DE4117790C2 - Vorrichtung zur Signalverarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere Regelvorrichtung, zur Signalverarbeitung von Eingangssignalen von einem Objekt oder Prozeß, die Ausgangssignale an das Objekt oder den Prozeß ausgibt, wobei die Ausgangssignale von den Eingangssignalen derart abhängig sind, daß in einem Merkmalextraktor anwendungsspezifische numerische Merkmalwerte jeweils aus einem oder mehreren Eingangssignalen gebildet werden, wobei aus den Merkmalwerten ein Adressenvektor gebildet wird zur Adressierung von vorab in einem Speicher eingetragenen Aktionswerten, die in einem Aktionumsetzer in die Ausgangssignale umgesetzt werden und die Aktionswerte gemäß Wenn-Dann-Regeln derart aus den Merkmalwerten bestimmt sind, daß logische Verknüpfungen von Wenn-Teilen, die den Merkmalwerten zugeordnet sind, Dann-Teilen entsprechen, welche die Aktionswerte ergeben.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 39 27 581 A1 bekannt.

Bekannte digitale Vorrichtungen zur Signalverarbeitung sind in der Regel mittels Hardware, speicherprogrammierbaren Steuerungen oder digitalen Rechenanlagen aufgebaut. In einigen Anwendungsfällen ist der gewünschte Zusammenhang zwischen den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen in Form von Gleichungen zu beschreiben. Doch für eine ganze Reihe von Anwendungen ist eine analytische Beschreibung nicht möglich. In diesen Fällen wird gewöhnlich eine Programmierung des Zusammenhangs in Form von Fallunterscheidungen und -verzweigungen erfolgen. Dabei bereitet die Festlegung des Ein-/Ausgangsverhaltens der bekannten digitalen Vorrichtungen zur Signalverarbeitung Schwierigkeiten, weil

• - alle möglichen relevanten Fälle explizit ausprogrammiert werden müssen, und zwar auch unter Berücksichtigung der Echtzeitaspekte, wobei besonders die sequentielle Abarbeitung von Verzweigungen nicht nur unübersichtlich und schwer wartbar ist, sondern auch recht hohe Laufzeiten verursacht und
• - dies nur geübten, erfahrenen Programmierern von Ablaufsteuerungen, speicherprogrammierbaren Steuerungen oder Prozessor-Software möglich ist, die aber i. allg. nicht die Fachexperten für das Objekt oder den Prozeß, dessen Signale verarbeitet werden, und damit für die von der betreffenden Vorrichtung auszuführenden Aufgabe sind.

Insbesondere sind schon kleine durch Systemergänzungen oder Systemumstellungen erforderliche Änderungen meist sehr aufwendig, weil i. allg. große Programmteile geändert werden müssen.

Die Verarbeitung von explizit gegebenem Expertenwissen stellt eine bekannte Maßnahme dar, bei der die anwendungsspezifische Verhaltensbeschreibung auf einer abstrakten, sprachlichen und dadurch leicht verständlichen Weise erfolgt, so daß ein Fachexperte selbst das Verhalten beeinflussen kann. Das Wissen wird beispielsweise in Form von WENN-DANN-Regeln dargestellt, wobei der WENN-Teil die Bedingungen beschreibt, unter denen die im DANN-Teil angegebenen Aktionen ausgeführt werden sollen. Die Bedingungen basieren i. allg. auf einer UND-Verknüpfung sprachlich beschriebener Zustände wie z. B. "groß", "mittel", "klein" von Eingangsgrößen oder daraus abgeleiteter Größen. Diese Größen und deren Unterteilung in sprachlich beschriebene Zustände sowie die Art und Weise, nach welchen Schemata aus den Aktionen die Ausgabewerte bestimmt werden, werden durch einen Experten anwendungsspezifisch festgelegt und bestimmen Teile des Aufbaus einer solchen Vorrichtung. Derartig anwendungsabhängig betrachtete Eingangssignale und die daraus abgeleiteten Größen werden gewöhnlich zusammenfassend als Merkmale bezeichnet. Weiterhin werden alle, teilweise nur durch sprachliche Begriffe abgegrenzten Zustände der einzelnen Merkmale gewöhnlich als Instanzen bezeichnet.

Die im DANN-Teil einer Regel angegebenen Konklusionen beschreiben, wie das(die) Ausgangssignal(e) des Systems verändert werden soll(en). Die Art und Weise, nach der dies geschieht, wird ebenfalls anwendungsspezifisch von einem Experten festgelegt. Dazu können ein oder auch mehrere Schemata benutzt werden, um einen im DANN-Teil einer Regel spezifizierten Zahlenwert in einen Ausgabewert umzusetzen. Weil auch diese Schemata anwendungsspezifisch sind und die nachfolgenden Beschreibungen von ihrer genauen Ausführung unabhängig sind, sollen sie zusammenfassend als Aktion(en) bezeichnet werden.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der msr 33(1990) 2, S. 58-61 zur Steuerung eines Roboters bekannt. Die Reaktionszeit einer nach einer derartigen Methode programmierten Vorrichtung ist normalerweise wegen der erforderlichen Ablaufverzweigungen von den jeweils vorliegenden Eingangsdaten abhängig. Es ist deshalb schwierig, das Laufzeitverhalten, beispielsweise dessen mittlere oder worst case- Laufzeit, im voraus zu bestimmen und die Einhaltung von Zeitschranken zu garantieren, was insbesondere dann, wenn sehr kurze Reaktionszeiten gefordert sind oder sicherheitstechnische Belange betroffen sind, unbefriedigend ist. Außerdem ist die mittlere und worst case-Reaktionszeit eines Systems i. allg. von der Anzahl der Regeln abhängig, die das gewünschte Verhalten spezifizieren, und kann mit zunehmender Regelzahl für Echtzeitanwendungen zu groß werden.

Sehr kurze Reaktionszeiten erzielt die Vorrichtung nach DE 39 27 581 A1, bei der das verhaltenbestimmende Wissen gemäß einer Ungenauigkeitsbeurteilung durch Regeln in einer Wissensbasis unscharf spezifiziert wird. Dieses verhaltenbestimmende Wissen wird vor der eigentlichen Auswertung in eine angemessene Form umgewandelt und in eine Vorrichtung übertragen, die aus einem Speicher mit unmittelbarer Adressierung durch einen Adressenvektor besteht, der aus den Merkmalwerten gebildet wird, und so eine schnelle Auswertung des Wissens gestattet. Dazu werden in einem Merkmalextraktor bestehend aus Sensoren (Winkelsensor), Berechnungseinheiten (Differentialkreis) und A/D-Umsetzer digitalisierte Merkmale (Beobachtungsdaten) gewonnen, die einem Aktionbestimmer (Speicher) als Adresse zugeführt werden, in den das verhaltenbestimmende Wissen vorab als Inhalt eines Speichers abgelegt wurde. Dieser liefert digitale Steuerdaten, die in einem Aktionsumsetzer (D/A-Umsetzer mit Aktoren wie Antriebskreis und Antriebseinheit) zum Prozeß zurückgeführt werden und auf diesen einwirken. Da die zu verknüpfenden, digitalisierten Merkmalwerte (Beobachtungsdaten) als Vektorkomponenten eines Adressenvektors auf die Adreßleitungen des Speichers geführt werden, ist diese Anordnung aber mit dem Nachteil behaftet, daß mit zunehmender Anzahl und/oder mit zunehmender Auflösung der Merkmale der Speicher schnell unpraktikabel groß wird, weil sich die Größe des Speichers aus der Zweier- Potenz der Summe der Anzahl Adreßbits ergibt, die die jeweiligen digitalisierten Merkmale aufweisen. Solche Systeme können also schon bei vergleichsweise wenigen Merkmalen relativ teuer werden. Die Ursache dafür ist, daß die Merkmalwerte direkt Adreßteile darstellen müssen, um die durch die Eins-zu-Eins-Kausalität gegebene Abbildung der Ungenauigkeitsbeurteilung und Reziprok-Ungenauigkeitsbeurteilung wiedergeben zu können.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine auch von Nicht- Programmierexperten auf einer abstrakten Ebene in ihrem Verhalten zu spezifizierende, kostengünstige, digitale Echtzeitvorrichtung mit reduziertem Speicherbedarf zu schaffen, die auch bei zeitkritischen Anwendungen harte Echtzeitbedingungen erfüllt und deren Laufzeitverhalten einfach zu optimieren und/oder durch Lerntechniken zu spezifizieren ist.

Die Lösung besteht darin, daß die Merkmalwerte einem Klassifikator zugeführt werden, der den Wertebereich der Merkmalwerte derart in aneinandergrenzende Intervalle klassifiziert, deren Intervallgrenzen im Klassifikator abgebildet sind, daß die Anzahl der Intervalle geringer ist als die Anzahl der verschiedenen möglichen Merkmalwerte, wobei den Intervallen jeweils eine eindeutige Instanznummer zugeordnet ist, und daß aus diesen Instanznummern zu bestimmen Zeitpunkten in einem Indexbildner der Adressenvektor gebildet wird.

Durch diese Lösung wird das strukturierte Wissen einerseits in der jeweiligen Intervallaufteilung, die im Speicher der Klassifikatoren zweckentsprechend, auch nichtlinear und/oder beliebig unstetig gehalten wird, und andererseits in den Eintragungen der Aktionswerte im Speicher repräsentiert und ist jederzeit unverzüglich umsetzbar. Durch eine Änderung der Speicherinhalte in den Klassifikatoren und im Aktionswertespeicher ist eine Modifikation jederzeit möglich.

Zur Programmierung der Vorrichtung wird die Verarbeitung der verhaltenbestimmenden Information, des Wissens, in zwei Phasen eingeteilt, nämlich

• 1. Erfassen der Wissens offline in Form von WENN-DANN-Ausdrücken, wobei das Verhalten der Vorrichtung unabhängig von der praktischen Ausgestaltung der Vorrichtung beschrieben wird, und eine Transformation dieser ersten Darstellung in eine dem Speicher der Vorrichtung angepaßte Tabellenform.
• 2. Nutzung dieser Tabellenform online unter Echtzeitbedingungen in der Vorrichtung, z. B. in einem Regelkreis.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der folgenden Figuren und beispielhaft anhand verschiedener Anwendungen von wissensbasierten Regelungen beschrieben werden. Dabei erfolgt die Beschreibung insbesondere unter dem Aspekt einer software- technischen Realisierung auf einer konventionellen, digitalen Rechenanlage, weil diese Darstellung am übersichtlichsten ist. Die Umsetzung der Struktur mittels einfacher Ablaufsteuerungen oder speicherprogrammierbarer Steuerungen ist für einen Fachmann leicht möglich, weil nur einfache Baugruppen bekannter Art zusammenzufügen sind.

Dazu zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zu Signalverarbeitung mit einer Regelstrecke als Prozeß,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines beispielhaften Aktionumsetzers,

Fig. 3 die Umsetzung einer beispielhaften Regelbasis von einer dem Menschen angepaßten Darstellung in eine der Regelvorrichtung angepaßte Darstellung, mit

Fig. 3a Rohform des verhaltensbeschreibenden Regeln,

Fig. 3b eine beispielhafte Einteilung der verwendeten Merkmale,

Fig. 3c eine Zwischendarstellung,

Fig. 3d das Ergebnis der Transformation der Regeln nach Fig. 3a,

Fig. 3e die schematische Darstellung des Merkmalraums für die Regeln nach Fig. 3a,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Regelvorrichtung mit einem Modifikator,

Fig. 5 das Blockschaltbild einer Regelvorrichtung mit einer Lehrvorrichtung,

Fig. 6 das Blockschaltbild einer beispielhaften wissensbasierten Regelung eines Bioreaktors,

Fig. 7 das Blockschaltbild eines beispielhaften Aktionumsetzers für die wissens­ basierte Regelung eines Bioreaktors,

Fig. 8 ein beispielhaftes Regelergebnis der manuellen Regelung eines simulierten Bioreaktors unter idealen Betriebsbedingungen,

Fig. 9 ein beispielhaftes Regelergebnis einer wissensbasierten Regelung eines simulierten Bioreaktors unter idealen Betriebsbedingungen,

Fig. 10 ein beispielhaftes Regelergebnis einer wissensbasierten Regelung eines simulierten Bioreaktors unter realistischen Betriebsbedingungen,

Fig. 11 das Blockschaltbild einer beispielhaften wissensbasierten Regelung eines Drehstrom-Motors,

Fig. 12 ein beispielhaftes Regelergebnis einer selbstmodifizierenden, wissens­ basierten Regelung eines realen Drehstrom-Motors vor der Selbstmodifikation,

Fig. 13 ein beispielhaftes Regelergebnis einer selbstmodifizierenden, wissens­ basierten Regelung eines realen Drehstrom-Motors nach einer kurzen Selbstmodifikation.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Signalverarbeitung im Verbund mit einem zu regelnden Objekt 2. Dabei werden aus dem Objekt 2, das ist i. allg. eine technische Umgebung, die z. B. ein physikalischer oder verfahrentechnischer Prozeß ist, Meßdaten gewonnen, die ggf. in Verbindung mit weiteren Daten, z. B. Solldaten oder Stelldaten von einer Leitwarte, die Eingangsdaten 5 für das Echtzeitsystem 1 sind. Die Darstellung erfolgt anhand einer Regelvorrichtung, die Teil eines Echtzeitsystems ist. Es verarbeitet beispielsweise quasikontinuierliche Eingangsdaten 5 und gibt von diesen unmittelbar oder von deren zeitlichem Verlauf abhängige Ausgangssignale 6, 7 aus. Dabei sind in ihrer Wirkung zwei Ausgangssignaltypen zu unterscheiden, nämlich Rückkoppelsignale 7, die zu dem Objekt 2 zurückgeführt werden und auf diese einwirken (closed loop-Betrieb), und Informationssignale 6, die zu anderen Stellen weitergeleitet werden (open loop-Betrieb) und nicht (direkt) auf das Objekt 2 zurückwirken. Informationssignale dienen zum Beispiel der Anzeige von (vor-)verarbeiteten Signalen, von aufbereiteten Meßsignalen intelligenter Sensoren oder Diagnose-Zwecken. Im Gegensatz dazu wirken die rückgeführten Ausgangssignale 7 gewöhnlich im Sinne einer Regelung auf das Objekt 2 zurück und haben dadurch wiederum Auswirkungen auf die Eingangssignale 5.

Gewöhnlich wird die vorliegende Regelvorrichtung mit periodischer Abtastung analoger Eingangssignale zur Gewinnung der Eingangsdaten betrieben, so daß der Ist-Zustand des Objektes 2 über die Eingangssignale 5 zu äquidistanten Zeitpunkten in der Regelvorrichtung einen neuen Stellzustand erzeugen. Diese Betriebsweise liegt nachfol­ gender Beschreibung zugrunde, ohne die Allgemeingültigkeit einzuschränken, denn die Übernahme der jeweiligen Ist-Zustände läßt sich auch bedarfsabhängig, also interrupt- gesteuert vornehmen, so daß entsprechend dann jeweils ein neuer Stellzustand von der Regelvorrichtung abgegeben wird.

Die Regelvorrichtung besteht aus einer dreistufigen Anordnung von einem Merkmalextraktor 10, einem Aktionbestimmer 20 und einen Aktionumsetzer 30. Dem Merkmalextraktor 10 stehen bei jeder Abtastung die Werte von Eingangssignalen 5 und ggf. rückgekoppelte Ausgangssignalen 37 des Aktionumsetzers 30 zur Verfügung. Der Merkmalextraktor 10 bestimmt aus den jeweiligen Werten dieser Eingangssignale nach jeweils einem festen Schema die Merkmalwerte 15 und leitet diese zum Aktionbestimmer 20 weiter. Die Art und Weise wie die Merkmalwerte 15 bestimmt werden, wurde zuvor in einer ersten Phase durch den Fachexperten festgelegt. Beispielsweise bestehen Merkmalwerte aus vorgegebenen Pegeln, Signalverlauftrends, bestimmten Differenzen von Signalen oder von Zeiten oder sie sind mittels Differenzbildung oder Differenzierung der Eingangssignale zu bestimmen.

Die derart gebildeten Merkmalwerte 15 haben einen kontinuierlichen oder quasikontinuier­ lichen Wertebereich, der aus praktischen Gründen nach oben und nach unten begrenzt ist, wie beispielsweise der Öffnungswinkel eines Ventils. Derartige Merkmale werden im folgenden als kontinuierliche Merkmale bezeichnet. Andererseits gibt es auch Merkmale, die jeweils nur einen von mehreren möglichen, diskreten Zuständen annehmen, beispielsweise die Stellungen eines Ein- oder Ausschalters. Diese Merkmale werden im folgenden diskrete Merkmale genannt.

Vorzugsweise besteht der Merkmalextraktor 10 aus je einer Einheit für jeden Merkmalwert 15. Das sind z. B. Subtrahierer zur Differenzbildung oder Differenzierung und Zähler, um Zeitdauern zu ermitteln, die jedesmal inkrementiert werden, wenn für eine neue Abtastung Ausgangssignale zu berechnen sind.

Soweit sich das Objekt 2 immer nur in einem einzigen, durch diese Merkmale beschriebe­ nen Zustand befindet, sind die Merkmalwerte 15 immer eindeutig zugeordnet infolge der gewählten Art des Merkmalextraktors 10.

Während der Aufbau des Merkmalextraktors 10 und des Aktionumsetzers 30 direkt von der in ihnen umgesetzten Beschreibung des Verhaltens der Regelvorrichtung abhängig ist, ist der Aufbau des Aktionbestimmers 20 universell; er ist aber zweckmäßig auf verschie­ dene Merkmalgruppierungen anpaßbar. Der Aktionbestimmer 20 ermittelt aufgrund der anliegenden Gesamtheit der Merkmalwerte 15 zu jeder Abtastung Aktionwerte 25 und leitet diese an den Aktionumsetzer 30 weiter. Ein Aktionbestimmer 20 besteht prinzipiell aus je einem Klassifikator 40 für jeden Merkmalwert 15. Dieser ordnet dem anliegenden Merkmalwert 15 eine Instanznummer 45 zu, die bei kontinuierlichen Merkmalen von der jeweiligen Höhe des Merkmalwertes abhängig ist. Dazu ist der Wertebereich des Merkmalwertes 15 in aneinandergrenzende Bereiche eingeteilt, die im folgenden Instanzen genannt werden. Jeder Instanz ist für jedes Merkmal eine eindeutige Instanznummer 45 zugeordnet.

Der Klassifikator 40 besteht vorzugsweise aus einem Speicher, an dessen Adreßleitungen ein Merkmalwert 15 angelegt ist. Er enthält für jeden möglichen Wert des Zahlenbereiches des Merkmalwertes 15 die zugeordnete Instanznummer 45 als Eintrag, der von den Datenleitungen des Speichers abgegriffen und an den Indexbildner 50 weitergeleitet wird. Das setzt voraus, daß die Merkmalwerte, z. B. aufgrund einer Analog-Digital-Umsetzung, in quasikontinuierlicher Zahlendarstellung vorliegen. Die Eindeutigkeit der Klassifizierung wird durch ein vollständiges Laden des Speichers sichergestellt.

Der Klassifikator 40 besteht in einer anderen Ausführung aus einem Fensterkomparator mit mehreren Schaltschwellen, dessen Ausgangssignale vorzugsweise codiert an den Indexbildner 50 geleitet werden.

In einer weiteren Ausführung des Klassifikators besteht dieser aus einem Unterprogramm, in dem ein fortgesetzter Vergleich des Merkmalwertes 15 mit den Grenzen der verschiedenen vorgegebenen Wertebereiche erfolgt, bis die Instanz gefunden ist, zu der der anliegende Merkmalwert 15 gehört. Durch Inkrementieren einer Zählvariablen bei jedem Vergleich wird ohne weiteren Aufwand eine eindeutige Instanznummer 45 in dem Zähler gebildet.

Vorzuziehen ist bei hohen Geschwindigkeitsanforderungen die dem erstgenannten Verfahren entsprechende Vorgehensweise zur Klassifizierung der Merkmalwerte. Dazu wird der Merkmalwert als Index für ein Array benutzt, dessen Einträge mit den zugehöri­ gen Instanznummern 45 geladen sind.

Der Indexbildner 50 bestimmt mittels einer gewichteten Addition der Instanznummern 45 einen Adressenvektor 55, der eindeutig der Kombination der anliegenden Instanznummern entspricht. Dazu erfolgt die Multiplikation des Merkmalwertes 45 mit einer dem Merkmal zugeordneten Konstanten, die vorzugsweise ladbar ist und entspre­ chend der Art und der Reihenfolge der Merkmalklassifikationen festzulegen ist. Ein Summierer addiert die so entstandenen gewichteten Merkmalwerte und leitet die Summe als Adressenvektor 55 an den Speicher 60 weiter.

Vorteilhaft wählt man die den Instanznummern 45 zugeordneten Gewichte jeweils als die nächst größere Zweierpotenz, sofern ein Gewicht nicht schon einer Zweierpotenz entspricht. So läßt sich eine sehr hohe Geschwindigkeit erzielen, indem im Indexbildner 50 der Adressenvektor 55 dadurch gebildet wird, daß die Dualzahlen der Instanznummern 45 derart verkettet werden, daß sie einzelne Bits einer Dualzahl darstel­ len, die den Adressenvektor 55 darstellt. Da dazu keinerlei mathematische Operationen, sondern lediglich eine entsprechende Verdrahtung bzw. Bit-Operationen erforderlich sind, ergibt sich eine sehr hohe Geschwindigkeit und eine sehr einfache Realisierung in Hardware. Allerdings wird dabei der Speicher nicht vollständig ausgenutzt werden, wenn eine Ergänzung des Bereiches auf eine höhere Zweierpotenz erforderlich ist.

Es sind noch weitere Varianten des Aktionbestimmers 20 denkbar. Beispielsweise beste­ hen die Einträge der Klassifikatoren 40 aus gewichteten Instanznummern 45. Der Indexbildner 50 besteht dann nur noch aus einem Summierer, der diese gewichteten Instanznummern addiert; ein Multiplizierer entfällt dabei. In einer weiteren Ausführung werden die Instanznummern direkt als Indizes für ein mehrdimensionales Array verwendet, das für jedes Merkmal eine zugeordnete Dimension besitzt. Ein Indexbildner entfällt dabei.

Bei diskreten Merkmalen wird für jeden möglichen Zustand des Merkmals wie für die Instanzen der kontinuierlichen Merkmale verfahren.

Der Speicher 60 besteht beispielsweise aus einem Speicher, an dessen Adreßleitungen den Adressenvektor 55 geleitet wird und der für jeden Adressenvektor zugeordnete Aktionwerte 25 enthält. Die Datenleitungen dieses Speichers leiten dann die Aktionwerte 25 zum Aktionumsetzer 30 weiter.

Der Aktionumsetzer 30 benutzt jeweils die Aktionwerte 25 als Eingangsgrößen, die bestimmen, welche Werte die Ausgangssignale 6, 7, 37 annehmen. Es gibt mehrere Varianten der Aktionumsetzer 30. Die Aktionumsetzer 30 führen jeweils eine feste oder wahlweise eine von mehreren Operationen, im folgenden Aktionarten genannt, aus und bilden damit den Wert jeweils eines Ausgangssignals. Existiert nur ein Aktionwert 25, dann wird dieser im Aktionumsetzer 30 nach einem, festen, der Aktionart entsprechenden Schema in ein Ausgangssignal 6, 7, 37 umgesetzt. Dieses Schema kann zur Laufzeit dynamisch abhängig von der jeweils vorliegenden Situation variiert werden, indem ein weiterer Aktionwert 25′, der dem ersten Aktionwert 25 zugeordnet ist, als weiterer Parameter benutzt wird, der eine von mehreren zur Auswahl stehenden Aktionarten selektiert.

Fig. 2 zeigt dazu eine beispielhafte Anordnung eines Aktionumsetzers, der abhängig von dem weiteren Aktionwert 25′ das Ergebnis einer von mehreren Aktionarten mittels eines Multiplexers 340 auswählt, auf dessen Selektoreingang der weitere Aktionwert 25′ und auf dessen Signaleingänge die Ergebnissignale der verschiedenen Aktionarten geschaltet sind, und über ein Register 350 zu einem Ausgangssignal 36 weiterleitet, das hier stellvertretend für ein Ausgangssignal 6, 7, 37 steht.

Es sind in Fig. 2 beispielhaft folgende Aktionarten vorgesehen, wovon jeweils eine abhängig von dem weiteren Aktionwert 25′ selektiert wird, indem deren Ergebnissignal über das Register 350 zum Ausgangssignal 36 weitergeleitet wird:

• a) unveränderte Weiterleitung eines Aktionwertes 25 zum Ausgangssignal 36,
• b) Addition des Aktionwertes 25 jeweils zum alten Wert des Ausgangssignals 36 in einem ersten Summierer 310 und Weiterleitung des Summensignals 315 zum Ausgangssignal 36,
• c) Multiplikation des Wertes eines kontinuierlichen Signals 305, das ein Eingangssignal 5 oder ein aus den Eingangssignalen 5 abgeleitetes Signals ist, mit dem Aktionwert 25 in einem Multiplizierer 320 und Weiterleitung des Produktsignals 325 zum Ausgangssignal 36,
• d) Multiplikation des Wertes eines kontinuierlichen Signals 305, das ein Eingangssignal 5 oder ein aus den Eingangssignalen 5 abgeleiteten Signals ist, mit dem Aktionwert 25 in einem Multiplizierer 320 und Weiterleitung des Produktsignals 325 zu einem zweiten Summierer, dessen Summensignal 335 zum Ausgangssignal 36 weitergeleitet wird,
• e) Halten des vorhergehenden Wertes des Ausgangssignals 36 durch Rückführung des Ausgangssignals auf einen Eingang des Multiplexers 340.

Die Aktionarten b), c) und d) erlauben eine Speicherplatz sparende, verkürzte Darstellung, weil der Wertebereich der entsprechenden Aktionwerte kleiner sein kann als der Wertebereich des zugehörigen Ausgangssignals. Letzterer ist i. allg. größer als der Effekt, den man durch die Ausführung einer einzigen Aktion erzielen möchte. Trotzdem kann durch mehrfaches Addieren oder durch die Multiplikation mit einer Größe, die einen größeren Wertebereich umfaßt, der gesamte Wertebereich des Ausgangssignals überstri­ chen werden.

Die Aktionarten c) und d) erbringen durch die Multiplikation des stufigen Aktionwertes 25 mit einem kontinuierlichen Signal eine kontinuierliche Wirkung des Ausgangssignals 36, die ansonsten durch feiner gestufte Regeln und damit einer deutlich vergrößerten Regelzahl erreicht werden könnte. Somit läßt sich mit einem relativ geringen Aufwand und etwa qualitativen Regeln eine hochwertige Regelqualität erreichen.

Wenn es zweckmäßig ist, daß nicht zu jeder Abtastung der Wert jedes Ausgangssignals 36 geändert wird, wird entweder für jedes Ausgangssignal 36 ein Wertebereich des entsprechenden Aktionwertes 25 vorgesehen, der einen Wert umfaßt, der keine Veränderung des Ausgangssignals bewirkt, oder es werden dynamisch auswählbare Aktionarten vorgesehen, von denen eine einen Einfluß auf das Ausgangssignal unter­ drückt, wie das beispielhaft in Fig. 2 bei der Aktionart e) durch die Rückführung des Ausgangssignals 36 auf einen Eingang des Multiplexers 340 gezeigt ist.

In einer weiteren Ausführung des Aktionumsetzers 30 werden die Ausgangssignale 6, 7, 36, 37 durch eine entsprechende Anweisungssequenz, die die Aktionwerte 25 als Parameter benutzt, bestimmt.

Natürlich ist es möglich und vielfach auch sinnvoll, mehrere verschiedene, unabhängige Aktionen für eine Abtastung durch den Aktionumsetzer 30 vorzunehmen, um mehrere unabhängige Ausgangssignale 36, 37 zu bilden. Dabei werden entsprechend umfangrei­ chere Einträge im Speicher 60 ausgewählt und entsprechend an die verschiedenen Teile des Aktionumsetzers 30 geleitet.

Ein Teil der Ausgangssignale 36 sind solche, die keinen direkten Einfluß auf die Merkmalwerte 15 haben, da sie entweder als Rückkoppelsignale 7 über das Objekt oder Prozeß 2 indirekt zurückgeführt oder als Informationssignale 6 von der Regelvorrichtung weggeleitet werden. Dagegen werden die Ausgangssignale 37 direkt als zustandsrückfüh­ rende Signale auf den Merkmalextraktor 10 zurückgeführt. I.allg. handelt es sich dabei um eine Rückführung, die innere Zustände der Regelvorrichtung darstellen und davon abhängige Reaktionen auslösen.

Vor dem oben beschriebenen Hintergrund bezieht sich die nachfolgende Beschreibung ausschließlich auf die Regelvorrichtung 1. Die Art und Weise, wie diese auf die Eingangsdaten 5 reagiert, läßt sich vorteilhaft im Gegensatz zur bekannten ablauf- oder prozedural-orientierten Beschreibung durch eine Ansammlung von abstrakten, linguisti­ schen Aussagen, in diesem Fall Regeln, der Form

WENN (Bedingung) DANN (Aktion),

beschreiben. Das ermöglicht es auch Fachexperten, deren Wissen durch die neuartige Vorrichtung ausgewertet werden soll, die Verhaltensbeschreibung vorzunehmen oder zu ändern, ohne daß sie Spezialisten für die Programmierung sein müssen. Dazu wird das Wissen, als Synonym für die verhaltensbeschreibende Information, offline auf mehreren Abstraktionsstufen auf einer Rechenanlage erfaßt. Dabei sind zwei Wissensarten zu unter­ scheiden:

konzeptionelles Wissen und
operatives Wissen.

Das konzeptionelle Wissen, das relativ leicht angegeben werden kann, umfaßt im Prinzip

• - die Merkmale, die der Fachexperte zur Beurteilung der Umgebung als relevant erachtet,
• - die Art und Weise wie diese Merkmale bestimmt werden,
• - und eine Beschreibung, nach welchem/n Schema/ta der Fachexperte reagiert, d. h.
• - welche Ausgangssignale benötigt werden und
• - nach welchen Aktionarten diese aus den Aktionwerten gebildet werden.

Das operative Wissen beschreibt basierend auf dem so definierten konzeptionellen Wissen in Form von Regeln das Verhalten des Fachexperten, also dessen Strategien wie er in bestimmten Situationen reagiert.

Die Beschreibung des Wissens erfolgt besonders einfach mittels linguistischer, qualita­ tiver Ausdrücke, bei denen kontinuierliche Merkmale mit Begriffen wie z. B. groß, mittel, klein, stark zunehmend usw. belegt werden. Dadurch werden die Wertebereiche der entsprechenden Merkmale klassifiziert, wodurch der Wertebereich lückenlos in aneinan­ dergrenzende Intervalle eingeteilt wird. Jedes dieser Intervalle entspricht einer Instanz, weil sich zu jedem Zeitpunkt der Wert des Merkmals in nur einem Intervall befinden kann. Bei diskreten Merkmalen sind die einzelnen Zustände die Instanzen, die das Merkmal annehmen kann.

Das so erarbeitete konzeptionelle Wissen wird in den Aufbau und die Ladung der verschiedenen Baugruppen der Regelvorrichtung umgesetzt. Insbesondere der Merkmalextraktor 10 und der Aktionumsetzer sind direkt durch das erarbeitete konzeptio­ nelle Wissen bestimmt. Zu laden sind dann die Intervallgrenzen bei kontinuierlichen Merkmalen oder die zu den Signalwerten gehörigen Instanznummern und ggf. die Gewichte der Merkmale. Weiterhin sind die zugehörigen Aktionwerte in den Speicher 60 zu laden.

Das Echtzeitsystem arbeitet dadurch zur Laufzeit fest vorgegeben und wertet das operative Wissen in einer durch das konzeptionelle Wissen vorgegebenen Form aus.

Das erarbeitete operative Wissen wird offline von der anschaulichen, dem Menschen angepaßten Regel-Darstellung in eine Darstellung, die der Auswertung durch das Echtzeitsystem angepaßt ist, transformiert und in dem Speicher 60 abgelegt. Dazu wird folgende Wissenstruktur benutzt:

Operatives Wissen: Regeln

Konzeptionelles Wissen:

Bedingungsteil
Aktionteil
Merkmale	Aktionen
Instanzen	Aktionsarten
ggf. Bereichsgrenzen	ggf. Wertebereiche

Das heißt, die Regeln bestehen jeweils aus einem Bedingungsteil und einem Aktionteil. Der Bedingungsteil jeder Regel beschreibt die Situationen, in denen der Aktionteil der Regel ausgeführt werden soll. Dazu werden logische Verknüpfungen, vorzugsweise UND-Verknüpfungen, von Instanzen der Merkmale angegeben. Jedem Merkmal ist die Menge der Instanzen zugeordnet, die der Fachexperte zur Beschreibung des Wissens benutzt. Bei kontinuierlichen Merkmalen werden zusätzlich die Bereichsgrenzen der einzelnen Intervalle spezifiziert.

Bei der Transformation der Wissensdarstellungen wird sichergestellt, daß zu jeder Situation auch die richtigen Aktionwerte bestimmt werden. Da Suchprogramme i. allg. zu zeitaufwendig sind und eine von den gerade zu verarbeitenden Daten abhängige Laufzeit haben, wird eine speicherangepaßte Darstellung des Wissens in der Wissensbasis des Echtzeitsystems gewählt. Das erlaubt erfindungsgemäß eine deterministische Berechnung zur Bestimmung der online anzuwendenden Aktionwerte, so daß kurze, im Prinzip konstante Reaktionszeiten zu erreichen sind.

Wie die Transformation des operativen Wissens von der dem Menschen angepaßten Form in die dem Echtzeitsystem angepaßte Form erfolgt und wie beispielsweise die bei der Auswertung von Regelbasen auftretenden Probleme der Konflikte und Lücken gelöst werden können, wird mit Hilfe von Fig. 3 beschrieben. Dazu zeigt Fig. 3a eine einfache, beispielhafte Regelbasis, die aus 5 Regeln besteht.

Diese Regelbasis stützt sich der Übersichtlichkeit halber nur auf die zwei Merkmale a und b. Beide haben einen Wertebereich von 0 bis 10, der, wie in Fig. 3b gezeigt wird, in 4 bzw. 3 Instanzen unterteilt ist. Es soll nur eine Aktion geben. Dabei wird hier die einfachste Aktionart, nämlich die direkte Zuweisung des Aktionwertes zum Ausgangssignal c, angewendet.

Nachdem die Merkmale und deren Instanzen festgelegt sind, werden die Instanzen für jedes Merkmal wie in Fig. 3b sinnvollerweise von 0 beginnend fortlaufend durchnume­ riert. Mit Hilfe dieser Instanznummern lassen sich für jede Regel, wie Fig. 3c zeigt, die Situationen angeben, in denen sie angewendet werden können. Die Gesamtheit aller Kombinationen, die durch die Instanzen aller Merkmale ausdrückbar sind, bildet einen Merkmalraum der Dimensionalität, die der Anzahl der Merkmale entspricht. Im vorliegen­ den Fall ergibt sich ein zweidimensionaler Raum, der sich wie in Fig. 3e als Matrix dar­ stellen läßt. Die Instanznummern der Merkmale dienen als Koordinaten der entsprechen­ den Achsen.

Jedes Feld in diesem Raum wird bei dieser Darstellung durch die Kombination je einer Instanznummer aller Merkmale festgelegt. Da bei Echtzeitsystemen jedes Merkmal einen eindeutigen Wert oder Zustand hat, ist damit auch eindeutig das zugehörige Feld im Merkmalraum spezifiziert, so daß dort die Aktion eindeutig eingetragen werden kann, die in der jeweiligen Situation ausgeführt werden soll.

Diese eindeutige Darstellung der Aktionen läßt sich eindeutig auf die Einträge in einem Speicher abbilden, indem die Instanznummern gewichtet werden. Die Gewichtung wird am sinnvollsten derart vorgenommen, daß die Instanznummern der verschiedenen Merkmale wie in nachfolgender Beziehung angegeben gewichtet werden:

Gm1 = 1;
Gmi = Gmi-1 _* Ni-1
mit: Gmi: Gewicht der i-ten Instanznummer
Ni: Anzahl der Instanzen des i-ten Merkmals

Durch gewichtete Addition der Instanznummern ergibt sich daraus ein eindeutiger Adressenvektor S*, der als Adresse für diese Einträge benutzt wird. Nichts anderes wird in höheren Programmiersprachen bei der Abbildung mehrdimensionaler Arrays auf den Speicher gemacht.

Im vorliegenden Beispiel hat Merkmal b das Gewicht von 1, Merkmal a das Gewicht von 3. Dadurch ergibt sich Fig. 3d. Man sieht hier die Zuordnung der Regeln zu den zugehö­ rigen Situationen bzw. zu den Adressenvektoren S*. In den Speicher braucht nur der umrandete Teil abgelegt werden, der die Aktionen enthält, weil in der Position sowie in der Adresse/Adressenvektor S* die jeweilige Situation enthalten ist, in der eine Aktion ausgeführt werden soll.

Fig. 3d verdeutlicht auch ferner das Problem der Konflikte, denn in dem Adressenvektor mit der Situationsnummern S*=4 könnten die Aktionen mehrerer Regeln, nämlich von Regel 3 und 4 angewendet werden, weil sich deren Gültigkeitsbereiche überschneiden. Deshalb muß mit Konfliktlösungsstrategien eine Aktion von den möglichen ausgewählt werden. Dabei ist darauf zu achten, daß die angewendete Strategie für denjenigen, der das Wissen eingibt bzw. modifiziert, nachvollziehbar ist, wodurch das Verhalten des Echtzeitsystems überschaubar ist.

Es ist vorgesehen, daß diese Konfliktlösung offline bei der Transformation des Wissens vorzugsweise nach einer festen Vorschrift erfolgt. Dazu wird, wie auch in Fig. 3d zugrunde gelegt, bei Konflikten jeweils die Regel ausgewählt, die als erstes in der Regelbasis steht. Es liegt somit eine Priorisierung der Regeln durch ihre Reihenfolge vor. Durch einfaches Umordnen der Regeln in der Regelbasis wird so das Ergebnis der Konfliktlösung geändert.

Regel 5 in Fig. 3a stellt den Sonderfall einer Regel dar. Sie verdeutlicht ferner zum einen eine Regel mit einer Aktion, die nichts bewirken soll, und zum anderen eine einfache Möglichkeit, Lücken im Merkmalraum abzudecken, die dadurch entstehen, daß für eine oder mehrere Situationen keine Regel eine Aktion spezifiziert, wie das im vorliegenden Beispiel für die Adressenvektoren S*=0, 2, 11 der Fall ist. Es wird nämlich eine Regel, deren Aktion vorzugsweise keine Auswirkungen hat, an der Stelle in der Regelbasis eingefügt, die die niedrigste Priorität hat.

Zusammenfassend läßt sich die Wissenserfassung wie folgt darstellen:

• - Erfassen des Wissens mit
  • - Erfassen des konzeptionellen Wissens mit
    • - Erfasssen der verwendeten Merkmale mit
      • - Erfassen der verwendeten Instanzen für jedes Merkmal
      • - Festlegen der Grenzen zwischen den Instanzen bzw. der Zustände eines Merkmals
      • - Numerieren der Instanzen
      • - Gewichten der Merkmale
    • - Erfassen der erforderlichen Ausgangssignale mit
      • - Festlegung der Aktionen und
      • - Festlegung der Aktionsarten
    • - Erfassen des operativen Wissens in Form von Regeln mit
      • - Priorisierung der Regeln
      • - ggf. spezielle Regel(n) zur Beseitigung von Lücken

Das konzeptionelle Wissen wird in eine entsprechende Speicherdarstellung zum Einbringen in die Regelvorrichtung umgesetzt, indem

• - der Merkmalextraktor entsprechend den verwendeten Merkmalen ausgestaltet und entsprechend mit den Instanzgrenzen, -nummern und Gewichten geladen wird,
• - der Aktionumsetzer entsprechend den verwendeten Aktionen und Aktionarten ausge­ staltet wird und
• - im Aktionbestimmer ein Speicher hinreichender Größe zur Verfügung gestellt und mit dem transformierten Wissen geladen wird.

Es sind mehrere Erweiterungen der Regelvorrichtung vorgesehen. Bei einer wird das Wissen auf mehrere interagierende Teilregelsysteme aufgeteilt, wodurch es für den Fachexperten übersichtlicher ist. Für jede Teilvorrichtung sind dann die anderen Teilvorrichtungen zusammen mit dem externen Objekt 2 ein zu betrachtendes Hilfsobjekt, für dessen Beeinflussung die Regeln zu erstellen sind, die dadurch relativ einfach gehalten sind.

Während das konzeptionelle Wissen relativ leicht festgelegt und in den Aufbau der Regelvorrichtung umgesetzt werden kann, ist eine Spezifizierung und Verfeinerung des operativen Wissens bis zu einer zufriedenstellenden Prozeßführung recht aufwendig und/oder langwierig. Es ist deshalb bei einer weiteren Erweiterung eine Lehrvorrichtung 250, 500 an die Regelvorrichtung angeschlossen, mit deren Hilfe das operative Wissen, oder genauer die verhaltensbeschreibende Information, d. h. die Einträge im Speicher, halbautomatisch oder automatisch modifiziert werden.

Halbautomatische Verfahren sind dann anwendbar, wenn Vorgaben für die in bestimmten vorliegenden Situationen zu erzielenden Ausgangssignale zu machen sind. Das ist z. B. der Fall, wenn ein Fachexperte einen Prozeß manuell regelt, für den eine auf dem erfindungs­ gemäßen Verfahren beruhende wissensbasierte Regelung aufgebaut werden soll. Dazu wird die Regelvorrichtung in zwei Phasen betrieben, einer Lern- und einer Arbeitsphase. In der Lernphase ist gemäß Fig. 4 der Aktionbestimmer 220 mit einem Modifizierer 250 verbunden, dessen Eingang mit dem zu lernenden Referenzsignal 245 gespeist ist. Dieses wird beispielsweise von einem Fachexperten oder von einem Simulator oder aus einem vorbekannten Regler geliefert.

Der Modifizierer 250 führt eine zum entsprechenden Aktionumsetzer 30 inverse Operation aus, d. h. er bestimmt aufgrund des Referenzsignals 245 den jeweiligen Eintrag in dem Speicher 60, der in der durch den Adressenvektor 25, 225 ausgedrückten Situation angewendet werden muß, und trägt diesen Eintrag über die Kopplung 255 in dem Speicher 60 ein, damit in der Arbeitsphase in der entsprechenden Situation ein dem Referenzsignal entsprechendes Ausgangssignal abgegeben wird. Dies gilt entsprechend für mehrere Ausgangssignale.

Weil im Verlauf der Lernphase i. allg. Situationen mehrfach durchlaufen werden, werden vorteilhaft die Einträge, die in solchen mehrfach durchlaufenen Situationen schon ermit­ telt wurden, berücksichtigt. Ein Verfahren, dies zu tun, ist die Mittelung mit dem in einer solchen Situation schon in dem Speicher vorliegenden Aktionwert 225. Bei einer einfachen (arithmetischen) Mittelwertbildung hat der aus dem Referenzsignal 245 neu berechnete Eintrag das gleiche Gewicht wie alle vorhergehenden Einträge zusammen. Noch vorteilhafter ist es, alle jemals für eine Situation ermittelten Einträge gleich zu gewichten. Dazu wird jedem Aktionwert, der das Ausgangssignal bestimmt, ein weiterer Aktionwert zugeordnet gespeichert, der vorzugsweise mit 0 initialisiert wird. Beide Aktionwerte werden zum Modifizierer geführt, der den vorhandenen ersten Aktionwert mit dem weiteren Aktionwert gewichtet, dazu den neu ermittelten Aktionwert addiert und die so entstandene Summe durch den weiteren Aktionwert plus 1 dividiert. Das Ergebnis dieser Operation wird als neuer erster Aktionwert und der weitere Aktionwert um 1 erhöht im Speicher abgelegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß abgesehen von Rundungsfehlern alle jemals ermittelten Aktionwerte dynamisch zur Laufzeit gleich gewichtet werden und den endgültigen Aktionwert für die jeweilige Situation bilden.

Eine andere Art der Lehrvorrichtung besteht in einer Implementierung einer Lernstrategie in einer zweiten Echtzeitvorrichtung 500, die mit der Regelvorrichtung gekoppelt ist, wie Fig. 5 zeigt. Diese Lehrvorrichtung ist entsprechend der Regelvorrichtung aufgebaut und ihr Verhalten ist nach dem gleichen Verfahren festgelegt. Sie gibt allerdings keine Ausgangssignale an die Umgebung ab, sondern interagiert mit dem Aktionbestimmer der untergeordneten Regelvorrichtung 400 und modifiziert die in dessen Speicher abgelegte Einträge entsprechend ihres jeweiligen Aktionwertes 525.

Weil die Lehrvorrichtung 500 der Regelvorrichtung 400 funktional übergeordnet ist, wird erstere der Klarheit wegen Hypersystem, und die Regelvorrichtung 400 Basissystem genannt werden. Beide Vorrichtungen 400 und 500 verfügen über einen Merkmalextraktor 410, 510, die Merkmalwerte 415, 515 bestimmt und an die Aktionbestimmer 420, 520 weiterleitet. I. allg. ist es sinnvoll, Merkmalwerte, die beide Vorrichtungen 400, 500 benötigen, nur einmal zu extrahieren und gemeinsam zu benutzen (nicht eingezeichnet). Beide Aktionbestimmer 420, 520 erzeugen auf die oben beschrie­ bene Art Aktionwerte 425, 525, die jeweils zu Aktionumsetzern 430, 530 geleitet werden.

Während der Aktionumsetzer 430 die Ausgangssignale 6, 7 erzeugt, ist der Aktionumsetzer 530 über einen Datenaustausch 540 mit dem Aktionbestimmer 420 des Basissystems 400 verbunden. Über den Datenaustausch 540 werden die Adressenvektoren zum Aktionumsetzer 530 des Hyperystems übertragen, und eine feste Anzahl aufeinander folgend angewendeter Situationsnummern werden dort gespeichert. Der Aktionumsetzer 530 greift ferner über den Datenaustausch adressierend auf den Speicher des Basissystems zu, um dort Einträge zu lesen oder zu schreiben.

Die Aktionwerte 525 dienen dabei als Offset, um den der Aktionumsetzer 530 einen Eintrag aus dem Speicher des Aktionbestimmers 420 verschiebt. Vorzugsweise wird nicht der Eintrag modifiziert, auf den der aktuelle Adressenvektor des Basissystems 400, sondern auf den ein Adressenvektor der weiter, meistens um eine konstante Zeitspanne, zurückliegt, zeigt. Diese Zeitspanne ist an dem Zeitverhalten des Prozesses, der geregelt wird, orientiert. Insofern ist im Hypersystem Wissen über den zu regelnden Prozeß, durch das in bestimmten Situationen Veränderungen am im Basissystem abgelegten Wissen erfolgen, so daß sich bei geeigneter Gestaltung des Wissens im Hypersystem eine gezielte Beeinflussung des Basissystems ergibt. Dies wird vorteilhaft zur Adaption des Verhaltens der Regelvorrichtung an die Charakteristik der zu regelnden Strecke ausgenutzt.

Prinzipiell ist es möglich, das Wissen, das in dem Basissystem und im Hypersystem eingebracht ist, auch in einer einzigen Vorrichtung umzusetzen, zumal i. allg. teilweise gleiche Merkmale sowohl vom Basis- als auch vom Hypersystem benutzt werden. Aus praktischen Gründen ist jedoch eine getrennte Umsetzung vorzuziehen, weil dadurch das Wissen übersichtlicher wird und leichter umzusetzen ist. Es wird außerdem ein größerer Speicher erforderlich, weil er die Aktionwerte beider Systeme zur Verfügung stellen muß. Der Speicher wird i. allg. größer als die beiden Speicher bei der getrennten Verwendung von Basis- und Hypersystem, weil meistens nicht alle Merkmale von beiden Systemen gemeinsam benutzt und gleich in Instanzen eingeteilt werden.

Da die Regelvorrichtung aus simplen, universellen Baugruppen aufgebaut ist, ist eine Realisierung sowohl in Hardware als auch in Software von jedem Fachmann einfach zu bewerkstelligen.

Eine äußere Betrachtung des Objektes oder Prozesses 2 reicht aus, um Aussagen, z. B. für Diagnosezwecke, aus dem Prozeßgeschehen zu gewinnen oder die Regelung vorzuneh­ men; eine detaillierte Kenntnis der inneren Vorgänge ist entbehrlich. Dies ermöglicht insbesondere auch eine effektive Regelung solcher Prozesse, für die ein geeignetes mathematisches Modell, das die Grundlage aller konventionellen Regelungsverfahren ist, nicht oder nur mit zu großen Aufwand oder Einschränkungen zu finden ist. Darüberhinaus zeigt die Regelvorrichtung ein Regelverhalten, das sehr robust gegenüber Schwankungen oder Drifts des geregelten Prozesses ist.

Als weitere Anwendungsbeispiele, für die die Vorrichtung vorteilhaft eingesetzt wird, seien hier Mehrgrößenregelungen, die Implementierung höherer Regelstrategien, d. h. übergeordnete Regler, und die Meßwertaufbereitung genannt, was im folgenden an zwei grundlegend verschiedenen Beispielen, der wissensbasierten Regelung eines simu­ lierten Bioreaktors und der eines realen Drehstrom-Motors, demonstriert wird. Dabei ist die Wahl auf einen Bioreaktor gefallen, weil Bioreaktoren besonders in der Umwelttechnik an Bedeutung gewinnen, aber deren Regelung noch vorwiegend im Forschungsstadium ist, und weil sie komplexe, stark nichtlineare Prozesse sind, für die mit konventionellen Methoden nur mit großem Aufwand spezialisierte analytische Regler entworfen werden können. Hierbei ist der Geschwindigkeitsaspekt ohne Bedeutung, denn die Sensorik läßt nur Abtastraten im Minuten-Bereich zu. Interessant ist vielmehr, daß sich dadurch von Abtastung zu Abtastung signifikante Reaktionen bzw. Änderungen des Prozeßzustandes ergeben können, die zusammen mit einer Vielzahl möglicher Störungen hohe Anforderungen an ein regelndes System stellen.

Bei der Regelung von Drehstrom-Motoren ist die Situation nahezu entgegengesetzt. So existieren schon Regelungen für Drehstrom-Motoren mit guten Ergebnissen. Weil diese modellbasiert arbeiten, fallen aufwendige Berechnungen, wie z. B. Koordinatentransformationen, an. Desweiteren stellt der Drehstrom-Motor ebenfalls einen nichtlinearen Prozeß dar, der bei der angewendeten Abtastrate von 5 kHz im Gegensatz zu einem Bioreaktor nur sehr geringfügige Reaktionen von Abtastung zu Abtastung zeigt. An diesem Beispiel soll vorwiegend die Geschwindigkeit des vorgestellten Verfahrens und die Selbstlernfähigkeit gezeigt werden. Das Ziel dabei ist die Ausnutzung der Selbstmodifikation, so daß sich die Regelung nach einer einfachen Parametrisierung auf einen anderen Motor ohne menschliches Zutun selbst einstellt. Für diese Untersuchungen ist ein Drehstrom-Motor besonders geeignet, weil er eine schnelle, mechanisch wie elek­ trisch robuste Strecke ist, die mit geringem apparativen Aufwand betrieben werden kann.

Die Wissensansammlung und -validierung erfolgt i. allg. zyklisch am Prozeß selbst oder, wenn dies wie im Beispiel des Drehstrom-Motors nicht möglich ist, vorweg bis zu einer ausreichenden Güte an einer Simulation, um z. B. den Zeitmaßstab an die sensorischen und motorischen Fähigkeiten des Menschen anzupassen. Unter Echtzeitbedingungen wird dann das Wissen beispielsweise wie beim Drehstrom-Motor durch Hypersysteme angepaßt.

Ein Bioreaktor ist, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt, ein Behälter 970, in dem sich Bakterien in einer Nährlösung befinden. Seine Aufgabe besteht in diesem Fall darin, in der Nährlösung enthaltene Substanzen durch biochemische Prozesse in andere Substanzen zu überführen, um beispielsweise die Schadstoffkonzentration in Flüssigkeiten zu reduzieren. Dazu verfügt er über einen Zufluß, bei dem über ein Zufluß-Stell­ glied 975 die Durchflußmenge der Nährlösung durch den Bioreaktor 970 eingestellt wird, und einen Abfluß 982, durch den die zugeführte Flüssigkeit mit einer geänderten Konzentration des Schadstoffes abfließt. Aus dieser abfließenden Flüssigkeit 983 wird von einem Konzentrationsmeßgerät 980 wiederholt eine Probe entnommen und beispielsweise einem Flüssigkeitschromatographen zugeführt, der das Konzentrationsmeßsignal 985 an die Regelvorrichtung 960 leitet. Dieser bestimmt aufgrund des Konzentrationsmeßsignals 985 und des vorgegebenen Sollkonzentrationssignals 990 die Zufluß-Stellgröße 976 und leitet diese zum Zufluß-Stell­ glied 975. Damit sich im Bioreaktor 970 eine möglichst homogene Verteilung von Bakterien und Nährlösung einstellt, wird die Flüssigkeit durch ein Rührwerk 972 umgerührt.

Die zu regelnde Größe (Regelgröße, Meßwert) ist also die Schadstoffkonzentration in der abfließenden Flüssigkeit 983. Das Sollkonzentrationssignal 990 und das Konzentrationsmeßsignal 985 beziehen sich beide auf diese Schadstoffkonzentration. Deren Differenz entspricht der Regeldifferenz. Als Zufluß-Stellgröße 976, die durch die Regelvorrichtung 960 beeinflußt werden kann, dient die Zuflußmenge der Nährlösung (konstante Eingangskonzentration vorausgesetzt).

Normalerweise hält die Regelung bei Bioreaktoren die Regelgröße auf einem konstanten Wert (Festwertregelung), wobei die Regelung Schwankungen des Wachstumsverhaltens der Bakterien und andere Störungen ausgleicht. Im vorliegenden Beispiel eines simulier­ ten Bioreaktors ist darüber hinaus das Führungsverhalten untersucht worden, um die Leistungsfähigkeit der Regelvorrichtung zu zeigen. D.h. die (nicht realistische) Aufgabe des Reglers besteht darin, simulativ die Zuflußmenge so zu variieren, daß die Schadstoffkonzentration im Ausgang möglichst schnell dem (nicht vorhersehbaren) Sollkonzentrationssignal 990 folgt.

Die Regelvorrichtung 960 besteht, wie Fig. 6 weiter zeigt, beispielsweise aus einem Aktionumsetzer 966, der von einer Einheit 964, die wie oben beschrieben aus dem Sollkonzentrationssignal 990 und dem Konzentrationsmeßsignal 985 Merkmale extrahiert und Aktionwerte bestimmt und zum Aktionumsetzer 966 leitet. Die Aktionwerte bestehen in diesem Beispiel aus den drei Einzelsignalen 805, 806, 807. Weiterhin sind das Sollkonzentrationssignal 990 und das Konzentrationsmeßsignal 985 mit einem Zwischenwertbestimmer 962 verbunden, der daraus die Zwischensignale 802 und 803 bestimmt und zum Aktionumsetzer 966 leitet. Das Zwischensignal 802 entsteht in diesem Fall durch Differenzbildung von Sollkonzentrationssignal und Konzentrationsmeßsignal, Zwischensignal 803 durch Differenzbildung von aktuellem Konzentrationsmeßsignal und dem um eine Abtastung zurückliegenden Konzentrationsmeßsignal. Die Zahlenwerte beider Zwischensignale 802, 803 werden durch Multiplikation mit einer Konstanten in den Zahlenbereich des Zufluß-Stellgrößensignals 976 umnormiert.

Die nachfolgende Tabelle zeigt, welche Merkmale bei einer beispielhaften Realisierung der Regelvorrichtung 960 für die Regelung eines Bioreaktors 970 in der Einheit 964 extrahiert werden und wie sie in Instanzen unterteilt und wie diese numeriert sind. Weiterhin zeigt die Tabelle die den Merkmalen zugeordneten Kurzbezeichnungen, die bei der beispielhaf­ ten Regelbasis benutzt werden, und die Grenzwerte der Intervalle der Instanzen der einzelnen Merkmale. Die Namen sind frei gewählt.

Außerdem zeigt diese Tabelle analog die abstrakte Beschreibung der Aktionen, die der Aktionumsetzer 966 ausführt, mit dem Wertebereich, den jedes Einzelsignal annehmen kann. Auch hier sind die Namen und Kurzbezeichner frei wählbar.

Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild eines entsprechenden Aktionumsetzers. Dieser ist vergli­ chen mit Aktionumsetzern anderer Regelvorrichtungen relativ komplex. Er besteht aus einem ersten Multiplizierer 810, der das Zwischensignal 802 mit dem Einzelsignal 805 des Aktionwertes, das sich auf die Regelabweichung bezieht, multipliziert und einem weiteren Multiplizierer 816, der das Zwischensignal 803 mit dem Einzelsignal 806 des Aktionwertes, das sich auf die Istwertänderung bezieht, multipliziert. Beide Multiplikationsergebnisse 811, 815 werden einem Summierer 820 zugeführt, der das Multiplikationsergebnis 811 und das ausgegebene Stellgrößensignal 976 addiert und von dieser Summe das Multiplikationsergebnisse 812 subtrahiert.

Das Summensignal 821 wird sowohl einem Mittelwertbildner 830 als auch einem Selektor 840 zugeführt. Der weitere Eingang des Mittelwertbildners 830 ist mit dem Stellgrößensignal 976 verbunden. Der durch den Mittelwertbildner 830 gebildete Mittelwert wird als Mittelwertsignal 831 ebenfalls auf einen Eingang des Selektors 840 geleitet. An dessen Selektoreingang ist der dritte Einzelwert 807 des Aktionwertes geführt. Der Einzelwert 807 kann nur die beiden Zahlenwerte 0 oder 1 annehmen. Dabei ist dem Eingang des Selektors 840, der durch eine 1 ausgewählt wird, das Mittelwertsignal 831 zugeordnet und dem anderen Eingang das Summensignal 821. Der Selektorausgang 841 wird über ein Register 850 dem Stellgrößensignal 976 zugeführt.

Die nachfolgende Tabelle zeigt eine beispielhafte Regelbasis für die Regelvorrichtung des Bioreaktors, die sich auf oben genannte Merkmale etc. bezieht. Sie benutzt die angegebe­ nen Kurzbezeichnungen. Ein X bedeutet dabei, daß das jeweilige Merkmal keinen Einfluß auf die Ausführung der Regel hat.

Die Fig. 8, 9, 10 zeigen jeweils das Führungsverhalten an der Simulation eines konti­ nuierlich betriebenen Bioreaktors, der nach einem Modell von Monod mit einer Abtastzeit von 8,1 Minuten, die eine Meßtotzeit von 2 Minuten beinhaltet, arbeitet.

Das unter idealen Bedingungen erzielte Führungsverhalten der Regelvorrichtung 960 zeigt Fig. 9. Auffallend ist das gegenüber der menschlichen Regelung, dessen Führungsverhalten beispielhaft in Fig. 8 gezeigt ist, verbesserte Regelverhalten, wie schnelleres Einregeln, geringere Schwankungen der Ausgangskonzentration. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die wissensbasierte Regelung keinen Verhaltensschwankungen unterworfen ist wie der Mensch, beispielsweise nachlassende Konzentration oder der Einfluß von Streß. Die Regelvorrichtung 960 kann also immer mit konstanter Leistung regeln.

An einem realen Bioreaktor treten natürlich Störungen auf. Das sind zum einen Meßwertrauschen, Schwankungen der Meßtotzeit und Meßwertaussetzer. Zum anderen können die Bakterien durch teilweise nicht erfaßbare Umwelt- und Nährstoffeinflüsse ihr Verhalten verändern, was sich in zeitvariantem Wachstumsverhalten ausdrücken läßt. Fig. 10 zeigt das Ergebnis, das unter diesen Bedingungen erreicht wurde. An der Veränderung des Stellgrößensignals 976 ist die Robustheit des wissensbasierten Reglers gegenüber Wachstumschwankungen des Bioreaktors zu erkennen. Um die Auswirkungen von Meßwertaussetzern, die in Fig. 10 beispielsweise nach ca. 1 und 4,5 Stunden auftreten, auf die Regelung zu unterdrücken, wurde eine zweite neuartige Teilvorrichtung der Regelvorrichtung vorgeschaltet, die Meßwertaussetzer durch Extraktion von Merkmalen erkennt, darauf abgestimmte Aktionen bestimmt, die in einem Aktionumsetzer in ein Signal umsetzt, das als modifiziertes Konzentrationsmeßsignal zur Regelvorrichtung geführt ist. Der Vergleich zu Reglern, die ohne diese vorgeschaltete Teilvorrichtung arbei­ ten, zeigt den Nutzen Aufbereitung des Meßwertes.

Bei dem zweiten untersuchten Beispiel, der Drehzahlregelung eines Drehstrom-Motors 900, wird die Drehzahl als zu regelnde Größe eine Drehspannung variabler Frequenz und Amplitude (Stellgrößen) entsprechend den Erfordernissen beeinflußt. Dazu besteht, wie Fig. 11 zeigt, die Regelvorrichtung 910, aus vier Teilvorrichtungen, nämlich ein Basissystem 912 für den Stellwert Amplitude 921 und ein übergeordnetes Hypersystem 913, ein Basissystem 915 für den Stellwert Frequenz 922 und ein übergeordnetes Hypersystem 916. Die Speicher der Basissysteme 913, 915, über die die eigentliche Regelung erfolgt, werden durch Selbstmodifikation anhand des Verhaltens des angeschlossenen Drehstrom-Motors 900 unter Vorgabe der Hypersysteme über je einen Datenaustausch 914, 917 verändert.

Die vier Teilvorrichtungen leiten aus dem Solldrehzahlsignal 950, aus dem Drehzahlsignal 935, das von einer Drehzahlerfassung 930, die beispielsweise ein Impulsgeber ist, erzeugt wird, und aus dem Stromsignal 945, das von einer Stromerfassung 940 gebildet ist, Merkmale ab, bestimmen daraufhin Aktionwerte und setzen diese entweder in die Stellgrößen Amplitude 921 und Frequenz 922 oder in oben beschriebener Weise in Modifikationen von Einträgen der Speicher unterlagerter Basissysteme 912, 915 um. Die Stellgrößen Amplitude 921 und Frequenz 922 werden einem Drehspannungserzeuger 920 zugeführt, der beispielsweise ein Pulswechselrichter mit nachgeschalteten Leistungsschaltern ist. Er erzeugt eine Drehspannung 325, die an den Drehstrom-Motor 900 geführt ist.

Ursprünglich enthalten die Speicher der Basissysteme 912, 915 durch wenige, grobe Regeln vorgegebene Aktionwerte, die zum einen den Drehstrom-Motor 900 bei sehr großen Regelabweichungen mit konstantem Schlupf in Richtung des Solldrehzahlsignals führen und zum anderen Überlast verhindern sollen. Letztere Aktionwerte sind mit einem zugeordneten Hilfseintrag versehen, der in einem bestimmten Zustand Änderungen des jeweiligen Aktionwertes seitens des zugehörigen Hypersystems verhindert. Alle anderen Aktionwerte können dynamisch zur Laufzeit verändert werden.

Für praktische Untersuchungen wurden alle vier Teilvorrichtungen 912, 913, 915, 916 auf einem Mikroprozessor-System (80386, 20 MHz) implementiert. Obwohl neben administrativen Aufgaben zu jeder Abtastung alle Merkmalwerte neu berechnet, vier Teilvorrichtungen ausgewertet und deren Aktionwerte umgesetzt werden, wurde eine Abtastrate von 5 kHz erreicht.

Die Fig. 12 und 13 verdeutlichen exemplarisch Ergebnisse, die an der wissensbasier­ ten Regelung eines 380 W-Drehstrom-Motors gewonnen wurden. Dazu zeigt Fig. 12 das durch manuelle Eingabe in den Basissystemen implementierte Grundwissen, von dem ausgehend die Hypersysteme die Amplituden- und Frequenz-Basissysteme modifizierten. Das Resultat nach einer Trainingszeit von zwei Minuten, in denen zu jeder Sekunde ein anderer zufälliger Sollwert vorgegeben wurde, ist Fig. 13 zu sehen. Es zeigt deutlich, wie der Einsatz des Hypersystems sowohl die bleibende Regelabweichung beseitigt als auch die Schwingneigung (ohne menschliches Zutun) reduziert. Der Effekt zeigt sich auch bei anderen Drehzahlbereichen und Sollwertsprüngen.

Es ist leicht einzusehen, daß die an diesem Beispiel gezeigte Anordnung aus Basis- und Hypersystem bei geeigneter Gestaltung des Wissens sowohl zur Adaption als auch zumin­ dest für einige Klassen von Prozessen als selbsteinstellende Regelung einzusetzen ist. Für eine selbsteinstellende Regelung ist für eine ganze Klasse von Prozessen nur einmalig ein größerer Aufwand für die Erstellung des in den Hypersystemen abgelegten Wissens, ggf. auch einfaches Grundwissen für die Basissysteme erforderlich. Für die jeweiligen Prozesse einer Klasse sind dann keine oder nur einfache Anpassungen, z. B. bei einem Drehstrom-Motor die Berücksichtigung der Polpaarzahl oder des Nennstroms, nötig und leicht durchführbar, weil sie im konzeptionellen Wissen realisiert werden. Das operative Wissen braucht hingegen nicht geändert zu werden.

Bei obigen Ausführungen wurde nicht näher auf die entsprechende Erfassung von Eingangssignalen und die Umsetzung von Ausgangssignalen in für das Objekt oder den Prozeß 2 geeignete Signale eingegangen, weil dies für die Vielzahl der möglichen Objekte oder Prozesse 2 nicht erschöpfend möglich ist, aber von einem Fachmann jeweils leicht vorzunehmen ist.

Weiterhin ist offensichtlich, daß die beschriebene Vorrichtung nicht nur für Regelungen eingesetzt werden kann, sondern auch für andere Signalverarbeitungsaufgaben, wie es am Beispiel der Regelung des Bioreaktors in einer gestörten Umgebung anhand der Aufbereitung der Meßwerte zur Beseitigung von Meßwertaussetzern erläutert wurde. Auf die Vielzahl weiterer Anwendungsgebiete kann aus Platzgründen nicht eingegangen werden. Es bereitet aber einem Fachmann keine Schwierigkeiten zu erkennen, wo die beschriebene Vorrichtung eingesetzbar ist.

Claims (26)

1. Vorrichtung, insbesondere Regelvorrichtung, zur Signalverarbeitung von Eingangssignalen (5) von einem Objekt oder Prozeß (2), die Ausgangssignale (6, 7) an das Objekt oder den Prozeß (2) ausgibt, wobei die Ausgangssignale (6, 7) von den Eingangssignalen (5) derart abhängig sind, daß in einem Merkmalextraktor (10) anwendungsspezifische numerische Merkmalwerte (15) jeweils aus einem oder mehreren Eingangssignalen (5) gebildet werden, wobei aus den Merkmalwerten (15) ein Adressenvektor gebildet wird zur Adressierung von vorab in einem Speicher (60) eingetragenen Aktionswerten (25), die in einem Aktionumsetzer (30) in die Ausgangssignale (6, 7) umgesetzt werden, und die Aktionswerte gemäß Wenn-Dann- Regeln derart aus den Merkmalwerten (15) bestimmt sind, daß logische Verknüpfungen von Wenn-Teilen, die den Merkmalwerten (15) zugeordnet sind, Dann-Teilen entsprechen, welche die Aktionswerte ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Merkmalwerte (15) einem Klassifikator (40) zugeführt werden, der den Wertebereich der Merkmalwerte (15) derart in aneinandergrenzende Intervalle klassifiziert, deren Intervallgrenzen im Klassifikator (40) abgebildet sind, daß die Anzahl der Intervalle geringer ist als die Anzahl der verschiedenen möglichen Merkmalwerte (15), wobei den Intervallen jeweils eine eindeutige Instanznummer (45) zugeordnet ist, und daß aus diesen Instanznummern (45) zu bestimmten Zeitpunkten in einem Indexbildner (50) der Adressenvektor gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ein weiteres Eingangssignal (37) des Merkmalextraktors (10) ein Ausgangssignal des Aktionsumsetzers (30) zurückgekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß solchen Merkmalwerten (15), die nur einzelne diskrete Zustände ohne inhärente Ordnungsrelation annehmen, für jeden möglichen Zustand eine eindeutige Instanznummer (45) zugeordnet ist, die als ein Teilvektor zur Bildung des Adressenvektors (55) hinzugenommen wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Merkmalwerten (15) zugeordneten Instanznummern (45) jeweils aufeinander folgende Ganzzahlen sind und der Indexbildner (50) die in den Klassifikatoren (40) gebildeten Instanznummern (45) gewichtet aufsummiert und deren Summe der Adressenvektor (55) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der dem Merkmalwert (15) zugeordnete Instanznummer (15) im Klassifikator (40) durch einen wiederholten Vergleich des jeweiligen Merkmalwertes (15) mit den Grenzen der Intervalle oder dadurch erfolgt, daß der Klassifikator (40) eine Klassifikationstabelle enthält, für die der quantisierte oder diskrete Merkmalwert (15) als Index benutzt wird und die dem jeweiligen Wert zugeordnete Instanznummer (45) als Eintrag enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassifikationstabelle gewichtete Instanznummern (45) enthält und der Indexbildner (50) eine einfache Addition aller Werte der zugeführten Instanznummern (45) vornimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Instanznummern (45) mit Gewichten multipliziert werden, die Zweier-Potenzen entsprechen und daß deren Addition durch ein Verketten von Bit-Signalen zu einer Dualzahl erfolgt, die dann der Adressenvektor (55) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Adressenvektor (55) je nach Ausführung der Vorrichtung jeweils ein oder mehrere Aktionswerte (25) im Speicher (60) selektiert werden, die entweder separat im Aktionumsetzer (30) verarbeitet werden oder als Parameter einer Anweisungssequenz ein oder mehrere Ausgangssignale (6, 7) bestimmen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktionumsetzer (30) den jeweiligen Aktionwert (25)

• - unverändert als eines der Ausgangssignale (6, 7) durchreicht und/oder
• - zu einem bisherigen Ausgangssignal (6, 7) addiert und die gebildete Summe danach ausgibt und/oder
• - mit einem der Eingangssignale (5) oder einer daraus abgeleiteten Größe multipliziert und das Produkt ausgibt und/oder
• - mit einem der Eingangssignale (5) oder einer daraus abgeleiteten Größe multipliziert, das Produkt zu einem bisherigen Ausgangssignal (6, 7) addiert und die Summe ausgibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilaktionwert (25) als Selektor für eines der verschiedenen erzeugten Signale dient und diese dadurch als das selektierte Ausgangssignal (6, 7) ausgibt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktionwerte (25) in einem zur Laufzeit modifizierbaren Speicher (60) abgelegt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer zweiten, lernenden Betriebsarten betreibbar ist, wobei ein Modifizierer (250) Aktionwerte aus einem externen Referenzsignal (245) bestimmt und in den Speicher (60) einträgt, wozu der Modifizierer (250) eine zu der Operation des jeweiligen Aktionumsetzers (30) inverse Operation ausführt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifizierer (250) einen neu ermittelten Aktionwert (25) mit einem jeweils vorherigen Aktionwert oder mehreren in Folge mittelt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der modifizierbaren Aktionwerte (25) des Speichers (60) ein Hilfseintrag existiert, der jeweils angibt, wie oft der zugeordnete Eintrag modifiziert wurde, und eine dynamisch gewichtete Mittelwertbildung des jeweiligen Aktionwertes (25) derart vorgenommen wird, daß der alte Aktionwert (25) mit dem zugeordneten Hilfseintrag gewichtet wird.

15. Vorrichtung, die eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Basisvorrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lehrvorrichtung (500) mit gleichartigem Aufbau wie die Basisvorrichtung (400) in dem Speicher der Basisvorrichtung (400) abhängig von den Eingangssignalen (5) modifiziert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lehrvorrichtung (500) Adressenvektoren (55) der Basisvorrichtung in einem Historienspeicher ablegt und einen solchen Aktionwert (25) der Basisvorrichtung (400) modifiziert, der durch einen eine vorzugsweise konstante Zeitspanne zurückliegenden Adressenvektor ausgewählt wird.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisvorrichtung (400) in einer zweiten Phase ohne das Lehrsystem (500) betrieben wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Aktionwert (25) ein Hilfseintrag zugeordnet ist, der anzeigt, ob der zugeordnete Aktionwert (25) durch einen Modifizierer (250) oder durch eine Lehrvorrichtung (500) veränderbar ist oder nicht.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung der Aktionwerte (25) durch Ausdrücke in WENN-DANN-Form erfolgt, wobei im WENN-Teil logische Verknüpfungen der Instanzen, in die die Merkmalwerte (15) unterteilt sind, angegeben werden, für die der im DANN-Teil angegebene Eintrag anzuwenden ist und daß eine Umwandlung der genannten Ausdrücke durch ein Eintragen der DANN-Teile an den Stellen des Speichers (60) erfolgt, die durch den WENN-Teil bestimmt sind, wobei in den Fällen, in denen mehrere verschiedene Einträge an die gleiche Stelle eingetragen werden könnten, eine bestimmte Auswahl vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrag ausgewählt wird, der die wenigsten Irrelevanzanzeiger im WENN-Teil enthält und/oder daß nach einer Reihenfolgenpriorität ausgewählt wird.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Merkmalwert (15)

• - durch direktes Weiterleiten eines numerischen oder diskreten Eingangssignals (5) oder eines numerischen oder diskreten Rückkoppelsignals (37) und/oder
• - durch Differenzieren eines numerischen Eingangssignals (5) oder eines numerischen Rückkoppelsignals (37) und/oder
• - durch Differenzbildung zweier numerischer Signale (5, 37) und/oder
• - durch Vergleich der Zustände zweier diskreter Signale (5/37) und/oder
• -durch Zählen des Auftretens eines Zustandes eines diskreten Eingangssignals (5) oder eines diskreten Rückkoppelsignals (37) und/oder
• - durch Zählen des Auftretens eines bestimmten Signalzustandes oder -wechsels eines numerischen Eingangssignals (5) oder eines numerischen Rückkoppelsignals (37) und/oder
• - durch den Stand eines Zählers, der durch bestimmte Ereignisse zurückgesetzt und bei jeder Abtastung hochgezählt wird,

bestimmt ist.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausgangssignal (7, 976) über ein Zufluß-Stellglied (975) die Menge einer in einem Behälter (970) einfließenden Flüssigkeit variiert, die in diesem Behälter durch chemische, biologische oder physikalische Vorgänge zumindest teilweise in eine andere Form überführt wird, wobei aus der abfließenden Flüssigkeit entnommene Meßwertsignale (985) auf den Eingang der Vorrichtung geführt sind, die daraus beispielsweise eine Abweichung vom Sollsignal (990) und eine Änderung der Meßwertsignale (985) als Merkmalwerte an den Aktionbestimmer weiterleitet, dessen ausgegebene Aktionwerte auf das Ausgangssignal (7, 976) einwirken.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausgangssignal (7, 921, 922) über ein Stellglied (920) auf die Leistung, Drehzahl, Drehrichtung und/oder Drehmoment eines Antriebssystems (900) einwirkt, von dem durch eine Meßwerterfassung (930, 940) Meßsignale erfaßt und zur Vorrichtung (1, 910) geleitet sind, die Rückschlüsse auf die Leistung, Drehzahl, Drehrichtung, Drehmoment und/oder Belastung des Antriebsystems (900) ermöglichen, und daß die Vorrichtung (1, 910) daraus Merkmale extrahiert, die einen Vergleich der jeweiligen betreffenden Größen mit einer oder mehreren Sollgrößen (950) und/oder einer zulässigen Belastung vornehmen, von denen abhängig auf das Ausgangssignal (7, 921, 922) Einfluß genommen wird.

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1, 910) aus mindestens zwei Teilsystemen (912, 915) besteht, die jeweils mindestens eine Stellgröße (921, 922) bestimmen und zum Ausgang der Vorrichtung (910) leiten.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgrößen (921, 922) die Amplitude und Frequenz einer Wechselspannung bestimmen.