DE3390539C2 - Verfahren zum Betreiben eines adaptiv gesteuerten technischen Prozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiv gesteuerten technischen Prozesses gemäß der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung.

In der Literatur DE-Z. "Regelungstechnik", 1969, H. 2, S. 53, 54 ist zu einem Verfahren dieser Art angegeben, daß die in aller Regel mit einem Prozeßrechner durchgeführte adaptive Prozeßsteuerung eine Berücksichtigung von sich laufend ändernden Parametern und nichtstationären Störungen bei jeder optimalen Durchführung eines Produktionsablaufes erfordert. Dabei wird der Prozeßrechner zur Erkennung des dynamischen Verhaltens des Prozesses und zur Nach­ bildung eines mathematischen Prozeßmodells eingesetzt, für dessen Erstellung eine qualitative Vorkenntnis wenigstens über die wesent­ lichsten Beziehungen zwischen den einzelnen Prozeßvariablen die Voraussetzung ist. Es ist dann weiter auch angegeben, daß in diesem Rahmen die Prozeßerkennung einen wichtigen Bestandteil der optima­ len Prozeßführung darstellt und dabei die Häufigkeit ihrer Durch­ führung direkt abhängig ist von der Schnelligkeit, mit welcher sich die einzelnen Prozeßparameter ändern. Dabei wird andererseits die Optimierung der Prozeßführung nach einem bestimmten Gütekriterium für eine Erreichbarkeit von entsprechend optimal gewünschten Be­ triebsverhältnissen orientiert, wobei dieses Gütekriterium die Be­ ziehungen unter den einzelnen Größen festlegt, welche eine solche adaptive Prozeßsteuerung bestimmen.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Verfahren der angegebenen Gattung ständig eine sehr präzise Übereinstimmung zwischen der Führungsgröße und der Stellgröße auch dann erreichen zulassen, wenn häufige Korrekturen der einzelnen Modellparameter zu erwarten sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß der durch den Patentanspruch gekennzeichneten Ausbildung gelöst. Dessen wesentlichste Vorteile ergeben sich andererseits aus der nachfol­ genden Beschreibung des in der Zeichnung gezeigten Blockdiagramms.

Zum Betreiben eines adaptiv gesteuerten technischen Prozesse wird eine Modell-Regeleinrichtung 12 eingesetzt, die eine von einer Führungsgröße X _D abhängige Stellgröße Y an eine prozeßgesteuerte Anlage 14 liefert. Von dieser prozeßgesteuerten Anlage 14 wird ausgangseitig eine somit von dieser Stellgröße Y abgeleitete Istgröße X erhalten, die wertmäßig durch einen Ausgangssensor 16 erfaßt und einem Komparator 18 zugeführt wird, der einen wert­ mäßigen Vergleich mit der Führungsgröße X _D vornimmt und aus der er­ mittelten Abweichung (X _D-X) eine Fehlergröße ε bestimmt. Diese durch den Komparator 18 bestimmte Fehlergröße ε wird einem Para­ meter-Selektor 20 zugeführt, der für eine Korrektur des Modells, mit dem die Modell-Regeleinrichtung 12 arbeitet, eine bestimmte, nachfolgend noch näher erläuterte Auswahl unter der Vielzahl der dafür zur Verfügung stehenden Modellparameter entsprechend der Zielsetzung vornimmt, eine Minimalisierung der Fehlergröße zu er­ reichen. Die entsprechende Auswahlgröße wird nachfolgend einem Parameter-Inkrementalrechner 22 zugeführt, der dann über die Ver­ bindung mit der Modell-Regeleinrichtung 12 in der ebenfalls noch nähger beschriebenen Art und Weise eine Korrektur des Prozeßmodells beeinflußt.

Sowohl der Modell-Regeleinrichtung 12 wie auch dem Parameter- Selektor 20 werden äußere Meßgrößen V₁, V₂ . . . V _n zugeführt, um damit eine Beziehung zu den Störgrößen herzustellen, welche die prozeßgesteuerte Anlage 14 beeinflussen und eine Abweichung der ausgangsseitig ermittelten Istgröße X von der Führungsgröße X _D verursachen. Diese Meßgrößen ergeben somit die korrigierbaren Mo­ dellparameter des Prozeßmodells, mit welchem die Modell-Regelein­ richtung 12 zur Bestimmung der Stellgröße Y arbeitet. Um nun in Abhängigkeit von der ermittelten Fehlergröße eine rasche und mög­ lichst präzise Anpassung der Stellgröße Y an die Führungsgröße X _D zu erhalten, wird die mit der Einschaltung des Sensors 16 zur Er­ mittlung der Istgröße X und mit dem Komparator 18 zur Ermittlung der Fehlergröße aus der Abweichung dieser Istgröße von der Führungs­ größe X _D erreichte Rückkoppelung dazu genutzt, für jeden einzelnen Modellparameter zunächst eine partielle Ableitung der betreffenden Stellgröße Y zu bilden und dann den Modellparameter mit der wert­ mäßig größten partiellen Ableitung als Auswahlgröße zur Korrektur des Prozeßmodells zu bestimmen. Die Berechnung der partiellen Ab­ leitungen und ein somit nachfolgender Vergleich des jeweils er­ haltenen Rechenwertes mit vorbestimmten Bereichsgrenzen wird dabei durch einen Auswahl-Algorithmus des Parameter-Selektors 20 derart vorgenommen, daß die partielle Ableitung des jeweils überprüften Modellparameters mit dem gegenüber der zugeordneten Bereichsgrenze größeren Absolutwert für eine Weiterleitung an den Parameter-Inkre­ mentalrechner 22 ausgewählt wird. Der somit ausgewählte Modellpara­ meter wird dann durch den Inkrementalrechner integriert, bis ent­ weder ein stabiler Zwischenwert oder ein anderer Modellparameter für eine somit aktualisierte Korrektur des Modells erhalten wird, die damit also nur an einem einzigen Parameter gemäß der folgen­ den Formel vorgenommen wird:

C (1) = C (0) + K ∫ ε dt

wobei
C (1) = aktualisierter Wert des Modellparameters
C (0) = früherer Wert des Modellparameters
K = Konstante
ε = Fehlergröße, definiert als die Abweichung (X _D-X) der Istgröße (X) von der Führungsgröße (X _D).

Bei dieser somit unter Berücksichtigung der Fehlergröße vorgenom­ menen Korrektur des Prozeßmodells können grundsätzlich beliebige Bereichsgrenzen bei der Bestimmung der wertmäßig größten partiellen Ableitung eines Modellparameters berücksichtigt werden. Weil dabei in jedem Fall die Fehlergröße einen Eingang in die Ermittlung des nach der vorstehenden Formel aktualisierten Parameterwertes erfährt, ist damit entsprechend präzise Übereinstimmung der Stellgröße Y mit der Führungsgröße X _D innerhalb der Zeitspanne erreichbar, die bei dem jeweils in Frage stehenden Prozeß für die Überprüfung sämt­ licher Meßgrößen und also für die Überprüfung aller bei dem jewei­ ligen Prozeßmodell berücksichtigter Modellparameter vorgegeben wird.

Claims (1)

1. Verfahren zum Betreiben eines adaptiv gesteuerten technischen Pro­ zesses mittels einer Modell-Regeleinrichtung, die eine Stellgröße an eine prozeßgesteuerte Anlage liefert und mit einer Vielzahl von korrigierbaren Modellparametern arbeitet, um eine gewünschte Füh­ rungsgröße in die Stellgröße umzurechnen, wobei aus der Führungs­ größe und der Istgröße eine zur Beeinflussung der Modellparameter vorgesehene Fehlergröße ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Modellparameter als eine Funktion der Fehlergröße aufeinanderfolgend dadurch aktuali­ siert werden, daß für jeden Modellparameter die partielle Ableitung der Stellgröße gebildet und der Modellparameter mit der wertmäßig größten partiellen Ableitung als Auswahlgröße zur Korrektur des Modells gemäß der folgenden Formel bestimmt wird: C (1) = C (0) + K ∫ ε dtwobei
   C (1) = aktualisierter Wert des Modellparameters
   C (0) = früherer Wert des Modellparameters
   K = Konstante
   ε = Fehlergröße, definiert als die Abweichung (X _D-X) der Istgröße (X) von der Führungsgröße (X _D).