A DE 19617384A DE 19617384 A1 DE19617384 A1 DE 19617384A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
controller
nozzle
mixing ratio
gain
venturi nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE1996117384
Other languages
German (de)
Inventor
Rainer Dr Palm
Reiner John
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE1996117384 priority Critical patent/DE19617384A1/en
Publication of DE19617384A1 publication Critical patent/DE19617384A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00Control of flow ratio
    • G05D11/02Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
    • G05D11/13Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
    • G05D11/131Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by measuring the values related to the quantity of the individual components

Abstract

Two gas flows enter the nozzle at different points, and their pressures and temps. are measured. The distance of the needle is set by an adjustor (M) in conjunction with a regulator (contr) having adjustable gain. The gain is determined by a monitor (sup) which detects oscillations of the control quantities and sets up a measure of oscillation. The monitor is based on a fuzzy controller. The regulator may be similar or may be a proportional or proportional-integral controller.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung eines möglichst konstanten Mischungsverhältnisses zweier Gasvolumenströme, von denen einer Schwankungen unterworfen ist und der andere bzw. der Mischungsvolumenstrom nachgeregelt wird. Für die Re­ gelung von Gasvolumenströmen sind im allgemeinen Düsen beson­ ders geeignet. Ein unter Druck stehendes Gas, welches bei­ spielsweise auch von einem Verdichter angesaugt werden kann, wird durch Verringerung eines Düsenquerschnittes in seiner Strömungsgeschwindigkeit begrenzt und damit wird der Volumen­ strom des Gases einstellbar. Eine besondere Bauform einer Dü­ se stellt die Venturi-Düse dar, bei welcher mittels einer Dü­ sennadel der Strömungsquerschnitt verengt wird und damit der Volumenstrom des durchströmenden Gases bestimmt werden kann. Bei der Regelung des Mischungsverhältnisses von zwei Gasvolu­ menströmen tritt das Problem auf, daß zumindest der eine Vo­ lumenstrom in seinem Schwankungsverhalten nicht beeinflußbar ist und daß der andere Gasvolumenstrom an das Verhalten des ersteren angepaßt werden muß, damit das Mischungsverhältnis möglichst konstant bleibt. Je nach Aufbau der Mischungsanord­ nung können dabei die beiden Volumenströme nach der Regelung zusammengeführt werden oder es wird durch die Venturi-Düse bereits der gemischte Gasvolumenstrom reguliert.The invention relates to the regulation of one if possible constant mixing ratio of two gas volume flows, one of which is subject to fluctuations and the other or the mixture volume flow is readjusted. For the Re Gas volume flows are generally nozzles suitable. A gas under pressure, which at for example can also be sucked in by a compressor, is reduced by reducing a nozzle cross section in its Flow rate is limited and thus the volume flow of gas adjustable. A special design of a Dü se represents the Venturi nozzle, in which by means of a nozzle the flow cross section is narrowed and thus the Volume flow of the gas flowing through can be determined. When regulating the mixing ratio of two gas volumes menströmen the problem arises that at least one Vo lumen flow cannot be influenced in its fluctuation behavior and that the other gas volume flow depends on the behavior of the the former must be adjusted so that the mixing ratio remains as constant as possible. Depending on the structure of the mix arrangement The two volume flows can be controlled according to the regulation be merged or it will through the venturi nozzle the mixed gas volume flow is already regulated.

Bisherige Strömungs-Verhältnisregelungen basieren auf linea­ ren PID-Reglern, die den Nachteil haben, daß Anstiegszeit und Überschwingweite nicht getrennt einstellbar sind. Außerdem wird die Einstellung klassischer PID-Regler bei nichtlinearen Regelstrecken so vorgenommen, daß sie auch im Grenzfall funk­ tionieren können. Das bedeutet meistens eine zu träge Sprun­ gantwort des Regelkreises. Eine One-Line-Überwachung von Grenzschwingungen ist im allgemeinen nicht bekannt. Es sind hingegen On-Line-Tuning-Algorithmen bekannt, die die nach be­ stimmten Regeln eingestellten Reglerparameter nach dem Tuning-Prozeß konstant lassen [2, 3].Current flow ratio regulations are based on linea Ren PID controllers, which have the disadvantage that rise time and Overshoot range cannot be set separately. Furthermore the setting of classic PID controllers for non-linear Control systems made so that they radio even in the borderline case can function. That usually means a lazy sprun response of the control loop. A one-line monitoring by Limit vibrations are generally not known. There are on the other hand, known online tuning algorithms, which according to be  the controller parameters set according to the Leave the tuning process constant [2, 3].

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ei­ ne Anordnung und ein Verfahren zur Regelung des Mischungsver­ hältnisses zweier Gasvolumenströme durch eine Venturi-Düse anzugeben, bei der sich das gewünschte eingestellte Strö­ mungsverhältnis nach einer möglichst geringen Anzahl von Zeitschritten überschwingungsfrei einstellt. Weiterhin soll dabei die Parametrierung so ausgelegt sein, daß diese Rege­ lung und das Regelverfahren gegenüber etwaiger Störungen, Pa­ rameteränderungen und Modellunsicherheiten so robust ist, daß die Stabilität des Regelkreises nicht verletzt und die Regel­ güte nicht wesentlich gestört wird. Eine weitere Teilaufgabe, welche durch die Erfindung gelöst werden soll besteht darin, daß die durch Parameteränderungen bewirkte Erhöhung von Kreisverstärkungen, welche ihrerseits zu Grenzschwingungen führen können erkannt und schnell beseitigt werden.The object underlying the invention is to egg ne arrangement and a method for controlling the mixing ratio ratio of two gas volume flows through a Venturi nozzle to specify, at which the desired set current ratio after the smallest possible number of Set time steps without overshoot. Furthermore should the parameterization should be designed so that this rule and the control procedure for possible faults, Pa parameter changes and model uncertainties is so robust that the stability of the control loop is not violated and the rule goodness is not significantly disturbed. Another subtask which is to be solved by the invention consists in that the increase caused by parameter changes Circular reinforcements, which in turn lead to limit vibrations can be recognized and quickly eliminated.

Diese Aufgabe wird für die Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und für das Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 5 gelöst.This task is for the arrangement according to the characteristics of the Claim 1 and for the method according to the features of claim 5 solved.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further developments of the invention result from the dependent Claims.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung be­ steht darin, daß Mittel vorgesehen sind, mit welchen Schwin­ gungen des Regelkreises überwacht werden und selbständig aus­ reguliert werden können, indem ein Schwingungsmaß gebildet wird und der Verstärkungsfaktor des einstellbaren Reglers entsprechend angepaßt wird.A particular advantage of the arrangement according to the invention is that means are provided with which Schwin conditions of the control loop are monitored and independently can be regulated by forming a measure of vibration and the gain factor of the adjustable controller is adjusted accordingly.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß sie für verschiedenste Regler einsetzbar ist. Another advantage of the arrangement according to the invention is in that it can be used for a wide variety of controllers.  

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß nahezu beliebige Kombinationen von unterschiedli­ chen Reglern für die Regelung und für die Überwachung des Reglers vorgesehen werden können.Another advantage of the arrangement according to the invention is in that almost any combination of different Chen controllers for regulating and monitoring the Regulator can be provided.

Besonders vorteilhaft können für die erfindungsgemäße Anord­ nung als Überwacher oder als Regler oder als beides Fuzzy- Regler [1] eingesetzt werden. Damit erhält man eine schnelle­ re Sprungantwort des Regelkreises und Grenzschwingungen kön­ nen schneller gedämpft werden.Can be particularly advantageous for the arrangement according to the invention as a monitor or as a controller or as both fuzzy Regulator [1] can be used. So you get a quick one re step response of the control loop and limit vibrations can steamed faster.

Besonders vorteilhaft wird bei einem erfindungsgemäßen Ver­ fahren zur Regelung des Mischungsverhältnisses zweier Gasvo­ lumenströme durch eine Venturi-Düse die Streuung der Regel­ größe überwacht und als Maß für die Schwingungsneigung des Regelkreises verwendet.Is particularly advantageous in a Ver drive to regulate the mixing ratio of two gas vo lumen flows through a venturi nozzle usually scatter size monitored and as a measure of the tendency of the Control loop used.

Besonders vorteilhaft wird die Streuung über mehrere Zeitab­ schnitte des Regelkreises bestimmt und, falls ein Grenzwert überschritten wird, der Verstärkungsfaktor des angeschlosse­ nen Reglers reduziert, um die Schwingungsneigung des Regel­ kreises zu bedämpfen.The spread over several time intervals is particularly advantageous sections of the control loop are determined and, if a limit is exceeded, the gain factor of the connected NEN controller reduces the tendency to oscillate dampen circle.

Vorzugsweise wird der Verstärkungsfaktor des Reglers bei Un­ terschreiten eines Grenzwert es für die Streuung wieder er­ höht, damit der Regelkreis bzw. der Regler immer optimal schnell auf anliegende Parameteränderungen reagieren kann.The gain factor of the controller is preferably at Un exceeding a limit it for the scatter again increases so that the control loop or controller is always optimal can react quickly to pending parameter changes.

Vorzugsweise wird der Regler des Regelkreises durch einen Sliding-Mode-Fuzzy-Controller kontrolliert, in welchem Regeln zur Regelung des Verstärkungsfaktors sowohl den aktuellen Verstärkungsfaktor, als auch die aktuell ermittelte Streuung berücksichtigen. Auf diese Weise wird ein besonders optimales Verhalten des Regelkreises gewährleistet.The controller of the control loop is preferably controlled by a Sliding mode fuzzy controller controls which rules to control the gain factor both the current Gain factor, as well as the currently determined scatter consider. In this way, a particularly optimal one Behavior of the control loop guaranteed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren weiter er­ läutert. In the following, the invention is based on figures purifies.  

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Mischungsaufbaus mit einer Venturi-Düse. Fig. 1 shows an example of a mixture structure with a Venturi nozzle.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht einer Venturi-Düse. Fig. 3 gibt ein Beispiel für die Abhängigkeit einer speziel­ len Bauform einer Venturi-Düse zwischen Nadelein­ tauchtiefe und Volumenstrom an. Fig. 2 shows a detailed view of a Venturi nozzle. Fig. 3 gives an example of the dependency of a special len design of a Venturi nozzle between needle immersion depth and volume flow.

Fig. 4 zeigt ein Zeitschaubild für verschiedene Phasen eines Regelungsvorganges. Fig. 4 shows a timing diagram for various stages of a control process.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Regelkrei­ ses. Fig. 5 shows an example of a control cycle according to the invention.

Fig. 6 veranschaulicht unterschiedliche Zeitabschnitte beim Regelungsvorgang. Fig. 6 illustrates different time periods during control operation.

Fig. 7 zeigt als Beispiel Fuzzy-Regeln für einen Überwacher. Fig. 7 shows an example of fuzzy rules for a monitor.

Fig. 8 zeigt als Beispiel Fuzzy-sets für einen Regler. Fig. 8 shows an example of fuzzy sets for a controller.

Fig. 9 zeigt als Beispiel Fuzzy-sets für einen Überwacher. Fig. 9 shows an example of fuzzy sets for a monitor.

Fig. 1 zeigt als Beispiel eine Gasmischanordnung mit einer Venturi-Düse. Eine ähnliche Düsenanordnung ist beispielsweise auch in [4] angegeben. Auf der linken Seite der Anordnung tritt beispielsweise ein reiner Gasstrom ein und auf der rechten Seite tritt ein gemischter Gasstrom aus. Auf der rechten Seite von Fig. 1 befindet sich beispielsweise ein Verdichter VP, mit welchem das Gas durch die Venturi-Düse Vent angesaugt wird. Von dem ersten Gasvolumenstrom, welcher links eintritt, werden beispielsweise an einer Stelle 15 cha­ rakteristische Parameter zur Ermittlung des Volumenstromes bestimmt. Hier sind das P und T der Druck und die Temperatur. Das zu regelnde Mischungsverhältnis x stellt sich dadurch ein, daß beispielsweise durch ein Rohr Abg ein weiteres Gas dem ersten Gasvolumenstrom zugeführt wird. Von dem Gasgemisch werden hier beispielsweise an der Stelle 17 kennzeichnende Parameter zur Ermittlung dieses Gasvolumenstromes bestimmt. Hier werden ebenfalls der Druck und die Temperatur T und P bestimmt. Durch eine weitere Leitung Abga wird dann ein defi­ nierter Volumenstrom des Gasgemisches entnommen. Fig. 1 shows an example of a gas mixing arrangement with a venturi nozzle. A similar nozzle arrangement is also given, for example, in [4]. For example, a pure gas flow enters on the left side of the arrangement and a mixed gas flow emerges on the right side. On the right side of FIG. 1 there is, for example, a compressor VP, with which the gas is sucked in through the venturi nozzle Vent. From the first gas volume flow that occurs on the left, 15 characteristic parameters for determining the volume flow are determined at one point, for example. Here the P and T are the pressure and the temperature. The mixing ratio x to be regulated is established in that, for example, a further gas is supplied to the first gas volume flow through a pipe Abg. From the gas mixture, for example, characteristic parameters for determining this gas volume flow are determined at point 17 . The pressure and temperature T and P are also determined here. A defined volume flow of the gas mixture is then removed through a further line Abga.

Die Erfindung soll sich jedoch nicht ausschließlich auf sol­ che Anordnungen beschränken, bei welchen ein reiner Gasvolu­ menstrom zugeführt wird dessen Kennwerte bestimmt werden und dann die Kennwerte des Gemisches bestimmt werden. Es ist auch durchaus denkbar, daß die Kennwerte von den reinen Volumen­ strömen bestimmt werden und anschließend eine Mischung statt­ findet. Die Art und Weise wie die Mischung durchgeführt wird und welche Kennwerte zu welchem Zeitpunkt bestimmt werden, spielt für den wesentlichen Gedanken, welcher der Erfindung zugrundeliegt, keinerlei Rolle.However, the invention is not intended to relate solely to sol restrict arrangements in which a pure gas volume menstrom is supplied whose characteristic values are determined and then the characteristics of the mixture are determined. It is also quite conceivable that the characteristic values of the pure volume flow can be determined and then a mixture instead finds. The way the mixing is done and which parameters are determined at what time plays for the essential thought of which of the invention underlying, no role.

Die Aufgabe einer Abgas-Testanlage, für welche man eine er­ findungsgemäße Anordnung beispielsweise vorteilhaft einsetzen kann, ist es, die Abgase eines kraftstoffgetriebenen Fahr­ zeugs auf ihre Schadstoffe hin zu analysieren.The task of an exhaust gas test system, for which one he use arrangement according to the invention advantageously for example can, it is, the exhaust gases of a fuel-powered driving to analyze their pollutants.

Ein wesentliches Bestandteil einer solchen Anlage ist die An­ saugeinrichtung.The An is an essential part of such a system suction device.

Hier werden beispielsweise über eine Venturi-Düse Abgas und Frischluft gemischt und dieses verdünnte Abgas als Probe zu einer Analysestation geleitet. Die Erfindung kann jedoch ebenfalls in allen anderen technischen Anwendungsfällen ein­ gesetzt werden, bei denen es auf ein genaues Mischungsver­ hältnis zweier gas- oder dampfförmiger Substanzen ankommt und ist nicht auf die Abgasanalyse allein beschränkt. Beispiels­ weise ist es denkbar, daß unter Anwendung der Erfindung ein stöchiometrisches Gemisch von Reaktionsgasen eingestellt wird, um eine möglichst vollständige chemische Reaktion zu erzielen. Eines dieser Gase kann dabei vorzugsweise als Reak­ tionsgas aus einem anderen chemischen Prozeß zugeführt wer­ den, so daß sein Volumenstrom Schwankungen unterworfen ist. Sensoren an der Eintrittsstelle der Verdünnungsluft und an der Austrittsstelle des Gemisches machen es möglich, den Durchsatz der Verdünnungsluft VLuft und den Durchsatz des Gemi­ sches VGem zu bestimmen. Die Differenz beider bildet den Durchsatz des unverdünnten Abgases VAbgas.Here, for example, exhaust gas and fresh air are mixed via a Venturi nozzle and this diluted exhaust gas is sent as a sample to an analysis station. However, the invention can also be used in all other technical applications in which an accurate mixing ratio of two gaseous or vaporous substances is important and is not limited to exhaust gas analysis alone. For example, it is conceivable that a stoichiometric mixture of reaction gases is set using the invention in order to achieve the most complete chemical reaction possible. One of these gases can preferably be supplied as a reaction gas from another chemical process, so that its volume flow is subject to fluctuations. Sensors at the entry point of the dilution air and at the exit point of the mixture make it possible to determine the throughput of the dilution air V air and the throughput of the mixture V Gem . The difference between the two forms the throughput of the undiluted exhaust gas V exhaust gas .

Wird der Gesamtdurchsatz VGem durch eine einmal eingestellte Saugleistung konstant gehalten und variiert andererseits durch unterschiedliche Betriebsbedingungen der Durchsatz des unverdünnten Abgases VAbgas, so variiert auch der Verdünnungs­ grad des Abgas-Luft-Gemisches. Dieses ist aber für den nach­ folgenden Analysevorgang von Nachteil. Deshalb besteht die Aufgabe, das VerhältnisIf the total throughput V Gem is kept constant by a suction power once set and, on the other hand, the throughput of the undiluted exhaust gas V exhaust gas varies due to different operating conditions, the degree of dilution of the exhaust gas-air mixture also varies. However, this is disadvantageous for the subsequent analysis process. Therefore the task is the relationship

konstant zu halten. Mit Hilfe einer Düsennadelsteuerung ist es nun möglich, den Gesamtdurchsatz VGem des Gemisches zu va­ riieren.to keep constant. With the help of a nozzle needle control it is now possible to vary the total throughput V Gem of the mixture.

Damit ist es aber auch möglich, ein bestimmtes Verhältnis xsoll einzustellen. Dieses Einstellen von xsoll muß aber in Abhängig­ keit von der geförderten Abgasmenge VAbgas = VGem - VLuft geregelt eingestellt werden, was einer Durchfluß-Verhältnismessung entspricht. Die Regelung findet mit der gesteuerten Venturi- Düse eine nichtlineare Regelstrecke vor, die bestenfalls in gewissen Arbeitspunkten linearisiert werden kann. Außerdem ist die Identifikation der Streckenparameter erfahrungsgemäß mit Unsicherheiten behaftet. Weiterhin hat man es mit starken Störungen im Regelkreis zu tun, die außerdem in nichtlinearer Weise in den Regelkreis eingreifen. Mit konstant gehaltenem VGem verändert sich bei variierendem VAbgas indirekt VLuft, das in das Verhältnis (1) nichtlinear eingeht. Daher empfiehlt es sich, eine Regelungsstrategie einzusetzen, die sich an die nichtlineare Strecke anpaßt und auch robust gegen Störungen sowie Parameteränderungen ist.But that it is also possible to a certain ratio x to adjust. This setting of x should be adjusted depending on the speed of the exhaust gas volume V exhaust gas = V Gem - V air regulated, which corresponds to a flow ratio measurement. With the controlled Venturi nozzle, the control finds a non-linear controlled system, which at best can be linearized at certain operating points. Experience has also shown that the identification of the route parameters is fraught with uncertainties. Furthermore, there are strong disturbances in the control loop, which also intervene in the control loop in a non-linear manner. With kept constant V Gem exhaust gas varies with varying V V indirectly air, the non-linear received in the ratio (1). It is therefore advisable to use a control strategy that adapts to the non-linear system and is also robust against disturbances and parameter changes.

Eine solche Regelungsstrategie bietet sich mit Fuzzy-Control an.Fuzzy control offers such a control strategy on.

Mit der Erfindung wurde deshalb auch eine Fuzzy- Controlstrategie entworfen, die das obige Problem der Durch­ fluß-Verhältnisregelung löst. Dieser Regelungsentwurf wurde zunächst an einem einfachen Prozeßmodel getestet und danach auf der realen Anlage implementiert und erprobt.With the invention, therefore, a fuzzy Control strategy designed to solve the above problem of through flow ratio control triggers. This draft regulation was first tested on a simple process model and then Implemented and tested on the real system.

Weiterhin stellt die Erfindung einen Fuzzy-Supervisor zur Verfügung, der auftretende Schwingungen detektiert und durch Veränderung der Kreisverstärkung beseitigt. The invention further provides a fuzzy supervisor Available, the detected vibrations and by Removed the change in the loop gain.  

Die Düse wird vorzugsweise in erster Näherung als statisches, nichtlineares Übertragungsglied modelliert. Bedingt durch die Form der Düse und die Einstellung des Verdichters VP, der das Gemisch ansaugt, tritt am Düsenausgang das Luft-Abgas-Gemisch mit Schallgeschwindigkeit aus.The nozzle is preferably used as a static approximation, Modeled nonlinear transfer element. Due to the Shape of the nozzle and the setting of the compressor VP that the When the mixture is sucked in, the air / exhaust gas mixture emerges at the nozzle outlet at the speed of sound.

Die Volumendurchflüsse VLuft und VGem können dann indirekt über die Parameter Druck p und absolute Temperatur T, die an aus­ gezeichneten Stellen der Düse sensorisch gemessen werden, durch folgende Gleichung bestimmt werden:The volume flow rates V air and V Gem can then be determined indirectly via the parameters pressure p and absolute temperature T, which are measured by sensors at the points marked on the nozzle, using the following equation:

Hierbei ist B(1) ein Parameter, der von der Eintauchtiefe l der Düsennadel (siehe Fig. 2.), aber auch von ihrer Form und auch von dem Düsentyp abhängt. Für eine bestimmte Anlage sind die letztgenannten beiden Parameter aber konstant, so daß für die Konstante B nur noch eine Abhängigkeit von l bleibt, die aber i. allg. nichtlinear ist (siehe Fig. 3.). Für den Verlauf der Volumina VLuft und VGem ergeben sich für konstanten Druck und Temperatur qualitativ ähnliche Kurven. Für den Fall von variablem Druck bzw. Temperatur und varia­ bler Eintauchtiefe l besitzt die Düse somit eine nichtlinea­ re Übertragungscharakteristik 3. Ordnung. Die Totzeit der Dü­ se, die zwischen den Messung am Düseneingang und am Düsenaus­ gang entsteht, wurde vorzugsweise wegen ihrer Geringfügigkeit gegenüber den anderen Zeitkonstanten vernachlässigt.Here B (1) is a parameter which depends on the immersion depth l of the nozzle needle (see FIG. 2), but also on its shape and also on the type of nozzle. However, the latter two parameters are constant for a specific system, so that only a dependency on l remains for the constant B, which, however, i. is generally non-linear (see Fig. 3). For the course of the volumes V air and V Gem , qualitatively similar curves result for constant pressure and temperature. In the case of variable pressure or temperature and variable immersion depth l, the nozzle thus has a non-linear transfer characteristic of the 3rd order. The dead time of the nozzle, which occurs between the measurement at the nozzle inlet and at the nozzle outlet, was preferably neglected because of its insignificance compared to the other time constants.

Werden Druck und Temperatur als konstant angenommen,If pressure and temperature are assumed to be constant,

T₀ = 193.15 K
p₀ = 101.33 Kpa.
T₀ = 193.15 K
p₀ = 101.33 Kpa.

dann hängt V nur noch von dem positionsabhängigen Parameter B(1) ab. Diese Abhängigkeit zeigt sich in der Kalibrierungs­ kurve in Fig. 3.then V only depends on the position-dependent parameter B (1). This dependence is shown in the calibration curve in FIG. 3.

Fig. 2 zeigt eine Detailanordnung der Venturi-Düse. Hier ist beispielsweise die Stelle 17 dargestellt, an welcher eine Druckmessung P-M und einer Temperaturmessung T-M stattfindet. Beispielsweise werden diese Kenndaten für den gemischten Gas­ volumenstrom bestimmt. Daraus läßt sich dann mit Hilfe einfa­ cher thermodynamischer Grundgleichungen der Volumenstrom ab­ leiten. In diesem Beispiel wird die Düsennadel Düsen mit Hil­ fe eines Stellmotors M, welcher beispielsweise ein Schrittmo­ tor sein kann, in die Düsenöffnung eingefahren oder aus die­ ser herausgezogen. Als Maß für die Öffnung der Düse wird hier die Eintauchtiefe l der Düsennadel Düsen in die Düse Vent be­ nutzt. Dem Fachmann ist selbstverständlich klar, daß er an­ statt der Düsennadel auch die Düse selbst bewegen kann, um damit eine Verkleinerung der durchströmbaren Fläche zu errei­ chen. Fig. 2 shows a detailed arrangement of the Venturi nozzle. Here, for example, the point 17 is shown, at which a pressure measurement PM and a temperature measurement TM take place. For example, these characteristics are determined for the mixed gas volume flow. From this, the volume flow can then be derived using simple thermodynamic basic equations. In this example, the nozzle needle is moved with the help of a servo motor M, which can be a stepping motor, for example, into or out of the nozzle opening. As a measure of the opening of the nozzle, the immersion depth l of the nozzle needle nozzles in the nozzle Vent is used here. The skilled person is of course clear that he can move the nozzle itself instead of the nozzle needle, in order to achieve a reduction in the area through which flow can be achieved.

Fig. 3 gibt ein Beispiel für die Abhängigkeit einer Propor­ tionalitätskonstante B(1) von der Eintauchtiefe l der Düsen­ nadel in die Venturi-Düse an. Diese Proportionalitätskonstan­ ten sind für alle unterschiedlichen Bauformen von Venturi- Düsen verschieden. Sie weisen jedoch in Abhängigkeit von l einen ähnlichen nichtlinearen Verlauf auf. Bei der Dimensio­ nierung der Regelung ist vorzugsweise darauf zu achten, daß man sich nicht in den Randbereichen der Kurve bewegt, da dort undefinierte Zustände bei Über- bzw. Unterschreiten der ent­ sprechenden Grenzwerte auftreten. Diese Grenzwerte sind (l₀, B₁₀) an der einen Seite und (l₁₀, B₀) an der anderen Seite der Kurve. Vorzugsweise sollte sich die Regelung immer im mittleren Bereich der Kurve befinden, damit möglichst viel Spielraum für Parameteränderungen verbleibt. Fig. 3 gives an example of the dependency of a proportionality constant B (1) on the immersion depth l of the nozzle needle in the Venturi nozzle. These proportionality constants are different for all different designs of Venturi nozzles. However, they have a similar non-linear course depending on l. When dimensioning the control, it should preferably be ensured that one does not move in the edge areas of the curve, since undefined states occur when the corresponding limit values are exceeded or fallen short of. These limits are (l₀, B₁₀) on one side and (l₁₀, B₀) on the other side of the curve. Preferably, the control should always be in the middle of the curve so that there is as much scope for parameter changes as possible.

Falls die Kalibrierungskurve aus einer Mittelung zwischen Stützpunkten entstanden ist, so muß das Verhalten der Düse zwischen den Stützpunkten auch modelliert werden. Dazu kann vorteilhaft zwischen den Stützpunkten linear interpoliert werden. Bevorzugt sollte bei der Auslegung der Regelung die Kalibrierungskurve derart begrenzt werden, daß eine Positio­ nierung außerhalb der Randstützpunkte verhindert wird. Als Motor wird bevorzugt ein Schrittmotor verwendet, der in er­ ster Näherung, wie in Fig. 4 dargestellt, modelliert werden kann. If the calibration curve is the result of averaging between support points, the behavior of the nozzle between the support points must also be modeled. For this purpose, linear interpolation can advantageously be carried out between the support points. Preferably, the calibration curve should be limited in the design of the control system in such a way that positioning outside the boundary points is prevented. A stepper motor is preferably used as the motor, which can be modeled in its closest approximation, as shown in FIG. 4.

Fig. 4 veranschaulicht die zeitlichen Abhängigkeiten bei der Regelung der Nadeleintauchtiefe mit Hilfe eines Schrittmo­ tors. Beispielsweise soll eine Sollänge lsoll eingestellt wer­ den. Es muß zunächst ein Befehl an den Motor gesendet werden, was die Zeitdauer Ttrans benötigt. Anschliesend benötigt der Motor Zeit, um hochzufahren und seine Solldrehzahl zu errei­ chen. Diese Zeit ist mit TRamp bezeichnet. Während der Zeit­ dauer des Verstellvorgangs TPlateau bewegt sich der Motor mit konstanter Geschwindigkeit. Anschließend muß noch die Zeit­ dauer berücksichtigt werden, welche der Motor benötigt, um wieder auf die Drehzahl 0 zu gelangen. Diese ist ebenfalls mit TRamp bezeichnet, kann jedoch von der eingangs genannten TRamp verschieden sein, wenn der Motor ein nichtsymmetrisches Verhalten beim Hoch- bzw. Herunterfahren aufweist. Dem Motor wird vorzugsweise eine Sollposition in Form eines seriellen Telegramms vorgegeben. Die Übertragung des Telegramms zur Mo­ torsteuerung benötigt zum Beispiel eine Zeit gen Anwachsen des Motorwinkels bzw. der Motorposition entspricht. Bis zum Er­ reichen der Sollposition wird die Frequenzrampe vorzugsweise wieder heruntergefahren, so daß eine neue Position erst nach weiteren 400 ms angesteuert werden kann. In Fig. 4 wird die­ ser Sachverhalt dargestellt. Der bei der ersten Realisierung benutzte Schrittmotor läßt sich zwischen Sollwertempfang und Einstellen des Sollwertes nicht stoppen. In diesem Fall kann in dieser Zeit auch nicht auf Messungen an der Düse reagiert werden. Das bedeutet im regelungstechnischen Sinne, daß der Motor ein Totzeitglied darstellt mit einer Totzeit von Fig. 4 illustrates the time dependencies in the control of the needle immersion depth with the help of a step motor. For example, a target length l should be set to who. A command must first be sent to the motor, which takes the time period T trans . The motor then takes time to start up and reach its target speed. This time is called T Ramp . During the period of the adjustment process T plateau , the motor moves at a constant speed. Then the time must be taken into account, which the motor needs to get back to speed 0. This is also referred to as T Ramp , but can be different from the T Ramp mentioned at the beginning if the motor has a non-symmetrical behavior when starting up or shutting down. The motor is preferably given a target position in the form of a serial telegram. For example, the transmission of the telegram to the motor controller requires a time to increase the motor angle or the motor position. Until it reaches the target position, the frequency ramp is preferably lowered again, so that a new position can only be controlled after a further 400 ms. In Fig. 4 this fact is shown. The stepper motor used in the first implementation cannot be stopped between receiving the setpoint and setting the setpoint. In this case, measurements at the nozzle cannot be reacted to during this time. In the control engineering sense, this means that the motor represents a dead time element with a dead time of

Tgesamt = Ttrans + 2TRamp + TPlateau (3)T total = T trans + 2T ramp + T plateau (3)

wobeiin which

Die Geschwindigkeit vMotor ist hierbei eine konstante Größe, die sich bei einer vorgegebenen Schrittfrequenz einstellt. Somit ist der Schrittmotor ein Totzeitglied mit einer durch Gl. (3) beschriebenen, variablen Totzeit, die vom Sollwert lsoll abhängt.The speed v motor is a constant variable that occurs at a predetermined step frequency. Thus, the stepper motor is a dead time element with a by Eq. Dead time described variable (3) to the setpoint value L depends.

Fig. 5 gibt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Regelkrei­ ses an. Beispielsweise soll damit die Eintauchtiefe einer Na­ del in eine Venturi-Düse Vent geregelt werden. Mit Hilfe die­ ser Venturi-Düse soll das Mischungsverhältnis x zweier Gasvo­ lumenströme kontrolliert werden. In dieser Ausführungsform bzw. in diesem Regelungsbeispiel ist die Regelung so ausge­ führt, daß das Mischungsverhältnis über den gemischten Gasvo­ lumenstrom kontrolliert wird. Zur Bestimmung der einzelnen Gasvolumenströme werden deren Kenndaten ermittelt und diese dem Regler zugeführt. Auf der linken Seite des Regelkreises wird die Führungsgröße xk d als gewünschtes Mischungsverhält­ nis zugeführt. Es wird die Regeldifferenz exk mit einem im Regelkreis gewonnenen xk gebildet und diese einem Regler contr zugeführt. Dieser Regler kann entweder als Fuzzy- Controller, als Proportionalregler oder als Proportionalinte­ gralregler oder in anderer Art ausgeführt sein. Wichtig ist dabei, daß sich der Verstärkungsfaktor des Reglers einstellen läßt. Der Regler ermittelt aus den Eingangsgrößen d. h. der Regeldifferenz und dem eingestellten Verstärkungsfaktor eine Längenänderung Δlk d zur Verstellung der Venturi-Düse. Diese wird beispielsweise einer Motorsteuerung eines Schrittmotors M zugeführt, welcher eine Verstellung lk der Düsennadel der Venturi-Düse durchführt. Dieses führt über den proportionalen Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Eintauchtiefe der Na­ del in die Venturi-Düse zu einem totalen Volumenstrom Vtotk. Von diesem totalen Volumenstrom wird der linksseitig der Ven­ turi-Düse zugeführte Gasvolumenstrom Vairk subtrahiert und man erhält den anderen Volumenstrom Vexk. Mit Hilfe dieser beiden Gasvolumenströme wird das neue Mischungsverhältnis xk gebil­ det und der Regelkreis erneut durchlaufen. Zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Reglers ist ein Überwacher sup vorgesehen, welcher mittels einer Änderung des Verstärkungs­ faktors ΔK den Verstärkungsfaktor des Reglers contr kontrol­ lieren kann. Je nachdem welche Art von Regler vorgesehen ist, kann der Überwacher auch den aktuellen Verstärkungsfaktor vom Regler abfragen und diesen bei seiner Bewertung bezüglich des Schwingungsverhaltens des Regelkreises und der durchzuführen­ den Änderungen mit einbeziehen. Fig. 5 shows an example of a ses Regelkrei invention. For example, the depth of immersion of a needle in a venturi nozzle vent is to be regulated thereby. With the help of this Venturi nozzle, the mixing ratio x of two gas volume flows is to be checked. In this embodiment or in this example of regulation, the regulation is carried out in such a way that the mixing ratio is controlled via the mixed gas volume flow. To determine the individual gas volume flows, their characteristic data are determined and these are fed to the controller. On the left side of the control loop, the command variable x k d is supplied as the desired mixing ratio. The control difference e xk is formed with an x k obtained in the control loop and fed to a controller contr. This controller can either be designed as a fuzzy controller, as a proportional controller or as a proportional integral controller or in another way. It is important that the gain factor of the controller can be adjusted. The controller determines a change in length Δl k d from the input variables, ie the control difference and the set gain factor, for adjusting the Venturi nozzle. This is fed, for example, to a motor controller of a stepper motor M, which carries out an adjustment l k of the nozzle needle of the Venturi nozzle. This leads to a total volume flow V totk via the proportional relationship between the volume flow and the immersion depth of the needle in the Venturi nozzle. From this total volume flow, the gas volume flow V airk supplied to the left of the Ven turi nozzle is subtracted and the other volume flow V exk is obtained . With the help of these two gas volume flows, the new mixing ratio x k is formed and the control loop is run through again. To set the gain of the controller, a supervisor is provided, which can control the gain of the controller by means of a change in the gain factor ΔK. Depending on which type of controller is provided, the supervisor can also query the current amplification factor from the controller and include this in his assessment of the oscillation behavior of the control loop and the changes to be carried out.

Wie Fig. 5 in einem Grobmodell des Regelkreises zeigt be­ steht das geregelte erfindungsgemäße System vorzugsweise aus der gesteuerten Venturi-Düse Vent mit Ansaugvorrichtung, dem Motor M, der den Volumendurchsatz der Düse durch Bewegen der Düsennadel verändert, Temperatur- und Drucksensoren, mit Hil­ fe derer die einzelnen Durchflüsse bestimmt werden und dem Regler contr, sowie Überwacher oder Supervisor sup.As shown in Fig. 5 in a rough model of the control loop, the controlled system according to the invention preferably consists of the controlled Venturi nozzle Vent with suction device, the motor M, which changes the volume throughput of the nozzle by moving the nozzle needle, temperature and pressure sensors, with help of which the individual flows are determined and the controller contr, as well as supervisor or supervisor sup.

Um eine Stabilitätsanalyse durchführen zu können und zu einer sinnvollen Ausgangsdimensionierung des Reglers für den Pra­ xisfall zu gelangen, wird ein einfaches Modell der Venturi- Düse plus Schrittmotor entworfen. Das Modell des Schrittmo­ tors besteht aus einer variablen Totzeit mit Integrator. Das dynamische Verhalten wird dann durch folgende Gleichung be­ schriebenTo be able to carry out a stability analysis and for a sensible initial dimensioning of the controller for the Pra xisfall, a simple model of the Venturi Designed nozzle plus stepper motor. The model of the step motor tors consists of a variable dead time with integrator. The dynamic behavior is then given by the following equation wrote

wobei
lk+1 - Eindringtiefe der Düsennadel zum Zeitpunkt k+1
Δli d - Motorinput.
in which
l k + 1 - penetration depth of the nozzle needle at time k + 1
Δl i d - motor input.

Hieraus ergibt sich eine einfache Differenzengleichung für die EindringtiefeThis results in a simple difference equation for the depth of penetration

lk+1 - lk = Δlk d (5).l k + 1 - l k = Δl k d (5).

Eine Umrechnung von (5) in eine Differenzengleichung für das MischungsverhältnisA conversion of (5) into a difference equation for the Mixing ratio

ergibt sich nur über eine Li­ nearisierung der Kennlinie VGemk(lk). Mit der Annahme = = const erhält man die Differenzengleichung des of­ fenen Kreisesresults only from a linearization of the characteristic V Gemk (l k ). With the assumption = = const you get the difference equation of the open circle

xk+1 - xk = A(xk) · Δlk d (6)x k + 1 - x k = A (x k ) Δl k d (6)

mitWith

Wegen der Nichtlinearität der statischen Düsenkennlinie bie­ tet sich eine Reglerform an, die mit SMFC (Sliding Mode Fuzzy Controller) bezeichnet wird und sich durch eine sehr einfache Struktur auszeichnet. Dieser Reglertyp zeigt ein sehr robu­ stes Verhalten, gerade beim Vorhandensein von Nichtlinearitä­ ten. Die Grundlagen dieser Fuzzy-Regler sind in [1] darge­ stellt und werden im folgenden vorausgesetzt.Because of the non-linearity of the static nozzle curve bie a controller form that uses SMFC (sliding mode fuzzy Controller) and is characterized by a very simple Structure distinguished. This type of controller shows a very robu behavior, especially in the presence of non-linearity The basics of these fuzzy controllers are set out in [1] represents and are assumed in the following.

Es wird ein bevorzugt ein SMFC eingeführt, der eine weiche Kennlinie zwischen seinen Begrenzungen besitzt. Ein solcher Regler läßt sich analytisch wie folgt beschreibenAn SMFC, which is soft, is preferably introduced Has a characteristic between its limits. Such a The controller can be described analytically as follows

Δlk d = K · Cfuzz · sgn(sk); K, Cfuzz < 0 (8)Δl k d = K · C fuzz · sgn (s k ); K, C fuzz <0 (8)

wobei in diesem Fall sk = xk - xk d und xk d der Sollwert ist. Cfuzz beschreibt analytisch den Verlauf der Reglerkennlinie für po­ sitive xk und ergibt sich aus der Wahl der Lage und Form der Zugehörigkeitsfunktionen.in which case s k = x k - x k d and x k d is the target value. C fuzz analytically describes the course of the controller characteristic for positive x k and results from the choice of the position and form of the membership functions.

Ein typischer Fuzzy-Regelsatz für die Anwendung in der Erfin­ dung ist beispielsweiseA typical fuzzy rule set for use in the Erfin manure is for example

Ri: IF sk = LSi THEN Δlk d = LUi R i : IF s k = LS i THEN Δl k d = LU i

mitWith

LS¹ = PB
LS² = PM
LS³ = PS
LS⁴ = Z
LS⁵ = NS
LS⁶ = NM
LS⁷ = NB
LU¹ = NB
LU² = NM
LU³ = NS
LU⁴ = Z
LU⁵ = PS
LU⁶ = PM
LU⁷ = PB
LS 1 = PB
LS² = PM
LS³ = PS
LS⁴ = Z
LS⁵ = NS
LS⁶ = NM
LS⁷ = NB
LU¹ = NB
LU² = NM
LU³ = NS
LU⁴ = Z
LU⁵ = PS
LU⁶ = PM
LU⁷ = PB

und P - positive, N - negative, Z - zero, B - big, M - medi­ um, S - small.and P - positive, N - negative, Z - zero, B - big, M - medi um, S - small.

Fig. 8 zeigt Beispiele von solchen Zugehörigkeitsfunktionen für den Input sk = xk - xk d = Δxk und den Output Δlk d. Fig. 8 shows examples of such membership functions for the input s k = x k - x k d = Ax k and the output .DELTA.l k d.

Der Eingangswert des SMFC wird zunächst normiert (skaliert) und danach entsprechend der Eingangszugehörigkeitsfunktionen fuzzifiziert. Nach der Verarbeitung durch die Fuzzy-Regeln wird das Ergebnis defuzzifiziert (z. B. Center of Gravity- Methode) und danach denormiert. Das Ergebnis wird dann auf den Schrittmotor gegeben.The input value of the SMFC is first standardized (scaled) and then according to the input membership functions fuzzified. After processing through the fuzzy rules the result is defuzzified (e.g. Center of Gravity- Method) and then standardized. The result is then on given the stepper motor.

Der Regler wird nun bevorzugt so eingestellt, daß sowohl glo­ bale Stabilität gewährleistet ist als auch Grenzschwingungen mit kleiner Amplitude vermieden werden.The controller is now preferably set so that both glo Bale stability is guaranteed as well as limit vibrations with a small amplitude can be avoided.

Für die hinreichende Einhaltung der globalen Stabilität gilt folgende Dimensionierungsregel
mit
The following dimensioning rule applies for sufficient compliance with global stability
With

mitWith

D < | xd k+1 - xk d |,D <| x d k + 1 - x k d |,

0 < Amin | A(xk) | Amax,0 <A min | A (x k ) | A max ,

η - positiver Sicherheitsabstand.η - positive safety distance.

In der Nähe von sk = 0 ist der Regler (8) als linear zu be­ trachten.In the vicinity of s k = 0, the controller ( 8 ) is to be regarded as linear.

Δlk d = K · C(xk d) · (xk - xk d) (11)Δl k d = K · C (x k d ) · (x k - x k d ) (11)

wobei C(xk d) die Verstärkung des SMFC in einer nahen Umgebung von sk = 0 ist. Für kleine sk wird der SMFC vorteilhaft so ent­ worfen, daß folgende Bedingung giltwhere C (x k d ) is the gain of the SMFC in a close vicinity of s k = 0. For small s k , the SMFC is advantageously designed so that the following condition applies

0 < A(xk) · K · C(xk d) < -1 (12).0 <A (x k ) · K · C (x k d ) <-1 (12).

Dieses ist unmittelbar einsichtig, wenn man (11) in (6) ein­ setzt und für das geregelte System die folgende Differen­ zengleichung erhältThis is immediately obvious if one enters (11) into (6) sets and for the regulated system the following differences equation obtained

xk+1 =(1 + A(xk) · K · C(xk d))xk - A(xk) · K · C(xk d) · xk d (13).x k + 1 = (1 + A (x k ) · K · C (x k d )) x k - A (x k ) · K · C (x k d ) · x k d (13).

Dieses ist eine Filtergleichung erster Ordnung mit dem Parameter A(xk) · K · C(xk d), für die Stabilität nur gewährlei­ stet ist, falls (12) gilt. Während des Regelungsprozesses ändert sich im allgemeinen die nichtlineare Übertragung­ scharakteristik der Düse so daß die Gesamtverstärkung des Systems sich ändert. Dieses kann unerwünschte Schwingun­ gen hervorrufen, die dadurch beseitigt werden können, daß die Gesamtverstärkung zurückgenommen wird. Dieses erfolgt erfindungsgemäß durch eine Reduzierung der Reglerverstär­ kung unter Hinzuziehung eines Supervisors sup, der die Schwingungen detektiert und die Reglerverstärkung ent­ sprechend verringert. Als günstiges Schwingungsmaß wird erfindungsgemäß die StreuungThis is a first order filter equation with the parameter A (x k ) · K · C (x k d ), for which stability is only guaranteed if (12) applies. In general, during the control process, the non-linear transfer characteristic of the nozzle changes so that the overall gain of the system changes. This can cause undesirable vibrations that can be eliminated by reducing the overall gain. This is done according to the invention by reducing the controller gain with the help of a supervisor sup, which detects the vibrations and reduces the controller gain accordingly. According to the invention, the scatter is a favorable measure of vibration

herangezogen, wobei n die Anzahl der benutzten Meßwerte ist. Es ist einerseits wichtig, eine genügend große An­ zahl n zu berücksichtigen, damit die Streuung σ²eine ak­ zeptable Konfidenz bekommt. Andererseits darf n nicht zu groß sein, damit der Supervisor sup genügend schnell auf Störungen reagieren kann.where n is the number of measured values used is. On the one hand, it is important to have a sufficiently large size number n must be taken into account so that the scatter σ² get acceptable confidence. On the other hand, n must not be large so that the supervisor sup opens quickly enough Disturbances can react.

Erfindungsgemäß kann die Überwachung des Reglers mit ei­ nem konventionellen Supervisor durchgeführt werden. Die­ ser beginnt bevorzugt die Reglerverstärkung zu vermin­ dern, sobald ein maximales σ²max überschritten wurde. Die Reglerverstärkung wird beispielsweise der Einfachheit halber schrittweise mit einer konstanten Verstärkungsän­ derung solange verringert, bis σ²max unterschritten wurde. Unterschreitet σ² eine untere Schranke σ²min, so wird vorzugsweise die Verstärkung schrittweise solange erhöht, bis σ²min wieder überschritten wurde. Die Reglerverstär­ kung K ist ihrerseits beispielsweise ebenfalls durch ei­ ne obere und eine untere Schranke begrenzt.According to the invention, the controller can be monitored with a conventional supervisor. This preferably begins to reduce the controller gain as soon as a maximum σ² max has been exceeded. For the sake of simplicity, for example, the controller gain is gradually reduced with a constant gain change until it falls below σ² max . If σ² falls below a lower limit σ² min , the gain is preferably increased step by step until σ² min has been exceeded again. The controller gain K is in turn also limited, for example, by an upper and a lower barrier.

Kmin K Kmax.K min KK max .

Dadurch wird die Funktionsfähigkeit des Regelkreises und seine Stabilität aufrecht erhalten.This will make the control loop and maintain its stability.

Ein Fuzzy-Supervisor hat gegenüber dem konventionellen Supervisor die Vorteile, daßA fuzzy supervisor has compared to the conventional Supervisor the benefits of that

  • 1. keine scharfen Schranken für σ² benutzt werden müssen,1. no sharp bounds need to be used for σ²,
  • 2. keine konstante Schrittweite ΔK benutzt werden muß,2. no constant step size ΔK has to be used,
  • 3. die aktuelle Reglerverstärkung berücksichtigt werden kann.3. the current controller gain is taken into account can.

Es kann also eine höhere Regelgüte erreicht werden, wenn ein Fuzzy-Supervisor eingesetzt wird. Die Inputs des Fuz­ zy-Supervisors sind bevorzugt σ² und K. Der Output ist die Änderung ΔK. Die weiteren Vorteile dieses Supervi­ sors sindA higher control quality can therefore be achieved if a fuzzy supervisor is used. The inputs of the fuz zy supervisors are preferred σ² and K. The output is the change ΔK. The other advantages of this supervi sors are

  • 1. Kontinuierliche Berücksichtigung von σ² in einem vor­ gegebenen Intervall1. Continuous consideration of σ² in a pre given interval
  • 2. automatische Adaption der Schrittweite ΔK an die Grö­ ße von σ²,2. Automatic adaptation of the step size ΔK to the size σ²,
  • 3. Miteinbeziehung der Größe der Reglerverstärkung K.3. Including the size of the controller gain K.

Die Fuzzy-Supervisor Strategie kann beispielsweise mit Hilfe der folgenden Regeln zusammengefaßt werden:The fuzzy supervisor strategy can be used, for example The following rules can be summarized:

1. IF K is (MEDIUM or HIGH) AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN REDUCE K
2. IF K is LOW AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN DO NOT CHANGE K
3. IF K is HIGH AND σ² is LOW THEN DO NOT CHANGE K
4. IF K is (LOW or MEDIUM) AND σ² is LOW THEN INCREASE K.
1. IF K is (MEDIUM or HIGH) AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN REDUCE K
2. IF K is LOW AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN DO NOT CHANGE K
3. IF K is HIGH AND σ² is LOW THEN DO NOT CHANGE K
4. IF K is (LOW or MEDIUM) AND σ² is LOW THEN INCREASE K.

Regel 2 besagt, daß ein niedriges K nicht mehr reduziert werden sollte.Rule 2 states that a low K no longer reduces should be.

Regel 3 besagt, daß mit einer niedrigen Streuung σ², al­ so nicht vorhandenen Schwingungen, die Reglerverstärkung K bis zu einem maximalen Kmax erhöht werden kann.Rule 3 states that with a low scatter σ², ie vibrations that are not present, the controller gain K can be increased up to a maximum K max .

Fig. 7 zeigt beispielhaft die entsprechende Regeltabel­ le, und Fig. 9 zeigt beispielhaft die Zugehörigkeits­ funktionen für die Inputs und den Output. Fig. 7 shows an example of the corresponding control table le, and Fig. 9 shows an example of the membership functions for the inputs and the output.

In Fig. 7, der Regeltabelle des Supervisors bedeuten STREU = σ², N_U = K und DN_U = ΔK.In Fig. 7, the control table of the supervisor means STREU = σ², N_U = K and DN_U = ΔK.

Fig. 6 gibt den zeitlichen Verlauf eines Meßvorgangs beim erfindungsgemäßen Verfahren oder der Anordnung an. Vorzugs­ weise wird hier der Meßvorgang der einzelnen Volumenströme kontinuierlich in Form von Abtastschritten durchgeführt. An einem Punkt 1 wird beispielsweise der Druck und die Tempera­ tur des jeweiligen Gasvolumenstromes bestimmt. Anschließend wird in Verh das Verhältnis der beiden Volumenströme gebil­ det. Der Regler contr legt dann eine Sollverstellänge Soll der Düsennadel der Venturi-Düse fest. Anschließend wird diese Sollverstellänge Soll den Motor M übertragen. Die Übertragung Über und das Verfahren des Motors bis zum Punkt 2 geschehen anschließend. Die Übertragung ist mit über und das Verfahren mit Verf bezeichnet. Die ganzen Zwischenmessungen Z, welche während dieses Zeitraumes stattfinden, werden beispielsweise nicht verwendet. Erst nach Erreichung des eingestellten Soll­ zustandes, kann die Regelung auf Basis neuer Meßwerte erneut durchgeführt werden. Fig. 6 shows the chronological course of a measuring process of the invention or of the assembly. The measuring process of the individual volume flows is preferably carried out continuously in the form of sampling steps. At a point 1, for example, the pressure and the temperature of the respective gas volume flow are determined. The ratio of the two volume flows is then formed in Verh. The controller contr then defines a target adjustment length target of the nozzle needle of the venturi nozzle. This setpoint adjustment length setpoint is then transmitted to motor M. The transmission and movement of the motor up to point 2 then take place. The transmission is marked with over and the procedure with Verf. The entire intermediate measurements Z, which take place during this period, are not used, for example. The control can only be carried out again on the basis of new measured values after the set target state has been reached.

Das zu regelnde System ist vorzugsweise ein Abtastsystem mit variabler Abtastzeit. Der zeitliche Regelungsablauf wird durch die KomponentenThe system to be controlled is preferably a scanning system with variable sampling time. The timing of the regulation will through the components

  • - Volumenmessung- volume measurement
  • - Verhältnisbildung der gemessenen Volumina- ratio formation of the measured volumes
  • - Berechnung des Regelalgorithmus und Supervisors- Calculation of the control algorithm and supervisor
  • - Einstellung einer neuen Düsennadelposition- Setting a new nozzle needle position

bestimmt, wie dies Fig. 6 im zeitlichen Ablauf veranschau­ licht. determines how this is illustrated in FIG. 6 over time.

Die Verfahrzeit des Motors kann beispielsweise hier von Tgesamt = 100 ms bis Tgesamt = 1 s reichen.The travel time of the motor can range from T total = 100 ms to T total = 1 s, for example.

Fig. 6 zeigt deutlich, daß eine neue Messung erst dann wie­ der beginnt, wenn der Verfahrvorgang des Motors abgeschlossen ist. Allerdings können in der Zwischenzeit weitere Messungen durchgeführt werden, die für eine Trenderfassung der Volumen­ werte in einem feineren Zeittakt benutzt werden können. Die­ ses ist aber nur sinnvoll, wenn im aktuellen Zyklus die ge­ messenen Zwischenwerte der Volumina aus dem vorherigen Zyklus verarbeitet werden. Fig. 6 clearly shows that a new measurement only begins when the movement of the motor has been completed. In the meantime, however, further measurements can be carried out, which can be used for trend recording of the volume values in a finer time cycle. However, this only makes sense if the measured intermediate values of the volumes from the previous cycle are processed in the current cycle.

Fig. 7 gibt ein Beispiel für Fuzzy-Regeln an, mit welchen der Supervisor den Verstärkungsfaktor des Reglers steuern kann. Gleichlautende Bezeichnungen in den Fig. 8 und 9 ha­ ben dieselbe Bedeutung, wie die in Fig. 7 Fig. 7 shows an example of fuzzy rules with which the supervisor can control the gain of the controller. Identical names in FIGS. 8 and 9 have the same meaning as those in FIG. 7

Literaturliterature

[1] Patentanmeldung: Verfahren zur Regelung für dynamische Systeme n-ter Ordnung.
Internat. Veröffentlichung: WO 93/11473
[2] B. Porter, A.H. Jones, C.B. McKeeown: Real-time expert tuners for PI controllers.
IEE Proceedings,m Vol. 134, Pt. D, No.4, July 1987, pp. 260-263
[3] Li Zheng: A Practical Guide to Tune of Proportional and Integral (PI) - like Fuzzy Controllers.
IEEE International Conf. on Fuzzy Systems FUZZ-IEEE 92, San Diego, Proceedings pp. 633-640
[4] DE 42 37 009 A1
[1] Patent application: Control method for dynamic n-order systems.
Boarding school Publication: WO 93/11473
[2] B. Porter, AH Jones, CB McKeeown: Real-time expert tuners for PI controllers.
IEE Proceedings, m Vol. 134, Pt. D, No.4, July 1987, pp. 260-263
[3] Li Zheng: A Practical Guide to Tune of Proportional and Integral (PI) - like Fuzzy Controllers.
IEEE International Conf. on Fuzzy Systems FUZZ-IEEE 92, San Diego, Proceedings pp. 633-640
[4] DE 42 37 009 A1

Claims (8)

1. Anordnung zur Regelung des Mischungsverhältnisses zweier Gasvolumenströme durch eine Venturi-Düse über deren Düsenna­ del,
  • a) bei der die zwei Gasvolumenströme an verschiedenen Stellen in die Venturi-Düse (Vent) eintreten,
  • b) bei der mindestes erste Meßmittel (P, T, 15) zur Bestimmung von Kenngrößen des ersten Volumenstromes vorgesehen sind,
  • c) bei der mindestes zweite Meßmittel (P, T, 17) zur Bestimmung von Kenngrößen des zweiten Volumenstromes vorgesehen sind,
  • d) bei der mindestes Mittel zur Bestimmung des Mischungsver­ hältnisses anhand der von den Meßmitteln gemessenen Kenn­ größen vorgesehen sind,
  • e) bei der mindestes Stellmittel (M) zur Verstellung des Dü­ sennadelabstandes (l) der Venturi-Düse gemäß einer Stell­ größe vorgesehen sind,
  • f) bei der mindestes ein Regler (contr) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor vorgesehen ist, der die vom Verstär­ kungsfaktor abhängige Stellgröße in Abhängigkeit der Re­ geldifferenz, gebildet aus zugeführtem Mischungsverhältnis und bestimmten Mischungsverhältnis, sowie der bekannten Zusammenhänge zwischen Volumenstromänderung und Düsenna­ delverstellweg von Venturi-Düsen, abgibt,
  • g) und bei der mindestes ein Überwacher (sup) zur Einstellung des Verstärkungsfaktors vorgesehen ist, der Mittel auf­ weist zur Detektion von Schwingungen der Stellgröße und Bildung eines Schwingungsmaßes, welcher in Abhängigkeit des Schwingungsmaßes den Verstärkungsfaktor ändert.
1. Arrangement for regulating the mixing ratio of two gas volume flows through a Venturi nozzle via its nozzle needle,
  • a) in which the two gas volume flows enter the venturi nozzle (vent) at different points,
  • b) in which at least first measuring means (P, T, 15 ) are provided for determining parameters of the first volume flow,
  • c) in which at least second measuring means (P, T, 17 ) are provided for determining parameters of the second volume flow,
  • d) where at least means for determining the mixing ratio are provided on the basis of the parameters measured by the measuring means,
  • e) at least the actuating means (M) for adjusting the nozzle needle distance (l) of the venturi nozzle are provided in accordance with an actuating variable,
  • f) at least one controller (contr) with an adjustable amplification factor is provided, which is the manipulated variable dependent on the amplification factor as a function of the re-difference, formed from the supplied mixing ratio and certain mixing ratio, and the known relationships between the volume flow change and the nozzle displacement adjustment range of venturi nozzles issues
  • g) and in which at least one monitor (sup) is provided for setting the gain factor, which has means for detecting vibrations of the manipulated variable and forming a vibration measure which changes the gain factor as a function of the vibration measure.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der als Überwacher (sup) ein Fuzzy-Regler und als Regler (contr) ein Fuzzy-Regler oder ein P- oder PI-Regler vorgesehen ist.2. Arrangement according to claim 1, in which as a supervisor (sup) a fuzzy controller and as a controller (contr) a fuzzy controller or a P or PI controller is provided. 3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der als Überwacher ein Schwellenwertüberwacher für das Schwingungsmaß und als Regler ein Fuzzy-Regler vorgesehen ist. 3. Arrangement according to claim 1, in which as a monitor Threshold value monitor for the vibration level and as a controller a fuzzy controller is provided.   4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der mindestens ein Fuzzy-Regler als ein Fuzzy-sliding-Mode-Regler ausgebildet ist.4. Arrangement according to claim 2 or 3, in which at least one Fuzzy controller designed as a fuzzy sliding mode controller is. 5. Verfahren zur Regelung des Mischungsverhältnisses zweier Gasvolumenströme durch eine Venturi-Düse,
  • a) bei dem von den zwei Gasvolumenströmen Kenngrößen zur Be­ stimmung der Volumenströme ermittelt werden und daraus das aktuelle Mischungsverhältnis bestimmt wird,
  • b) bei dem aus dem aktuellen Mischungsverhältnis und einem Zugeführten Soll-Mischungsverhältnis die Regeldifferenz gebildet wird und daraus eine von einem Verstärkungsfaktor abhängige Stellgröße zur Verstellung der Venturi-Düse ge­ bildet wird, indem die bekannten Zusammenhänge zwischen Volumenstromänderung und Düsennadelverstellweg von Ventu­ ri-Düsen verwendet werden,
  • c) und bei dem der zeitliche Verlauf der Stellgröße überwacht wird, wozu über Zeitabschnitte hinweg die Streuung der Stellgröße bestimmt wird und der Verstärkungsfaktor in Ab­ hängigkeit der Streuung geändert wird
  • 6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem mindestens ein Grenz­ wert für die Streuung festgelegt und überwacht wird und bei Überschreiten des Grenzwertes der Verstärkungsfaktor reduziert wird.
5. Method for controlling the mixing ratio of two gas volume flows through a Venturi nozzle,
  • a) in which parameters of the two gas volume flows are determined to determine the volume flows and the current mixing ratio is determined therefrom,
  • b) in which the control difference is formed from the current mixing ratio and a supplied target mixing ratio and a control variable dependent on a gain factor for adjusting the venturi nozzle is formed by using the known relationships between volume flow change and nozzle needle adjustment path of venturi nozzles will,
  • c) and in which the temporal course of the manipulated variable is monitored, for which purpose the scatter of the manipulated variable is determined over time periods and the amplification factor is changed as a function of the scatter
  • 6. The method according to claim 5, in which at least one limit value for the scatter is determined and monitored and the gain factor is reduced if the limit value is exceeded.
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem bei mindestens ein Grenzwert für die Streuung festgelegt und überwacht wird und bei Unterschreiten des Grenzwertes der Verstärkungs­ faktor erhöht wird.7. The method according to claim 5, wherein at least one Threshold for the spread is determined and monitored and if the gain falls below the limit factor is increased. 8. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Verstärkungsfaktor gebildet wird, indem linguistische Variablen, welche den Verstärkungsfaktor und die Streuung kennzeichnen, mit Hil­ fe von linguistischen Regeln ausgewertet werden. 8. The method of claim 5, wherein the gain factor is formed by linguistic variables that represent the Mark the amplification factor and the scatter, with Hil fe are evaluated by linguistic rules.   9. Verfahren nach Anspruch 8, mit folgendem Linguistischen Regelwerk: 1. IF K is (MEDIUM or HIGH) AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN REDUCE K
2. IF K is LOW AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN DO NOT CHANGE K
3. IF K is HIGH AND σ² is LOW THEN DO NOT CHANGE K
4. IF K is (LOW or MEDIUM) AND σ² is LOW THEN INCREASE K.
mit K: Verstärkungsfaktor
σ²: Streuung
9. The method according to claim 8, with the following linguistic set of rules: 1. IF K is (MEDIUM or HIGH) AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN REDUCE K
2. IF K is LOW AND σ² is (MEDIUM or HIGH) THEN DO NOT CHANGE K
3. IF K is HIGH AND σ² is LOW THEN DO NOT CHANGE K
4. IF K is (LOW or MEDIUM) AND σ² is LOW THEN INCREASE K.
with K: gain factor
σ²: scatter
DE1996117384 1996-04-30 1996-04-30 Regulator of mixt. ratio of two gas vol. flows through Venturi nozzle Withdrawn DE19617384A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996117384 DE19617384A1 (en) 1996-04-30 1996-04-30 Regulator of mixt. ratio of two gas vol. flows through Venturi nozzle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996117384 DE19617384A1 (en) 1996-04-30 1996-04-30 Regulator of mixt. ratio of two gas vol. flows through Venturi nozzle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19617384A1 true DE19617384A1 (en) 1997-11-06

Family

ID=7792956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1996117384 Withdrawn DE19617384A1 (en) 1996-04-30 1996-04-30 Regulator of mixt. ratio of two gas vol. flows through Venturi nozzle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19617384A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0976988A1 (en) 1998-07-31 2000-02-02 Fritschi und Partner GmbH Air mixing unit for a room climatisation device
DE10341960A1 (en) * 2003-09-11 2005-04-14 Glunz Ag Mixing method and static mixer, in particular for gluing lignocellulose-containing fibers with a binder
CN104259005A (en) * 2014-09-03 2015-01-07 江苏科技大学 High-frequency and high-voltage power supply controller for electrostatic dust collection and control method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993011473A1 (en) * 1991-11-25 1993-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Process for regulating nth-order dynamic systems
DE4237009A1 (en) * 1992-11-02 1994-05-05 Siemens Ag Gas volume adjustment system
DE4444794A1 (en) * 1993-12-17 1995-06-29 Kobe Steel Ltd Method for detecting abnormalities in machine performance

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993011473A1 (en) * 1991-11-25 1993-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Process for regulating nth-order dynamic systems
DE4237009A1 (en) * 1992-11-02 1994-05-05 Siemens Ag Gas volume adjustment system
DE4444794A1 (en) * 1993-12-17 1995-06-29 Kobe Steel Ltd Method for detecting abnormalities in machine performance

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B.M. Pfeiffer, at 2/94, S. 69-73 *
H. Unbehauen: Regelungstechnik III, S. 133-150 *
K. Xander, H.H. Enders: Regelungstechnik mit elektronischen Bauelementen, Kap. 13, 1987 *
O. Föllinger: Nichtlineare Regelungen I, München 1969 *
R. Palm: Sliding Mode Fuzzy Control, IEEE Int. Conf. on Fuzzy Systems, San Diego 1992 *
T. Kuhn, J. Wernstedt, at 3/94, S. 91-99 *
T. Kuhn, J. Wernstedt, at 4/96, S. 160-170 *
V.V. Chalam: Adaptive Control Systems, New York 1987, Kap. 7.5 *
W. Leonhard: Einführung in die Regelungstechnik, 2. Aufl., Braunschweig, 1984, S. 108-112, 129 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0976988A1 (en) 1998-07-31 2000-02-02 Fritschi und Partner GmbH Air mixing unit for a room climatisation device
DE10341960A1 (en) * 2003-09-11 2005-04-14 Glunz Ag Mixing method and static mixer, in particular for gluing lignocellulose-containing fibers with a binder
DE10341960B4 (en) * 2003-09-11 2008-02-07 Glunz Ag Mixing method and static mixer, in particular for gluing lignocellulose-containing fibers with a binder
CN104259005A (en) * 2014-09-03 2015-01-07 江苏科技大学 High-frequency and high-voltage power supply controller for electrostatic dust collection and control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60220438T2 (en) DETECTION AND IDENTIFICATION OF INSTABILITIES IN CONTROL VALVES
DE3020301C2 (en)
DE19606652B4 (en) Method of setting the air-fuel ratio for an internal combustion engine with a downstream catalytic converter
DE4213795C2 (en) Motor servo system control
DE69912239T2 (en) METHOD FOR DETECTING A CLOGGING IN A PRESSURE MEASURING FLOW CONTROLLER AND A SENSOR USED FOR THIS PURPOSE
EP0775912B1 (en) Apparatus and method for the determination of absolute gas concentrations by using semiconducting gas sensors
DE102011085115B4 (en) Method and device for adapting a lambda control
DE3529547C2 (en)
DE4407345A1 (en) Method and device for measuring a gas medium with a chemical sensor
DE19720293C1 (en) Ventilation device for automobile passenger space
DE102004058238A1 (en) Adaptive, multivariable process control that uses model switching and attribute interpolation
DE3822415C2 (en)
DE3424088C2 (en)
DE19912317C5 (en) Method for controlling the proportion of exhaust gas recirculated to an internal combustion engine
EP0501127A2 (en) Ventilation control device of a passenger compartment in particular for motor vehicles
WO2002077528A1 (en) Method and device for adjusting air ratio
WO1997012129A2 (en) Process and device for reacting a pollutant in an exhaust gas on a catalyst
DE19961159A1 (en) Method for determining a loading state of a particle filter of an internal combustion engine
DE19606480C2 (en) Method and arrangement for adapting a fuzzy controller
DE602004004688T2 (en) Active control of the temperature of a filter
EP0079581A2 (en) Method and apparatus for controlling the amount of recycled exhaust gases in an internal-combustion engine
EP0741345A1 (en) Method and device for controlling a process
WO2000002103A1 (en) Method for operating a control system and device for carrying out said method
EP2870332B1 (en) Method for dosing a reducing agent in an exhaust gas treatment device
DE19617384A1 (en) Regulator of mixt. ratio of two gas vol. flows through Venturi nozzle

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee