DE3225811A1 - Self-adjusting simulation and control system - Google Patents

Self-adjusting simulation and control system

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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Abstract

The self-adjusting simulation and control system (AMCS) represents a complete operating system for simulation, determination and self-adjusting control, which can be constructed as a closed control system. The self-adjusting simulation system (AMS) is the core of the system in this arrangement. This system consists of a simulation determination algorithm (MIA) and a disturbance variable determination algorithm (DIA). The AMCS operates in an outer and an inner loop. The outer loop tunes the PID controller in a feedback loop, the inner loop determines and compensates for model errors or external load disturbance variables.

Description

Selbsteinstellendes Simulations- und RegelungssystemSelf-adjusting simulation and control system

I. Einführung in das AMCSI. Introduction to the AMCS

Das selbsteinstellende Simulations- und Regelungssystem (Abkürzung AMCS) stellt ein komplettes Betriebssystem zur Simulation, Bestimmung und selbsteinstellenden Regelung dar, das als geschlossenes Regelungssystem ausgeführt werden kann. Dieses Regelungssystem ist in Fig. 1 dargestellt. Der Funktionsaufbau des AMCS ist in Fig. 2 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass das selbsteinstellende Simulationssystem (AMS) das Herzstück des ganzen Systems ist.The self-adjusting simulation and control system (AMCS abbreviation) represents a complete operating system for simulation, determination and self-adjusting control that can be implemented as a closed control system. This control system is shown in FIG. The functional structure of the AMCS is shown in FIG. It can be seen that the self-adjusting simulation system (AMS) is the heart of the whole system.

Das AMS besteht aus zwei Hauptalgorithmen, dem Simulations-Bestimmungs-Algorithmus (MIA) und dem Störgrößenbestimmungs-Algorithmus (DIA). Diese Algorithmen verwenden dynamische Daten, um die Verfahrensdynamik zu simulieren und die unmessbaren Ladungsgrößen zu bestimmen. Es ist nachdrücklich zu betonen, dass die dynamischen Daten, die in dem AMS verwendet werden, während der Steueroperationen in der geschlossenen Schleife gesammelt werden können.The AMS consists of two main algorithms, the simulation determination algorithm (MIA) and the disturbance variable determination algorithm (DIA). These algorithms use dynamic data to simulate the process dynamics and to determine the immeasurable load sizes. It is important to emphasize that the dynamic data used in the AMS can be collected during closed loop control operations.

Die Verwirklichung des AMCS erfolgt in zwei Schleifen. Die äußere Schleife A arbeitet im Stapelbetrieb, so dass, wenn die dynamischen Daten zur Bestimmung des Prozesses ausreichend sind, ein aktuelles Modell durch den MIA erhalten wird, um den PID-Regler in der herkömmlichen Rückkopplungsschleife (feedback-Schleife) abzustimmen. Die innere Schleife B arbeitet im Realzeitbetrieb, so dass Modellfehler oder externe Ladungsstörgrößen unmittelbar bestimmt und kompensiert werden können.The implementation of the AMCS takes place in two loops. The outer loop A works in batch mode so that when the dynamic data is sufficient to determine the process, an up-to-date model is obtained by the MIA in order to tune the PID controller in the conventional feedback loop. The inner loop B works in real-time operation, so that model errors or external charge disturbance variables can be determined and compensated for immediately.

Die herkömmliche Rückkopplungssteuerschleife, die Gegenstand der selbsteinstellenden Abstimmungsschleife A ist, wird als selbsteinstellende Rückkopplungssteuerschleife (AFBC) bezeichnet. Andererseits wird die innere Schleife B, welche festgestellte Ladung in einer Vorwärtsbetriebsart kompensiert, als selbsteinstellende Vorwärtsregelungsschleife (AFFC) bezeichnet.The conventional feedback control loop that is the subject of self-adjusting tuning loop A is referred to as the self-adjusting feedback control loop (AFBC). On the other hand, the inner loop B, which compensates for detected load in a forward mode, is referred to as the self-adjusting feed forward loop (AFFC).

Es ist ersichtlich, dass das AMCS im Grunde ein Selbstlern-System ist. Durch eine sequentielle Verwirklichung der Schleifen A und B in dem AMCS, kann die Regelungstätigkeit von Zeit zu Zeit aktualisiert werden, so dass das System jederzeit sich selbst zu seinen Optimalbedingungen hin zwingt.It can be seen that the AMCS is basically a self-learning system. By sequential implementation of the loops A and B in the AMCS, the control activity can be updated from time to time, so that the system always forces itself to its optimal conditions.

Herkömmliche Rückkopplungs-RegelschleifeConventional feedback control loop

Figur 1: Selbsteinstellendes Simulations- und Regelungs-SystemFigure 1: Self-adjusting simulation and control system

ProzessdatenProcess data

Figur 2: Funktionsaufbau des AMCSFigure 2: Functional structure of the AMCS

II. Selbsteinstellendes Simulationsmodell (AMS)II. Self-adjusting simulation model (AMS)

1. Definition der M[tief]A(n,m) und M[tief]B(n,m,s) Modelle1. Definition of the M [deep] A (n, m) and M [deep] B (n, m, s) models

Die in dem AMS benutzten Modelle können in zwei Kategorien eingeteilt werden. Die eine ist das fortlaufende deterministische Modell, das als M[tief]A(n,m) Modell bezeichnet wird. Die andere ist das diskrete stochastische Modell, welches deterministische Prozesse einschließt, die durch stochastische Systemstörungen oder Messstörungen verursacht werden. Dieses Modell wird als M[tief]B(n,m,s) Modell bezeichnet. Ein M[tief]B(n,m,s) Modell löst nicht nur die deterministische Input-Output Dynamik in den Größen einer Differentialgleichung, sondern löst ebenfalls eine diskrete stochastische Differentialgleichung, welche die Einflüsse der Systemstörungen oder des messbaren Beobachtungsfehlers in Betracht zieht.The models used in the AMS can be divided into two categories. One is the continuous deterministic model called the M [deep] A (n, m) model. The other is the discrete stochastic model, which includes deterministic processes caused by stochastic system disturbances or measurement disturbances. This model is referred to as the M [deep] B (n, m, s) model. An M [deep] B (n, m, s) model not only solves the deterministic input-output dynamics in terms of a differential equation, but also solves a discrete stochastic differential equation, which takes into account the influences of the system disturbances or the measurable observation error.

Trotz des Unterschieds der Entwicklungsformen der Modelle können beide Modelle dazu verwendet werden, ein System oder einen Prozess zu beschreiben, der durch folgende Gleichung gekennzeichnet ist: w(t)=u(t-D)Despite the difference in the forms of development of the models, both models can be used to describe a system or a process that is characterized by the following equation: w (t) = u (tD)

undand

y(t)=x(t)+v(t) (II.1)y (t) = x (t) + v (t) (II.1)

wobeiwhereby

x = zu prüfende oder zu regelnde Prozess-Variablex = process variable to be checked or controlled

y = beobachteter Wert der Variablen xy = observed value of the variable x

u = Regelungs-Inputu = control input

w = verzögerter Regelungs-Inputw = delayed control input

kleines Zeta = Prozess-Rauschen oder Störung, angenommen in Normalverteilungsmall zeta = process noise or disturbance, assumed in normal distribution

kleines Beta i, (i = 0,1,2,...,m) = Koeffizienten in der Dynamik des Prozess-Inputs kleines Alpha i, (i = 1,2,...,n) = Koeffizienten in der Dynamik der Prozess-Variablensmall beta i, (i = 0,1,2, ..., m) = coefficients in the dynamics of the process input small alpha i, (i = 1,2, ..., n) = coefficients in the dynamics of the process variables

D = ZeitverzögerungD = time delay

v = Messungsrauschen, angenommen in Normalverteilungv = measurement noise, assumed in normal distribution

Die ausführliche Beschreibung der M[tief]A(n,m) und M[tief]B(n,m,s) Modelle wird nachstehend gegeben:The detailed description of the M [deep] A (n, m) and M [deep] B (n, m, s) models is given below:

(1) M[tief]A(n,m) Modelle(1) M [deep] A (n, m) models

Die als M[tief]A(n,m) katalogisierten Modelle sind in der Form gegeben: (II.2)The models cataloged as M [deep] A (n, m) are given in the form: (II.2)

wobei whereby

= der Modellwert für x = the model value for x

= der geschätzte Output für y= the estimated output for y

Es ist zu beachten, dass n und m in den M[tief]A(n,m) Modellen benutzt werden zur Kennzeichnung des Grads der Differentiation von bzw. w.Note that n and m in the M [deep] A (n, m) models are used to denote the degree of differentiation of or w.

In den M[tief]A(n,m) Modellen kann der nominelle Parameter-Vektor definiert werden als die Untermenge von großes Omega[hoch]N[tief]MA, wobei großes Omega[hoch]N[tief]MA gegeben ist als: (II.3)In the M [low] A (n, m) models, the nominal parameter vector can be defined as the subset of large omega [high] N [low] MA, where large omega [high] N [low] MA is given as : (II.3)

In anderen Worten, der nominelle Parameter-Vektor P[tief]N kann definiert werden als:In other words, the nominal parameter vector P [deep] N can be defined as:

P[tief]N ist Teilmenge von großes Omega[hoch]N[tief]MA (II.4)P [low] N is a subset of large omega [high] N [low] MA (II.4)

wobei whereby

= Anfangswert der i-ten Ableitung von x= Initial value of the i-th derivative of x

a[tief]i,i = 1,2,....,n = Koeffizienten für die Variable xa [deep] i, i = 1,2, ...., n = coefficients for the variable x

b[tief]i,i = 0,1,2,....,m = Koeffizienten für wb [deep] i, i = 0,1,2, ...., m = coefficients for w

Die durch die Gleichung (II.2) gegebenen M[tief]A(n,m) Modelle können benutzt werden zur Beschreibung der deterministischen Prozessdynamik, wobei sowohl das Systemrauschen (Systemstörungen) und Messungsrauschen (Messungsstörungen) im Vergleich mit dem System-Input und -Output unbedeutend sind.The M [deep] A (n, m) models given by equation (II.2) can be used to describe the deterministic process dynamics, whereby both the system noise (system interference) and measurement noise (measurement interference) in comparison with the system input and -Output are insignificant.

(2) Die M[tief]B(n,m,s) Modelle(2) The M [deep] B (n, m, s) models

Die M[tief]B(n,m,s) Modelle sind in Form von stochastischen Differentialgleichungen gegeben: und (II.5)The M [deep] B (n, m, s) models are given in the form of stochastic differential equations: and (II.5)

Der dynamische Teil von The dynamic part of

(k) und w(k) beim Fehlen von kleines Epsilon(k) in Gleichung (II.5), d.h., (II.6)(k) and w (k) in the absence of the small epsilon (k) in equation (II.5), that is, (II.6)

ist direkt mit einer stetigen (kontinuierlichen) Differentialgleichung verwandt: (II.7)is directly related to a continuous differential equation: (II.7)

Die diskreten Größen in den vorstehenden Gleichungen, beispielsweise y(k), w(k), kleines Epsilon(k) kenn- zeichnen, dass diese Werte zu dem Augenblick abgefragt werden, welcher k großes Delta vom Ursprung entfernt ist (großes Delta = Abtastperiode).The discrete quantities in the above equations, for example y (k), w (k), small epsilon (k) denote draw that these values are queried at the instant which k large delta is away from the origin (large delta = sampling period).

Die in den Gleichungen (II.5) bis (II.7) verwendeten Symbole stellen sich folgendermaßen dar: The symbols used in equations (II.5) to (II.7) are as follows:

= geschätzte Output für y 0[tief]i (i=1,...,s) = Koeffizienten von kleines Epsilon= estimated output for y 0 [deep] i (i = 1, ..., s) = coefficients of small epsilon

y = aktuelle Output-Variabley = current output variable

w = verzögerte Prozess-Input, d.h. u(t-D), so dass w(k) für u(k-kleines Eta) steht, wobei kleines Eta = Integer [D/großes Delta]w = delayed process input, i.e. u (t-D), so that w (k) stands for u (k-small Eta), where small Eta = integer [D / large delta]

kleines Epsilon = Fehler zwischen dem aktuellen und dem geschätzten Outputsmall epsilon = error between the current and the estimated output

kleines Phi i, (i = 1,2,....,n) = Koeffizienten für y in der Differentialgleichungsmall Phi i, (i = 1,2, ...., n) = coefficients for y in the differential equation

F[tief]i, (i = 1,2,....,n) = Koeffizienten für W in der DifferentialgleichungF [deep] i, (i = 1,2, ...., n) = coefficients for W in the differential equation

a[tief]i, (i = 1,2,....,n) = Koeffizienten für b[tief]i, (i = 0,1,....,m) = Koeffizienten für wa [deep] i, (i = 1,2, ...., n) = coefficients for b [deep] i, (i = 0,1, ...., m) = coefficients for w

n = Grad der Differentiation von in Gleichung (II.7)n = degree of differentiation of in equation (II.7)

m = Grad der Differentiation von w in Gleichung (II.7)m = degree of differentiation of w in equation (II.7)

s = Grad der Abweichungen für kleines Epsilon in Gleichung (II.5)s = degree of deviation for small epsilon in equation (II.5)

Anders als die Modell-Indizes n,m in den M[tief]A(n,m) Modellen, beziehen sich n, m und s in den M[tief]B(n,m,s) Modellen auf beide Gleichungen (II.5) und (II.7).Unlike the model indices n, m in the M [deep] A (n, m) models, n, m and s in the M [deep] B (n, m, s) models refer to both equations (II .5) and (II.7).

Wegen der Verbindung von Gleichung (II.7) in dem Modell von Gleichung (II.5), entsprechen die Koeffizienten von kleines Phi[tief]i, (i = 1,2,...,n) und Fi, (i = 1,2,...,n) den Koeffizienten von a[tief]j und b[tief]j in der Form von:Because of the connection of equation (II.7) in the model of equation (II.5), the coefficients of small Phi [deep] i, (i = 1,2, ..., n) and Fi, (i = 1,2, ..., n) the coefficients of a [deep] j and b [deep] j in the form of:

kleines Phi[tief]i=kleines Phi[tief]i(a[tief]1,a[tief]2,......,a[tief]n), i = 1,2,......,nsmall Phi [deep] i = small Phi [deep] i (a [deep] 1, a [deep] 2, ......, a [deep] n), i = 1,2, .... .., n

F[tief]I = F[tief]i(a[tief]1,a[tief]2,......,a[tief]n,b[tief]0,b[tief]1, ,b[tief]m), I = 1,2, ,nF [deep] I = F [deep] i (a [deep] 1, a [deep] 2, ......, a [deep] n, b [deep] 0, b [deep] 1,, b [deep] m), I = 1,2,, n

(II.8)(II.8)

Die Ableitungen von Gleichung (II.8) für jeden Wert von n und m in Gleichung (II.7) sind weitschweifig und nicht nötig. Später werden die Beziehungen von Gleichung (II.8) gemäß ihren Zustandsausdrücken implizit bestimmt.The derivatives of equation (II.8) for each value of n and m in equation (II.7) are lengthy and unnecessary. Later, the relationships of equation (II.8) are determined implicitly according to their state expressions.

Wegen der Ko-Existenz von Gleichung (II.6) und Gleichung (II.7) ist der nominelle Parameter-Vektor für die M[tief]B(n,m,s) Modelle als Untermenge von großes Omega[hoch]N[tief]MB gegeben, wobeiBecause of the co-existence of equation (II.6) and equation (II.7), the nominal parameter vector for the M [low] B (n, m, s) models is a subset of large omega [high] N [ deep] MB given, where

großes Omega[hoch]N[tief]MB = [a[tief]1,a[tief]2,......,a[tief]n,b[tief]0,b[tief]1,......,b[tief]m,O[tief]1,O[tief]2,......,O[tief]S]large omega [high] N [low] MB = [a [deep] 1, a [deep] 2, ......, a [deep] n, b [deep] 0, b [deep] 1 ,. ....., b [deep] m, O [deep] 1, O [deep] 2, ......, O [deep] S]

(II.9)(II.9)

(3) Die aktuellen Parameter und die nominellen Parameter der M[tief]A(n,m) und M[tief]B(n,m,s) Modelle(3) The current parameters and the nominal parameters of the M [deep] A (n, m) and M [deep] B (n, m, s) models

Um die Modellreaktionen der M[tief]A(n,m) oder M[tief]B(n,m,s) Modelle zu berechnen, sind die Zustandsdarstellungen für Gleichung (II.2) erforderlich zur Durchführung der Integration. Deshalb sind die aktuellen Parameter, die in den Zustandsdarstellungen gebracht werden, nicht die gleichen wie die nominellen Parameter. Jedoch können letztere aus ersteren berechnet werden. Es ist ebenfalls bekannt, dass die Zustandsdarstellungen der Gleichungen (II.2) oder (II.7) nicht eindeutig sind. Die Zustandsgleichungen, die die wenigsten Parameter verwenden, sind gewöhnlich wünschenswert.In order to calculate the model reactions of the M [deep] A (n, m) or M [deep] B (n, m, s) models, the state representations for equation (II.2) are required to carry out the integration. Therefore the current parameters that are shown in the state representations are not the same as the nominal parameters. However, the latter can be calculated from the former. It is also known that the state representations of equations (II.2) or (II.7) are ambiguous. The equations of state that use the fewest parameters are usually desirable.

Mit anderen Worten, entweder Gleichung (II.2) oder Gleichung (II.7) wird zuerst in einer Zustandsdarstellung nachstehender Form formuliert: undIn other words, either equation (II.2) or equation (II.7) is first formulated in a state representation as follows: and

y = CZ (II.10)y = CZ (II.10)

wobeiwhereby

Z = [Z[tief]1,Z[tief]2,......,Z[tief]n][hoch]TZ = [Z [low] 1, Z [low] 2, ......, Z [low] n] [high] T

A(P[tief]A), B(P[tief]A) sind Koeffizientenmatrizen und P[tief]A ist der aktuelle Parameter-Vektor. Dann können die aktuellen Parameter Untermengen von großes Omega[hoch]A[tief]MA sein, d.h.A (P [deep] A), B (P [deep] A) are coefficient matrices and P [deep] A is the current parameter vector. Then the current parameters can be subsets of large omega [high] A [low] MA, i.e.

großes Omega[hoch]A[tief]MA = [kleines Ny[tief]1, kleines Ny[tief]2,..., kleines Ny[tief]t,Z[tief]1(0),Z[tief]2(0),...,Z[tief]n(0)] (II.11)large omega [high] A [low] MA = [small Ny [low] 1, small Ny [low] 2, ..., small Ny [low] t, Z [low] 1 (0), Z [low] 2 (0), ..., Z [deep] n (0)] (II.11)

wobei kleines Ny[tief]i(i = 1,2,...,t) = Parameter in der Zustandsdarstellung von Gleichung (II.10), so dasswhere small Ny [deep] i (i = 1,2, ..., t) = parameters in the state representation of equation (II.10), so that

P[tief]A ist Teilmenge von großes Omega[hoch]A[tief]MA.P [low] A is a subset of large omega [high] A [low] MA.

Die Beziehung der aktuellen Parameter zu den nominellen Parametern, die in Gleichung (II.2) verwendet werden, können anderswo gefunden werden. Zum BeispielThe relationship of the actual parameters to the nominal parameters used in equation (II.2) can be found elsewhere. For example

(i) M[tief]A(1,0) Modelle oder M[tief]B(1,0,s) Modelle(i) M [deep] A (1.0) models or M [deep] B (1.0, s) models

Die Zustandsdarstellung für diese Modelle kann gegeben sein als:The state representation for these models can be given as:

A=[-a[tief]1], B=[b[tief]o]A = [- a [deep] 1], B = [b [deep] o]

In dieser Formulierung kann man finden, dassIn this formulation one can find that

P[tief]A = P[tief]N und y = Z(1) = xP [deep] A = P [deep] N and y = Z (1) = x

(ii) M[tief]A(2,0) Modelle oder M[tief]B(2,0,s) Modelle(ii) M [deep] A (2.0) models or M [deep] B (2.0, s) models

Die A,B-Matrizen für die Zustandsdarstellung von Gleichung (II.2) oder Gleichung (II.7) kann gegeben sein als: The A, B matrices for the state representation of equation (II.2) or equation (II.7) can be given as:

In dieser Formulierung wird gefunden, dassIn this formulation it is found that

P[tief]A = P[tief]N und Z(1) = P [deep] A = P [deep] N and Z (1) =

(iii) M[tief]A(2,1) Modelle oder M[tief]B(2,1,s) Modelle(iii) M [deep] A (2.1) models or M [deep] B (2.1, s) models

Die A,B-Matrizen für die Zustandsdarstellung von Gleichung (II.2) oder Gleichung (II.7) kann gegeben sein als: The A, B matrices for the state representation of equation (II.2) or equation (II.7) can be given as:

Dann kann man schließen, dass C[tief]1 und C[tief]2 benutzt werden können zur Berechnung von b[tief]0 und b[tief]1 in Gleichung (II.2) oder Gleichung (II.7), d.h.Then one can conclude that C [deep] 1 and C [deep] 2 can be used to compute b [deep] 0 and b [deep] 1 in equation (II.2) or equation (II.7), i.e.

b[tief]0 = c[tief]1b [deep] 0 = c [deep] 1

b[tief]1 = c[tief]2+a[tief]1c[tief]1b [deep] 1 = c [deep] 2 + a [deep] 1c [deep] 1

In diesem Fall werden die aktuellen Parameter Untermengen von großes Omega[hoch]A[tief]MA, wobeiIn this case the current parameters are subsets of large omega [high] A [low] MA, where

großes Omega[hoch]A[tief]MA = [a[tief]1,a[tief]2,c[tief]1,c[tief]2,z[tief]1(0),z[tief]2(0)]large omega [high] A [deep] MA = [a [deep] 1, a [deep] 2, c [deep] 1, c [deep] 2, z [deep] 1 (0), z [deep] 2 (0)]

Es gibt viele andere Zustandsdarstellungen, die zu den gleichen M(2,1) Modellen führen.There are many other representations of states that lead to the same M (2,1) models.

(4) Differenzgleichung, welche kontinuierliche (stetige) Zustandsmodelle darstellen.(4) Difference equations, which represent continuous (steady) state models.

In den M[tief]B(n,m,s) Modellen entsprechen die Dynamiks in Gleichung (II.6) denen in Gleichung (II.7). Deshalb werden die Koeffizienten kleines Phi[tief]i und F[tief]i aus den Beziehungen in Gleichung (II.8) ermittelt. Diese Beziehungen sind von ihren Zustandsdarstellungen herzuleiten.In the M [deep] B (n, m, s) models, the dynamics in equation (II.6) correspond to those in equation (II.7). Therefore the coefficients small Phi [deep] i and F [deep] i are determined from the relationships in equation (II.8). These relationships can be derived from their state representations.

H=[h[tief]ij][tief]nxn = e[hoch]großesDelta großes DeltaH = [h [deep] ij] [deep] nxn = e [high] large delta large delta

G=[g[tief]i][tief]n = -A[hoch]-1[I-e[hoch]großes Delta großes Delta]B (II.12)G = [g [low] i] [low] n = -A [high] -1 [I-e [high] large delta large delta] B (II.12)

wobei A und B derartige Matrizen aus Gleichung (II.10) sind undwhere A and B are such matrices from equation (II.10) and

h[tief]ij = Element der Matrix Hh [deep] ij = element of the matrix H

g[tief]i = Element der Matrix Gg [deep] i = element of the matrix G

großes Delta = Integrations-Teilintervall.large delta = integration sub-interval.

Dann sind die Beziehungen in Gleichung (II.8) folgendermaßen gegeben:Then the relationships in equation (II.8) are given as follows:

(i) Zustandsgleichung mit n = 1 (II.13)(i) Equation of state with n = 1 (II.13)

(ii) Zustandsgleichung mit n = 2(ii) Equation of state with n = 2

kleines Phi[tief]1 = h[tief]11+h[tief]22small Phi [deep] 1 = h [deep] 11 + h [deep] 22

kleines Phi[tief]2 = h[tief]12h[tief]21-h[tief]22h[tief]11small Phi [deep] 2 = h [deep] 12h [deep] 21-h [deep] 22h [deep] 11

F[tief]1 = g[tief]1F[tief]2 = g[tief]2h[tief]12-g[tief]1h[tief]22 (II.14)F [deep] 1 = g [deep] 1F [deep] 2 = g [deep] 2h [deep] 12-g [deep] 1h [deep] 22 (II.14)

(iii) Zustandsgleichung mit n = 3(iii) Equation of state with n = 3

kleines Phi[tief]1 = t[tief]r[H]small Phi [deep] 1 = t [deep] r [H]

kleines Phi[tief]2 = -(großes Delta[tief]11+großes Delta[tief]22+großes Delta[tief]35)small Phi [deep] 2 = - (large delta [deep] 11 + large delta [deep] 22 + large delta [deep] 35)

kleines Phi[tief]3 = Det[H]small Phi [deep] 3 = Det [H]

F[tief]1 = g[tief]1F [deep] 1 = g [deep] 1

F[tief]2 = (h[tief]12 g[tief]2-g[tief]1 h[tief]22)+(h[tief]12 g[tief]3-g[tief]1 h[tief]33)F [deep] 2 = (h [deep] 12 g [deep] 2-g [deep] 1 h [deep] 22) + (h [deep] 12 g [deep] 3-g [deep] 1 h [deep ] 33)

F[tief]3=g[tief]3 großes Delta[tief]31+g[tief]2 großes Delta[tief]21+g[tief]1 großes Delta[tief]11F [deep] 3 = g [deep] 3 large delta [deep] 31 + g [deep] 2 large delta [deep] 21 + g [deep] 1 large delta [deep] 11

(II.15) wobei(II.15) whereby

t[tief]r[ ] = Linie einer Matrix in Klammernt [deep] r [] = line of a matrix in brackets

großes Delta[tief]ij = Adjunkte von h[tief]ijlarge delta [deep] ij = adjuncts of h [deep] ij

Det[ ] = Determinante einer quadratischen Matrix in Klammern.Det [] = determinant of a square matrix in brackets.

(5) Signifikanz der M[tief]B(n,m,s) Modelle(5) Significance of the M [deep] B (n, m, s) models

Die M[tief]B(n,m,s) Modelle können verwendet werden zur Darstellung der folgenden kontinuierlichen Prozesse, in denen Systemrauschen und Messungsrauschen von Einfluss sind.The M [deep] B (n, m, s) models can be used to represent the following continuous processes in which system noise and measurement noise have an influence.

y(t) = x(t)+v(t) y (t) = x (t) + v (t)

undand

w(t) = u(t-D) (II.16)w (t) = u (t-D) (II.16)

Daraus folgt, dass der fortlaufende (stetige) Prozess von Gleichung (II.16) unter drei verschiedenen Umständen zu den M[tief]B(n,m,s) Modellen führt.It follows that the continuous (continuous) process of equation (II.16) leads to the M [deep] B (n, m, s) models under three different circumstances.

(i) Der rauschfreie Fall(i) The noise-free case

Bei diesem Verhältnis sind sowohl kleines Epsilon und v nicht von Einfluss auf den Prozess-Output. Deshalb kann, wenn W während kleiner Vergleichsintervalle als konstant betrachtet wird, Gleichung (II.16) in eine Differenzgleichung in Größen von y gebracht werden.With this ratio, both the small epsilon and v have no influence on the process output. Therefore, if W is considered constant during small comparison intervals, equation (II.16) can be converted into a difference equation in terms of y.

y(k) = kleines Phi[tief]1 y(k-1)+kleines Phi[tief]2 y(k-2)+...+kleines Phi[tief]n y(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n)y (k) = small Phi [deep] 1 y (k-1) + small Phi [deep] 2 y (k-2) + ... + small Phi [deep] ny (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [deep] nw (kn)

mitwith

y(k) = x(k) (II.17)y (k) = x (k) (II.17)

Die Koeffizienten kleines Phi[tief]i und F[tief]i, welche den Definitionen in den Gleichungen (II.13) - (III.15) folgen, bringen das Differenzmodell mit einem abgetasteten kontinuierlichen Modell in Wechselbeziehung.The coefficients small Phi [deep] i and F [deep] i, which follow the definitions in equations (II.13) - (III.15), correlate the difference model with a sampled continuous model.

(II.18) (II.18)

Deshalb wird das Ergebnismodell ein M[tief]B(n,m,0) Modell sein.Therefore the result model will be an M [deep] B (n, m, 0) model.

(ii) Der Fall, in dem kleines Xi von Einfluss ist(ii) The case in which small Xi matters

In dem Fall, in dem kleines Xi in Gleichung (II.16) von Einfluss ist, kann Gleichung (II.16) betrachtet werden als: (II.19-1) (II.19-2)In the case where small Xi in equation (II.16) has an influence, equation (II.16) can be viewed as: (II.19-1) (II.19-2)

x = x[tief]1+x[tief]2 (II.19-3)x = x [deep] 1 + x [deep] 2 (II.19-3)

Gleichung (II.19-1) kann in eine Differenzgleichung wie in dem Fall störungs- oder rauschfrei gebracht werden. SomitEquation (II.19-1) can be converted into a difference equation as in the case free of interference or noise. Consequently

x[tief]1(k) = kleines Phi[tief]1 x[tief]1(k-1)+kleines Phi[tief]2 x[tief]1(k-2)+...+kleines Phi[tief]n x[tief]1(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n) (II.20)x [deep] 1 (k) = small Phi [deep] 1 x [deep] 1 (k-1) + small Phi [deep] 2 x [deep] 1 (k-2) + ... + small Phi [ deep] nx [deep] 1 (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [deep] nw (kn) (II.20)

ist Gleichung (II.19-2) eine stochastische Differentialgleichung. Eine Menge Versuche (Wu, Journal of Engineering Industrial; ASME Trans., Vol. 99-Ser. B, No. 3, pp. 708-714, August 1977) haben gezeigt, dass solch eine Gleichung durch ein ARMA (
<NichtLesbar>
n-1) Modell dargestellt werden kann: x[tief]2(k) = kleines Phi[tief]1 x[tief]2(k-1)+...+kleines Phi[tief]n x[tief]2(k-n)+kleines Theta[tief]1 kleines Epsilon(k-1)+...+kleines Theta[tief]n-1 kleines Epsilon(k-n+1)+kleines Epsilon(k) (II.21)
equation (II.19-2) is a stochastic differential equation. A lot of experiments (Wu, Journal of Engineering Industrial; ASME Trans., Vol. 99-Ser. B, No. 3, pp. 708-714, August 1977) have shown that such an equation can be replaced by an ARMA (
<notreadable>
n-1) model can be represented: x [deep] 2 (k) = small Phi [deep] 1 x [deep] 2 (k-1) + ... + small Phi [deep] nx [deep] 2 ( kn) + small theta [deep] 1 small epsilon (k-1) + ... + small theta [deep] n-1 small epsilon (k-n + 1) + small epsilon (k) (II.21)

so dass die Kombination von Gleichung (II.20) und Gleichung (II.21) zu der Gleichung führt:so that the combination of equation (II.20) and equation (II.21) leads to the equation:

x(k) = kleines Phi[tief]1 x(k-1)+...+kleines Phi[tief]n x(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n)+kleines Theta[tief]1 kleines Epsilon(k-1)+...+kleines Theta[tief]n-1 kleines Epsilon(k-n+1)+kleines Epsilon(k) (II.22)x (k) = small Phi [deep] 1 x (k-1) + ... + small Phi [deep] nx (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [ deep] nw (kn) + small theta [deep] 1 small epsilon (k-1) + ... + small theta [deep] n-1 small epsilon (k-n + 1) + small epsilon (k) (II .22)

Wenn nur kleines Xi von Einfluss ist, ist y(k) = so dassIf only small Xi is of influence, then y (k) = so that

y(k) = kleines Phi[tief]1 y(k-1)+...+kleines Phi[tief]n y(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n)+kleines Theta[tief]1 kleines Epsilon(k-1)+...+kleines Theta[tief]n-1 kleines Epsilon(k-n+1)+kleines Epsilon(k)y (k) = small Phi [deep] 1 y (k-1) + ... + small Phi [deep] ny (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [ deep] nw (kn) + small theta [deep] 1 small epsilon (k-1) + ... + small theta [deep] n-1 small epsilon (k-n + 1) + small epsilon (k)

Deshalb führt der Fall für den Prozess, in dem kleines Xi von Einfluss ist, zu einem M[tief]B(n,m,n-1) Modell.Therefore the case for the process in which small Xi is of influence leads to an M [deep] B (n, m, n-1) model.

(iii) Der Fall, in dem Beobachtungsrauschen von Einfluss ist.(iii) The case where observation noise is an influence.

Unter diesen Umständen ist nur v von Einfluss.In these circumstances only v is of any influence.

Deshalb kann der Prozess beschrieben werden als: (II.23)Therefore the process can be described as: (II.23)

undand

y = x+v (II.24)y = x + v (II.24)

Gleichung (II.23) kann wiederum in ein Differenzmodell gebracht werden:Equation (II.23) can in turn be converted into a difference model:

x(k) = kleines Phi[tief]1 x(k-1)+...+kleines Phi[tief]n x(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n) (II.25)x (k) = small Phi [deep] 1 x (k-1) + ... + small Phi [deep] nx (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [ deep] nw (kn) (II.25)

Da y(k) = x(k)+v(k), (II.26)Since y (k) = x (k) + v (k), (II.26)

führt die Substitution von Gleichung (II.26) in Gleichung (II.25) zu:the substitution of equation (II.26) in equation (II.25) leads to:

y(k) = kleines Phi[tief]1 y(k-1)+...+kleines Phi[tief]n y(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n)y (k) = small Phi [deep] 1 y (k-1) + ... + small Phi [deep] ny (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [ deep] nw (kn)

-kleines Phi[tief]1 kleines Ny(k-1)-kleines Phi[tief]2 kleines Ny(k-2)-...-kleines Phi[tief]n kleines Ny(k-n)+kleines Ny(k) (II.27)-small Phi [deep] 1 small Ny (k-1) -small Phi [deep] 2 small Ny (k-2) -...- small Phi [deep] n small Ny (kn) + small Ny (k) (II.27)

Das Ergebnismodell kann als M[tief]B(n,m,n) Modell bezeichnet werden.The result model can be referred to as the M [deep] B (n, m, n) model.

Es ist deshalb von großer Bedeutung, das M[tief]B(n,m,s) Modell zu verwenden, um die kontinuierlichen (stetigen) Prozesse wie in Gleichung (II.16) darzustellen, in der Rauschen von Einfluss ist.It is therefore of great importance to use the M [deep] B (n, m, s) model to represent the continuous processes as in equation (II.16), in which noise is an influence.

2. Parameter-Abschätzung für M[tief]A(n,m) Modelle2. Parameter estimation for M [deep] A (n, m) models

(1) Parameter-Abschätzungs-Algorithmus(1) Parameter estimation algorithm

In den M[tief]A(n,m) Modellen sind die Modellgleichungen gegeben als: (II.28)In the M [deep] A (n, m) models the model equations are given as: (II.28)

mit with

Der nominelle Parameter-Vektor P[tief]N, der abgeschätzt werden muss, ist ebenfalls definiert als:The nominal parameter vector P [deep] N, which has to be estimated, is also defined as:

P[tief]N ist Teilmenge von großes Omega[hoch]N[tief]MA (II.29)P [low] N is a subset of large omega [high] N [low] MA (II.29)

wobei whereby

Um den nominellen Parameter P[tief]N abzuschätzen, muss Gleichung (II.28) zuerst in eine kanonische Zustandsgleichung gebracht werden: (II.30)In order to estimate the nominal parameter P [deep] N, equation (II.28) must first be converted into a canonical state equation: (II.30)

so dass P[tief]A in Größen von P[tief]N bestimmt werden kann.so that P [deep] A can be determined in terms of P [deep] N.

Mit der Definition P = P[tief]A zur Vereinfachung der Schreibweise ergibt sich aus Gleichung (II.30) die abgeschätzte Output-Reaktion als:With the definition P = P [deep] A to simplify the notation, equation (II.30) gives the estimated output reaction as:

Angenommen (II.31)Accepted (II.31)

Y=[y(t[tief]0),y(t[tief]1),...,y(t[tief]N)][hoch]T (II.32)Y = [y (t [low] 0), y (t [low] 1), ..., y (t [low] N)] [high] T (II.32)

wobei y der aktuelle beobachtete Output ist.where y is the current observed output.

Weiterhin geschrieben (II.33)Still written (II.33)

Dann ist die Empfindlichkeitsmatrix (II.34)Then is the sensitivity matrix (II.34)

wobei die Tiefzahl r die Gesamtzahl der Parameter bezeichnet, die bestimmt werden.where the subscript r denotes the total number of parameters that are determined.

Dann (II.35)then (II.35)

vorausgesetzt, dass kleines Delta P klein ist.assuming that small delta P is small.

Wenn Gleichung (II.28) [oder Gleichung (II.30)] das entsprechende Modell ist, wird erwartet, dass (II.36)If Equation (II.28) [or Equation (II.30)] is the appropriate model, it is expected that (II.36)

so dass (II.37)so that (II.37)

Damit ergibt sich aus Gleichung (II.37) (II.38) vorausgesetzt, dass nicht singulär ist.This results from equation (II.37) (II.38) provided that is not singular.

Die Werte von in Gleichung (II.34) werden aus den Input-Output-Daten y(t) und u(t) berechnet.The values of in equation (II.34) y (t) and u (t) are calculated from the input-output data.

Die Zeitreihen von y(t[tief]i), u(t[tief]i), i = 1, 2, ......, N können entweder aus einem Open-Loop-Versuch oder von einer Closed-Loop-Regelungsoperation gesammelt werden. Die Berechnungen basieren auf den Gleichungen: (II.39) The time series of y (t [deep] i), u (t [deep] i), i = 1, 2, ......, N can be obtained either from an open-loop attempt or from a closed-loop -Settlement operation are collected. The calculations are based on the equations: (II.39)

Alternativ kann aus der Näherung berechnet werden: (II.40)Alternatively can can be calculated from the approximation: (II.40)

wobei und aus der Integration von Gleichung (II.30) mit dem möglichen Input w erhalten werden.whereby and can be obtained from the integration of equation (II.30) with the possible input w.

Gleichung (II.38) wird dann iterativ angewandt, um zu bestimmen, das von Y im Sinne der kleinsten Summe des quadratischen Fehlers abweicht.Equation (II.38) is then applied iteratively to to determine which deviates from Y in terms of the smallest sum of the squared error.

Um die Bestimmung von P mit Hilfe der Gleichung (II.38) zu beginnen, ist ein Anfangswert für den Parameter P wünschenswert. Der Anfangswert von P, der als P[hoch]o bezeichnet ist, kann durch einige bestehende Verfahren erhalten werden. Empfohlen werden das Integrationsverfahren nach Edward Moore und das Blockstoßfunktionsverfahren (block pulse function method), welche im Anhang angegeben sind.To begin determining P with the aid of equation (II.38), an initial value for the parameter P is required desirable. The initial value of P, labeled P [high] o, can be obtained by some existing methods. The integration method according to Edward Moore and the block pulse function method, which are given in the appendix, are recommended.

Das Abschätzungsverfahren ist folgendermaßen:The estimation procedure is as follows:

(i) Bestimme das M[tief]A(n,m) Modell in der Form der Gleichung (II.30) und somit den aktuellen Parameter P[tief]A oder P.(i) Determine the M [deep] A (n, m) model in the form of equation (II.30) and thus the current parameter P [deep] A or P.

(ii) Anwendung eines anfänglichen Abschätzverfahrens, wie der Integration nach Moore oder das Blockstoßfunktionsverfahren zur Erlangung der ersten Abschätzung für P, d.h. für P[hoch]o.(ii) Use of an initial estimation method such as Moore's integration or the block impact function method to obtain the first estimate for P, i.e. for P [high] o.

(iii) Beginn mit P[hoch]o und Anwendung des Integrationsverfahrens für M[tief]A(n,m) Modelle zur Berechnung kleines Delta P aus der Gleichung (II.38).(iii) Start with P [high] o and use the integration method for M [low] A (n, m) models to calculate the small delta P from equation (II.38).

(iv) Ersetzen von P[hoch]o durch P[hoch]o + kleines Delta P und Zurückgehen zur Stufe (iii) bis kleines Delta P innerhalb einer gegebenen Toleranz gefunden wird.(iv) Replace P [high] o with P [high] o + small delta P and go back to level (iii) until small delta P is found within a given tolerance.

(v) Berechnung der nominellen Parameter aus dem Ergebnis von Stufe (iv), d.h. der aktuellen Parameter.(v) Calculation of the nominal parameters from the result of stage (iv), i.e. the current parameters.

Ein Flussdiagramm für das vorstehende Verfahren ist in Fig. 3 gegeben.A flow chart for the above method is given in FIG. 3.

Die aufgeführten Verfahrensschritte zur Bestimmung der Parameter in den M[tief]A(n,m) Modellen haben sich als erfolgreich erwiesen für die Daten entweder aus einem Open-Loop-The procedural steps listed for determining the parameters in the M [deep] A (n, m) models have proven to be successful for the data either from an open-loop

Verfahren oder aus einer Closed-Loop-Regelung, wobei die Anwendung der Closed-Loop-Daten zur Bestimmung des M[tief]A(n,m) Modells hervorzuheben ist. Das schematische Diagramm ist in Fig. 4 gezeigt.Method or from a closed-loop control, whereby the application of the closed-loop data for determining the M [deep] A (n, m) model is to be emphasized. The schematic diagram is shown in FIG.

Viele andere Verfahren zur Verwendung der Closed-Loop-Daten zur Abschätzung der Parameter versagen und sie sind abhängig von dem Aufbau des Reglers, der in dem Closed-Loop angewendet wird. Es wurde herausgefunden, dass die Anwendung des hier angegebenen Verfahrens für Modelle geringerer Ordnung, solche wie für M[tief]A(1,0), M[tief]A(2,0) und M[tief]A(2,1) durchaus zuverlässige Ergebnisse liefert, die nicht von dem verwendeten Regler abhängig sind. Einige Simulationsergebnisse sind in Abschnitt (II-5) angegeben und verglichen.Many other methods of using the closed-loop data for estimating the parameters fail and they are dependent on the design of the controller which is used in the closed-loop. It has been found that applying the procedure given here for lower order models, such as for M [deep] A (1.0), M [deep] A (2.0), and M [deep] A (2.1 ) delivers reliable results that do not depend on the controller used. Some simulation results are given and compared in section (II-5).

(2) Integration von M[tief]A(n,m) Modellen(2) Integration of M [deep] A (n, m) models

Im vorausgehenden Abschnitt ist es notwendig, und zu berechnen. Obgleich bestehende numerische Verfahren wie Euler, Runge-Kutta-Verfahren angewendet werden können, erfordert die Anwendung dieser Verfahren Anfangswerte für welche ausgenommen von gewöhnlich unbekannt sind. Um die ersten Ableitungen von von nominellen Parametern auszuschließen, wird eine Differenzgleichungsnäherung vorgeschlagen. Gegeben ist das M[tief]A(n,m) Modell in der Form der Gleichung (II.28), d.h.In the previous section it is necessary to and to calculate. Although existing numerical methods such as Euler, Runge-Kutta methods can be used, the application of these methods requires initial values for which exempt from are usually unknown. To see the first derivatives of to exclude from nominal parameters, a difference equation approximation is proposed. The M [deep] A (n, m) model is given in the form of equation (II.28), ie

(II.28) (II.28)

mit W = u(t-d) und with W = u (td) and

Man kann im ersten Schritt die Gleichung (II.28) in ihre Zustandsform wie die Gleichung (II.10) transformieren und die korrespondierenden aktuellen Parameter definieren. Hier werden die aktuellen Parameter ähnlich sein zu denen in Gleichung (II.11), wobei solche Anfangswerte von Z[tief]1(0), Z[tief]2(0),...,Z[tief]n(0) ausgeschlossen werden.In the first step, equation (II.28) can be transformed into its state form like equation (II.10) and the corresponding current parameters can be defined. Here the current parameters will be similar to those in equation (II.11), with such initial values of Z [deep] 1 (0), Z [deep] 2 (0), ..., Z [deep] n (0 ) can be excluded.

Dann wird unter Benutzung der Gleichung (II.13), der Gleichung (II.14) oder der Gleichung (II.15) ein Differenzmodell erhalten, d.h.Then, using the equation (II.13), the equation (II.14) or the equation (II.15), a difference model is obtained, i.e.

Fig. 3 Ablaufdiagramm zur Schätzung der Parameter für das M[tief]A(n,m) Modell3 flow diagram for estimating the parameters for the M [deep] A (n, m) model

Fig. 4 Simulierung des M[tief]A(n,m) Modells unter Closed-Loop-OperationenFig. 4 Simulation of the M [deep] A (n, m) model under closed-loop operations

(II.41) (II.41)

Wenn für die ersten n-Anfangswerte y(k) = angenommen wird, können die folgenden Werte von berechnet werden. So wird das Integrationsverfahren für den Fall, bei dem die anfängliche Schätzung von Anfangsableitungen nicht verfügbar ist:If for the first n initial values y (k) = is assumed, the following values of be calculated. So, for the case where the initial estimate of initial derivatives is not available, the integration procedure becomes:

(i) Bringe Gleichung (II.28) in die Zustandsform von Gleichung (II.10)(i) Bring equation (II.28) into the state form of equation (II.10)

(ii) Weise die Werte der aktuellen Parameter aus Gleichung (II.10) zu.(ii) Assign the values of the current parameters from equation (II.10).

(iii) Berechne kleines Phi'[tief]i s und F'[tief]i s aus den Gleichungen (II.13) - (II.15).(iii) Calculate small Phi '[deep] i s and F' [deep] i s from equations (II.13) - (II.15).

(iv) Beginne mit y(0), y(1),...,y(n-1), für berechne (iv) Start with y (0), y (1), ..., y (n-1), for calculate

Das Flussdiagramm für dieses Verfahren ist in Fig. 5 dargestellt.The flow diagram for this method is shown in FIG.

Für den Fall, in dem Anfangsschätzungen für die Anfangsableitungen verfügbar sind, können die Integrationsverfahren nach den bestehenden numerischen Integrationsverfahren, welche sich aus Gleichung (II.28) ergeben und auf Gleichung (II.10) basieren, durchgeführt werden.For the case in which initial estimates for the initial derivatives are available, the integration methods can be carried out according to the existing numerical integration methods, which result from equation (II.28) and are based on equation (II.10).

3. Parameter-Abschätzung für M[tief]B(n,m,s) Modelle3. Parameter estimation for M [deep] B (n, m, s) models

Für ein M[tief]B(n,m,s) Modell sind zwei Gleichungen nötig. Eine ist die besagte deterministische Differentialgleichung und die andere ist die explizite Differenzengleichung für die M[tief]B(n,m,s) Modelle, d.h.For an M [deep] B (n, m, s) model two equations are necessary. One is the said deterministic differential equation and the other is the explicit difference equation for the M [deep] B (n, m, s) models, i.e.

(II.42) (II.42)

undand

y(k)=kleines Phi[tief]1y(k-1)+kleines Phi[tief]2y(k-2)+...+kleines Phi[tief]n y(k-n)+F[tief]1w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n)+kleines Theta[tief]1kleines Epsilon(k-1)+kleines Theta[tief]2kleines Epsilon(k-2)+...+kleines Theta[tief]skleines Epsilon(k-s)+kleines Epsilon(k) (II.43)y (k) = small Phi [deep] 1y (k-1) + small Phi [deep] 2y (k-2) + ... + small Phi [deep] ny (kn) + F [deep] 1w (k -1) + ... + F [deep] nw (kn) + small theta [deep] 1 small epsilon (k-1) + small theta [deep] 2 small epsilon (k-2) + ... + small theta [ deep] small epsilon (ks) + small epsilon (k) (II.43)

Die unabhängigen Parameter, die geschätzt werden müssen, sind: a[tief]1,a[tief]2,...,a[tief]n,b[tief]0,b[tief]1,...,b[tief]m,kleines Theta[tief]1,kleines Theta[tief]2,...,kleines Theta[tief]s.The independent parameters to be estimated are: a [deep] 1, a [deep] 2, ..., a [deep] n, b [deep] 0, b [deep] 1, ..., b [deep] m, small theta [deep] 1, small theta [deep] 2, ..., small theta [deep] s.

Diese sind alle nominelle Parameter, d.h.These are all nominal parameters, i.e.

Großes Omega[hoch]N[tief]MB = [a[tief]1,a[tief]2,...,a[tief]n,b[tief]0,b[tief]1,...,b[tief]m,kleines Theta[tief]1,kleines Theta[tief]2,...,kleines Theta[tief]s]Large Omega [high] N [low] MB = [a [deep] 1, a [deep] 2, ..., a [deep] n, b [deep] 0, b [deep] 1, ..., b [deep] m, small theta [deep] 1, small theta [deep] 2, ..., small theta [deep] s]

Um die nominellen Parameter in Gleichung (II.42) und Gleichung (II.43) zu schätzen,To estimate the nominal parameters in equation (II.42) and equation (II.43),

Fig. 5 Ablaufdiagramm für die Integration von M[tief]A(n,m) Modellen, wenn keine Anfangsableitung verfügbar ist. ist Gleichung (II.42) in eine Zustandsgleichung zu bringen mit denselben Verfahrensschritten wie diese für die M[tief]A(n,m) Modelle. Der Zustandsausdruck ist in derselben Form wie bei Gleichung (II.30), nämlich (II.44)Fig. 5 Flow diagram for the integration of M [deep] A (n, m) models when no initial derivative is available. Equation (II.42) is to be converted into an equation of state with the same procedural steps as this for the M [deep] A (n, m) models. The state expression is in the same form as in equation (II.30), namely (II.44)

Die aktuellen Parameter bestimmen sich dann aus Gleichung (II.44) und Gleichung (II.43), d.h.:The current parameters are then determined from equation (II.44) and equation (II.43), i.e .:

P[tief]A ist Teilmenge von großes Omega[hoch]A[tief]MBP [low] A is a subset of large Omega [high] A [low] MB

wobei großes Omega[hoch]A[tief]MB der Satz aller Parameter ist, die aus der Gleichung (II.44) und Gleichung (II.43) resultieren.where large omega [high] A [low] MB is the set of all parameters that result from equation (II.44) and equation (II.43).

Die Schätzung beginnt mit einem geschätzten Satz von Parametern für a[tief]1,...,a[tief]n,b[tief]o,...,b[tief]m und kleines Theta[tief]1,...,kleines Theta[tief]s. Dieser Datensatz wird als P[hoch]o[tief]N bezeichnet.The estimation begins with an estimated set of parameters for a [deep] 1, ..., a [deep] n, b [deep] o, ..., b [deep] m and small theta [deep] 1 ,. .., small theta [deep] s. This data set is referred to as P [high] o [low] N.

Dann wird durch Bestimmung der aktuellen Parameter aus Gleichung (II.44) und Gleichung (II.43) und durch Benutzung der Gleichung (II.13), Gleichung (II.14) oder Gleichung (II.15) ein Satz von kleines Phi[tief]i und F[tief]i berechnet, so dass sich ein Schätzmodell wie Gleichung (II.43) ergibt. Durch Berechnung des Fehlers in jeder Beobachtung kann die Summe der quadratischen Fehler erhalten werden. Ein nichtlineares Newton-Verfahren wird angewendet, um die Summe des quadratischen Fehlers zu minimieren durch Abstimmen der aktuellen Parameter. Die Summe des quadratischen Fehlers wird bezeichnet durch großes Phi, d.h.Then by determining the current parameters from equation (II.44) and equation (II.43) and using equation (II.13), equation (II.14) or equation (II.15) a set of small Phi [deep] i and F [deep] i are calculated so that an estimation model like equation (II.43) results. By calculating the error in each observation, the sum of the square errors can be obtained. A non-linear Newton method is used to minimize the sum of the squared error by tuning the current parameters. The sum of the square error is denoted by large phi, i.e.

(II.45) wobei kleines Epsilon (k) aus Gleichung (II.46) berechnet wird. (II.45) where the small epsilon (k) is calculated from equation (II.46).

Kleines Epsilon(k)=y(k)-kleines Phi[tief]1[hoch]0y(k-1)-...-kleines Phi[tief]n[hoch]0y(k-n)-F[tief]i[hoch]0w(k-1)-...-F[tief]n[hoch]0w(k-n)-kleines Theta[tief]1[hoch]0kleines Epsilon(k-1)-...-kleines Theta[tief]s[hoch]0kleines Epsilon(k-s) (II.46)Small epsilon (k) = y (k) -small Phi [low] 1 [high] 0y (k-1) -...- small Phi [low] n [high] 0y (kn) -F [low] i [high] 0w (k-1) -...- F [low] n [high] 0w (kn) -small theta [low] 1 [high] 0small epsilon (k-1) -...- small theta [low] s [high] 0 small epsilon (ks) (II.46)

wobei die Hochzahl "0" andeutet, dass alle Koeffizienten berechnet oder gegeben sind zu ihrem Anfangsparameter P[hoch]o.where the exponent "0" indicates that all coefficients have been calculated or given for their initial parameter P [high] o.

Der neue Parameter P kann dann erhalten werden aus:The new parameter P can then be obtained from:

P=P[hoch]0+kleines Delta P (II.47)P = P [high] 0 + small delta P (II.47)

wobei kleines Delta P berechnet wird aus: (II.48)where the small delta P is calculated from: (II.48)

wobei (II.49)whereby (II.49)

und (II.50)and (II.50)

Die Matrix ist die Hessian'sche Matrix für großes Phi und ist der Gradient-Vektor. Es ist zu beachten, dass (II.51)The matrix is the Hessian matrix for large Phi and is the gradient vector. It should be noted that (II.51)

und sich annähernd ergibt als:and results approximately as:

(II.52) (II.52)

Somit werden die Schätzungen iterativ fortgesetzt durch Wiederholung der Gleichung (II.48) und dem Ersetzen von P[hoch]o durch P[hoch]o + kleines Delta P, bis kleines Delta P innerhalb einer gegebenen Toleranz vorliegt.Thus, the estimates are iteratively continued by repeating equation (II.48) and replacing P [high] o with P [high] o + small delta P until small delta P is within a given tolerance.

Das Verfahren kann folgendermaßen zu Ende geführt werden:The procedure can be completed as follows:

(i) Bestimme Gleichung (II.42) als Zustandsgleichung wie Gleichung (II.44).(i) Determine equation (II.42) as an equation of state like equation (II.44).

(ii) Gebe einen Anfangsatz von geschätzten aktuellen Parametern.(ii) Give an initial set of estimated current parameters.

(iii) Berechne H[hoch]o = e[hoch]großes Delta großes Delta und G[hoch]o = -A[hoch]-1[I-e großes Delta großes Delta]B aus P[hoch]o.(iii) Compute H [high] o = e [high] large delta large delta and G [high] o = -A [high] -1 [I-e large delta large delta] B from P [high] o.

(iv) Berechne kleines Phi[tief]1[hoch]0,kleines Phi[tief]2[hoch]0,...,kleines Phi[tief]n[hoch]0,F[tief]1[hoch]0,F[tief]2[hoch]0,...,F[tief]n[hoch]0 aus den Gleichungen (II.13), (II.14) oder (II.15) aus den sich ergebenden H[hoch]o und G[hoch]o.(iv) Compute small Phi [low] 1 [high] 0, small Phi [low] 2 [high] 0, ..., small Phi [low] n [high] 0, F [low] 1 [high] 0 , F [low] 2 [high] 0, ..., F [low] n [high] 0 from equations (II.13), (II.14) or (II.15) from the resulting H [ high] o and G [high] o.

(v) Berechne kleines Epsilon(k), wobei(v) Compute small epsilon (k), where

kleines Epsilon(k)=y(k)-kleines Phi[tief]1[hoch]0 y(k-1)-...-kleines Phi[tief]n[hoch]0 y(k-n)-F[tief]1[hoch]0 w(k-1)-...-F[tief]n[hoch]0 w(k-n)-kleines Theta[tief]1[hoch]0 kleines Epsilon(k-1)-...-kleines Theta[tief]s[hoch]0 kleines Epsilon(k-s), k=1,2,...,Nsmall epsilon (k) = y (k) -small Phi [low] 1 [high] 0 y (k-1) -...- small Phi [low] n [high] 0 y (kn) -F [low ] 1 [high] 0 w (k-1) -...- F [low] n [high] 0 w (kn) -small theta [low] 1 [high] 0 small epsilon (k-1) -. ..- small theta [low] s [high] 0 small epsilon (ks), k = 1,2, ..., N

(II.53)(II.53)

Beachte, dass kleines Epsilon(k)=0 k kleiner gleich 0Note that small epsilon (k) = 0 k is less than or equal to 0

(vi) Berechne großes Phi aus Gleichung (II.45).(vi) Compute large Phi from equation (II.45).

(vii) Berechne und bilde die Hessian'sche Matrix und den Gradient-Vektor (vii) Compute and form the Hessian matrix and the gradient vector

(viii) Berechne kleines Delta P aus Gleichung (II.48) mit dem Ergebnis von und für bzw.(viii) Compute small delta P from equation (II.48) with the result of and for respectively.

(ix) Ersetze P[hoch]o durch P[hoch]o + kleines Delta P und prüfe, ob kleines Delta P innerhalb einer gegebenen Toleranz ist oder nicht.(ix) Replace P [high] o with P [high] o + small delta P and check whether small delta P is within a given tolerance or not.

(x) Wenn kleines Delta P noch außerhalb der Toleranz liegt, wiederhole die Stufen (iii) bis (ix).(x) If the small delta P is still outside the tolerance, repeat steps (iii) to (ix).

Das Flussdiagramm für dieses Verfahren ist in Fig. 6 gezeigt.The flow diagram for this method is shown in FIG. 6.

4. Kriterien für Modellaufbau4. Criteria for model construction

(1) Kriterien für die M[tief]A(n,m) Modelle(1) Criteria for the M [deep] A (n, m) models

Zur Simulierung der M[tief]a(n,m) Modelle werden als dafür in Frage kommende Modellstrukturen die M[tief]A(1,0), M[tief]A(2,0) und M[tief]A(2,1) Modell betrachtet. Um ein entsprechendes Modell unter diesen möglichen Modellen auszuwählen wird ein als ID(n,m) bezeichneter Index definiert.To simulate the M [deep] a (n, m) models, the M [deep] A (1,0), M [deep] A (2,0) and M [deep] A ( 2.1) considered model. In order to select an appropriate model from these possible models, an index called ID (n, m) is defined.

(II.54) (II.54)

wobei P* = optimale Parameter für jede der möglichen Strukturenwhere P * = optimal parameters for each of the possible structures

SSE = Summe des quadratischen FehlersSSE = sum of the squared error

Die Matrix H(P*) in Gleichung (II.54) ist gegeben als: (II.55)The matrix H (P *) in equation (II.54) is given as: (II.55)

wobei der Wert von ist, der sich aus P* berechnet.whereby the value of which is calculated from P *.

Das geeignete Modell unter diesen möglichen Modellen wird dann bestimmt als dasjenige, dessen Wert von ID(n,m) der kleinste ist.The appropriate model among these possible models is then determined to be the one whose value of ID (n, m) is the smallest.

Es gibt zwei Gründe, diesen Index als Kriterium für die Modellstruktur anzunehmen. Erstens wird, wenn das Modell perfekt ist, die Summe des quadratischen Fehlers gleich null. Wenn das Modell nicht perfekt ist, aber geeignet im Vergleich zu anderen, wird die Summe des quadratischen Fehlers ebenfalls klein sein. Zweitens wird die Output-Empfindlichkeitsmatrix einen Rang haben, der gleich ist der Anzahl der zu identifizierenden Parameter, wenn diese optimalen Parameter sind, die für jedes der möglichen Modelle identifizierbar sind. So hat die Matrix H den gleichen Rang wie die von There are two reasons to use this index as a criterion for the model structure. First, if the model is perfect, the sum of the squared error becomes zero. If the model is not perfect, but suitable compared to others, the sum of the squared error will also be small. Second is the output sensitivity matrix have a rank that is equal to the number of parameters to be identified if these are optimal parameters that are identifiable for each of the possible models. So the matrix H has the same rank as that of

Damit wird der Determinantenwert von H ein Anhaltspunkt für die Parameteridentifizierbarkeit. Ein Kompromiss zwischen der Genauigkeit des Modells und der Identifizierbarkeit der gegebenen Parameter führt zu einem Index ID(n,m), wie oben angegeben.The determinant value of H thus becomes a reference point for the parameter identifiability. A compromise between the accuracy of the model and the identifiability of the given parameters leads to an index ID (n, m) as indicated above.

Fig. 6 Flussdiagramm für die Parameterabschätzung für die M[tief]B(n,m,s) Modelle6 shows a flow diagram for the parameter estimation for the M [deep] B (n, m, s) models

Einige Ergebnisse aus der Verwendung dieses ID(n,m) zur Identifizierung des Simulationsverfahrens oder realer Verfahren sind in den Tabellen 7 und 8 dargestellt. Die Ergebnisse des identifizierten Modells rechtfertigen die Verwendung des ID(n,m) als Kriterium für die Modellstruktur (siehe Fig. 7 und Fig. 8).Some results from using this ID (n, m) to identify the simulation process or real processes are shown in Tables 7 and 8. The results of the identified model justify the use of the ID (n, m) as a criterion for the model structure (see FIGS. 7 and 8).

(2) Kriterium für die M[tief]B(n,m,s) Modelle(2) Criterion for the M [deep] B (n, m, s) models

Da das Verfahren zur Parameterbestimmung für die Bildung der M[tief]B(n,m,s) Modelle von nicht-linearen kleinsten Quadraten ist, kann das Kriterium zur Auswahl der Modellstruktur dem F-Quotiententest folgen, welcher gewöhnlich angewandt wird zur Prüfung der Signifikanz einiger bestehender Parameter in einem gegebenen Modell.Since the method of parameter determination for the formation of the M [deep] B (n, m, s) models is of non-linear least squares, the criterion for selecting the model structure can follow the F quotient test which is usually used to test the Significance of some existing parameters in a given model.

Wenn M[tief]B(n[tief]1, m[tief]1, s[tief]1) und M[tief]B (n[tief]2, m[tief]2, s[tief]2) die möglichen Modelle für ein Verfahren sind, und wenn (n[tief]1 + m[tief]1 + s[tief]1) größer ist als (n[tief]2 + m[tief]2 + s[tief]2], sollIf M [deep] B (n [deep] 1, m [deep] 1, s [deep] 1) and M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) the possible models for a procedure are, and if (n [deep] 1 + m [deep] 1 + s [deep] 1) is greater than (n [deep] 2 + m [deep] 2 + s [deep] 2 ], target

J[tief]1 = Summe der quadratischen Fehler für M[tief]B(n[tief]1, m[tief]1, s[tief]1) ModellJ [deep] 1 = sum of the squared errors for M [deep] B (n [deep] 1, m [deep] 1, s [deep] 1) model

J[tief]2 = Summe der quadratischen Fehler für M[tief]B(n[tief]2, m[tief]2, s[tief]2) ModellJ [deep] 2 = sum of the squared errors for M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) model

kleines Ny[tief]1 = Freiheitsgrad für M[tief]B (n[tief]1, m[tief]1, s[tief]1)small Ny [deep] 1 = degree of freedom for M [deep] B (n [deep] 1, m [deep] 1, s [deep] 1)

undand

kleines Ny[tief]2 = Freiheitsgrad für M[tief]B (n[tief]2, m[tief]2, s[tief]2small Ny [deep] 2 = degree of freedom for M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2

dann bestimme (II.56)then determine (II.56)

Vergleiche das berechnete f mit dem F[tief]kleines Alpha(kleines Ny[tief]2-kleines Ny[tief]1, kleines Ny[tief]1) aus der F-Verteilungstafel. Wo F[tief]kleines Alpha(kleines Ny[tief]2-kleines Ny[tief]1,kleines Ny[tief]1) bestimmt ist als:Compare the calculated f with the F [deep] small alpha (small Ny [deep] 2-small Ny [deep] 1, small Ny [deep] 1) from the F distribution table. Where F [deep] small alpha (small Ny [deep] 2-small Ny [deep] 1, small Ny [deep] 1) is determined as:

Prob. [F<F[tief]kleines Alpha]=kleines Alpha%Prob. [F <F [deep] small alpha] = small alpha%

Wenn f<F[tief]kleines Alpha, dann wird M[tief]B(n[tief]2, m[tief]2, s[tief]2) als geeignetes Modell von den M[tief]B(n[tief]1, m[tief]1, s[tief]1) und M[tief]B (n[tief]2, m[tief]2, s[tief]2) Modellen betrachtet.If f <F [deep] small alpha, then M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) as a suitable model of the M [deep] B (n [deep ] 1, m [deep] 1, s [deep] 1) and M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) models.

5. Erläuterungen für die Identifizierungs- und Parameterschätzverfahren5. Explanations for the identification and parameter estimation procedures

(1) Ergebnisse für die M[tief]A(n,m) Modelle(1) Results for the M [deep] A (n, m) models

Um zu zeigen, dass die Schätzmethode für M[tief]A(n,m), welche genaue Ergebnisse unabhängig von der Regeleinrichtung, die in der geschlossenen Schleife verwendet wird, erbringt, sind einige Simulationsergebnisse in Tabelle 1 wiedergegeben.In order to show that the estimation method for M [deep] A (n, m), which produces precise results regardless of the control device used in the closed loop, some simulation results are given in Table 1.

Tabelle 1Table 1

Tabelle 2 zeigt die Simulationsergebnisse, wobei andere Integrationsverfahren zur Parameterabschätzung völlig abhängig sind von der Regeleinrichtung, die in der geschlossenen Schleife verwendet wird. In derselben Tabelle sind die Ergebnisse aus dem Verfahren der Parametersensitivität allen anderen überlegen.Table 2 shows the simulation results, with other integration methods for parameter estimation being completely dependent on the control device that is used in the closed loop. In the same table, the results from the parameter sensitivity method are superior to all others.

Tabelle 2Table 2

wobei BPF = Block-Stoßfunktions-Verfahrenwhere BPF = block impact function method

MI = Integrationsverfahren nach MooreMI = integration method according to Moore

PS = Parametersensitivitäts-Verfahren (Parameterempfindlichkeits-Verfahren)PS = parameter sensitivity method (parameter sensitivity method)

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse, bei denen die Integrationsverfahren, die anders sind als die Parametersensitivität, zur Identifizierung der Parameter versagen, während das Verfahren der Parametersensitivität noch genaue Schätzungen ergibt.Table 3 shows the results in which the integration methods other than the parameter sensitivity fail to identify the parameters, while the parameter sensitivity method still gives accurate estimates.

Tabelle 3Table 3

Aus den Ergebnissen von Tabelle 1, 2 und 3 ergibt sich die Zuverlässigkeit des Verfahrens der Parametersensitivität zur Parameterabschätzung aus den Closed-Loop-Daten (Daten aus geschlossener Schleife) eindeutig.The results of Tables 1, 2 and 3 clearly show the reliability of the parameter sensitivity method for parameter estimation from the closed-loop data (data from closed-loop data).

(2) Ergebnisse für die M[tief]B(n,m,s) Modelle(2) Results for the M [deep] B (n, m, s) models

Tabelle 4 zeigt die Simulationsergebnisse zur Identifizierung eines Verfahrens zweiter Ordnung durch die M[tief]B(n,m,s) Modelle. Der F-Quotiententest zeigt, dass das M[tief]B(2,0,0) Modell ein geeignetes Modell ist, verglichen mit dem M[tief]B(2,0,2) Modell. Das Ergebnis ist genau das gleiche, wie es aus der Theorie erwartet worden ist, d.h. das M[tief]B(2,0,0) Modell.Table 4 shows the simulation results for the identification of a second order method by the M [deep] B (n, m, s) models. The F quotient test shows that the M [deep] B (2.0.0) model is a suitable model compared to the M [deep] B (2.0.2) model. The result is exactly the same as expected from theory, i.e. the M [deep] B (2,0,0) model.

Tabelle 4Table 4

Kc = 4.0, T[tief]I = 5.0, T[tief]D = 0.1Kc = 4.0, T [deep] I = 5.0, T [deep] D = 0.1

großes Delta = 0.1large delta = 0.1

SP = 5.0SP = 5.0

NOB = 100NOB = 100

* Konfidenz-Intervall enthält Null* Confidence interval contains zero

* NOB ist die Anzahl der Beobachtungen.* NOB is the number of observations.

Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse zur Identifizierung eines Verfahrens zweiter Ordnung, bei dem Systemrauschen von Einfluss ist. Der F-Quotiententest zwischen M[tief]B(2,0,1) und M[tief]B(2,0,2) zeigt, dass das M[tief]B(2,0,1) Modell das geeignete Modell für das Verfahren ist. Das Ergebnis ist ebenfalls das gleiche wie das erwartete, d.h. M[tief]B(2,0,1).Table 5 shows the results for identifying a second order method in which system noise is an influence. The F-quotient test between M [deep] B (2,0,1) and M [deep] B (2,0,2) shows that the M [deep] B (2,0,1) model is the most suitable model for the procedure is. The result is also the same as expected, i.e. M [deep] B (2,0,1).

Tabelle 5Table 5

Kc = 4.0, T[tief]I = 5.0, T[tief]D = 0.1Kc = 4.0, T [deep] I = 5.0, T [deep] D = 0.1

großes Delta = 0.1large delta = 0.1

SP = 5.0SP = 5.0

NOB = 100NOB = 100

kleines Xi ähnlich wie NID (0.0, 5.0)small Xi similar to NID (0.0, 5.0)

Tabelle 6 zeigt die Simulationsergebnisse, bei denen sowohl kleines Xi als auch v von Einfluss sind. Der F-Quotiententest lässt erkennen, dass das M[tief]B(2,0,2) Modell von größerer Bedeutung ist als das M[tief]B(2,0,1) Modell. Das ist ebenfalls so wie erwartet.Table 6 shows the simulation results in which both small Xi and v are of influence. The F-quotient test reveals that the M [deep] B (2,0,2) model is more important than the M [deep] B (2,0,1) model. That is also as expected.

Tabelle 6Table 6

y = x + v y = x + v

Kc = 4.0, T[tief]I = 5.0, T[tief]D = 0.1, SP = 5.0Kc = 4.0, T [deep] I = 5.0, T [deep] D = 0.1, SP = 5.0

NOB = 100, großes Delta = 0.1NOB = 100, large delta = 0.1

kleines Xi ähnlich wie NID (0.0, 5.0)small Xi similar to NID (0.0, 5.0)

v ähnlich wie NID (0.0, 0.05)v similar to NID (0.0, 0.05)

(3) Ergebnisse unter Verwendung des ID(n,m)(3) Results using the ID (n, m)

Der ID(n,m) Index wurde verwendet zur Prüfung der Modellstruktur, wobei sowohl die Simulationsdaten als auch die Realdaten verwendet worden sind. Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse für die Simulation.The ID (n, m) index was used to check the model structure, using both the simulation data and the real data. Table 7 shows the results for the simulation.

Tabelle 7Table 7

Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse aus den Realdaten.Table 8 shows the results from the real data.

Die Daten wurden gesammelt aus Experimenten für einen CSTR-Prozess und aus Experimenten für einen Gasfeuererhitzer-Prozess. Beide Prozesse stehen unter Closed-Loop-Regelung.The data was collected from experiments for a CSTR process and from experiments for a gas fire heater process. Both processes are under closed-loop control.

Tabelle 8Table 8

Die Ergebnisse aus den Modellen wurden zusammen mit den Realdaten in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt. Gemäß diesen Figuren ist die Verwendung des ID(n,m) zur Simulierung gerechtfertigt.The results from the models were shown in FIGS. 7 and 8 together with the real data. According to these figures, the use of the ID (n, m) for simulation is justified.

Fig. 7 Ergebnisse der Modelle von M[tief]A(1,0) und M[tief]A(2,0) für die Real-Daten aus dem CSTR-Prozess7 results of the models of M [deep] A (1.0) and M [deep] A (2.0) for the real data from the CSTR process

Fig. 8 Ergebnisse der Modelle von M[tief]A(1,0) und M[tief]A(2,0) für die Real-Daten von einem Gas-Feuer-ErhitzerFig. 8 Results of the models of M [deep] A (1.0) and M [deep] A (2.0) for the real data from a gas fire heater

6. Simulations-Strategien und -Verfahren6. Simulation strategies and methods

In dem Verfahren, bei dem keine weiteren Informationen ausgenommen eines Satzes von Input-Output-Daten zur Verfügung steht, ist das Simulations- und Identifizierungsproblem sogar noch komplizierter. Das Simulationsproblem schließt die Bestimmung der Modellstruktur, die Schätzung der Parameter und die Bestimmung der Verfahrensverzögerung ein. Deshalb sind Simulations-Strategien, die diese Simulationsprobleme integrieren, wünschenswert.In the method where no further information is available except for a set of input-output data, the simulation and identification problem is even more complicated. The simulation problem includes determining the model structure, estimating the parameters, and determining the process delay. Therefore, simulation strategies that integrate these simulation problems are desirable.

Bisher beginnt die Simulation der Diskret-Zeit-Modelle gewöhnlich mit dem Modell unterster Ordnung. Die Ordnung des Modells wird dann nacheinander erhöht, bis einige Kriterien zufriedenstellend sind. Als typisches Beispiel ist ein Flussdiagramm durch Hsia gegeben (siehe Fig. 5-5 in "System Identification", T.C. Hsia, Lexington Books, 1979).So far, the simulation of the discrete time models usually starts with the lowest order model. The order of the model is then successively increased until some criteria are satisfactory. As a typical example, a flow chart is given by Hsia (see Figures 5-5 in "System Identification", T.C. Hsia, Lexington Books, 1979).

Beim AMCS können die Modelle für die kontinuierlichen Verfahren zu der einfachen ersten und zweiten Ordnung mit oder ohne Verzögerung begrenzt werden. Deshalb sind mögliche Modelle für M[tief]A(n,m) Modelle M[tief]A(1,0), M[tief]A(2,0) und M[tief]A(2,1) Modelle. Während für M[tief]B(n,m,s) Modelle die möglichen Modelle auf M[tief]B(1,0,s), M[tief]B(2,0,s) und M[tief]B(2,1,s) Modelle beschränkt sein können, wobei s kleiner als oder gleich n ist.In AMCS, the models for the continuous processes can be limited to the simple first and second order with or without delay. Therefore, possible models for M [deep] A (n, m) models are M [deep] A (1.0), M [deep] A (2.0) and M [deep] A (2.1) models. While for M [deep] B (n, m, s) models the possible models on M [deep] B (1.0, s), M [deep] B (2.0, s) and M [deep] B (2,1, s) Models can be constrained, where s is less than or equal to n.

Diese Simulations-Strategien, die in dem AMCS verwendet werden, werden in einem verschiedenen Weg festgesetzt. Infolge der Begrenzung der möglichen Modelle beginnt die Simulation mit einem Modell zweiter Ordnung mit n = 2 und m = 0. Die Simulations-Strategien für M[tief]A(n,m) und M[tief]B(n,m,s) Modelle sind in den Fig. 9, 10 und 11 wiedergegeben.These simulation strategies used in the AMCS are established in a different way. As a result of the limitation of the possible models, the simulation begins with a second-order model with n = 2 and m = 0. The simulation strategies for M [deep] A (n, m) and M [deep] B (n, m, s ) Models are shown in Figs. 9, 10 and 11.

Somit wird gemäß der Simulations-Strategien, wie es in den Figuren dargestellt ist, das Simulationsverfahren für M[tief]A(n,m) Modelle folgendermaßen:Thus, according to the simulation strategies as shown in the figures, the simulation method for M [deep] A (n, m) models is as follows:

(i) Erhalte einen Schätzwert für die Zeitverzögerung aus den Input-Output-Daten.(i) Obtain an estimate of the time lag from the input-output data.

(ii) Beginne mit dem M[tief]A(2,0) Modell zur Erhaltung der Schätzparameter für die Schätzmethoden, die vorstehend ausgeführt sind.(ii) Start with the M [deep] A (2.0) model to preserve the estimation parameters for the estimation methods outlined above.

(iii) Wende das Schätzverfahren durch die Parametersensitivität zur Schätzung der Parameter in dem Modell an.(iii) Apply the parameter sensitivity estimation method to estimate the parameters in the model.

(iv) Führe die Eindimensionssuche zur Zeitverzögerung D durch durch Wiederholung der Stufe (iii) nach der Ersetzung von D durch D + kleines Delta D, bis ein Minimum der Summe der quadratischen Fehler erhalten wird.(iv) Perform the one-dimensional search at time delay D by repeating step (iii) after replacing D with D + small delta D until a minimum of the sum of the squared errors is obtained.

(v) Berechne den ID(2,0) Wert aus dem Ergebnis aus Stufe (iv).(v) Calculate the ID (2.0) value from the result from step (iv).

(vi) Ändere die Modellstruktur zu M[tief]A(1,0) und wiederhole (iii) und (iv).(vi) Change the model structure to M [deep] A (1,0) and repeat (iii) and (iv).

Simulations-Strategie für M[tief]A(n,m) ModelleSimulation strategy for M [deep] A (n, m) models

Fig. 9 Simulations-Strategie für M[tief]A(n,m) Modelle9 simulation strategy for M [deep] A (n, m) models

Fig. 10 Strategie für die Bestimmung der Zeitverzögerung in M[tief]A(n,m) ModellenFig. 10 Strategy for determining the time delay in M [deep] A (n, m) models

Fig. 11 Simulations-Strategie für M[tief]B(n,m,s) Modelle11 simulation strategy for M [deep] B (n, m, s) models

Der Anfangswert für die Zeitverzögerung, die im M[tief]A(1,0) Modell verwendet wird, kann berechnet werden aus (II.57)The initial value for the time delay used in the M [deep] A (1,0) model can be calculated from (II.57)

wobeiwhereby

D[hoch](1) = Schätzwert für ZeitverzögerungD [high] (1) = estimate for time delay

D[hoch](2) = Zeitverzögerungswert im resultierenden M[tief]A(2,0) ModellD [high] (2) = time lag value in the resulting M [low] A (2.0) model

T[tief]1 und T[tief]2 = Zeitkonstanten für das M[tief]A(2,0) Modell (T[tief]2<T[tief]1)T [deep] 1 and T [deep] 2 = time constants for the M [deep] A (2.0) model (T [deep] 2 <T [deep] 1)

(vii) Berechne den Wert von ID(1,0) und prüfe, ob das M[tief]A(1,0) Modell hinreichend ist.(vii) Calculate the value of ID (1,0) and check if the M [deep] A (1,0) model is sufficient.

(viii) Wenn das M[tief]A(1,0) Modell nicht hinreichend ist, verwende die M[tief]A(2,1)-Struktur und wiederhole die Verfahrensstufen (ii) - (iv) und berechne ID(2,1).(viii) If the M [deep] A (1,0) model is not sufficient, use the M [deep] A (2,1) structure and repeat steps (ii) - (iv) and compute ID (2 ,1).

(ix) Prüfe, ob das M[tief]A(2,0) Modell hinreichend ist.(ix) Check whether the M [deep] A (2,0) model is sufficient.

(x) Wenn das M[tief]A(2,0) Modell nicht hinreichend ist, dass wird M[tief]A(2,1) als erwiesen angenommen.(x) If the M [deep] A (2.0) model is not sufficient, M [deep] A (2.1) is assumed to be proven.

Die Simulations-Verfahren für die M[tief]B(n,m,s) Modelle sind folgendermaßen:The simulation procedures for the M [deep] B (n, m, s) models are as follows:

(i) Schätze den Wert für die Zeitverzögerung mit Hilfe der Kreuzkorrelation zwischen den Input- und Output-Daten. Dieser Schätzwert der Zeitverzögerung wird dann angenommen und in dem Simulations-Verfahren, welches folgt, verwendet.(i) Estimate the value for the time lag using the cross-correlation between the input and output data. This estimate of the time delay is then taken and used in the simulation procedure that follows.

(ii) Bilde M[tief]B(2,0,0), M[tief]B(2,0,1) und M[tief]B(2,0,2) unter Verwendung der in Abschnitt 3 angegebenen Schätzverfahren.(ii) Form M [deep] B (2.0.0), M [deep] B (2.0.1), and M [deep] B (2.0.2) using the estimation methods given in Section 3 .

(iii) Wende den F-Test zur Bestimmung des M[tief]B(2,0,s) Modells unter dem M[tief]B(2,0,0), M[tief]B(2,0,1) und M[tief]B(2,0,2) Modellen an.(iii) Use the F-test to determine the M [deep] B (2.0, s) model under the M [deep] B (2.0.0), M [deep] B (2.0.1 ) and M [deep] B (2,0,2) models.

(iv) Wiederhole die Stufen (ii) und (iii) für das M[tief]B(1,0,s') Modell aus den M[tief]B(1,0,0) und M[tief]B(1,0,1) Modellen.(iv) Repeat steps (ii) and (iii) for the M [deep] B (1,0, s') model from the M [deep] B (1,0,0) and M [deep] B ( 1,0,1) models.

(v) Anwendung des F-Quotienten-Tests zur Prüfung, ob das M[tief]B(1,0,s') Modell hinreichend ist.(v) Use the F quotient test to test whether the M [deep] B (1,0, s') model is sufficient.

(vi) Wennn M[tief]B(1,0,s') nicht hinreichend ist, fahre mit dem Simulations-Verfahren für das M[tief]B(2,1,s'') Modell aus dem M[tief]B(2,1,0), M[tief]B(2,1,1) und M[tief]B(2,1,2) Modellen fort.(vi) If M [deep] B (1,0, s') is not sufficient, proceed with the simulation procedure for the M [deep] B (2,1, s' ') model from the M [deep] B (2,1,0), M [deep] B (2,1,1) and M [deep] B (2,1,2) models.

(vii) Prüfe, ob das M[tief]B(2,0,s) Modell hinreichend ist mit Hilfe des F-Quotienten-Tests.(vii) Check whether the M [deep] B (2,0, s) model is sufficient using the F quotient test.

(viii) Wenn das M[tief]B(2,0,s) Modell nicht hinreichend ist, dann wird das M[tief]B(2,1,s'') Modell angenommen.(viii) If the M [deep] B (2.0, s) model is not sufficient, then the M [deep] B (2.1, s ") model is accepted.

7. Identifizierung der unmessbaren Ladung7. Identification of the immeasurable charge

Die vorstehenden Simulations- und Identifizierungs-Verfahren benutzen den gesamten Stapel der Daten, welche in einem Ausgleichszeitraum gesammelt worden sind, der sich aus einem Einstellungspunktwechsel während der Closed-Loop-Operation ergibt. Der sich ergebende kontinuierliche Prozess ist von der Form: (II.58)The above simulation and identification methods use the entire batch of data that has been collected in a balancing period that results from a setpoint change during the closed-loop operation. The resulting continuous process is of the form: (II.58)

Der Output ist von der Form undThe output is of the form and

(II.59) (II.59)

für die M[tief]B(n,m,s) Modelle.for the M [deep] B (n, m, s) models.

Es wird dann erwartet, dass die Fehler zwischen dem erwarteten Output und dem aktuellen Output y zu jedem Stichprobenmoment null und endliche Variante haben muss. Jedoch kann diese Annahme wegen des konstanten systematischen Fehlers in dem kontinuierlichen Prozess verletzt werden. Diese Konstante oder zumindest der sehr kleine system. Fehler der Zeitänderung wird als Ladungsstörung behandelt.It is then expected that the errors between the expected output and the current output y must have zero and finite variants at every sampling moment. However, this assumption can be violated because of the constant bias in the continuous process. This constant or at least the very small system. Error in time change is treated as a charge disturbance.

Zur Betrachtung dieser Ladungsstörung, muss der kontinuierliche Prozess in Gleichung (II.58) in der Form geschrieben werden: (II.60)To consider this charge disturbance, the continuous process in equation (II.58) must be written in the form: (II.60)

wobei die Ladungsstörung bezeichnet.whereby denotes the charge disruption.

Ein wiederholbarer Realzeitalgorithmus ist wünschenswert zur Identifizierung der Ladungsstörung zu Zwecken der Regelung des Verfahrens. Im folgenden ist der Algorithmus, der Werte von zur Realzeitschätzung gibt, vorgesehen, basierend auf den identifizierten Parametern aus dem letzten Stapel, d.h. a[tief]1,...,a[tief]n,...,b[tief]o,...,b[tief]m.A repeatable real-time algorithm is desirable for identifying the loading disturbance for purposes of controlling the process. The following is the algorithm taking values of for real-time estimation, provided based on the identified parameters from the last batch, ie a [deep] 1, ..., a [deep] n, ..., b [deep] o, ..., b [deep ] m.

Zuerst wird ein rechtwinkliges Fensterfilter verwendet, um eine konstante Länge von Daten, die man zur Abschätzung benötigt, zurückzuhalten. Angenommen, dass das rechtwinklige Fenster eine Länge von l hat, d.h. y(t[tief]i), y(t[tief]i-1), ...., y(t[tief]i-l), u(t[tief]i), u(t[tief]i-1), ...., u(t[tief]i-l) sind zu jedem Zeitpunkt t[tief]i verfügbar.First, a right angle window filter is used to hold back a constant length of data needed for estimation. Assume that the rectangular window has a length of l, i.e. y (t [deep] i), y (t [deep] i-1), ...., y (t [deep] il), u (t [deep] i), u (t [deep] i-1), ...., u (t [deep] il) are available at every point in time t [deep] i.

(1) Schätzung von mit Hilfe der Parametersensitivität(1) Estimate of with the help of parameter sensitivity

Der einzig für diesen Fall zu schätzende Parameter ist The only parameter to be estimated in this case is

Andere Konstante wie a[tief]i und b[tief]j (i=1,2,...,n und j=0,1,...,m) werden als gegebene Werte betrachtet.Other constants like a [deep] i and b [deep] j (i = 1,2, ..., n and j = 0,1, ..., m) are considered given values.

Somit ist wobei P der Parameter-Vektor ist.So is where P is the parameter vector.

BestimmeDetermine

Y[tief]i=[y(t[tief]i-kleines Jota),y(t[tief]i-kleines Jota+[tief]1),...,y(t[tief]i)] (II.61)Y [deep] i = [y (t [deep] i-small iota), y (t [deep] i-small iota + [deep] 1), ..., y (t [deep] i)] (II .61)

Dann, beginnend mit einem Anfangswert von d, beispielsweise d[hoch]o, kann der gleiche Algorithmus wie der der M[tief]A(n,m)-Modellschätzung benutzt werden zur Berechnung des neuen Wertes von zum Zeitpunkt von t[tief]i, d.h.Then, starting with an initial value of d, for example d [high] o, the same algorithm as that of the M [low] A (n, m) model estimate can be used to compute the new value of at the time of t [deep] i, ie

(II.62) (II.62)

wobei (II.63)whereby (II.63)

Beim Vorgehen der Berechnung von t[tief]i zu t[tief]i+1 usw. wird eine Reihe von erhalten. Diese Reihe der kann vorgesehen werden für eine Vorwärtskompensation.When proceeding to compute from t [deep] i to t [deep] i + 1 etc., a series of obtain. This series of can be provided for forward compensation.

Die Berechnung von erfordert die Integrierung der Gleichung (II.60). Die Anfangsbedingungen sind jedoch gewöhnlich nicht verfügbar. Deshalb kann die Berechnung auf einem alternativen Weg durchgeführt werden.The calculation of requires the integration of equation (II.60). However, the initial conditions are usually not available. Therefore the calculation can be carried out in an alternative way.

Zuerst kann durch Einsetzen der Gleichung (II.13) bis Gleichung (II.15) die Bestimmung von kleines Phi[tief]i, F[tief]i (i=1,2,...,n) für ein Differenzgleichungsmodell aus einem kontinuierlichen Modell wie Gleichung (II.60) erhalten werden, wobei das diskrete Modell gebildet ist als:First, by inserting equation (II.13) to equation (II.15), it is possible to determine small Phi [deep] i, F [deep] i (i = 1,2, ..., n) for a difference equation model a continuous model like equation (II.60), where the discrete model is formed as:

(II.64) (II.64)

Dabei ist µ der Term des systematischen Fehlers, der sich aus der konstanten Störung von Gleichung (II.60) ergibt. Dann kann unter Annahme der ersten n-Werte von gleich y die Integrierung unter Verwendung der Gleichung (II.60) fortgeführt werden mit den richtigen Werten von a[tief]i und b[tief]j (i=1,2,...,n; j=0,1,...,m).Here µ is the term of the systematic error that results from the constant perturbation of equation (II.60). Then, assuming the first n-values of equals y the integration can be continued using equation (II.60) with the correct values of a [deep] i and b [deep] j (i = 1,2, ..., n; j = 0,1, ..., m).

Das Verfahren ist folgendes:The procedure is as follows:

(i) Sammle die ersten l Sätze von y(t) und u(t).(i) Collect the first l theorems of y (t) and u (t).

(ii) Weise die Werte von a[tief]i und b[tief]j aus den letzten identifizierten Ergebnissen zu.(ii) Assign the values of a [deep] i and b [deep] j from the last identified results.

(iii) Weise den Anfangswert von aus dem letzten Ergebnis zu.(iii) Wise the initial value of from the last result too.

(iv) Berechne die Parametersensitivität.(iv) Calculate the parameter sensitivity.

Die Integration von Gleichung (II.60) erbringt keinen Anfangswert von wenn Gleichung (II.64) und die Gleichungen (II.12) bis (II.15) verwendet werden.The integration of equation (II.60) does not yield an initial value of if equation (II.64) and equations (II.12) to (II.15) are used.

(v) Berechne aus Gleichung (II.62).(v) Compute from equation (II.62).

(vi) Ersetze durch (vi) Replace by

(vii) Gehe mit dem rechtwinkligen Fenster zum nächsten Zeitpunkt und wiederhole die Stufen (iv) bis (vi).(vii) Go to the next point in time with the right-angled window and repeat steps (iv) to (vi).

Einige Simulations-Ergebnisse sind in Fig. 12 und Fig. 13 wiedergegeben.Some simulation results are shown in FIGS. 12 and 13.

(2) Schätzung von mit Hilfe der nicht-linearen Optimierung(2) estimate of with the help of non-linear optimization

Die Schätzung kann mit Hilfe der Verfahren für die M[tief]B(n,m,s) Schätzung durchgeführt werden. Das Verfahren ist nachstehend beschrieben.The estimation can be carried out using the procedures for the M [deep] B (n, m, s) estimation. The procedure is described below.

(i) Berechne mit (i) Compute with

(ii) Berechne (ii) Compute

(iii) Berechne (iii) Compute

(iv) Lass (iv) Let

(v) Ersetze (v) Replace

(vi) Lasse die letzten Daten zu und scheide die ältesten Daten von y(t) und u(t) aus und wiederhole dann von (i) bis (v).(vi) Admit the latest data and drop the oldest data from y (t) and u (t), then repeat from (i) to (v).

Fig. 12 Ergebnisse der Identifikation für die unbekannte StörungFigure 12 Results of the identification for the unknown disorder

Fig. 13 Ergebnisse der Identifikation für die unbekannte StörungFigure 13 Results of the identification for the unknown disorder

III. Der selbsteinstellende Abstimmungs-AlgorithmusIII. The self-adjusting voting algorithm

Die dynamischen Modelle, die aus dem AMS resultieren, können die Grundinformationen zur Abstimmung des herkömmlichen PID-Reglers liefern, welche heutzutage umfangreich für chemische Verfahrensregelung verwendet werden. Abstimmungsbeziehungen für derartige PID-Regelsystems werden aus verschiedenen Quellen gegeben. In diesem Abschnitt werden einige spezielle Abstimmungsergebnisse vorgeschlagen. Ein schematisches Diagramm für das selbsteinstellende Abstimmungssystem ist in Fig. 1 gezeigt.The dynamic models that result from the AMS can provide the basic information for tuning the conventional PID controller, which is used extensively today for chemical process control. Coordination relationships for such PID control systems are given from various sources. In this section, some specific voting results are suggested. A schematic diagram for the self-adjusting voting system is shown in FIG.

1. Abstimmungsbeziehungen für einen interaktiven PID-Regler (sich gegenseitig beeinflussenden PID-Regler)1. Coordination relationships for an interactive PID controller (mutually influencing PID controllers)

Interaktive PID-Regler sind solche, welche jetzt in der Industrie verwendet werden. Die bestehenden Abstimmungsbeziehungen sind jedoch gewöhnlich für die idealen nicht-interaktiven PID-Regler gemacht. Ein hier betrachteter interaktiver PID-Regler hat seinen Algorithmus entweder in digitaler oder in analoger Form wie folgend gegeben:Interactive PID controllers are those that are now used in industry. However, the existing voting relationships are usually made for the ideal non-interactive PID controllers. An interactive PID controller considered here has given its algorithm either in digital or in analog form as follows:

(i) Analoger Algorithmus (III.1)(i) Analog algorithm (III.1)

(ii) Digitaler Algorithmus (III.2)(ii) Digital algorithm (III.2)

wobei P = Output des analogen Reglerswhere P = output of the analog controller

E = Fehler-Input, M = Regler-OutputE = error input, M = controller output

Q[tief]n-1 = vorausgehend berechneter Wert von QQ [deep] n-1 = previously calculated value of Q

Q[tief]n = neuester berechneter Wert von QQ [deep] n = latest calculated value of Q

Kc = ProportionalkonstanteKc = proportional constant

Ti = IntegralzeitTi = integral time

T[tief]D = Abgeleitete ZeitT [low] D = Derived time

großes Delta = Intervall für die Probenahme.large delta = interval for sampling.

Wenn das Verfahren in dem PID-Regelsystem als Verfahren erster Ordnung behandelt werden kann mit Verzögerungstransferfunktion, können die Abstimmungsbeziehungen, welche einige Integral-Ausführungsindizes wie ITAE, IAE, ITSE und ISE minimieren, in die Form gebracht werden:If the process in the PID control system can be treated as a first order process with a delay transfer function, the reconciliation relationships that minimize some integral execution indices such as ITAE, IAE, ITSE and ISE can be put into the form:

P = A mal [D/kleines Tau][hoch]B (III.3)P = A times [D / small rope] [high] B (III.3)

oderor

P = A mal [D/kleines Tau]+B (III.4)P = A times [D / small rope] + B (III.4)

wobeiwhereby

P = skalierter AbstimmungsparameterP = scaled tuning parameter

D = Zeitverzögerung im Verfahren erster OrdnungD = time delay in the first order method

kleines Tau = Zeitkonstantesmall tau = time constant

A und B = KonstanteA and B = constant

Die Werte von A und B sind in Tabelle 9 wiedergegeben.The values of A and B are shown in Table 9.

Beachte, dass die Abstimmungsbeziehungen für das kleinste T(kleines Tau, angenommen 0,005, vorgeschlagen werden zur Abstimmung der analogen interaktiven Regler, welche die gleiche Transferfunktion wie Gleichung (III.1) aufweisen. Für Digital-Regler mit kleinerem T/kleines Tau werden die Abstimmungsergebnisse von Tabelle 9 ebenfalls vorgeschlagen, da die Konvergenz der Abstimmungsbeziehungen die in Tabelle 9 gegebenen Werte nicht auseinanderhalten kann.Note that the tuning relationships for the smallest T (small tau, assume 0.005, are proposed for tuning the analog interactive controllers, which have the same transfer function as equation (III.1). For digital controllers with a smaller T / small tau, the Voting results of Table 9 also proposed as the convergence of the voting relationships cannot distinguish the values given in Table 9.

2. Abstimmungsbeziehungen unter Verwendung des quadratischen Ausführungsindex (quadratischen effektiven Parallelwiderstands)2. Voting relationships using the quadratic execution index (quadratic effective parallel resistance)

Abstimmungsbeziehungen, die den quadratischen Ausführungsindex verwenden, können ebenfalls in die Form von Gleichung (III.3) oder Gleichung (III.4) gebracht werden. Der quadratische Ausführungsindex ist gegeben als (III.5)Reconciliation relationships using the quadratic execution index can also be put into the form of equation (III.3) or equation (III.4). The quadratic execution index is given as (III.5)

Wenn das Verfahren in der Schleife ebenfalls als Verfahren erster Ordnung betrachtet wird mit einer Verzögerungstransferfunktion, sind die Abstimmungsbeziehungen folgende:If the process in the loop is also considered to be a first order process with a delay transfer function, the voting relationships are as follows:

(i) PI-Regler(i) PI controller

K[tief]P K[tief]C = 0.6347 [D/kleines Tau][hoch]-0.6576 (III.6)K [low] P K [low] C = 0.6347 [D / small dew] [high] -0.6576 (III.6)

T[tief]kleines Jota/kleines Tau = 1.2113 [D/kleines Tau][hoch]0.4617 (III.7)T [low] small iota / small rope = 1.2113 [D / small rope] [high] 0.4617 (III.7)

(ii) PID-Regler(ii) PID controller

K[tief]P K[tief]C = 0.975 [D/kleines Tau][hoch]-0.5724 (III.8)K [low] P K [low] C = 0.975 [D / small dew] [high] -0.5724 (III.8)

T[tief]kleines Jota/kleines Tau = 1.2113 [D/kleines Tau][hoch]0.4872 (III.9)T [low] small iota / small rope = 1.2113 [D / small rope] [high] 0.4872 (III.9)

T[tief]D/kleines Tau = (D/kleines Tau) [2.092 + 1.449 (D/kleines Tau)][hoch]-1T [low] D / small rope = (D / small rope) [2,092 + 1,449 (D / small rope)] [high] -1

(III.10)(III.10)

Tabelle 9Table 9

Die Zahlen ohne * sind in Gleichung (III.3) und die Zahlen mit * in Gleichung (III.4) zu verwendenThe numbers without * are to be used in equation (III.3) and the numbers with * in equation (III.4)

3. Abstimmungsbeziehungen für geregelte Verfahren zweiter Ordnung mit überkritischer Dämpfung3. Coordination relationships for regulated procedures of the second order with supercritical damping

Angenommen T[tief]1, T[tief]2 sind Zeitkonstante eines Verfahrens zweiter Ordnung überkritischer Dämpfung und D[hoch](2) ist die Zeitverzögerung in dem Verfahren zweiter Ordnung. Dann gibt es ein äquivalentes (im Sinne geringster Quadrate) Verfahren erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten und einer Zeitverzögerung wie folgende: wobeiAssume T [low] 1, T [low] 2 are time constants of a second order supercritical damping method, and D [high] (2) is the time delay in the second order method. Then there is an equivalent (in the sense of least squares) first order method with a time constant and time delay like this: whereby

D[hoch](1) = Zeitverzögerung in dem äquivalenten Verfahren erster OrdnungD [high] (1) = time lag in the equivalent first order method

kleines Tau = Zeitkonstante in dem äquivalenten Verfahren erster Ordnung.small tau = time constant in the equivalent first order method.

Somit können die bestehenden Abstimmungsbeziehungen einschließlich der Gleichungen (III.6) bis (III.10) und der in Tabelle 9 gegebenen, verwendet werden.Thus, the existing voting relationships including equations (III.6) to (III.10) and those given in Table 9 can be used.

IV. Selbsteinstellende Regelung für die unmessbare LadungIV. Self-adjusting regulation for the immeasurable charge

Die unmessbare Ladung, die durch die Gleichung (II.60), welche den Algorithmus AMS verwendet, gekennzeichnet ist, kann schematisch betrachtet werden mit der Struktur von Fig. 14. Die Simulations-Ergebnisse in Fig. 12 und Fig. 13 zeigen, dass es möglich ist, schön nahegelegene Abschätzungen für eine solche unmessbare Ladungsstörung in Realzeitberechnungen zu erhalten. Es wird deshalb erwartet, eine solche identifizierte Ladung durch einen Vorwärtskompensator zu kompensieren, ohne völlig auf das Feedback-Regelsystem zurückzugreifen. Das sich ergebende Regelsystem ist dann eine Kombination von einer Feedback- und einer Feedforward (Vorwärts) - Regelung. Das heißt:The immeasurable charge, which is characterized by the equation (II.60) using the algorithm AMS, can be viewed schematically with the structure of Fig. 14. The simulation results in Fig. 12 and Fig. 13 show that it is possible beautiful obtain close-up estimates for such an immeasurable charge disturbance in real-time calculations. It is therefore expected to compensate for such an identified charge by a forward compensator without fully resorting to the feedback control system. The resulting control system is then a combination of feedback and feedforward control. This means:

u(t) = u[tief]F(t) + u[tief]B(t) (IV.1)u (t) = u [deep] F (t) + u [deep] B (t) (IV.1)

Beachte, dass U[tief]F, der Forward-Regel-Input, aus der berechneten Ladung, welche unmessbar ist, resultiert. Der Vorwärts-Regel-Input U[tief]F kann in den folgenden zwei verschiedenen Wegen festgesetzt werden.Note that U [deep] F, the forward rule input, results from the calculated charge, which is immeasurable. The forward control input U [low] F can be set in the following two different ways.

1. Näherung nullter Ordnung1. Zero order approximation

Bei dieser Näherung wird angenommen, dass ungefähr gleich ist wobei This approximation assumes that is roughly the same whereby

= der vorausgeschätzte Wert von bei t[tief]j auf der Grundlage der Information bis t[tief]i.= the estimated value of at t [deep] j based on the information up to t [deep] i.

Dann ist U[tief]F gegeben als: (IV.2)Then U [deep] F is given as: (IV.2)

wobeiwhereby

b[tief]o,a[tief]n = Konstante in den M[tief]A(n,m) oder M[tief]B(n,m,s) Modellen b [deep] o, a [deep] n = constant in the M [deep] A (n, m) or M [deep] B (n, m, s) models

= gewünschter Wert von d.h. Einstellungspunkt= desired value of ie setting point

K[tief]I = Integrationskonstante, gewöhnlich gegeben als Kc/T[tief]IK [deep] I = constant of integration, usually given as Kc / T [deep] I

kleines Lambda = ein konstanter Abstimmungsparameter so dass der Regel-Input geschrieben werden kann als: (IV.3)small lambda = a constant tuning parameter so that the rule input can be written as: (IV.3)

2. Voreilungs-/Nacheilungs-Näherung2. Leading / lagging approximation

Wenn und angenommen werden, einer Voreilungs-/Nacheilungsbeziehung zu folgen, dann ist (IV.4)if and are assumed to be following a leading / lagging relationship then is (IV.4)

dann ist U[tief]F gegeben als: (IV.5)then U [deep] F is given as: (IV.5)

wobei Q(t[tief]i) berechnet wird aus Gleichung (IV.6).where Q (t [deep] i) is calculated from equation (IV.6).

(IV.6) (IV.6)

worinwherein

D = Zeitverzögerung in dem ProzessD = time delay in the process

kleines Alpha = Abstimmungskonstantesmall alpha = tuning constant

3. Erläuterung des Feedforward-Regelalgorithmus3. Explanation of the feedforward control algorithm

Die Wirksamkeit des Feedforward (Vorwärts)-Regelalgorithmus, der vorstehend vorgeschlagen worden ist, kann durch einige Simulationsergebnisse erläutert werden.The effectiveness of the feedforward control algorithm proposed above can be illustrated by some simulation results.

Fig. 14 Blockdiagramm für das Regelsystem, bei dem unmessbare Ladung existiertFigure 14 is a block diagram for the control system in which immeasurable charge exists

(i) Beispiel 1:(i) Example 1:

Betrachte das Blockdiagramm des aktuellen Systems in Fig. 15-a:Consider the block diagram of the current system in Figure 15-a:

Die sich ergebenden M[tief]A(2,0) und M[tief]A(1,0 Modelle) aus dem AMS sind:The resulting M [deep] A (2.0) and M [deep] A (1.0 models) from the AMS are:

M[tief]A(2,0) Modell: (IV.7)M [deep] A (2.0) model: (IV.7)

M[tief]A(1,0) Modell: (IV.8)M [deep] A (1.0) model: (IV.8)

Das ausgewiesene Blockdiagramm von dem AMS ist in Fig. 15-b gegeben.The designated block diagram of the AMS is given in Figure 15-b.

Die resultierenden Ausführungen, die den Feedback-Regelalgorithmus und den vorgeschlagenen Regelalgorithmus benutzen, sind in Tabelle 10 wiedergegeben.The resulting designs using the feedback control algorithm and the proposed control algorithm are shown in Table 10.

Tabelle 10Table 10

Fall 1 und Fall 3 verwenden die Kc, T[tief]I, T[tief]D-Werte, die mit dem M[tief]A(1,0) Modell abgestimmt sindCase 1 and Case 3 use the Kc, T [deep] I, T [deep] D values that are matched to the M [deep] A (1,0) model

Fall 2 und Fall 4 verwenden die Kc, T[tief]I, T[tief]D-Werte, die mit dem M[tief]A(2,0) Modell abgestimmt sind.Case 2 and Case 4 use the Kc, T [deep] I, T [deep] D values that are matched with the M [deep] A (2.0) model.

(ii) Beispiel 2:(ii) Example 2:

Betrachte das Blockdiagramm des aktuellen Systems in Fig. 16-aConsider the block diagram of the current system in Figure 16-a

Die resultierenden M[tief]A(2,0) und M[tief]A(1,0) Modelle sind: M[tief]A(2,0) Modell: (IV.9)The resulting M [deep] A (2.0) and M [deep] A (1.0) models are: M [deep] A (2.0) model: (IV.9)

M[tief]A(1,0) Modell: (IV.10)M [deep] A (1.0) model: (IV.10)

Das ausgewiesene Blockdiagramm ist in Fig. 16-b wiedergegeben.The designated block diagram is shown in Figure 16-b.

Die Ausführungsindizes aus den Simulationen sind in Tabelle 11 aufgelistet.The execution indices from the simulations are listed in Table 11.

Tabelle 11Table 11

Fall 1, 2 und 3 verwenden die Kc, T[tief]I und T[tief]D-Werte, die mit dem M[tief]A(1,0) Modell abgestimmt sind.Cases 1, 2, and 3 use the Kc, T [deep] I, and T [deep] D values that are matched with the M [deep] A (1,0) model.

** Die Schätzung der Ladung verwendet die exponentiale Fensternäherung mit
<NichtLesbar>
** The charge estimate uses the exponential window approximation with
<notreadable>

= 0.74 (exponentielle Ausschnittsnährung)= 0.74 (exponential section approximation)

* Die Schätzung der Ladung verwendet die quadratische Fensternäherung mit l = 7 (quadratische Ausschnittsnäherung.* The charge estimate uses the square window approximation with l = 7 (square cutout approximation.

Fig. 15a Aktuelles Regelsystem Fig. 15a Current control system

Fig. 15b Identifiziertes Regelsystem15b Identified control system

Fig. 16a Aktuelles Regelsystem Fig. 16a Current control system

Fig. 16b Identifiziertes Regelsystem16b Identified control system

V. AnhangV. Appendix

1. Integrationsverfahren nach Moore:1. Integration procedure according to Moore:

Dieses Integrationsverfahren basiert auf der Integrationsformel: (A-1)This integration procedure is based on the integration formula: (A-1)

Betrachte eine gegebene Differentialgleichung (A-2)Consider a given differential equation (A-2)

Dann ist (A-3)Then (A-3)

wenn t = t[tief]1 wird Gleichung (A-3) zu: (A-4)if t = t [deep] 1 equation (A-3) becomes: (A-4)

Weiter, wenn t = t[tief]2, wird Gleichung (A-3) zu: (A-5)Further, if t = t [deep] 2, equation (A-3) becomes: (A-5)

Somit kann die Schätzung von kleines Alpha und kleines Beta erhalten werden durch die gleichzeitige Lösung von Gleichung (A-4) und Gleichung (A-5).Thus, the small alpha and small beta estimates can be obtained by solving Equation (A-4) and Equation (A-5) at the same time.

2. Schätzverfahren durch Block-Stoßfunktion (block pulse function)2. Estimation method using the block pulse function

Dieses Verfahren basiert auf der Integrationsformel: (A-6)This procedure is based on the integration formula: (A-6)

wobeiwhereby

X[hoch]T = [x[tief]1, x[tief]2, ..., x[tief]8] mit x[tief]i = x(t[tief]i) = x(i großes Delta) und t[tief]kleines Jota = k großes DeltaX [high] T = [x [low] 1, x [low] 2, ..., x [low] 8] with x [low] i = x (t [low] i) = x (i large delta ) and t [deep] small iota = k large delta

großes Phi[hoch]T(t) = [kleines Phi[tief]0(t), kleines Phi[tief]1(t), ..., kleines Phi[tief]k(t)]large Phi [high] T (t) = [small Phi [low] 0 (t), small Phi [low] 1 (t), ..., small Phi [low] k (t)]

mitwith

kleines Phi[tief]1(t) = 1 für t[tief]i-1<t<t[tief]ismall Phi [deep] 1 (t) = 1 for t [deep] i-1 <t <t [deep] i

kleines Phi[tief]i(t) = 0 für t ist kein Element von [t[tief]i-1, t[tief]i]small Phi [deep] i (t) = 0 for t is not an element of [t [deep] i-1, t [deep] i]

und (A-7)and (A-7)

Betrachte eine gegebene Differentialgleichung: Consider a given differential equation:

Dann (A-8)then (A-8)

so dassso that

X[hoch]T großes Phi(t) - X[tief]0[hoch]T großes Phi(t) + kleines Alpha X[hoch]T H großes Phi(t) = kleines Beta U[hoch]T H großes Phi (A-9)X [high] T large Phi (t) - X [low] 0 [high] T large Phi (t) + small alpha X [high] TH large Phi (t) = small beta U [high] TH large phi (A -9)

wobeiwhereby

X[tief]0[hoch]T = [x[tief]0, 0, ......, 0] (A-10)X [low] 0 [high] T = [x [low] 0, 0, ......, 0] (A-10)

U[hoch]T = [u(t[tief]1), u(t[tief]2), ......, u(t[tief]k)] (A-11)U [high] T = [u (t [low] 1), u (t [low] 2), ......, u (t [low] k)] (A-11)

DamitIn order to

X - X[tief]0 = [H[hoch]T U - H[hoch]T X] [[hoch]kleines Beta[tief]kleines Alpha] = V[[hoch]kleines Beta[tief]kleines Alpha]X - X [low] 0 = [H [high] T U - H [high] T X] [[high] small beta [low] small alpha] = V [[high] small beta [low] small alpha]

(A-12)(A-12)

wobeiwhereby

V = H[hoch]T U - H[hoch]T X (A-13)V = H [high] T U - H [high] T X (A-13)

SchließlichIn the end

[[hoch]kleines Beta[tief]kleines Alpha] = [V[hoch]T V][hoch]-1 [V[hoch]T(X - X[tief]0)].[[high] small beta [low] small alpha] = [V [high] T V] [high] -1 [V [high] T (X - X [low] 0)].

(A-14)(A-14)

Gleichung (A-14) kann die Anfangsschätzung von kleines Alpha und kleines Beta liefern.Equation (A-14) can give the initial estimate of small alpha and small beta.

15. Digitale Computer-Programme:15. Digital computer programs:

Tabelle Seite 103 bis Seite 119Table on page 103 to page 119

Selbsteinstellendes Simulations- und Regelungs-SystemSelf-adjusting simulation and control system

Inhaltcontents

I. Einführung in das AMCSI. Introduction to the AMCS

II. Selbsteinstellendes Simulations-SystemII. Self-adjusting simulation system

1. Definition der M[tief]A(n,m)- und M[tief]B(n,m,s)-Modelle1. Definition of the M [deep] A (n, m) and M [deep] B (n, m, s) models

2. Parameter-Abschätzung für M[tief]A(n,m)-Modelle2. Parameter estimation for M [deep] A (n, m) models

3. Parameter-Abschätzung für M[tief]B(n,m,s)-Modelle3. Parameter estimation for M [deep] B (n, m, s) models

4. Kriterien für Modell-Aufbau4. Criteria for model construction

5. Erläuterungen für die Identifizierungs- und Parameterschätz-Verfahren5. Explanations for the identification and parameter estimation procedures

6. Simulations-Strategien und -Verfahren6. Simulation strategies and methods

7. Identifizierung der unmessbaren Ladung7. Identification of the immeasurable charge

III. Selbsteinstellender Abstimmungs-AlgorithmusIII. Self-adjusting voting algorithm

1. Abstimmungsbeziehungen für einen interaktiven PID-Regler1. Matching relationships for an interactive PID controller

2. Abstimmungsbeziehungen unter Verwendung des quadratischen Ausführungsindex2. Reconciliation relationships using the quadratic execution index

3. Abstimmungsbeziehungen für geregelte Verfahren zweiter Ordnung mit überkritischer Dämpfung3. Coordination relationships for regulated procedures of the second order with supercritical damping

IV. Selbsteinstellende Regelung für die unmessbare LadungIV. Self-adjusting regulation for the immeasurable charge

1. Näherung null-ter Ordnung1. Zero order approximation

2. Voreilungs-/Nacheilungs-Näherung2. Leading / lagging approximation

3. Erläuterung des Feedforward-Regel-Algorithmus3. Explanation of the feedforward rule algorithm

V. AnhangV. Appendix

1. Integrationsverfahren nach Moore1. Integration process according to Moore

2. Schätzverfahren durch Block-Stoßfunktion2. Estimation method using the block shock function

Claims (14)

1. Das selbsteinstellende Simulations- und Regelsystem (Abkürzung AMCS) sieht vor die Simulation, Identifizierung und selbsteinstellende Regeloperationen, die unter Closed-Loop (geschlossene Schleife) durchgeführt werden können. Das Operationssystem ist in Fig. 1 gezeigt. Der Funktionsaufbau des AMCS ist in Fig. 2 gezeigt.1. The self-adjusting simulation and control system (AMCS abbreviation) provides for the simulation, identification and self-adjusting control operations that can be carried out under closed-loop. The operating system is shown in FIG. The functional structure of the AMCS is shown in FIG. Das AMCS weist das selbsteinstellende Simulations-Sytem (AMS) als Kernteil auf. Das AMS besteht aus zwei Hauptalgorithmen: dem Simulations- und Identifizierungsalgorithmus (MIA) und dem Störungsidentifizierungsalgorithmus (DIA). Diese beiden Algorithmen verwenden die dynamischen Daten zur Nachbildung der Prozessdynamiken und zur Identifizierung der unmessbaren Ladungsstörungen. Die erforderlichen dynamischen Daten werden aus Closed-Loop (geschlossene Schleife) - Operationen erzeugt.The AMCS has the self-adjusting simulation system (AMS) as a core part. The AMS consists of two main algorithms: the simulation and identification algorithm (MIA) and the fault identification algorithm (DIA). These two algorithms use the dynamic data to simulate the process dynamics and to identify the immeasurable charge disturbances. The required dynamic data is generated from closed-loop operations. Die Durchführung des AMCS ergibt sich in zwei Schleifen. Die äußere Schleife A (bezeichnet als AFBC) arbeitet in Stapelweise, so dass die vorübergehenden Ergebnisse, die aus einer Änderung des Operationslevels resultieren (wie z.B. Einstellungspunkt - Anpassung während der normalen Operation oder manuelle Anpassung während der Anlaufperiode) verwendet werden, um durch MIA ein aktualisiertes Modell zu erhalten. Dann folgt der Abstimmungs PID-Regler, der auf diesem neuen Modell basiert, so dass die selbsteinstellende Feedback-Regelschleife (AFBC) gebildet wird. Die innere Schleife B (bezeichnet als AFFC) arbeitet auf der Grundlage der Echtzeit, so dass die Modellfehler oder die äußeren Ladungsstörungen identifiziert und kompensiert werden können in einem Vorwärtssinn in Echtzeitoperation. Die Feedforward (Vorwärts) - Regelschleife wird bezeichnet als selbsteinstellende Feedforward (Vorwärts)-Regelung (AFFC).The AMCS is carried out in two loops. The outer loop A (referred to as AFBC) works in batch, so the temporary results resulting from a change in the level of operation (such as set point adjustment during normal operation or manual adjustment during the start-up period) are used to enter through MIA get updated model. Then follows the tuning PID controller, based on this new model, so that the self-adjusting feedback control loop (AFBC) is formed. The inner loop B (referred to as AFFC) works on the real-time basis so that the model errors or the outer charge disturbances are identified and compensated for can be operated in a forward sense in real time. The feedforward control loop is referred to as self-adjusting feedforward control (AFFC). Deshalb ist das AMCS im Grunde ein selbstlernendes und selbstabstimmendes Sytsem, welches die Regeloperationen allzeit gegen ihre optimalen Bedingungen hin leitet, ungeachtet des Auftretens von unmessbaren Störungen oder Modellfehlern.Therefore, the AMCS is basically a self-learning and self-adjusting system, which always directs the control operations against their optimal conditions, regardless of the occurrence of immeasurable disturbances or model errors. 2. Definition der M[tief]A(n,m) Modelle2. Definition of the M [deep] A (n, m) models Die M[tief]A(n,m) Modelle sind gegeben in der Form: (2.1) The M [deep] A (n, m) models are given in the form: (2.1) W(t) = u(t-D)W (t) = u (t-D) wobei whereby = Modell-Output = Model output = geschätzter beobachteter Output= estimated observed output n = höchste Ordnung der Differenzierung von xn = highest order of differentiation of x m = höchste Ordnung der Differenzierung von Wm = highest order of differentiation of W u = Prozess-Inputu = process input D = wahre ZeitverzögerungD = true time delay w = verzögerter Inputw = delayed input Der nominelle Satz der Parameter für M[tief]A(n,m) Modell,The nominal set of parameters for M [deep] A (n, m) model, großes Omega[hoch]N[tief]MA ist definiert als: (2.2)large omega [high] N [low] MA is defined as: (2.2) Herkömmliche Rückkopplungs-RegelungsschleifeConventional feedback control loop
Fig. 1 Selbsteinstellendes Simulations- und RegelsystemFig. 1 Self-adjusting simulation and control system ProzessdatenProcess data
Fig. 2 Funktionsaufbau des AMCS wobeiFig. 2 Functional structure of the AMCS whereby a[tief]i (i=1,2,...,n) = die Koeffizientenkonstante für b[tief]i, (i=0,1,...,m) = die Koeffizientenkonstante für W a [deep] i (i = 1,2, ..., n) = the coefficient constant for b [deep] i, (i = 0,1, ..., m) = the coefficient constant for W = anfänglicher Wert der i-ten Ableitung von = initial value of the ith derivative of So dassSo that P[tief]N ist Teilmenge von großes Omega[hoch]N[tief]MA (2.3)P [low] N is a subset of large omega [high] N [low] MA (2.3) wobeiwhereby P[tief]N = nominelle geschätzte Parameter.P [low] N = nominal estimated parameters. Der Satz aktueller Parameter für M[tief]A(n,m) Modelle wird bestimmt aus deren äquivalenter kanonischer Zustandsdarstellung, d.h.The set of current parameters for M [deep] A (n, m) models is determined from their equivalent canonical state representation, i.e. = A Z + B w (2.4)= A Z + B w (2.4) mitwith großes Omega[hoch]A[tief]MA = [kleines Ni[tief]1, kleines Ni[tief]2,..., kleines Ni[tief]1, z[tief]1(0), z[tief]2(0),..., z[tief]n(0)] (2.5)large omega [high] A [low] MA = [small Ni [low] 1, small Ni [low] 2, ..., small Ni [low] 1, z [low] 1 (0), z [low] 2 (0), ..., z [deep] n (0)] (2.5) undand P ist Teilmenge von großes Omega[hoch]A[tief]MA (2.6)P is a subset of large omega [high] A [low] MA (2.6) wobeiwhereby z[tief]i (i=1,2, ...,n) = Zustandsvariablez [deep] i (i = 1,2, ..., n) = state variable kleines Ni[tief]i, (i=1,2, ,l) = Koeffizientenkonstante in der kanonischen Zustandsgleichungsmall Ni [deep] i, (i = 1,2,, l) = coefficient constant in the canonical equation of state P = geschätzter Parameter-Vektor.P = estimated parameter vector.
3. Definition der M[tief]B(n,m,s) Modelle3. Definition of the M [deep] B (n, m, s) models Die M[tief]B(n,m,s) Modelle sind gegeben in Form einer stochastischen Differentialgleichung, die verbunden ist mit einem verdeckten kontinuierlichen Differentialgleichungsmodell, d.h.The M [deep] B (n, m, s) models are given in the form of a stochastic differential equation that is connected with a hidden continuous differential equation model, i.e. (3.1) (3.1) mit (3.2)with (3.2) und (3.3)and (3.3) mitwith kleines Phi[tief]i = kleines Phi[tief]i(a[tief]1,...,a[tief]n) und F[tief]i = F[tief]i(a[tief]1,...,a[tief]n,b[tief]o,...,b[tief]m), i = 1,2,...,nsmall Phi [deep] i = small Phi [deep] i (a [deep] 1, ..., a [deep] n) and F [deep] i = F [deep] i (a [deep] 1 ,. .., a [deep] n, b [deep] o, ..., b [deep] m), i = 1,2, ..., n Der nominelle Satz der Parameter in dem M[tief]B(n,m,s) Modell ist definiert als großes Omega[hoch]N[tief]MB, d-h-The nominal set of parameters in the M [low] B (n, m, s) model is defined as large omega [high] N [low] MB, d-h- großes Omega[hoch]N[tief]MB = [a[tief]1,a[tief]2,......,a[tief]n,b[tief]o,b[tief]1,......,b[tief]m, kleines Theta[tief]1,kleines Theta[tief]2,......,kleines Theta[tief]s] (3.4)large omega [high] N [low] MB = [a [deep] 1, a [deep] 2, ......, a [deep] n, b [deep] o, b [deep] 1 ,. ....., b [deep] m, small theta [deep] 1, small theta [deep] 2, ......, small theta [deep] s] (3.4) Die in den Gleichungen (3.1) bis (3.4) verwendeten Symbole bedeuten folgendes: The symbols used in equations (3.1) to (3.4) mean the following: = geschätzter Output für y= estimated output for y y = aktuelle Output-Variabley = current output variable w = der verzögerte Prozess-Input, d.h. u(t-D), so dass w(k) für u(k-kleines Eta) steht, wobei kleines Eta = Integer [D/großes Delta]w = the delayed process input, i.e. u (t-D), so that w (k) stands for u (k-small Eta), where small Eta = integer [D / large delta] kleines Epsilon = Fehler zwischen dem aktuellen und dem geschätzten Outputsmall epsilon = error between the current and the estimated output kleines Phi[tief]i (i = 1,2,...,n) = Koeffizienten für y in der Differentialgleichungsmall Phi [deep] i (i = 1,2, ..., n) = coefficients for y in the differential equation F[tief]i, (i = 1,2,...,n) = Koeffizienten für w in der DifferentialgleichungF [deep] i, (i = 1,2, ..., n) = coefficients for w in the differential equation a[tief]i, (i = 1,2,...,n) = Koeffizienten für b[tief]i, (i = 0,1,...,m) = Koeffizienten für wa [deep] i, (i = 1,2, ..., n) = coefficients for b [deep] i, (i = 0,1, ..., m) = coefficients for w n = Ordnung der Differenzierung von m = Ordnung der Differenzierung von wn = order of differentiation of m = order of differentiation of w s = Ordnung der Differenzierung für kleines Epsilons = order of differentiation for small epsilon kleines Theta[tief]i (i = 1,...,s) = Koeffizienten für kleines Epsilonsmall theta [deep] i (i = 1, ..., s) = coefficients for small epsilon Der Satz der aktuellen Parameter für M[tief]B(n,m,s) Modelle bestimmt sich aus deren äquivalenter kanonischen Zustandsdarstellung für Gleichung (3.3), so dass The set of current parameters for M [deep] B (n, m, s) models is determined from their equivalent canonical state representation for equation (3.3), so that = A Z + B w (3.5)= A Z + B w (3.5) mit großes Omega[hoch]A[tief]MB = {kleines Ny[tief]1,kleines Ny[tief]2,......,kleines Ny[tief]1,kleines Theta[tief]1,kleines Theta[tief]2,......,kleines Theta[tief]s} (3.6)with large omega [high] A [low] MB = {small Ny [low] 1, small Ny [deep] 2, ......, small Ny [deep] 1, small theta [deep] 1, small theta [deep] 2, ......, small theta [deep] s} (3.6) und P ist Teilmenge von großes Omega[hoch]A[tief]MB (3.7)and P is a subset of large omega [high] A [low] MB (3.7) wobei P = aktueller Abschätzungs-Parameter-Vektorwhere P = current estimation parameter vector [tief] kleines Ny [tief]i, (i = 1,2,...,2) = Koeffizientenkonstante in der Zustandsdarstellung für Gleichung (3.3)[deep] small Ny [deep] i, (i = 1,2, ..., 2) = coefficient constant in the state representation for equation (3.3) Beachte, dass die Anfangswerte der Zustandsvariablen Z[tief]1(0), Z[tief]2(0),...,z[tief]n(0) nicht in großes Omega[hoch]A[tief]MB enthalten sind.Note that the initial values of the state variables Z [low] 1 (0), Z [low] 2 (0), ..., z [low] n (0) do not contain MB in large omega [high] A [low] are. 4. Gleichförmiges abgetastetes diskretes Modell für ein kontinuierliches Zustands-Dynamik-System.4. Uniform sampled discrete model for a continuous state dynamics system. Das angenommene kontinuierliche Zustands-Dynamik-System ist gegeben als: The assumed continuous state dynamics system is given as: Z = A Z + B wZ = A Z + B w y = z[tief]1 (4.1)y = z [deep] 1 (4.1) Das diskrete Modell, das gleichförmig aus dem System in Gleichung (4.1) abgetastet wird, ist gegeben als:The discrete model sampled uniformly from the system in equation (4.1) is given as: y(k)=kleines Phi[tief]1 y(k-1)+kleines Phi[tief]2 y(k-2)+...+kleines Phi[tief]n y(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n) (4.2)y (k) = small Phi [deep] 1 y (k-1) + small Phi [deep] 2 y (k-2) + ... + small Phi [deep] ny (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [deep] nw (kn) (4.2) Die Beziehung zwischen kleines Phi[tief]i, F[tief]i und Gleichung (4.1) sind folgendermaßen gegeben:The relationship between small Phi [deep] i, F [deep] i and equation (4.1) are given as follows: Definiere H=[h[tief]ij][tief]nxn = exp [A mal großes Delta]Define H = [h [deep] ij] [deep] nxn = exp [A times large delta] undand G=[g[tief]i][tief]nxI = -A[hoch]-1[I-exp(A mal großes Delta)]B (4.3)G = [g [low] i] [low] nxI = -A [high] -1 [I-exp (A times large delta)] B (4.3) wobeiwhereby A,B = Koeffizientenmatrizen in Gleichung (4.1)A, B = coefficient matrices in equation (4.1) h[tief]ij = i-, j-tes Element von Matrix Hh [deep] ij = i-, j-th element of matrix H g[tief]i = i-tes Element von Matrix Gg [deep] i = i-th element of matrix G großes Delta = Integrations-Unterintervall für das Auswahlintervalllarge delta = integration sub-interval for the selection interval (1) Für Zustandsgleichung mit n = 1(1) For the equation of state with n = 1 kleines Phi[tief]1 = h[tief]11 F[tief]1 = g[tief]1 (4.4)small Phi [deep] 1 = h [deep] 11 F [deep] 1 = g [deep] 1 (4.4) (2) Für Zustandsgleichung mit n = 2(2) For the equation of state with n = 2 kleines Phi[tief]1 = h[tief]11 + h[tief]22 F[tief]1 = g[tief]1small Phi [deep] 1 = h [deep] 11 + h [deep] 22 F [deep] 1 = g [deep] 1 kleines Phi[tief]2 = (h[tief]12 h[tief21-h[tief]22 h[tief11) F[tief]2 = g[tief]2 h[tief]12-g[tief]1 h[tief]22 (4.5)small Phi [deep] 2 = (h [deep] 12 h [deep21-h [deep] 22 h [deep11) F [deep] 2 = g [deep] 2 h [deep] 12-g [deep] 1 h [ deep] 22 (4.5) (3) Für Zustandsgleichung mit n = 3(3) For the equation of state with n = 3 kleines Phi[tief]1 = h[tief]11 + h[tief]22 + h[tief]33 F[tief]1 = g[tief]1small Phi [deep] 1 = h [deep] 11 + h [deep] 22 + h [deep] 33 F [deep] 1 = g [deep] 1 kleines Phi[tief]2 = -(großes Delta[tief]11 + großes Delta[tief]22 + großes Delta[tief]33) F[tief]2 = (h[tief]12 g[tief]1 - g[tief]1 h[tief]22) + (h[tief]13 g[tief]3 - g[tief]1 h[tief]33)small Phi [deep] 2 = - (large delta [deep] 11 + large delta [deep] 22 + large delta [deep] 33) F [deep] 2 = (h [deep] 12 g [deep] 1 - g [ deep] 1 h [deep] 22) + (h [deep] 13 g [deep] 3 - g [deep] 1 h [deep] 33) kleines Phi[tief]3 = Det [H] F[tief]3 = g[tief]3 großes Delta[tief]31 + g[tief]2 großes Delta[tief]21 + g[tief]1großes Delta[tief]11 (4.6)small Phi [deep] 3 = Det [H] F [deep] 3 = g [deep] 3 large delta [deep] 31 + g [deep] 2 large delta [deep] 21 + g [deep] 1 large delta [deep] 11 (4.6) wobeiwhereby Det[ ] = Determinante der quadratischen MatrixDet [] = determinant of the square matrix großes Delta[tief]ij = Faktor von h[tief]ij.large delta [deep] ij = factor of h [deep] ij. 5. Parameterschätzung für M[tief]A(n,m) Modelle5. Parameter estimation for M [deep] A (n, m) models Das Flussdiagramm der Parameterschätzung für M[tief]A(n,m) ist in Fig. 3 gezeigt.The flow diagram of the parameter estimation for M [deep] A (n, m) is shown in FIG. Die Verfahrensschritte ergeben sich folgendermaßen:The process steps result as follows: (1) Definiere das M[tief]A(n,m) Modell und den nominellen Parameter-Vektor P[tief]N.(1) Define the M [deep] A (n, m) model and the nominal parameter vector P [deep] N. (2) Transformiere das M[tief]A(n,m) Modell von Gleichung (2.1) in die Zustandsdarstellung von Gleichung (2.4) und definiere den aktuellen Parameter-Vektor P.(2) Transform the M [deep] A (n, m) model from equation (2.1) into the state representation of equation (2.4) and define the current parameter vector P. (3) Schätze den Anfangswert von P[hoch]o[tief]N aus den Schätzroutinen, beispielsweise aus der Integrationsmethode von Moore oder der Blockstoßfunktionsmethode und berechne dann die entsprechenden aktuellen Parameter P[hoch]o.(3) Estimate the initial value of P [high] o [low] N from the estimation routines, for example from Moore's integration method or the block impact function method, and then calculate the corresponding current parameters P [high] o. (4) Beginne mit P[hoch]o, berechne und (4) Start with P [high] o, compute and Die Berechnung von oder erfordert die Integration von Gleichung (2.1). Die Integration von Gleichung (2.1) kann auf zwei verschiedenen Wegen ausgeführt werden.The calculation of or requires the integration of equation (2.1). The integration of equation (2.1) can be carried out in two different ways. (i) Wenn alle Schätzungen für die Anfangsableitungen zur Verfügung stehen, wird die Integration durch die bekannten numerischen Integrationsverfahren durchgeführt.(i) When all the estimates for the initial derivatives are available, the integration is performed by the known numerical integration methods. (ii) Wenn alle oder Teile der Schätzungen der Anfangsableitungen nicht zur Verfügung stehen, sollten Integrationsverfahren, die keine Anfangsableitungen benutzen, angewendet werden. Dieses Integrationsverfahren stellt sich folgendermaßen dar;(ii) If all or part of the initial derivative estimates are not available, integration methods that do not use initial derivatives should be used. This integration process is as follows; (a) Transformiere das M[tief]A(n,m) Modell in die Form der Gleichung (4.1)(a) Transform the M [deep] A (n, m) model into the form of equation (4.1) (b) Verwende P[hoch]o[tief]N zur Berechnung des entsprechenden P[hoch]o(b) Use P [high] o [low] N to calculate the corresponding P [high] o (c) Verwende P[hoch]o und die Gleichung (4.4) bis (4.6) zur Berechnung von kleines Phi[tief]i,(i = 1,2,...,n) und F[tief]i, (i = 1,2,...,n)(c) Use P [high] o and the equations (4.4) to (4.6) to calculate small Phi [deep] i, (i = 1,2, ..., n) and F [deep] i, ( i = 1,2, ..., n) (d) Nehme y(0), y(1),...,y(n-1) an als und die Gleichung: (5.1)(d) Assume y (0), y (1), ..., y (n-1) as and the equation: (5.1) zur Berechnung von für k = n, n + 1, ..., N.to calculate for k = n, n + 1, ..., N. Das Flussdiagramm für das vorstehend dargestellte Verfahren ist in Fig. 4 gezeigt.The flow chart for the method presented above is shown in FIG. 4. (5) Errichtung der (5.2)(5) Establishment of the (5.2) wobei r die Gesamtzahl der Parameter in P ist.where r is the total number of parameters in P. (6) Berechne kleines Delta[tief]P durch (5.3)(6) Compute small delta [deep] P by (5.3) wobeiwhereby Y[hoch]kleines Tau = [y(t)[tief]1),y(t[tief]2),......,y(t[tief]N)]Y [high] small tau = [y (t) [low] 1), y (t [low] 2), ......, y (t [low] N)] kleines Delta Y = [kleines Delta y(t[tief]1), kleines Delta y(t[tief]2), ......, kleines Delta y(t[tief]N)] (5.4)small delta Y = [small delta y (t [deep] 1), small delta y (t [deep] 2), ......, small delta y (t [deep] N)] (5.4) undand kleines Delta y(t[tief]i) = y(t[tief]i) - small delta y (t [deep] i) = y (t [deep] i) - (t[tief]i)(t [deep] i) (7) Prüfe, ob kleines Delta P innerhalb einer gegebenen Toleranzgrenze liegt; wenn ja, stop.(7) Check whether small delta P is within a given tolerance limit; if so, stop. (8) Sonst ersetze P[hoch]o durch P[hoch]o + kleines Delta P und wiederhole von Stufe (4) bis Stufe (7).(8) Otherwise replace P [high] o with P [high] o + small delta P and repeat from level (4) to level (7). 6. Parameterschätzung für die M[tief]B(n,m,s) Modelle6. Parameter estimation for the M [deep] B (n, m, s) models Dieses Schätzverfahren gibt die Schätzungen für die Parameter in zwei verbundenen Gleichungen der M[tief]B(n,m,s) Modelle, d.....h.This estimation procedure gives the estimates for the parameters in two connected equations of the M [deep] B (n, m, s) models, i.e. ..... h. (6.1) (6.1) undand Y(k)=kleines Phi[tief]1 y(k-1)+kleines Phi[tief]2 y(k-2)+...+kleines Phi[tief]n y(k-n)+F[tief]1 w(k-1)+...+F[tief]n w(k-n)+kleines Theta[tief]1 kleines Epsilon(k-1) +kleines Theta [tief]2 kleines Epsilon(k-2)+...+kleines Theta[tief]s kleines Epsilon(k-s)+kleines Epsilon(k) (6.2)Y (k) = small Phi [deep] 1 y (k-1) + small Phi [deep] 2 y (k-2) + ... + small Phi [deep] ny (kn) + F [deep] 1 w (k-1) + ... + F [deep] nw (kn) + small theta [deep] 1 small epsilon (k-1) + small theta [deep] 2 small epsilon (k-2) + .. . + small theta [deep] s small epsilon (ks) + small epsilon (k) (6.2)
Fig. 3 Flussdiagramm der Parameterschätzung für das M[tief]A(n,m) Modell3 is a flow diagram of the parameter estimation for the M [deep] A (n, m) model
Fig. 4 Flussdiagramm für die Integration von M[tief]A(n,m) Modellen wenn keine Anfangsableitungen zur Verfügung stehen.Fig. 4 Flow diagram for the integration of M [deep] A (n, m) models when no initial derivatives are available. Das Flussdiagramm zur Parameterschätzung in M[tief]B(n,m,s) Modellen ist in Fig. 5 gezeigt. Das Verfahren ist folgendes:The flow diagram for parameter estimation in M [deep] B (n, m, s) models is shown in FIG. The procedure is as follows: (1) Definiere Gleichung (6.1) in der Form von Gleichung (4.1)(1) Define equation (6.1) in the form of equation (4.1) (2) Erhalte eine erste Schätzung für die Werte von(2) Get an initial estimate for the values of a[tief]i(i = 1,2,...,n) und b[tief]i(i = 0,1,...,m) unda [deep] i (i = 1,2, ..., n) and b [deep] i (i = 0,1, ..., m) and kleines Theta[tief]i (i = 1,2, ,s), welche als P[hoch]o bezeichnet werden.small theta [low] i (i = 1,2,, s), which are referred to as P [high] o. (3) Verwende P[hoch]o und wende Gleichung (4.3) an zur Berechnung der Matrizen H und G.(3) Use P [high] o and apply equation (4.3) to compute the matrices H and G. (4) Verwende Gleichung (4.4) oder Gleichung (4.5) oder Gleichung (4.6) zur Berechnung von kleines Phi[tief]i(i = 1,2,...,n) und F[tief]i(i = 1,2,...,n(4) Use equation (4.4) or equation (4.5) or equation (4.6) to calculate small Phi [deep] i (i = 1,2, ..., n) and F [deep] i (i = 1 , 2, ..., n (5) Berechne kleines Epsilon(k) für k = 1,2,...,N wobei(5) Calculate the small epsilon (k) for k = 1,2, ..., N where kleines Epsilon(k)=y(k)-kleines Phi[tief]1y(k-1)-......-kleines Phi[tief]ny(k-n)small epsilon (k) = y (k) -small phi [deep] 1y (k-1) -......- small phi [deep] ny (k-n) -F[tief]1w(k-1)-......-F[tief]nw(k-n)-F [deep] 1w (k-1) -......- F [deep] nw (k-n) -kleines Theta[tief]1 kleines Epsilon(k-1)-......-kleines Theta[tief]s kleines Epsilon(k-s)-small theta [deep] 1 small epsilon (k-1) -......- small theta [deep] s small epsilon (k-s) (6.3)(6.3) Beachte, dass kleines Epsilon(k) = 0 für k kleiner-gleich 0Note that small epsilon (k) = 0 for k less than or equal to 0 (6) Berechne großes Phi (P) = (6) Compute large Phi (P) = (7) Berechne großes Pi und großes Sigma wobei (6.4)(7) Compute large pi and large sigma where (6.4) und (6.5) (6.6) (6.7)and (6.5) (6.6) (6.7)
Fig. 5 Flussdiagramm für die Parameterschätzung für die M[tief]B(n,m,s) Modelle5 shows a flow diagram for the parameter estimation for the M [deep] B (n, m, s) models (8) Berechne kleines DeltaP als(8) Compute small DeltaP as kleines DeltaP = -kleines Lambda großes Pi[hoch]-1 großes Sigma (6.8)small DeltaP = -small lambda large Pi [high] -1 large sigma (6.8) (9) Berechne großes Phi(P[hoch]o + kleines Delta P) und prüfe, ob es innerhalb einer Toleranz um großes Phi(P[hoch]o) liegt; wenn ja, Stop.(9) Compute large Phi (P [high] o + small delta P) and check if it is within a tolerance of large Phi (P [high] o); if so, stop. (10) Wenn nein, ersetze P[hoch]o durch P[hoch]o + kleines Delta P und wiederhole von Stufe (3) bis Stufe (9).(10) If no, replace P [high] o with P [high] o + small delta P and repeat from level (3) to level (9).
7. Kriterien für die Zulänglichkeit der M[tief]A(n,m) und M[tief]B(n,m,s) Modelle.7. Criteria for the sufficiency of the M [deep] A (n, m) and M [deep] B (n, m, s) models. (1) Kriterium für die Zulänglichkeit der M[tief]A(n,m) Modelle.(1) Criterion for the sufficiency of the M [deep] A (n, m) models. Dieses Kriterium prüft die Zulänglichkeit für ein gegebenes M[tief]A(n,m) Modell gegenüber dem anderen möglichen M[tief]A(n',m') Modell.This criterion tests the sufficiency for a given M [deep] A (n, m) model against the other possible M [deep] A (n ', m') model. Ein Prüfindex ID(l[tief]1,l[tief]2) ist folgendermaßen definiert: (7.1)A test index ID (l [deep] 1, l [deep] 2) is defined as follows: (7.1) wobeiwhereby P* = optimaler Parameter für ein M[tief]A(n,m) Modell mit n als l[tief]1 und m als l[tief]2P * = optimal parameter for an M [deep] A (n, m) model with n as l [deep] 1 and m as l [deep] 2 SSE = Summe der quadratischen Fehler, verbunden mit P* für das gegebene M[tief]A(l[tief]1,l[tief]2) ModellSSE = sum of the quadratic errors, connected with P * for the given M [deep] A (l [deep] 1, l [deep] 2) model Dann besteht das Prüfkriterium für die Zulänglichkeit des gegebenen M[tief]A(n,m) Modells gegenüber dem M[tief]A(n',m') Modell darin, herauszufinden, ob ID(n,m) beträchtlich kleiner ist als ID(n',m'). Insbesondere wenn ID(n,m) kleiner als ID(n',m'), dann ist das M[tief]A(n,m) Modell hinreichend ausreichende Zulänglichkeit.Then the test criterion for the adequacy of the given M [deep] A (n, m) model versus the M [deep] A (n ', m') model is to find out whether ID (n, m) is considerably less than ID (n ', m'). In particular, if ID (n, m) is smaller than ID (n ', m'), then the M [deep] A (n, m) model is sufficiently adequate sufficiency. (2) Kriterium für die Zulänglichkeit von M[tief]B(n,m,s) Modellen.(2) Criterion for the sufficiency of M [deep] B (n, m, s) models. Wenn die Zulänglichkeit von einem M[tief]B(n[tief]2,m[tief]2,s[tief]2) Modell geprüft wird gegenüber einem M[tief]B(n[tief]1,m[tief]1,s[tief]1) Modell, wobei (n[tief]1 + m[tief]1 + s[tief]1) größer ist als (n[tief]2 + m[tief]2 + s[tief]2), wird der F-QuotientenTest durchgeführt:If the sufficiency of an M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) model is checked against an M [deep] B (n [deep] 1, m [deep] 1, s [deep] 1) Model, where (n [deep] 1 + m [deep] 1 + s [deep] 1) is greater than (n [deep] 2 + m [deep] 2 + s [deep] 2), the F quotient test is carried out: Es seiBe it J[tief]1 = Summe der quadratischen Fehler für das M[tief]B(n[tief]1,m[tief]1,s[tief]1) ModellJ [deep] 1 = sum of the squared errors for the M [deep] B (n [deep] 1, m [deep] 1, s [deep] 1) model J[tief]2 = Summe der quadratischen Fehler für das M[tief]B(n[tief]2,m[tief]2,s[tief]2) ModellJ [deep] 2 = sum of the squared errors for the M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) model kleines Ny[tief]1 = Freiheitsgrad für das M[tief]B(n[tief]1,m[tief]1,s[tief]1) Modellsmall Ny [deep] 1 = degree of freedom for the M [deep] B (n [deep] 1, m [deep] 1, s [deep] 1) model undand kleines Ny[tief]2 = Freiheitsgrad für das M[tief]B(n[tief]2,m[tief]2,s[tief]2) Modellsmall Ny [deep] 2 = degree of freedom for the M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) model dann definiere (7.2)then define (7.2) Vergleiche das berechnete f mit dem Wert von F[tief]kleines Alpha(kleines Ny[tief]2-kleines Ny[tief]1, kleines Ny[tief]1) aus der F-Verteilungstafel, wobei F[tief]kleines Alpha(kleines Ny[tief]2-kleines Ny[tief]1, kleines Ny[tief]1) definiert ist als:Compare the calculated f with the value of F [deep] small alpha (small Ny [deep] 2-small Ny [deep] 1, small Ny [deep] 1) from the F distribution table, where F [deep] small alpha ( small Ny [deep] 2-small Ny [deep] 1, small Ny [deep] 1) is defined as: Prob[F kleiner als F[tief]kleines Alpha] = kleines Alpha %Prob [F less than F [deep] small alpha] = small alpha% Wenn f kleiner als F[tief]kleines Alpha, dann wird M[tief]B(n[tief]2,m[tief]2,s[tief]2) als hinreichendes Modell im Vergleich zu dem M[tief]B(n[tief]1,m[tief]1,s[tief]1) Modell angenommen.If f is smaller than F [deep] small alpha, then M [deep] B (n [deep] 2, m [deep] 2, s [deep] 2) as a sufficient model compared to the M [deep] B ( n [deep] 1, m [deep] 1, s [deep] 1) Model assumed. 8. Simulations-Strategie für M[tief]A(n,m) Modelle8. Simulation strategy for M [deep] A (n, m) models Die Simulations-Strategie für M[tief]A (n,m) Modelle ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Die Strategie benutzt den Vorteil der Tatsache, dass die Zeitverzögerung in demThe simulation strategy for M [deep] A (n, m) models is shown in FIGS. The strategy takes advantage of the fact that the time delay in the M[tief]A(2,0) Modell kleiner sein wird als die im M[tief]A(1,0) Modell, so dass weniger Iterationsstufen in Fig. 3 erforderlich sein werden. Außerdem ist der Schätzwert der Verzögerung und Zeitkonstanten in M[tief]A(1,0) von dem identifizierten M[tief]A(2,0) Modell verfügbar in der Form: (8.1)The M [deep] A (2.0) model will be smaller than that in the M [deep] A (1.0) model, so fewer iterations in Fig. 3 will be required. In addition, the estimate of the delay and time constants in M [deep] A (1.0) from the identified M [deep] A (2.0) model is available in the form: (8.1) und (8.2)and (8.2) wobeiwhereby T[tief]1, T[tief]2 = aquivalente Zeitkonstanten von M[tief]A(2,0) ModellT [deep] 1, T [deep] 2 = equivalent time constants of M [deep] A (2.0) model kleines Tau = Zeitkonstante in dem M[tief]A(1,0) Modellsmall tau = time constant in the M [deep] A (1,0) model D[hoch](1) = äquivalente Zeitverzögerung in dem M[tief]A(1,0) ModellD [high] (1) = equivalent time delay in the M [low] A (1,0) model D[hoch](2) = identifizierte Zeitverzögerung in dem M[tief]A(2,0) ModellD [high] (2) = identified time lag in the M [low] A (2,0) model 9. Simulations-Strategie für M[tief]B(n,m,s) Modelle9. Simulation strategy for M [deep] B (n, m, s) models Die Strategie für die Simulation von M[tief]B(n,m,s) Modellen ist in Fig. 8 gezeigt.The strategy for simulating M [deep] B (n, m, s) models is shown in FIG. 10. Identifizierung der unmessbaren Ladung10. Identification of the immeasurable charge (1) Parameter-Sensitivitäts-Näherung(1) Parameter sensitivity approximation Der kontinuierliche Prozess wird angenommen als: (10.1)The continuous process is believed to be: (10.1) Simulations-Strategie für M[tief]A(n,m) ModelleSimulation strategy for M [deep] A (n, m) models
Fig. 6 Simulations-Strategie für M[tief]A(n,m) ModelleFig. 6 Simulation strategy for M [deep] A (n, m) models
Fig. 7 Strategie für die Bestimmung der Zeitverzögerung in M[tief]A(n,m) ModellenFig. 7 Strategy for determining the time delay in M [deep] A (n, m) models
Fig. 8 Simulations-Strategie für M[tief]B(n,m,s) Modelle8 simulation strategy for M [deep] B (n, m, s) models In Gleichung (10.1) werden die Koeffizienten a[tief]i (i = 1,2,...,n), b[tief]i (i = 0,1,...,m) als Konstante angenommen.In equation (10.1) the coefficients a [deep] i (i = 1,2, ..., n), b [deep] i (i = 0,1, ..., m) are assumed as constants. Nur ist der zu identifizierende Parameter.Just is the parameter to be identified. Ein rechteckiges Fenster (Ausschnitt) wird verwendet zur Behandlung der Input-Output-Daten, so dass zu jedem Zeitpunkt l Punkte von Input und Output-Daten für die Parameter-Schätzung zur Verfügung stehen.A rectangular window (section) is used to handle the input-output data, so that l points of input and output data are available for parameter estimation at any point in time. Verwende die gegebenen Werte von a[tief]i (i = 1,2,...,n) und b[tief]i (i = 0,1,...,m) zur Bildung der Differentialgleichung: (10.2)Use the given values of a [deep] i (i = 1,2, ..., n) and b [deep] i (i = 0,1, ..., m) to form the differential equation: (10.2) wobei µ der konstante systematische Fehler ist, der sich aus in Gleichung (10.1) ergibt.where µ is the constant systematic error resulting from in equation (10.1) results. DefiniereDefine Y[tief]i=[y(t[tief]i-1),y(t[i-1+1),......,y(t[tief]i)] (10.3)Y [deep] i = [y (t [deep] i-1), y (t [i-1 + 1), ......, y (t [deep] i)] (10.3) W[tief]i=[w(t[tief]i-1),w(t[tief]i-1+1),......,w(t[tief]i)] (10.4)W [deep] i = [w (t [deep] i-1), w (t [deep] i-1 + 1), ......, w (t [deep] i)] (10.4) undand kleines Delta Y[tief]i=[kleines Delta y(t[tief]i-1), kleines Delta y(t[tief]i-1+1),......,kleines Delta y(t[tief]i)] (10.5)small delta Y [deep] i = [small delta y (t [deep] i-1), small delta y (t [deep] i-1 + 1), ......, small delta y (t [ deep] i)] (10.5) wobei (10.6)whereby (10.6) Dann kann beginnend mit berechnet werden.Then you can start with be calculated. (10.7) (10.7) wobeiwhereby h = Int. [D/großes Delta] (10.8)h = int. [D / large delta] (10.8) = Schätzung von d bei t[tief]j mit den Daten bis t[tief]i= Estimate of d at t [deep] j with the data up to t [deep] i Der Ausdruck wird nachstehend gegeben.The expression is given below. Die Verfahrensschritte sind folgende:The process steps are as follows: (i) Setze Y[tief]i, W[tief]i, bei t[tief]i an(i) Put Y [deep] i, W [deep] i, at t [deep] i (ii) Bestimme die Werte von a[tief]i, (i = 1,2,...,n) und b[tief]i, (i = 0,1,...,m) aus den letzten identifizierten Ergebnissen(ii) Determine the values of a [deep] i, (i = 1,2, ..., n) and b [deep] i, (i = 0,1, ..., m) from the last identified ones Results (iii) Bestimme den Wert von bei dem letzten identifizierten Wert, d.h.(iii) Find the value of at the last identified value, ie (iv) Berechne die Parametersensitivität (10.9)(iv) Calculate the parameter sensitivity (10.9) wobei (10.10)whereby (10.10) (v) Berechne durch: (10.11)(v) Compute by: (10.11) (vi) Berechne durch (10.12)(vi) Compute by (10.12) (vii) Erhöhe i durch 1 und wiederhole ab Stufe (iii).(vii) Increase i by 1 and repeat from step (iii). (2) Nichtlineare Optimierungs-Näherung(2) Non-linear optimization approximation Bei dieser Näherung ist das betrachtete Verfahrensmodell ein M[tief]B(n,m,s)-Modell, d.h.With this approximation, the process model under consideration is an M [deep] B (n, m, s) model, i.e. (10.13) (10.13) und wobeiand whereby kleines Phi[tief]i=kleines Phi[tief]1(a[tief]1,a[tief]2,......,a[tief]n) und F[tief]i=F[tief]1(b[tief]0,......,b[tief]m,a[tief]1,......,a[tief]n small Phi [deep] i = small Phi [deep] 1 (a [deep] 1, a [deep] 2, ......, a [deep] n) and F [deep] i = F [deep] 1 (b [deep] 0, ......, b [deep] m, a [deep] 1, ......, a [deep] n = konstante Ladungsstörung und= constant charge disturbance and kleines Epsilon = das Weißrauschen des Systemssmall epsilon = the white noise of the system L = der konstante systematische Fehler, der sich aus d ergibtL = the constant systematic error resulting from d Definiere Y[tief]i und W[tief]i wie in Gleichung (10.3) und Gleichung (10.4). Dann sind die Verfahrensschritte folgende:Define Y [deep] i and W [deep] i as in equation (10.3) and equation (10.4). Then the process steps are as follows: (i) Setze das erforderliche Datenfenster (Datenausschnitt) von Y[tief]i und W[tief]i(i) Set the required data window (data section) of Y [deep] i and W [deep] i (ii) Weise zu (ii) Assign (iii) Berechne (10.15)(iii) Compute (10.15) wobei (10.16)whereby (10.16) (iv) Berechne (10.17)(iv) Compute (10.17) (v) Berechne (v) Compute (vi) Berechne (10.18)(vi) Compute (10.18) (vii) Berechne (10.19)(vii) Compute (10.19) (viii) Wiederhole von Stufe (iii) bis Stufe (vii) mehrere Male bis konvergiert(viii) Repeat from step (iii) to step (vii) several times to converges (ix) Erhöhe i durch 1 und wiederhole von Stufe (i)(ix) Increase i by 1 and repeat from level (i)
11. Abstimmungsbeziehung für einen interaktiven digitalen PID-Regler11. Tuning relationship for an interactive digital PID controller Der digitale PID-Regelalgorithmus ist gegeben als: (11.1)The digital PID control algorithm is given as: (11.1) mit Qn, berechnet aus: wobeiwith Qn, calculated from: whereby Q = ScheinvariableQ = dummy variable Q[tief]n-1 = der Wert von Q zu einem vorherigen ZeitpunktQ [low] n-1 = the value of Q at a previous point in time Q[tief]n = der Wert von Q zum gegenwärtigen ZeitpunktQ [low] n = the value of Q at the current time M[tief]n-1 = vorhergehender Regel-OutputM [deep] n-1 = previous control output M[tief]n = gegenwärtiger Regel-OutputM [low] n = current rule output e[tief]n-1 = vorhergehende Abweichung zwischen dem Output und Einstellungspunkte [deep] n-1 = previous deviation between the output and the setting point e[tief]n = gegenwärtige Abweichung zwischen dem Output und dem Einstellungspunkte [low] n = current deviation between the output and the set point großes Delta = Probenintervalllarge delta = sample interval Die Abstimmungsbeziehung basiert auf einigen Integralkriterien, wie ITAE, IAE, ITSE und ISE und sind ausgedrückt in der Form:The voting relationship is based on some integral criteria, such as ITAE, IAE, ITSE and ISE and are expressed in the form: P = A[D/kleines Tau][hoch]B (11.2)P = A [D / small rope] [high] B (11.2) oderor O = A[D/kleines Tau]+B (11.3) wobeiO = A [D / small rope] + B (11.3) whereby P = skalierter AbstimmungsparameterP = scaled tuning parameter D = Zeitverzögerung in dem M[tief]A(1,0) Modell, welches verwendet wird, um für den dynamischen Prozess zu stehenD = time lag in the M [deep] A (1,0) model used to represent the dynamic process kleines Tau = Zeitkonstante in dem M[tief]A(1,0) Modell, welches verwendet wird, um für den dynamischen Prozess zu stehensmall Tau = time constant in the M [deep] A (1,0) model which is used to represent the dynamic process A und B = Konstante für die Korrelation der Abstimmungsbeziehungen.A and B = constants for the correlation of the voting relationships. Die Werte von A und B für die Abstimmungsbeziehungen sind in Tabelle 1 aufgelistet.The values of A and B for the voting relationships are listed in Table 1. 12. Abstimmungsbeziehung für den idealen PID-Regler mit quadratischem Funktionsindex12. Tuning relationship for the ideal PID controller with a quadratic function index Der verwendete quadratische Funktionsindex ist gegeben als: (12.1)The quadratic function index used is given as: (12.1) Daraus erhaltene Abstimmungsbeziehungen:The reconciliation relationships obtained from this: (1) PI-Regler(1) PI controller K[tief]C K[tief]P = 0.635 (D/kleines Tau)[hoch]-0.658 (12.2)K [low] C K [low] P = 0.635 (D / small rope) [high] -0.658 (12.2) T[tief]1/kleines Tau) = 1.211 (D/kleines Tau[hoch]0.462 (12.3)T [low] 1 / small rope) = 1.211 (D / small rope [high] 0.462 (12.3) (2) PID-Regler(2) PID controller K[tief]C K[tief]r = 0.975 (D/kleines Tau)[hoch]-0.572 (12.4)K [low] C K [low] r = 0.975 (D / small dew) [high] -0.572 (12.4) T[tief]1/kleines Tau = 1.211 (D/kleines Tau)[hoch]0.487 (12.5)T [low] 1 / small rope = 1.211 (D / small rope) [high] 0.487 (12.5) T[tief]D/kleines Tau = (D/kleines Tau)/[2.092 + 1.449 (D/kleines Tau)] (12.6)T [deep] D / small rope = (D / small rope) / [2.092 + 1.449 (D / small rope)] (12.6) Tabelle 1Table 1
Die Zahlen ohne * sind in Gl. (II.2) und die Zahlen mit * in Gl. (II.3) zu verwenden. mitThe numbers without * are in Eq. (II.2) and the numbers with * in Eq. (II.3) to be used. with Kc = proportionale RegelkonstanteKc = proportional control constant Kp = ProzesszielKp = process goal T[tief]i = IntegralzeitT [low] i = integral time T[tief]D = AbleitungszeitT [low] D = derivative time kleines Tau = Zeitkonstante des angenäherten M[tief]A(1,0) Modellssmall Tau = time constant of the approximate M [deep] A (1,0) model D = Zeitverzögerung des angenäherten M[tief]A(1,0) ModellsD = time delay of the approximate M [deep] A (1.0) model
13. Abstimmungsbeziehung für gesteuerte Verfahren überkritischer Dämpfung zweiter Ordnung.13. Tuning relationship for controlled methods of supercritical damping of the second order. T[tief]1, T[tief]2 seien die Zeitkonstanten des Verfahrens überkritischer Dämpfung zweiter Ordnung und D[hoch](2) sei die Zeitverzögerung in dem Verfahren zweiter Ordnung. Dann gibt es einen äquivalenten (im Sinne der kleinsten Quadrate) Prozess erster Ordnung, der folgende Zeitkonstante und Zeitverzögerung aufweist: (13.1) (13.1)Let T [low] 1, T [low] 2 be the time constants of the second order supercritical damping method and D [high] (2) be the time delay in the second order method. Then there is an equivalent (in terms of least squares) first order process that has the following time constant and time delay: (13.1) (13.1) wobei D[hoch](1) = Zeitverzögerung in dem äquivalenten Prozess erster Ordnungwhere D [high] (1) = time lag in the equivalent first order process kleines Tau = Zeitkonstante in dem äquivalenten Prozess erster Ordnung.small tau = time constant in the equivalent first order process. Damit können bestehende Abstimmungsbeziehungen, die die Gleichungen (11.2), (11.3), (12.2), (12.3), (12.4), (12.5) und (12.6) und Tabelle 1 beinhalten, verwendet werden zur Abstimmung des PID-Reglers.Existing tuning relationships, which contain the equations (11.2), (11.3), (12.2), (12.3), (12.4), (12.5) and (12.6) and Table 1, can be used to tune the PID controller. 14. Selbsteinstellender Feedforward-Regelalgorithmus (selbsteinstellender Vorwärts-Regelalgorithmus)14. Self-adjusting feedforward control algorithm (self-adjusting forward control algorithm) t[tief]i sei der gegenwärtige Zeitpunkt und sei die identifizierte Ladungsstörung bei t[tief]i - D der Daten bis t[tief]i.Let t [deep] i be the current point in time and let the identified charge disturbance at t [deep] i - D of the data up to t [deep] i. (1) Näherung nullter Ordnung für (1) Zero order approximation for Der Feedforward-Regel-Input ist gegeben als: (14.1)The feedforward rule input is given as: (14.1) wobeiwhereby b[tief]o = der Koeffizient von W in dem M[tief]A(n,m) Modellb [deep] o = the coefficient of W in the M [deep] A (n, m) model a[tief]n = der Koeffizient von y in dem M[tief]A(n,m) Modell a [deep] n = the coefficient of y in the M [deep] A (n, m) model = der gewünschte Einstellungspunkt für y= the desired setting point for y K[tief]I = der Integralfaktor = K[tief]c/T[tief]IK [deep] I = the integral factor = K [deep] c / T [deep] I kleines Lambda = Abstimmungskonstante, Bereich von 0 bis 1small lambda = tuning constant, range from 0 to 1 so dass der Gesamt-Regel-Input u(t) ist: (14.2)so that the total rule input is u (t): (14.2) (2) Voreilungs/Nacheilungs-Näherung für (2) Lead / lag approximation for In der Voreilungs/Nacheilungs-Näherung ist der geschätzte Wert von gegeben mit: (14.3)In the lead / lag approximation, the estimated value is given with: (14.3) und die Vorwärts-Regelung ist gegeben mit:and the forward control is given by: damit wird der gesamte Regel-Input: this makes the entire rule input:
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