DE3418501C2 - - Google Patents

Description

Die Beschreibung betrifft eine Vorrichtung zur prädiktiven zeitdiskreten Ein-Aus-Regelung zeitkontinuierlicher Prozesse mit binär wirkenden schaltenden Stellelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Binäre schaltende Stellelemente zeichnen sich durch hohe Zu­ verlässigkeit und Robustheit aus. Die Einstellung der Para­ meter bekannter Zweipunktregler erfolgt mit Hilfe von Emp­ fehlungen, die auf empirischen Untersuchungen an verschie­ denen, durch einfache Kenngrößen beschriebenen Modellpro­ zessen beruhen. Eine analytische Bestimmung der Reglerpara­ meter derart, daß eine Bewertungsfunktion minimiert wird, ist aufgrund der Nichtlinearität des Reglers nur mit sehr hohem Aufwand möglich.

Schwierigkeiten bei der Reglerauslegung entstehen vor allem dann, wenn der zu regelnde Prozeß durch die Kenngrößen der zugrundeliegenden Modellprozesse nicht genügend genau be­ schrieben wird oder sein dynamisches Verhalten nicht aus­ reichend bekannt oder zeitlich veränderlich ist.

In den letzten Jahrzehnten wurden adaptive Regelkonzepte entwickelt, die in der Lage sind, sich selbsttätig an die aktuellen Betriebsbedingungen des zu regelnden Prozesses anzupassen und damit die Regelgüte bei ungenügend bekanntem oder zeitlich veränderlichem Prozeß gegenüber festeinge­ stellten Reglern zu erhöhen. Mittels bekannter Verfahren zur parametrischen Modellbildung wird dabei ein Prozeßmodell be­ stimmt, daß zum Einstellen der im Sinne eines Gütekriteriums optimalen Regelstrategie verwendet wird.

Die bisher bekannten Verfahren dieser Art setzen eine belie­ big innerhalb des Stellbereichs veränderbare Stellgröße voraus. Sie sind damit nicht direkt für eine einstellbare Regelvorrichtung für binäre Stellgrößen mit nur zwei reali­ sierbaren Schaltzuständen des schaltenden Stellelements an­ wendbar. Seit einigen Jahren sind jedoch Verfahren bekannt und in zeitdiskret arbeitenden Regeleinrichtungen eingesetzt, bei denen unter Berücksichtigung der genannten Beschränkung der Anzahl der Schaltzustände entsprechend abgewandelte adaptive Regelverfahren angewendet werden. Dabei werden zur Bestimmung der Stellgröße Mehrschritt-Vorhersagen der Re­ gelgrößenverläufe eines zeitdiskreten linearen Prozeßmodells für mehrere Abtastschritte im voraus als Reaktion auf mögliche Stellgrößenfolgen verwendet und die Parameter mit einem Parameterschätzverfahren ermittelt und zur Anpas­ sung an den zu regelnden Prozeß auch bei sich änderndem Prozeßverhalten in jedem Abtastschritt aktualisiert (Bred­ dermann, R.: Realization and Application of a Selftuning On-Off Controller. Proceedings of the International Sympo­ sium on Adaptive Systems, Bochum, BRD, 1980, und Hoffmann, U.; Breddermann, R.: Entwicklung und Erprobung eines Kon­ zepts zur adaptiven Zweipunktregelung, in: Regelungstech­ nik 29. Jahrgang 1981, Heft 6, S. 212-213).

Die aus der Literatur bekannten Verfahren zur Identifikation werden dazu benutzt, die Parameter eines zeitdiskreten parametrischen Prozeßmodells zu schätzen. Mit diesem Prozeßmodell werden nach Breddermann a.a.O. in jedem Abtastschritt die Reaktionen, d. h. die zukünftigen Ausgangssignale des Prozesses infolge aller möglichen Stellsignalfolgen innerhalb des Prädiktionszeitraumes berechnet. Die Absolutwerte der Differenzen von Ausgangssignalfolgen und Sollwert werden aufaddiert und bilden dann ein Gütemaß für die zugehörige Stellsignalfolge. Die Stellsignalfolge mit dem kleinsten Gütemaß, d. h. die die geringsten Abweichungen der Regelgröße vom Sollwert hervorruft, wird als optimale Folge ausgewählt. Von dieser Folge wird der erste Wert als Stellsignal an den Prozeß ausgegeben.

Die in den genannten Schriften beschriebenen Ausführungs­ formen zeigen eine noch nicht vollkommene Realisierung eines verbesserungsfähigen Verfahrens zur adaptiven Ein-Aus-Rege­ lung. lnsbesondere ist ein hoher apparativer Aufwand erfor­ derlich. Die Bedienung der entsprechend komplexen Regelein­ richtung muß durch hochqualifiziertes Personal erfolgen. Die in der zuerst genannten Schrift beschriebenen Regeler­ gebnisse zeigen das im allgemeinen unerwünschte und in vie­ len Anwendungsfällen nicht tolerierbare Phänomen, daß beim Starten des zu regelnden Prozesses und nach Sollwertverän­ derungen, denen der Prozeß nachgeführt werden soll, ein deutliches Überschwingen der Regelgröße auftritt. Nach den der Schrift zu entnehmenden Hinweisen ist eine Verminderung von Überschwingungen in solchen Fällen nur durch eine noch­ malige Erhöhung des apparativen Aufwands zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zeitdiskret arbeitende Regelvorrichtung für binäre schaltende Stellele­ mente zu schaffen, die beim Star­ ten des Prozesses und nach Sollwertänderungen Überschwingen weitgehend vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Eine verbesserte Parameterschätzeinrichtung und zwei alter­ nativ arbeitende Regeleinrichtungen werden kombinatorisch durch eine Umschalteinrichtung in Abhängigkeit vom Sollwert und der Regelgröße aktiviert, wobei die Regelgröße über eine Meßeinrichtung periodisch erfaßt und der Sollwert über eine Einrichtung zur Eingabe und Veränderung desselben vor­ gegeben werden kann. Die Ausgabe der von der aktiven Regel­ einrichtung ermittelten Stellgröße erfolgt über eine Stell­ einrichtung mit zwei Schaltzuständen, etwa einem Schütz zum Schalten elektrischer Heizungen bei thermischen Prozessen.

Durch die Umschaltung zwischen den genannten Regeleinrich­ tungen wird vorteilhaft erreicht, daß jeweils diejenige Re­ geleinrichtung tätig ist, die speziell dafür geeignet ist, im stationären Zustand des Prozesses Störungen auszuregeln oder Änderungen der Prozeßdynamik zu folgen bzw. beim Star­ ten des Prozesses oder nach Sollwertänderungen den Prozeß zügig und ohne Überschwingen auf den gewünschten Sollwert zu bringen und dabei gleichzeitig die Prozeßdynamik im neu­ en Arbeitspunkt zu erfassen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird durch die Umschalteinrichtung die Regeleinrichtung für den tran­ sienten Zustand des Prozesses, d.h. für die Regelung beim Starten des Prozesses und nach Sollwertänderungen, dann ak­ tiviert, wenn die Vorrichtung zum Starten des Prozesses ein­ geschaltet oder ein neuer geänderter Sollwert eingegeben wird, und die Regeleinrichtung für den stationären Zustand wird dann aktiviert, wenn die gemessene Regelgröße im tran­ sienten Zustand zum ersten Mal einen vorgegebenen Abstand vom Sollwert erreicht. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß einem neuen Sollwert unverzüglich gefolgt werden kann bzw. eine schnelle und geeignete Reaktion auf Störungen er­ folgen kann, wenn der Prozeß in der Nähe des Sollwertes vom transienten in den stationären Zustand übergeht.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liefert die Parameterschätzeinrichtung, die nach der bekann­ ten Methode der kleinsten Fehlerquadrate mit U-D-Faktorisie­ rung arbeiten kann, die aktuellen Werte der geschätzten Pro­ zeßparameter und die für eine Vorhersage von Regelgrößen­ verläufen erforderlichen aktuellen und zu früheren Zeitpunk­ ten gemessenen bzw. bestimmten Werte der Regel- bzw. der Stellgröße als Prozeßmodell an die jeweils aktive Regelein­ richtung. Das Verfahren der U-D-Faktorisierung ist beschrie­ ben in dem Aufsatz von Bierman, G.: Measurement Updating Using the U-D-Factorization, Automatica 12, 1976, S. 375-382. Die Verwendung des genannten Verfahrens ist da­ bei zweckmäßig, da es gegenüber der bisher verwendeten Met­ hode in Form einer schnell arbeitenden, numerisch stabilen Parameterschätzeinrichtung einfach verwirklicht werden kann. Das Prozeßmodell kann in gleicher Weise in beiden Regelein­ richtungen zur Vorhersage weiterverwendet werden, so daß hierdurch eine Reduktion des apparativen Aufwandes möglich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Regeleinrichtung für den stationären Zustand des Prozesses die Vorhersage der 2 ^r möglichen Regelgrößen­ verläufe über r Prädiktionsschritte so durchgeführt, daß bei der sukzessiven Vorhersage des jeweils nächsten Regelgrößen­ verlaufs nur soviele Schaltzustände der momentan untersuch­ ten Stellgrößenfolge in den am weitesten in der Zukunft lie­ genden Prädiktionsschritten verändert werden, daß sich eine neue, bei dieser Vorhersage noch nicht verwendete Stell­ größenfolge ergibt, die möglichst viele Schaltzustände mit vorher verwendeten gemeinsam hat. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß die einmal gewonnene Information über mög­ liche zukünftige Regelgrößenverläufe bei der sukzessiven Vorhersage wiederverwendet werden kann. Dadurch kann der apparative Aufwand und die zur Vorhersage benötigte Bearbei­ tungszeit der Regeleinrichtung reduziert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Regeleinrichtung für den stationären Zustand des Prozesses zur Vorhersage jeder Prädiktionsschritt in mehrere Abtastschritte unterteilt, wobei die Schaltzustände in den Abtastschritten eines Prädiktionsschritts gleich blei­ ben. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß bei gleichblei­ bendem Prädiktionszeitraum die Abtastzeit und damit die Do­ sierbarkeit der Stell-Leistung verkleinert werden kann und dabei die benötigte Bearbeitungszeit nur noch linear und nicht mehr exponentiell mit dem Verhältnis Vorhersagezeitraum/Abtastzeit anwächst.

Die Bestimmung der Bewertungskenngröße jedes vorhergesagten Regelgrößenverlaufs erfolgt in bekannter Weise unmittelbar bei der Vorhersage des jeweiligen Regelgrößenverlaufs. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in einer Stellgrößenauswahl-Einrichtung durch Vergleich der Bewertungskenngröße des gerade vorhergesagten mit der des vor diesem vorhergesagten Regelgrößenverlaufs direkt bei der jeweiligen Vorhersage die im nächsten Abtastschritt auszu­ gebende Stellgröße ausgewählt. Dadurch wird vorteilhaft ei­ ne am Ende jedes Abtastschritts erforderliche Suche eines Minimalwertes aus 2 ^r Bewertungskenngrößen vermieden und der benötigte apparative Aufwand verringert.

Beim Starten des Prozesses und nach Sollwertänderungen ist die Anzahl der sinnvollen Stellgrößenfolgen, die zur Vor­ hersage möglicher zukünftiger Regelgrößenverläufe herange­ zogen werden, kleiner als 2 ^r . Ziel des Stelleingriffs in den genannten transienten Zuständen der Prozesse ist, durch eine konstante Stellgröße die Regelgröße möglichst schnell in die Nähe des gewünschten Sollwertes zu bringen, um dann durch genügend frühes Umschalten auf die andere Stellgröße die Regelgröße möglichst überschwingungsfrei an den Soll­ wert heranzufahren. In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung kann vorteilhaft berücksichtigt werden, daß bei solchen Zuständen der Prozesse nur die Vorhersage eines einzigen Regelgrößenverlaufs erforderlich ist. In einer be­ vorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb die beim Starten des Prozesses und nach Sollwertänderungen aktive Regeleinrichtung so ausgelegt, daß der Extrempunkt des zu­ künftigen Regelgrößenverlaufs aufgrund einer einzigen be­ sonderen Stellgrößenfolge vorhergesagt wird, bei der nur ein einmaliges Umschalten der Stellgröße vorgesehen ist, näm­ lich nach dem ersten Abtastschritt dieser Stellgrößenfolge.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Regeleinrichtung für den transienten Zustand des Prozesses eine Stellgrößenauswahl-Einrichtung, die die für den nächsten Abtastschritt gültige Stellgröße dann zur Regelung verwendet, wenn der Extrempunkt des vorhergesagten Regelgrößenverlaufs bei positiven Sollwertänderungen unter­ halb, bei negativen Sollwertänderungen oberhalb des neuen Sollwertes liegt und somit kein Überschwingen der Regelgröße auftritt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Stellgrößenauswahl-Einrichtung einer für den tran­ sienten Zustand des Prozesses eingesetzten Regeleinrich­ tung so ausgelegt, daß in allen anderen als den oben be­ schriebenen Fällen, bei denen also auch im nächsten Abtast­ schritt ein Überschwingen der Regelgröße vorhergesagt wird, die im nächsten Abtastschritt auszugebende Stellgröße vor­ teilhaft durch Umschalten der bei der Vorhersage im ersten Abtastschritt der Stellgrößenfolge gültigen Stellgröße aus­ gewählt wird.

Die beim Starten des Prozesses und bei Sollwertänderungen aktive Regeleinrichtung verwendet erfindungsgemäß eine ge­ ringere Anzahl von Vorhersagen möglicher zukünftiger Regel­ größenverläufe als die im stationären Zustand des Prozesses aktivierte Regeleinrichtung. Die dadurch eingesparte Bear­ beitungszeit wird in einer weiteren Ausgestaltung der Er­ findung vorteilhaft dazu genutzt, dem zugehörigen Prädiktor eine weiter in die Zukunft reichende Vorhersage des oben er­ wähnten einzigen Regelgrößenverlaufs zu ermöglichen. Auf diese Weise wird vorteilhaft das rechtzeitige Erkennen des Umschaltzeitpunktes sichergestellt und ein gegebenenfalls zu spätes Umschalten aufgrund einer zu geringen Anzahl r von Prädiktionsschritten vermieden.

Bei nicht oder fehlerhaft geschätzten Parametern des zur Vor­ hersage verwendeten Prozeßmodells kann es bei Vorrichtungen der obigen Art in stärkerem Maße als bei konventionellen Re­ gelgeräten zu Ausgaben falscher Stellgrößen kommen, die den Prozeß in unzulässige Betriebszustände bringen können. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb eine übergeordnete Grenzwertüberwachungsein­ richtung in der Weise eingesetzt, daß bei Über- oder Unter­ schreiten der vorgebbaren oberen bzw. unteren Grenzwerte der Regelgröße die bis dahin aktive Regeleinrichtung abge­ schaltet und die Stellgröße des Prozesses auf Aus bzw. Ein geschaltet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine manuell aktivierbare Grenzwertüber­ wachungseinrichtung zur Regelung des Prozesses eingesetzt wird. Mittels der Stelleinrichtung wird dabei der Prozeß so angeregt, daß die Regelgröße sich periodisch innerhalb eines Bereichs mit vorgebbarer oberer und unterer Grenze bewegt. Diese im Vergleich zur Arbeitsbewegung im stationären Zu­ stand im allgemeinen stärkere Bewegung der Regelgröße kann in der Parameterschätzeinrichtung vorteilhaft dazu verwen­ det werden, ein mit dem realen Prozeß möglichst gut überein­ stimmendes Prozeßmodell zu bestimmen. Bei einer späteren Zuschaltung einer der genannten Regeleinrichtungen kann der Prädiktor auf ein von Anfang an brauchbares Prozeßmodell zurückgreifen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Stelleinrichtung zur Ausgabe der Stell­ größe zur gleichen Zeit und im gleichen Takt wie die Meßein­ richtung zur Erfassung der Regelgröße zu betreiben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung näher erläutert:
Über eine Eingabeeinrichtung 1 können die Werte der physi­ kalischen Größen Sollwert (Anschluß 2), Grenzwerte der Re­ gelgröße (Anschluß 3) und Abtastzeit (Anschluß 55) eingege­ ben und eine Grenzwertüberwachungseinrichtung 12 zur Steu­ erung des Prozesses bei einer Parameterschätzung ohne adap­ tive Regelung (Anschluß 4) aktiviert werden. Der Sollwert wird als zeitdiskreter Wert w über Leitung 5 einer Umschalt­ einrichtung 11 und einer über einen Schalter 14 aktivierten Regeleinrichtung 9 oder 10 zugeführt. Über eine Leitung 7 werden die zwei Grenzwerte der Regelgröße als Signale Y _max und Y _min an die Grenzwertüberwachungseinrichtung 12 weiter­ geleitet. Diese Einrichtung wird entweder über ein Signal auf Leitung 6 entsprechend der Eingabe der Parameterschät­ zung über Anschluß 4 oder bei Über- bzw. Unterschreiten der beiden genannten Grenzwerte aktiviert.

Die von Parameterschätzeinrichtung 16 über Leitung 17 ausge­ gebenen geschätzten Parameter eines zeitdiskreten linearen Modells werden als Parameterfolge einem Prädiktor der Re­ gelgröße über die Prozeßtotzeit 19 und einem Prädiktor über den Vorhersagezeitraum 27 bzw. 39 der jeweils aktiven Regel­ einrichtung zugeführt. In gleicher Weise werden die zur Vor­ hersage benötigten Signalwerte der Regel- und Stellgröße als Signalfolge x über Leitung 18 an den Prädiktor über die Pro­ zeßtotzeit 19, die Grenzwertüberwachungseinrichtung 12 und die Umschalteinrichtung 11 weitergeleitet, wobei für die beiden letztgenannten Einrichtungen jeweils nur der in x enthaltene aktuelle Wert der Regelgröße y benötigt wird.

Auf der Basis von x und wird mit dem Prädiktor über die Prozeßtotzeit 19 eine Vorhersage zukünftiger Werte der Re­ gelgröße über die Prozeßtotzeit zeitdiskret durchgeführt, wobei die Prozeßtotzeit durch d Abtastschritte als Vielfaches der Abtastzeit T realisiert wird. Die ersten d vorhergesag­ ten Werte werden zusammen mit den bis zum momentanen Abtast­ schritt bekannten Stellgrößen als Signalfolge auf Leitung 20, und der zuletzt vorhergesagte Regelgrößenwert wird auf Leitung 21 übertragen.

In der Darstellung der Zeichnung ist die Regeleinrichtung 9 für den stationären Zustand des Prozesses mittels einer Um­ schalteinrichtung aktiviert durch die angegebene Stellung der Schalter 14 und 15. Bei der Regeleinrichtung 9 für den stationären Zustand des Prozesses wird mittels eines Zählers in einer Zähler- und Schalteinrichtung 22 ein Impuls auf Leitung 23 an einen Generator 24 der Stellgrößenfolge gege­ ben, der daraufhin erfindungsgemäß eine der 2 ^r Stellgrößenfolgen U aus der jeweils vorher verwendeten Stellgrößenfolge generiert und als Signalfolge auf Leitung 25 an den Verglei­ cher 26 der Stellgrößenfolgen schickt. Dieser stellt fest, wieviele Schaltzustände der generierten Stellgrößenfolge U nicht mit der vorher generierten übereinstimmen und lei­ tet diese Zahl p über Leitung 25′ und die Stellgrößenfolge U über Leitung 25″ weiter an den Prädiktor über den Vorher­ sagezeitraum 27. Hier werden für diese p Prädiktionsschrit­ te, in denen die beiden zuletzt generierten Stellgrößenfol­ gen U nicht übereinstimmen, die zukünftigen Werte der Regel­ größe auf der Basis der geschätzten Parameter über Lei­ tung 17, der vektoriellen Signalfolge über Leitung 20 und dem Regelgrößenwert über Leitung 21 vorhergesagt und zu­ sammen mit den (r-p) schon bestimmten Werten der Regelgröße als Regelgrößenverlauf Y über Leitung 28 einer Bewertungs­ einrichtung 31 zugeführt. Zusammen mit der in einem Soll­ wertspeicher 29 mittels Aktualisierung durch den Sollwert w über Leitung 5, in vektorieller Form erzeugten Sollwert­ folge W , die über Leitung 30 übertragen wird, wird Y in der Bewertungseinrichtung 31 bewertet. Die Bewertungskenngröße J wird über Leitung 32 zusammen mit der Stellgrößenfolge U über Leitung 25″′ der Stellgrößenauswahleinrichtung 33 zugeführt, in der jetzt lediglich der Wert von J mit dem zuletzt gespeicherten Wert J verglichen wird. Falls dabei der aktuelle Wert J kleiner ist als der zuletzt gespeicher­ te, wird aus der zugehörigen Stellgrößenfolge U der Schalt­ zustand für den nächsten Abtastschritt herausgegriffen, in der Stellgrößenauswahleinrichtung 33 gespeichert und an Leitung 35 zur Verfügung gestellt, andernfalls bleibt der zuletzt an Leitung 35 verfügbare Schaltzustand erhalten. Über Leitung 34 wird dann ein Impuls an den Zähler 22 aus­ gegeben, der seinen Zählerstand inkrementiert und einen Im­ puls auf Leitung 23 absetzt, der den oben beschriebenen Bearbeitungsablauf wiederholt. Dieser Bearbeitungsablauf wird so oft wiederholt, bis der Zähler 2 ^r mal inkrementiert hat. Nach dem 2 ^r -ten Inkrement wird der Zähler zurückge­ setzt und Schalter 36 geschlossen, so daß über die Verbin­ dung von Leitungen 35, 45 und 48 der Schaltzustand an Stelleinrichtung 13 anliegt, wo er zum nächsten Abtastzeit­ punkt als Stellgröße übernommen werden kann.

Bei Umschaltung der Schalter 14 und 15 durch die Umschalteinrichtung wird die Regeleinrichtung für den transienten Zustand des Prozesses 10 aktiviert. Hier werden einem Prä­ diktor über den Vorhersagezeitraum 39 die Signalfolge , der Wert der Regelgröße und die Folge der Prozeßparameter wie bei der anderen Regeleinrichtung über die entsprechend geschalteten Leitungen 17, 20 und 21 zugeführt. Der Sollwert wird einem Generator der Stellgrößenfolge 37 über Leitung 5 zugeführt. In Abhängigkeit davon, ob der erfolgte Sollwert­ sprung positiv oder negativ ist, wird dieser Generator er­ findungsgemäß eine Stellgrößenfolge U erzeugen, die in ihrem ersten Abtastschritt den Schaltzustand Ein und ansonsten den Schaltzustand Aus enthält bzw. aus den jeweils inversen Schalt­ zuständen aufgebaut ist. Diese Stellgrößenfolge U wird über Leitung 38 an den Prädiktor 39 weitergeleitet, wo dann eine Vorhersage des Regelgrößenverlaufs als Reaktion auf diese Stellgrößenfolge über den gesamten vorgegebenen Prädiktions­ zeitraum erfolgt, wobei dieser Prädiktionszeitraum erfin­ dungsgemäß so bemessen ist, daß eine möglichst vollständige Ausnutzung der verfügbaren Bearbeitungszeit erreicht wird. Gleichzeitig wird in dem Prädiktor 39 der Extrempunkt des Re­ gelgrößenverlaufs y _ex ermittelt, der dann mit dem Sollwert w über Leitungen 40 bzw. 5 einer Bewertungseinrichtung 41 zu­ geführt wird. Diese Bewertungseinrichtung stellt nun die Re­ gelabweichung y _d im Extrempunkt der Regelgröße fest und führt diese auf Leitung 42 einer Stellgrößenauswahleinrichtung 43 zu. Aus der dort ebenfalls über Leitung 38′ zugeführten Stell­ größenfolge U wird dann, wenn die Regelabweichung y _d kein Überschwingen erwarten läßt, der Schaltzustand des ersten Ab­ tastintervalls der Stellgrößenfolge über Leitung 44 weiter­ geleitet, andernfalls wird der Schaltzustand auf dieser Lei­ tung ausgegeben, der sich durch Umschalten des Schaltzu­ stands für den ersten Abtastschritt der Stellgrößenfolge ergibt. Eine Wiederholung dieses Bearbeitungsverlaufs erfolgt hier nicht, im Gegensatz zur Arbeitsweise der anderen Regeleinrichtung. Durch die verbundenen Leitungen 44, 45 und 48 ist der Schaltzustand dann zum nächsten Abtastschritt an der Stelleinrichtung verfügbar.

Die Umschalteinrichtung 11 aktiviert mittels der Schalter 14 und 15 die Regeleinrichtung 10, wenn der an Leitung 5 an­ liegende Sollwert w verändert wird. Sie aktiviert mittels der Schalter 14 und 15 die Regeleinrichtung 9, wenn bei Re­ gelung im transienten Zustand des Prozesses mittels Regel­ einrichtung 10 der Abstand zwischen w (Leitung 5) und dem Signal y aus der Signalfolge x (Leitung 18) kleiner oder gleich einem vorgegebenen Abstand wird.

Die Grenzwertüberwachungseinrichtung 12 schaltet mittels ei­ nes Schalters 46 die aktive Regeleinrichtung ab durch Auf­ trennen der Verbindung der Leitungen 45 und 48 und gibt selbst den Schaltzustand für den nächsten Abtastschritt über Leitung 47 aus, wenn die Regelgröße y aus der Signalfolge x (Lei­ tung 18) die Grenzwerte über- bzw. unterschreitet oder wenn sie über einen Impuls auf Leitung 6 aufgrund einer manuel­ len Bedienung aktiviert wird.

Von der Eingabeeinrichtung 1 wird ein der Abtastzeit T ent­ sprechendes Signal über Leitung 56 der Stelleinrichtung 13 und Meßeinrichtung 8 zugeführt, die dieses Signal für eine synchrone, zeitdiskrete Ausgabe der binären Stellgröße Ein oder Aus (über Leitung 49) an den Prozeß 50 und Erfassung der meßbaren Regelgröße (Leitung 51) verwenden. Die dabei zu den Taktzeiten in der Meß- und Stelleinrichtung (8, 13) vorliegenden Signale der Stell- bzw. Regelgröße werden auf Leitung 52 bzw. 53 als zeitdiskrete Werte der Parameter­ schätzeinrichtung 16 zugeführt, die die Signalfolge x und die Parameter auf der Basis der oben genannten Schätz­ methode für die anschließende Bearbeitung durch die Regel­ einrichtungen bestimmt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur prädiktiven zeitdiskreten Ein-Aus-Rege­ lung zeitkontinuierlicher Prozesse mit binär wirkenden schaltenden Stellelementen, die

• - zwei alternativ arbeitende Regeleinrichtungen, eine für den stationären Zustand des Prozesses und eine für den transienten Zustand, d.h. für das Anfahren des Prozesses bzw. für das Nachfahren geänderter Sollwer­ te,
• - eine Umschalteinrichtung, die in Abhängigkeit vom je­ weiligen Sollwert und der gemessenen Regelgröße entwe­ der die eine oder die andere dieser Regeleinrichtungen aktiviert, und
• - eine Parameterschätzeinrichtung, welche ein für beide Regeleinrichtungen verwendbares, mittels quasikonti­ nuierlicher Auswertung von Stell- und Regelgröße ge­ wonnenes Modell des zu regelnden Prozesses liefert,

enthält, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Kriterium für das Einschalten der Regelein­ richtung für den transienten Zustand das Anfahren des Prozesses bzw. eine an der Vorrichtung vorgenommene Änderung des Sollwerts herangezogen wird,
• - daß das Umschalten auf die Regeleinrichtung für den stationären Zustand dann erfolgt, wenn die Abweichung der Regelgröße vom Sollwert eine vorgebbare Schranke unterschreitet, und
• - daß die Regeleinrichtung für den transienten Zustand eine Stellgrößenfolge durch Vorhersage des Extrempunkts des Regelgrößenverlaufs derart generiert, daß die Regelgröße beim Anfahren des Prozesses bzw. bei einer Sollwertänderung den vorgegebenen Sollwert stets in möglichst kurzer Zeit überschwingfrei erreicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der im stationären Zustand des Prozesses aktiven Regeleinrichtung durch eine vorgegebene Unterteilung der einzelnen zeitdiskreten Prädiktionsschritte in mehrere Abtastschritte der Vorhersagezeitraum von der Wahl der Abtastzeit entkoppelt werden kann.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung einer Bewertungskenn­ größe jedes vorhergesagten Regelgrößenverlaufs und die daraus resultierende Auswahl der im nächsten Abtast­ schritt auszugebenden Stellgröße gleichzeitig mit der Vorhersage erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Grenzwertüberwachungs­ einrichtung bei Über- oder Unterschreiten der vorgeb­ baren oberen bzw. unteren Grenzwerte der Regelgröße die bis dahin aktive Regeleinrichtung abgeschaltet und die Stellgröße des Prozesses auf Aus bzw. auf Ein geschaltet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine vom Bediener der Vorrichtung aktivierbare Grenzwertüberwachungseinrichtung zur Regelung des Pro­ zesses enthält, durch die der Prozeß mittels der Stell­ einrichtung derart gesteuert werden kann, daß die Para­ meterschätzeinrichtung ein für eine spätere adaptive Regelung verwendbares Prozeßmodell liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung synchron mit der Meßeinrichtung betätigt wird.