DE60009228T2

DE60009228T2 - Verfahren und Gerät zur arithmetischen Steurung

Info

Publication number: DE60009228T2
Application number: DE60009228T
Authority: DE
Inventors: Masato Tanaka
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: EP1094375A1; KR20010051053A; JP3437807B2; CN1293395A; KR100384623B1; US6754542B1; CN1194290C; EP1094375B1; DE60009228D1; JP2001117603A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine arithmetische Regeleinrichtung und ein Verfahren zum Durchführen, z.B. einem PID Regler (Proportional, Integral und Differential) oder einem IMC (Interne Modellregelung), um eine manipulierte Variable auf der Basis des Fehlers (Abweichung) zwischen einem Sollwert und einer geregelten Variablen oder dergleichen zu berechnen, und insbesondere eine arithmetische Regeleinrichtung mit der Funktion einer Unterdrückung eines Überschwingens beim Auftreten der Störung, und ein Verfahren zum arithmetischen Regeln.
Konventionellerweise wird eine einen PID Regler verwendende Vorrichtung verwendet, welche im allgemeinen als eine vielseitige arithmetische Regeleinrichtung verwendet wird, welche für ein unbestimmtes geregeltes System verwendet werden kann. Wie in 5 gezeigt, umfasst eine bekannte arithmetische PID geregelte Regeleinrichtung 10 einen Host Computer 11 zum Ausgeben eines Fehlers Er durch Subtraktion einer geregelten Variablen PV von einem Eingabesollwert SP und einer arithmetischen Regelsektion 12 zum Berechnen einer manipulierten Variablen MV aus dem Fehler Er, welcher von der Subtraktionssektion 11 ausgegeben wird, und denselben an ein geregeltes System 13 ausgibt.
C_PID kann die Übertragungsfunktion der arithmetischen Regelsektion 12 und P kann die Übertragungsfunktion des geregelten Systems 13 sein, wobei die manipulierte Variable MV von der Übertragungsfunktion C_PID der arithmetischen geregelten Sektion 12 gemäß der Gleichung (1) erhalten werden kann: MV = CPID (SP – PV) (1)
Die Übertragungsfunktion C_PID kann ausgedrückt werden als CPID = Kg {1 + (1/Tis)} (1 + Tds)/(1 + ηTds) (2),wobei Kg eine proportionale Verstärkung, Ti die Integrationszeit, Td die Differentialzeit und η die Konstante (z.B. η = 0,2) sind.
In diesem Fall, in dem der Druck und die Temperatur geregelt werden, kann die Übertragungsfunktion P des geregelten Systems 13 etwa durch Gleichung (3) gegeben sein: P = Kp exp (–Lps)/(1 + Tps) (3),
Wobei Kp die Verstärkung, Tp die Zeitkonstante und Lp die Totzeit ist. Die Verstärkung Kp hat statische Eigenschaften für das geregelte System 13; die Zeitkonstante Tp, die Verzögerungszeit-Charakteristiken (dynamische Charakteristiken) und die Totzeit Lp, die Totzeit-Charakteristiken (dynamische Charakteristiken).
Gemäß der bekannten Abgleichformel in einer Regeltheorie oder der bekannten IMC Theorie, welche durch M. Morari vorgeschlagen wurde, um sowohl der Stabilität und der schnellen Antwort der Regelung zu genügen, werden bevorzugt die PID Parameter (proportionale Verstärkung Kg, Integrationszeit Ti und die Differentialzeit Td) wie folgt gegeben: Kg = αTp/(KpLp) (4) Ti = βTp (5) Td = γLp (6), wobei α, β und γ Konstanten sind (z.B. α = 0,6, β = 1 und γ = 0,5). Wenn die PID Parameter für die arithmetische Regelsektion 12 eingestellt sind, können normalerweise exzellente Regelcharakteristiken erhalten werden.
Gemäß der oben beschriebenen bekannten arithmetischen PID geregelten Einrichtung in einem stationären Zustand der Temperaturregelung, wenn eine Störung vorliegt, z.B. ein zeitweiser Abfall bei der Temperatur vorliegt, wird die manipulierte Variable MV aktualisiert, um die Temperatur wiederherzustellen. In der Zeit, bei Vorliegen einer Störung, wie einem zeitweisen Temperaturabfall, wird die Temperatur automatisch wiederhergestellt, ohne ein Updaten bzw. ein Aktualisieren der manipulierten Variablen MV nach einer relativ langen Zeitperiode. In einem derartigen Fall wird die geregelte Variable PV durch Verwenden von Werten der PID Regeleinrichtung aktualisiert, um exzessiv die manipulierte Variable zu korrigieren. Konsequenterweise tritt als ein Phänomen eine Reflektion in der geregelten Variablen PV auf, wobei eine exzessive Regelantwort durch ein Überschwingen auftritt, wie in 6A gezeigt.
Als ein Beispiel für einen zeitweise auftretenden Temperaturabfall als Störung tritt ein Phänomen auf, bei dem die Temperatur in einem Reaktionsofen zeitweise abfällt, wenn ein Schiffchen, auf dem eine Vielzahl von Halbleiter-Wafern vorgesehen sind, in den Reaktionsofen eingeführt wird, wobei ein schubweise bzw. chargenweise zu befüllender CVD Ofen (chemische Dampfabscheidung) für die Herstellung von Halbleitern verwendet wird. In dem schubweise zu befüllenden CVD Ofen, gezeigt in 7, wird mit der Bezugszahl 61 ein Schiffchen, mit der Bezugszahl 62 ein Reaktionsofen, mit den Bezugszahlen 63-1 bis 63-5 Heizungen zum Aufheizen der Zonen 1 bis 5 in dem Reaktionsofen 62, mit den Bezugszahlen 64-1 bis 64-5 werden Sensoren zum Messen der Temperaturen (geregelte Variablen PV) in den Zonen 1 bis 5, und mit den Bezugszahlen 65-1 bis 65-5 werden arithmetische Regeleinrichtungen mit PID Reglern bezeichnet. Die mit PID Reglern geregelten arithmetischen Regeleinrichtungen 65-1 bis 65-5 berechnen die manipulierten Variablen MV und geben diese an die Heizungen 63-1 bis 63-5 aus, um die Temperaturen in den Zonen 1 bis 5 auf die durch den Sollwert SP vorgesehene Temperatur einzustellen.
Für die Temperaturregelung in einem Halbleiter-Herstellungsverfahren zum Bilden eines dünnen Filmes durch Verwendung einer chemischen Reaktion ist ein Überschwingen ein ernsthaftes, unerwünschtes Phänomen. In diesem Zusammenhang wird eine arithmetische Regeleinrichtung durch die japanische Offenlegungsschrift 4-039701 (Entgegenhaltung 1) offenbart. Diese Einrichtung hat die Funktion einer Unterdrückung eines Überschwingens durch zeitweise Korrektur des verwendeten Sollwertes SP durch eine PID geregelte arithmetische Sektion auf einen Wert im Bereich der geregelten Variablen PV, wenn eine Situation erkannt wird, in der sich die geregelte Variable PV dem Sollwert SP annähert, wie dies in 8A gezeigt ist.
Die arithmetische Regeleinrichtung, welche in der Entgegenhaltung 1 offenbart ist, korrigiert den Sollwert SP durch Detektion einer Situation, in der die geregelte Variable PV sich dem Sollwert SP annähert. Für dieses Ziel wird die Überschwing-Unterdrückungsfunktion während der zweiten Hälfte der letzten Periode in einer Serie von geregelten Variablen aktiviert, welche in dem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, an dem die geregelte Variable von dem Sollwert SP durch das Auftreten einer Störung abweicht, und dem Zeit punkt, an dem die geregelte Variable PV auf einen Wert im Bereich des Sollwertes festgelegt wird. Aus diesem Grund wechselt zum Zeitpunkt des Vorliegens einer Störung die geregelte Variable PV auf eine höhere Geschwindigkeit, wie ein zeitweise auftretender Temperaturabfall beim Einführen eines Schiffchens in den chargenweise zu befüllenden CVD Ofen, wobei die Überschwing-Unterdrückungsfunktion nicht für eine exzessive Korrektur der manipulierten Variablen sofort nach dem Auftreten einer Störung tätig wird, welche unterdrückt werden sollte.
Infolgedessen, wie in den 8A und 9A gezeigt, kann nur ein Regelergebnis erhalten werden, das sich nicht mehr von dem durch eine bekannte arithmetische Regeleinrichtung mit keiner Überschwing-Unterdrückungsfunktion unterscheidet. Immer wenn die Überschwing-Unterdrückungsfunktion durch eine Erkennung einer Situation, in der sich die geregelte Variable PV dem Sollwert SP annähert, ist es im Wesentlichen zu spät, um eine effektive Regelung durchzuführen. Wie oben beschrieben, kann bei der konventionellen arithmetischen Regeleinrichtung ein Überschwingen nicht unterdrückt werden, wenn eine Störung auftritt, für die die geregelte Variable PV in eine höhere Geschwindigkeit wechselt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine arithmetische Regeleinrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, welche ein Überschwingen, immer wenn eine Störung auftritt, unterdrücken können, bei der die geregelte Variable zu einer höheren Geschwindigkeit wechselt.
Um diese oben genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine arithmetische Regeleinrichtung vorgeschlagen, wie sie durch den Anspruch 1 definiert wird, und ein Verfahren zum arithmetischen Regeln, wie es durch den Anspruch 8 definiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, welches einen PID Regler einer arithmetischen Regeleinrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des PID Reglers der arithmetischen Regeleinrichtung in 1 zeigt;
3A und 3B sind Diagramme, welche die Veränderung bei der geregelten Variablen und der manipulierten Variablen in dem PID Regler der arithmetischen Regeleinrichtung in 1 und der bekannten Art zeigen;
4A und 4B sind Diagramme, welche die Veränderung bei der geregelten Variablen und der manipulierten Variablen in dem PID Regler der arithmetischen Regeleinrichtung in 1 und der bekannten Art zeigen, wenn Störungen mit unterschiedlichen Stärken auftreten;
5 ist ein Blockdiagramm, welches ein Regelsystem zeigt, welches den konventionellen PID Regler in der arithmetischen Regeleinrichtung verwendet;
6A und 6B sind Diagramme, welche die Veränderung bei der geregelten Variablen (Temperatur) und der manipulierten Variablen in einer PID geregelten arithmetischen Sektion in 5 zeigen, wenn eine Störung, wie ein zeitweiser Abfall der Temperatur, auftritt;
7 ist eine geschnittene Ansicht, welche einen chargenweise zu befüllenden CVD Ofen zeigt; und
8A und 8B sind Graphen, welche die Veränderung bei der geregelten Variablen und der manipulierten Variablen in der konventionellen arithmetischen Regeleinrichtung mit der Überschwing-Unterdrückungsfunktion zeigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detailliert beschrieben, unter Bezugnahme der dazugehörigen Zeichnungen.
1 zeigt die PID geregelte arithmetische Regeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. wie in 1 gezeigt, umfasst die PID geregelte arithmetische Regeleinrichtung dieser Ausführungsform eine geregelte variable Eingabesektion 1, durch die eine geregelte Variable PV eingegeben wird, eine Sollwert-Eingabesektion 2, durch die ein Sollwert SP eingegeben wird, eine Subtraktions-Sektion 3 zum Berechnen eines Fehler Er der geregelten Variablen PV (nachfolgend bezeichnet als der Fehler Er) in Bezug auf den Sollwert SP, eine Störungserkennungs-Sektion 4 zum Bestimmen in Regelzyklen auf der Basis des Fehlers Er, ob eine Störung vorliegt, und eine Ausgabe eines Aktivierungssignals S1 gemäß des Bestimmungsergebnisses, eine Fehlerkorrekturwert-Berechnungssektion 5 zum Berechnen eines Fehlerkorrekturwertes Erx auf der Basis der Stärke des Fehlers Er durch Empfangen des Aktivierungssignals S1, welches die Erkennung des Auftretens eines Fehlers repräsentiert, eine Fehlerkorrekturwert-Konvergenz-Berechnungssektion 6 zum Durchführen einer Konvergenz operation, so dass der Fehlerkorrekturwert Erx gemäß einer vorbestimmten Regel graduell sich dem Wert 0 annähert, eine regelarithmetische Sektion 7 zum Berechnen einer manipulierten Variablen MV auf der Basis des Fehlers Er, welcher durch die Subtraktionssektion 3 und einem Fehlerkorrekturwert Erx' nach der Konvergenzoperation ausgegeben wird, und eine manipulierte variable Ausgabesektion 8 zum Ausgeben der manipulierten Variablen MV an ein geregeltes System.
Der Betrieb der PID geregelten arithmetischen Regeleinrichtung mit der oben genannten Ausgestaltung wird als nächstes unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Als erstes wird die geregelte Variable PV in ein geregeltes System (z.B. einem Sensor zum Erkennen der geregelten Variablen PV) durch die geregelte variable Eingabesektion 1 eingegeben, welche als Interface mit der Außenseite dienen (Schritt S101). Währenddessen wird der Sollwert SP, welcher durch einen Bediener einstellbar ist, in der Sollwert-Eingabesektion 2 (Schritt S102) eingegeben. Die Subtraktionssektion 3 subtrahiert die geregelte Variable PV, welche von der geregelten variablen Eingabesektion 1 ausgegeben wird, von dem Sollwert SP, welcher von der Sollwert-Eingabesektion 2 ausgegeben wird, wobei das Ergebnis als Fehler Er (= SP – PV) (Schritt S103) ausgegeben wird.
Die Störungsauftretungs-Erkennungssektion 4 bestimmt in Regelzyklen, ob eine Störung auftritt (Schritt S104). Wenn die Störungsauftretungs-Erkennungssektion 4 bestimmt, dass eine Störung auftritt, gibt die Sektion 4 das Aktivierungssignal S1 an die Fehlerkorrekturwert-Berechnungssektion 5 aus. Die Fehlerauftritts-Erkennungssektion 4 bestimmt das Auftreten einer Störung, wenn die geregelte Variable sich in die Richtung verändert, um sich von dem Sollwert SP zu entfernen. Wie oben beschrieben worden ist, können zwei Arten von Situationen auftreten, in denen die geregelte Variable PV sich von dem Sollwert SP entfernt:

(I) Eine Situation liegt vor, in der der Fehler Er ein positiver Wert ist, und ein absoluter Wert |Er| ansteigt (die geregelte Variable PV wird kleiner als der Sollwert SP), d.h. Er > 0 und Er > Er' (Er' ist ein einem Regelzyklus vorausgehender Fehler); und
(II) eine Situation liegt vor, in der der Fehler Er ein negativer Wert ist und der absolute Wert |Er| ansteigt (die geregelte Variable PV wird größer als der Sollwert SP), d.h., Er < 0 und Er < Er'.

Wenn eine der Situationen (I) und (II), wie oben beschrieben, vorliegt, bestimmt die Störungsauftritts-Erkennungssektion 4, dass eine Störung vorliegt, und gibt das Aktivierungssignal 1 aus.
Durch das Empfangen des Aktivierungssignals S1 von der Störungsauftritts-Erkennungssektion 4 berechnet die Fehlerkorrekturwert-Berechnungssektion 5 den Fehlerkorrekturwert Erx, welcher durch Multiplikation des Fehlers Er mit einem vorbestimmten Koeffizienten korrigiert wird, und gibt diesen an die Fehlerkorrekturwert-Konvergenz-Berechnungssektion 6 aus (Schritt 5105). Der Fehlerkorrekturwert Erx wird durch Erx = Er (7)berechnet, wobei f eine Konstante ist (z.B. ξ = 0,8).
Die Fehlerkorrekturwert-Konvergenz-Berechnungssektion 6 führt dann eine Konvergenzoperation durch, so dass der Fehlerkorrekturwert Erx von der Fehlerkorrekturwert-Berechnungssektion 5 ausgegeben wird, welcher sich gemäß einer vorbestimmten Regel graduell dem Wert Null annähert (Schritt S106). Insbesondere berechnet die Fehlerkorrekturwert-Konvergenz-Berechnungssektion 6 den Fehlerkorrekturwert Erx' nach der Konvergenzoperation gemäß der Gleichung (8): Erx' = Erx (8),wobei λ eine Konstante ist (0 < λ < 1; z.B. λ = 0,95). Wenn der Fehlerkorrekturwert Erx nicht von der Fehlerkorrekturwert-Berechnungssektion 5 ausgegeben wird, führt die Fehlerkorrekturwert-Konvergenz-Berechnungssektion 6 eine Konvergenzoperation auf der Basis der Gleichung (8) durch Verwendung des Fehlerkorrekturwertes Erx' durch, welcher durch die vorangehende Konvergenzoperation eines Regelzyklus als Fehlerkorrekturwert Erx' in dem gegenwärtigen Regelzyklus erhalten wird. Der Initialwert des Fehlerkorrekturwertes Erx' (Erx) ist 0.
Die arithmetische Regelsektion 7 führt eine PID Operation durch, welche durch die Gleichung (9) auf der Basis des Wertes repräsentiert wird, welcher durch die Subtraktion des Fehlerkorrekturwertes Erx' nach der Konvergenzoperation von dem Fehler Er zum Berechnen der manipulierten Variablen MV (Schritt S107) erhalten wird. MV = CPID (Er – Erx') (9) CPID = Kg{1 + (1/Tis} (1 + Tds)/(1 + ηTds) (10),wobei Kg die proportionale Verstärkung, Ti die Integrationszeit, Td die Differentialzeit und η eine Konstante sind (z.B. η = 0,2).
Die durch die arithmetische Regelsektion 7 berechnete manipulierte Variable MV wird an ein geregeltes System, z.B. an eine Operationseinheit, wie ein Ventil oder eine Heizung, durch die manipulierte variable Ausgabesektion 8 ausgegeben, welche als Interface mit der Außenseite dient (Schritt S108). Die arithmetische Regeleinrichtung wiederholt das oben genannte Verfahren der Schritte S101 bis 5108 in Regelzyklen, bis ein Stoppbefehl von einem Bediener oder dergleichen ausgegeben wird.
3A und 3B zeigen die Zustände der geregelten Variablen PV und der manipulierten Variablen MV in der PID geregelten arithmetischen Regeleinrichtung, wie oben beschrieben. Gemäß 3A bezeichnet das Bezugssymbol PV0 die kontrollierte Variable, welche durch die konventionelle arithmetische Regeleinrichtung erhalten wird. Bezogen auf 3B bezeichnet das Bezugssymbol MV0 die manipulierte Variable, welche durch die konventionelle arithmetische Regeleinrichtung erhalten wird.
Wie in 3A gezeigt, wird, wenn eine Störung zum Zeitpunkt T1 vorliegt, der Fehlerkorrekturwert Erx'(Erx) sofort auf der Basis der Stärke des Fehlers Er berechnet, welcher durch die Störung verursacht wird, und der zu dem Fehler äquivalente Eingabewert, welcher für die Regeloperation verwendet wird, wird auf einen Wert (Er – Erx') mit einem geringen absoluten Wert durch die Verwendung des berechneten Fehlerkorrekturwertes Erx' korrigiert. Mit dieser Operation kann, wenn eine Störung vorliegt, bei der die geregelte Variable PV auf Höchstgeschwindigkeit wechselt, eine exzessive manipulierte Korrektur sofort in dem Moment unterdrückt werden, in dem die Störung auftritt. Als eine Konsequenz daraus kann ein Überschwingen, verglichen mit der konventionellen arithmetischen Steuereinrichtung, unterdrückt werden.
Am Ende der Situation, in der der absolute Wert |Er| des Fehlers durch das Auftreten der Störung erhöht wird (die geregelte Variable PV entfernt sich von dem Sollwert SP) (Zeit T2 in 3A), wird die Ausgabe des Aktivierungssignals S1 durch die Störungsauftritts-Erkennungssektion 4 beendet. Mit dieser Operation beendet die Fehlerkorrekturwert-Berechnungssektion 5 die Berechnung des Fehlerkorrekturwertes Erx, infolgedessen der Fehlerkorrekturwert Erx' graduell sich dem Wert 0 annähert, infolge der Funktion der Fehlerkorrekturwert-Konvergenz-Berechnungssektion 6. Wie oben beschrieben, kann, da der Fehlerkorrekturwert Erx' graduell dem Wert 0 angenähert wird, anstatt abrupt den Wert 0 wiederherzustellen, die Regelung ohne jede Unstetigkeit und ungeeignete Regeloperationen infolge eines abrupten Wechsels bei der manipulierten Variablen MV durchgeführt werden.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft eine Situation, in welcher der absolute Wert |Er| einen Fehler durch das Auftreten einer Störung erkannt wird, und der Fehlerkorrekturwert Erx' (Erx) durch Multiplikation des Fehlers Er mit einem vorbestimmten Koeffizienten erhalten wird. Das Verfahren zum Bestimmen des Fehlerkorrekturwertes Erx' gemäß der vorliegenden Erfindung basiert auf den Tatsachen, dass ein geregeltes System normalerweise durch lineare Charakteristiken nahe der spezifisch geregelten Variablen PV angenähert wird, wobei ein generell einsetzbares Verfahren zum arithmetischen Regeln, wie z.B. ein PID Regler als lineares Regelverfahren, eingesetzt wird. Dieses Verfahren kann ohne jede Minderung der linearen Charakteristiken in einem geregelten System verwendet werden.
Wenn die Störungen in einem gegenwärtig geregelten System auftreten, welche zur linearen Annäherung als Temperaturregelung geeignet sind, variiert der Fehler Er in der Stärke in vielen Fällen, wie in den 4A und 4B gezeigt. Im Gegensatz dazu variiert die Störungsauftrittszeit und die Wiederherstellungszeit nicht viel, aufgrund der linearen Charakteristiken. Bezogen auf die 4A und 4B bezeichnen die Bezugssymbole MV1 und PV1 jeweils eine manipulierte Variable und eine geregelte Variable im Fall 1, welcher mit der konventionellen arithmetischen Regeleinrichtung zugeordnet ist; und MV2 und PV2 eine manipulierte Variable und eine kontrollierte Variable im Fall 2, welcher der konventionellen arithmetischen Regeleinrichtung zugeordnet ist.
Gemäß der arithmetischen Regeleinrichtung der vorliegenden Erfindung bleiben die numerischen Werte der oben genannten Konstanten ξ und λ die gleichen Werte, unter Berücksichtigung der Störungen mit unterschiedlichen Stärken, wie dies in den 4A und 4B gezeigt ist, infolgedessen arbeitet ein Überschwing-Unterdrückungseffekt entsprechend. Durch die eindeutige Bestimmung der geeigneten numerischen Werte der oben genannten Konstanten ξ und λ für ein geregeltes System kann deshalb eine Überschwing-Unterdrückungsfunktion implementiert werden, welche keine Frequenzänderung bei den numerischen Werten erfordert und infolgedessen exzellent arbeitet.
Bei dieser Ausführungsform wird der Eingabewert äquivalent zu dem Fehler, welcher für die Regeloperation verwendet wird, durch (Er – Erx') korrigiert, wie durch Gleichung (9) gezeigt. Da der Fehler Er durch (SP – PV) berechnet wird, wird jedoch die Fehlerkorrektur in dieser Ausführungsform im Wesentlichen durch (SP – PV – Erx') repräsentiert. Diese Funktion entspricht deshalb der Sollwertkorrektur, welche durch {(SP – Erx') – PV} oder durch die geregelte Variablenkorrektur, welche durch {SP – (PV + Erx')} repräsentiert wird.
Bei dieser Ausführungsform wird die PID Regelung durch die vorliegende Erfindung angewendet. Offensichtlich jedoch wird die vorliegende Erfindung nicht dadurch limitiert und kann auch eine IMC Regelung verwenden. In diesem Fall wird die arithmetische Regelsektion 7 die IMC Operation anstatt der PID Operation durchführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, wird in einer arithmetischen Regeleinrichtung zum Durchführen von PID/IMC Regelungen oder dergleichen zum Berechnung einer manipulierten Variablen auf der Basis des Fehlers einer kontrollierten Variablen unter Berücksichtigung eines Sollwertes, wenn das Auftreten einer Störung durch einen Anstieg bei dem absoluten Wert eines Fehlers detektiert wird, ein Fehlerkorrekturwert auf der Basis der Stärke des Fehlers berechnet und eine manipulierte Variable auf der Basis des Fehlers und des Fehlerkorrekturwertes berechnet. Für diese Betriebsweise, bei der eine Störung auftritt, für die die Geschwindigkeit einer kontrollierten Variablen zu hoch ist, um ein gutes Resultat durch die Anwendung der konventionellen Überschwing-Unterdrückungsfunktion zu erhalten, kann ein Überschwingen automatisch unterdrückt werden. Zusätzlich kann die Regelung ohne jegliche Unstetigkeit und ungeeignete Regeloperation infolge einer abrupten Änderung bei der manipulierten Variablen durchgeführt werden, da ein Fehlerkorrekturwert eine graduelle Annäherung an den Wert 0 gemäß einer vorbestimmten Regel ermöglicht.

Claims

Arithmetische Regeleinrichtung, umfassend: erste Berechnungsmittel (3) zum Berechnen eines Fehlers (Er) einer geregelten Variablen auf der Basis einer geregelten Variablen (PV) und eines Sollwertes (SP) für ein geregeltes System; Erkennungsmittel (4) zum Erkennen in Regelzyklen auf der Basis des Fehlers (Er), welcher von den besagten ersten Berechnungsmitteln (3) ausgegeben wird, falls eine Störung vorliegt; zweite Berechnungsmittel (5) zum Berechnen eines Fehlerkorrekturwertes (Erx) auf der Basis einer Größe des Fehlers (Er), welcher von den ersten Berechnungsmitteln (3) ausgegeben wird, wenn das Vorliegen einer Störung detektiert wird; Konvergenzoperationsmittel zum Durchführen einer Konvergenzoperation, so dass der Fehlerkorrekturwert (Erx), welcher von den besagten zweiten Berechnungsmitteln (5) ausgegeben wird, graduell sich dem Wert 0 nähert; und arithmetische Regelmittel (7) zum Berechnen einer manipulierten Variablen (MV) auf der Basis des Fehlers (Er), welcher von den besagten ersten Berechnungsmitteln (3), und einem Fehlerkorrekturwert (Erx') nach der Konvergenzoperation, welcher von den besagten Konvergenzoperationsmitteln (6) ausgegeben wird.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei besagte Berechnungsmittel Subtraktionsmittel zum Berechnen eines Fehlers durch Subtraktion einer geregelten Variablen des geregelten Systems von einem Sollwert umfassen.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei besagte Störungserkennungsmittel das Vorliegen einer Störung detektieren, wenn ein absoluter Wert des Fehlers, welcher von besagten ersten Berechnungsmitteln ausgegeben wird, ansteigt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 3, wobei besagte Störungsdetektionsmittel das Vorliegen einer Störung detektieren, wenn Er > 0 und Er > Er', wobei Er ein Fehler und Er' ein aus einem Regelzyklus hervorgehender Fehler ist, und Er < 0 und Er < Er' ist.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei besagte zweite Berechnungsmittel einen Fehlerkorrekturwert durch Multiplizieren des Fehlers, welcher durch besagte erste Berechnungsmittel ausgegeben wird, mit einem vorbestimmten Koeffizienten ergeben.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei besagte arithmetische Regelmittel eine PID Operation (Proportional, Integral und Differential) und eine IMC Operation (Interne Modellregelung) durchführen.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei die besagte Regeleinrichtung ferner umfasst: geregelte variable Eingabemittel (1), mit denen eine geregelte Variable eines geregelten Systems eingegeben wird; und Sollwerteingabemittel (2), mit denen ein Sollwert eingegeben wird, und besagte erste Berechnungsmittel, welche einen Fehler ei ner geregelten Variablen durch die Verwendung der geregelten Variablen für das geregelte System, welcher von den besagten geregelten variablen Eingabemitteln ausgegeben wird, und den Sollwert berechnen, welcher von den besagten Sollwerteingabemitteln ausgegeben wird.
Verfahren zum arithmetischen Regeln, umfassend die folgenden Schritte: Berechnen (3) eines Fehlers (Er) auf der Basis einer geregelten Variablen (PV) und einem Sollwert (SP) für ein geregeltes System; Erkennen (4) in geregelten Zyklen auf der Basis des berechneten Fehlers (Er), falls eine Störung auftritt; Berechnen (5) eines Fehlerkorrekturwertes (Erx) auf der Basis einer Größe des berechneten Fehlers (Er), wenn das Auftreten einer Störung detektiert wird; Durchführen (6) einer Konvergenzoperation, um den berechneten Fehlerkorrekturwert (Erx) graduell dem Wert 0 anzunähern, gemäß eines vorbestimmten Maßstabes; und Berechnen (7) einer manipulierten Variablen (MV) auf der Basis des berechneten Fehlers (Er) und eines Fehlerkorrekturwertes (Erx) nach der Konvergenzoperation und Ausgabe der manipulierten Variablen (MV) an das geregelte System.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Verfahrensschritt des Berechnens des Fehlers den Verfahrensschritt der Berechnung des Fehlers durch Subtraktion der geregelten Variablen des geregelten Systems von dem Sollwert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Verfahrensschritt des Detektierens des Auftretens der Störung den Verfahrensschritt des Detektierens des Auftretens der Störung umfasst, wenn ein Absolutwert des berechneten Fehlers ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Verfahrensschritt des Detektierens des Auftretens der Störung den Verfahrensschritt des Detektierens des Auftretens einer Störung umfasst, wenn Er > 0 und Er > Er', wobei Er ein Fehler und Er' ein Fehler aus einem Regelzyklus ist und Er < 0 und Er < Er' ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Verfahrensschritt des Berechnens des Fehlerkorrekturwertes den Verfahrensschritt des Berechnens eines Fehlerkorrekturwertes durch Multiplizieren eines berechneten Wertes mit einem vorbestimmten Koeffizienten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Verfahrensschritt des Berechnens der manipulierten Variablen den Verfahrensschritt des Berechnens einer manipulierten Variablen durch das Ausführen einer PID Operation (Proportional, Integral und Differential) und einer IMC Operation (Interne Modellregelung) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren weitere Verfahrensschritte umfasst: Eingabe einer geregelten Variablen eines geregelten Systems; und Eingabe eines Sollwertes, und Berechnen des Fehlers, umfassend den Verfahrensschritt des Berechnens eines Fehlers einer geregelten Variablen durch die Verwendung der geregelten Eingabevariablen und des Eingabesollwertes für das geregelte System.