FI72215C

FI72215C - Device for self-adjusting controllers.

Info

Publication number: FI72215C
Application number: FI790565A
Authority: FI
Inventors: Gunnar Bengtsson
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1987-04-13
Also published as: DK68679A; NO790576L; DE2905525C2; FI72215B; DK148853C; NO156345B; SE442921B; SE7802097L; GB2015771A; FI790565A; NO156345C; DE2905525A1; GB2015771B; CA1142590A; DK148853B

Description

KUULUTUSjULKAISU n0nr- B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 72z'0 C (45) I ' + - 2 s, i λ-γ», ^ ^ ' (51) Kv.lk.*/Int.ci.* G 05 B 13/02 PINL.AND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 790565 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 20.02.79 (H) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 20.02.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentiig 24.08.79ANNOUNCEMENT No. B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 72z'0 C (45) I '+ - 2 s, i λ-γ », ^ ^' (51) Kv.lk. * / Int.ci. * G 05 B 13/02 PINL .AND (21) Patent application - Patentansökning 790565 (22) Application date - Ansökningsdag 20.02.79 (H) (23) Starting date - Giltighetsdag 20.02.79 (41) Has become public - Blivit offentiig 24.08.79

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.— 31-12.86National Board of Patents and Registration Date of display and publication— 31-12.86

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 23.02.78 Ruotsi-Sverige(SE) 7802097“1 (71) ASEA Aktiebolag, Västeras, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Gunnar Bengtsson, Västeras, Ruotsi-Sverige(SE) (74) Berggren Oy Ab (54) Itsesäätyvissä säätimissa käytettävä laite -Anordning vid självinställande regulatorerPatent and registration authorities '' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. application - Int. ansökan (32) (33) (31) Privilege claimed - Begärd priority 23.02.78 Sweden-Sweden (SE) 7802097 “1 (71) ASEA Aktiebolag, Västeras, Sweden-Sweden (SE) (72) Gunnar Bengtsson, Västeras, Sweden -Sverige (SE) (74) Berggren Oy Ab (54) Device for self-adjusting regulators -Anordning vid självinställande regulatorer

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen laite itsesäätyvään säätimeen, joka käsittää esim. PI- tai PID-tyyppisen lineaarisen digitaalisäätimen, jolloin laitteeseen myös kuuluu laskenta- ja asetuselin säätöpara-metrien optimaalista asetusta varten. Tällainen itsesäätyvä säädin on ennestään tunnettu esim. FI-patentista 63 497.The present invention relates to a device for a self-adjusting controller according to the preamble of claim 1, comprising, for example, a linear digital controller of the PI or PID type, the device also comprising a calculation and setting element for optimal setting of control parameters. Such a self-adjusting controller is already known, for example, from FI patent 63,497.

Ohjattaessa prosessia, jossa on esimerkiksi kuviossa 1 esitettyä tyyppiä oleva askelvaste, on tärkeää, että valittu jaksottainen käyntiaika k ja valittu näytteenottoaika T ovat suhteessa kuolleeseen aikaan L, niin että k · T > L ja (k-1) T < L. Kuvio 1 esittää T:n sallittua valintaa, kun k = 2. Joskus saattaa olla pulmallista valita ensin näytteenottoaika T ja saada säätimestä haluttu käyntiaika k stabiilin säädön aikaansaamiseksi. Stabiliteetin kannalta on vaarallista antaa k:lie liian pieniä arvoja.When controlling a process with, for example, a step response of the type shown in Figure 1, it is important that the selected periodic running time k and the selected sampling time T are proportional to the dead time L, so that k · T> L and (k-1) T <L. Figure 1 shows the allowable selection of T when k = 2. Sometimes it can be problematic to first select the sampling time T and get the desired running time k from the controller to achieve a stable control. From the point of view of stability, it is dangerous to give k values that are too small.

Keksintö tähtää näiden ja muiden tähän liittyvien ongelmien rat kaisuun ja keksinnön tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patentti vaatimuksesta 1. Keksinnön mukaiseen säätimeen 2 7 2 21 5 on liitetty lisälaskenta- ja asetuselin näytteenotto!aitteen ohjausta varten. Tarkoituksena on siis löytää sopiva näytteenottoaikä stabiilia säätöä varten pitäen lähtökohtana kiinteää käyntiaikaa k, ts. sitä nryt-teenottovälien T lukumäärää, joka kuluu kunnes järjestelmä, vastaa. Täi löi n vältytään epästabiilin järjestelmän vaaralta, jossa k on liian pieni.The invention aims at solving these and other related problems, and the features of the invention appear from the appended claim 1. An additional calculation and setting element for controlling the sampling device is connected to the controller 2 7 2 21 5 according to the invention. The aim is thus to find a suitable sampling time for stable control, starting from a fixed running time k, i.e. the number of nryt sampling intervals T that elapses until the system corresponds. The risk of an unstable system where k is too small is avoided.

Keksintö on esitetty lähemmin oheisessa kuviossa 2, joka esittää keksinnön mukaisen itsesäätyvän säätimen lohkokaaviota. Kuvio 1 esittää keksinnön taustaa (katso edellä olevaa).The invention is shown in more detail in the accompanying Figure 2, which shows a block diagram of a self-adjusting controller according to the invention. Figure 1 shows the background of the invention (see above).

Prosessi, jota on tarkoitus ohjata keksinnön mukaisella itsesäätyvällä säätimellä, esitetään kohdassa 1 (kuvio 2). Prosessiin syötetään ohjausarvo 2.The process to be controlled by the self-adjusting controller according to the invention is shown in point 1 (Figure 2). Control value 2 is entered in the process.

Laitteeseen kuuluu lineaarinen digitaalisäädin 3, joka on esim. PID-tyyppiä ja johon mm. johdetaan vertailuarvo 4. Säädin on sovitettu ohjaamaan prosessia ja, jotta siitä tulisi itsesäätyvä, se on kytketty laskenta- ja asetuselimeen 5 säätöparametrien optimaalista asetusta ja adaptaatiota varten.The device comprises a linear digital controller 3, which is e.g. of the PID type and in which e.g. a reference value 4 is derived. The controller is adapted to control the process and, in order to become self-adjusting, is connected to a calculation and setting element 5 for optimal setting and adaptation of the control parameters.

Säätimeen on myös liitetty lisälaskenta- ja asetuselin 6 sooivan näytteenottoa jän (T) asettamiseksi näytteityslaitteeseen 7 säätösignaa-lien kytkentää ja irtikytkentää varten (8:n kautta; (näytteenottoajän T adaptaatio).An additional counting and setting member 6 is also connected to the controller for setting a ringing sampler (T) in the sampling device 7 for switching on and off the control signals (via 8; (adaptation of the sampling time T)).

Suoritusjärjestys on sellainen, että säädin 3 kytketään jokaisena näytteenottoajankohtana, kun taas adaptaatio voi tapahtua jonkin seuraavan kolmen vaihtoehdon mukaan: 1) sama taajuus kuin säätimessä 3 2) hitaampi taajuus kuin säätimessä 3 3) asennettaessa tai ainoastaan tapahtuman sattuessa.The order of execution is such that controller 3 is switched on at each sampling time, while adaptation can take place according to one of the following three options: 1) same frequency as controller 3 2) slower frequency than controller 3 3) during installation or only in the event of an event.

Keksinnön mukainen säädin on siis täysin itsesäätyvä, ts. mitään parametrejä ei tarvitse säätää käsin, kun säädin 3 liitetään prosessiin 1.The controller according to the invention is thus completely self-adjusting, i.e. no parameters need to be adjusted manually when the controller 3 is connected to process 1.

li 3 7221 5 Säädin adaptaatioelimineen 5-6 toimii aikadiskreettinä järjestelmänä, jossa prosessista tulevat mittaussignaalit näytteitetään (T) ja näytteenottoarvot sovitetaan prosessin malliin, joka on sopivasti asennettu säätimeen.li 3 7221 5 The controller with its adaptation elements 5-6 functions as a time-discrete system in which the measurement signals from the process are sampled (T) and the sampling values are fitted to a process model suitably mounted on the controller.

Käyttämällä mallia lähtökohtana valitaan optimaalinen ohjaussignaali.Using the model as a starting point, the optimal control signal is selected.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti prosessin jaksottainen käyn-tiaika k (= näytteenotto aikojen T lukumäärä/jatkuva käyntiaika) voidaan määrätä 2:ksi tai suuremmaksi (katso kuvio 1). Näytteenottoaikoja joiden välillä säädin valitsee, voidaan havainnollistaa seuraavalla kaavalla (rekursiivinen):According to an embodiment of the invention, the periodic running time k of the process (= number of sampling times T / continuous running time) can be set to 2 or more (see Fig. 1). The sampling times between which the controller selects can be illustrated by the following formula (recursive):

Ti+1 - Ä · Ti l1»Ti + 1 - Ä · Ti l1 »

Tq = pienin näytteenottoaika.Tq = minimum sampling time.

T\ merkitsee siis eri näytteenottoaikoja. Aloitetaan T :sta ja mennään ylöspäin, kunnes löydetään sopiva T, mikä tapahtuu automaattisesti säätimessä.Thus, T \ denotes different sampling times. Let's start with T and go up until a suitable T is found, which happens automatically in the controller.

Voidaan osoittaa, että mainitun kaavan (1) kehittämissä näytte ajoissa on tarkalleen yksi näytteenottoaika, joka sopii prosessiin. Lisäksi kehitetään muutamia näytteenottoaikoja testausta varten.It can be shown that the sample generated by said formula (1) in time has exactly one sampling time suitable for the process. In addition, a few sampling times for testing are being developed.

Jotta k = 2, TQ = 20 msek, tarvitaan vain 13 eri näytteenottoaikaa kattamaan alue 20 msek - 82 sek.For k = 2, TQ = 20 msec, only 13 different sampling times are required to cover the range of 20 msec to 82 sec.

Oikean näytteenottoajan löytämiseksi kaavan (1) mukaisesti kehitetyistä .näytteenöttoajoista säädön aikana säädin arvioi häviön σ, joka koostuu mittaussignaalien painotetusta neliösummasta peräkkäisinä näytte ajankohtina.To find the correct sampling time from the .sampling times developed according to formula (1) during control, the controller estimates the loss σ, which consists of the weighted sum of squares of the measurement signals at successive sample times.

σ = y2(t) + λ · β (t-Tkj_72 + λ2 β (t-2Tk^72 + λ3 β (t-3Tk_)72+ ...σ = y2 (t) + λ · β (t-Tkj_72 + λ2 β (t-2Tk ^ 72 + λ3 β (t-3Tk_) 72+ ...

(2)(2)

Oikea näytteenottoaika Tk on se, johon pätee seuraava: (A) n:lla on paikallinen minimiThe correct sampling time Tk is the one to which: (A) n has a local minimum

Tk:ssa, ts. σ(Tk) < min ( 0 (tk-1)' a(Tk+l)) jossa Tk kehitetään kaavasta (1).In Tk, i.e. σ (Tk) <min (0 (tk-1) 'a (Tk + 1)) where Tk is developed from formula (1).

_____ - T7“ 4_____ - T7 “4

(Β) σ on kiinteä, ts. . c-<L . J(Β) σ is fixed, i.e.. c- <L. J

σΝ (V / ö(Tk) 6 (f' p) ' jossa p valitaan sopivaksi vakioksi (p = F, σ (N, »), jos halutaan ~ 2 hypoteesikoetusta "säädin optimaalinen" riskitasolla a.σΝ (V / ö (Tk) 6 (f 'p)' where p is chosen as a suitable constant (p = F, σ (N, ») if ~ 2 hypothesis tests" regulator optimal "at risk level a are desired.

σΝ(Τ^) merkitsee häviötä, joka on arvioitu viimeisten N näytteenotto-ajankohtien aikana.σΝ (Τ ^) denotes the loss estimated during the last N sampling times.

σ:η on siis täytettävä nämä kaksi ehtoa, jotta järjestelmä olisi stabiili. Jos esim. B:n mukainen kvootti jää ulkoouolelle (—, p) hypoteesikoetuksessa, järjestelmästä tulee epästabiili.σ: η must therefore meet these two conditions for the system to be stable. If, for example, the quota according to B remains in the outer range (-, p) in the hypothesis test, the system becomes unstable.

Erään toisen suoritusmuodon mukaisesti jaksottainen käyntiaika k määrätään samalla tavoin kuin edellä mielivaltaiseksi kokonaisluvuksi k - 2.According to another embodiment, the periodic running time k is determined in the same manner as above for an arbitrary integer k - 2.

Näytteenottoa jän sallitaan muuttuvan erillisinä ajankohtina tN alla olevien kaavojen mukaisesti.Sampling is allowed to vary at separate times tN according to the formulas below.

fcN+l fcN + m T(tN*' jossa m on kiinteä mielivaltainen kokonaisluku > 1 ja T on ajankohtana t^ määrätty näytteenottoaika.fcN + 1 fcN + m T (tN * 'where m is a fixed arbitrary integer> 1 and T is the sampling time determined at time t ^.

Suodatettu mittausarvo ζ(1^) muodostetaan mittausarvon funktiona näytteenottoajankohtina tN_^, tN_^ + T(tn), ..., tN seuraavien suureiden painotettuna summana: m n* k S^Y(tN) = Σ y(t 1+i^T(tN_1))y(tN_1+(i-n)T(tN_1)) 1 i=0 m n 1 k SnY(tN) = Σ y<tM-l+i*T<TN-l,)u(tK-l+(i'n)T(tN-l,) 1 i=0 m sY(V = Σ ϊ(^-ι+ι·τ<νι)) 1=0The filtered measured value ζ (1 ^) is formed as a function of the measured value at sampling times tN_ ^, tN_ ^ + T (tn), ..., tN as a weighted sum of the following quantities: mn * k S ^ Y (tN) = Σ y (t 1 + i ^ T (tN_1)) y (tN_1 + (in) T (tN_1)) 1 i = 0 mn 1 k SnY (tN) = Σ y <tM-1 + i * T <TN-1,) u (tK-1 + ( i'n) T (tN-1,) 1 i = 0 m sY (V = Σ ϊ (^ - ι + ι · τ <νι)) 1 = 0

Kuvion 2 adaptaatiolaite 6 tehdään itsesäätyväksi säätimeksi samalla laskentametodiikalla kuin 3,5:ssä, kuvio 2, vain sillä erotuksella, että "mittausarvona" pidetään z(tN) ja "ohjausarvona" T(t ) (näytteenottoaika ajankohtana t^).The adaptation device 6 of Fig. 2 is made as a self-adjusting controller by the same calculation methodology as in 3.5, Fig. 2, only with the difference that the "measured value" is considered to be z (tN) and the "control value" T (t) (sampling time at time t 1).

Edellä esitettyä laitetta voidaan muunnella monin tavoin seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.The above device can be modified in many ways within the scope of the following claims.

Claims

5 7221 5

A device for use in self-adjusting controllers, wherein the controller comprises a linear digital controller (3), e.g. of the PI or PID type, and wherein the device also comprises a counting and setting means (5) for optimal setting of control parameters, and further comprises sampling means ( 7) for the control signals and a second counting and setting means for controlling the sampling means is connected to the controller, characterized in that the counting means is adapted to set a discrete travel time (k), after which this time is set to select a sampling time for system stability (T) automatically so that k T> L and (k — 1) · T <L, where L is the dead time.

Device according to Claim 1, characterized in that the sampling time (T) is adapted to be selected in the calculation element according to the following formula T = ---- T. l + l k-1 i where 1 \ denotes different sampling times and where T is suitably adjusted for selection in the controller.

1. Anordning vid självinställande regulatorer, vilken regulator innefattar en linearär, digital regulator (3), t ex. the PI-eller PID character, as well as the anchor signal of the control and installation body (5) for the optimal installation of the control parameter, the colors of the anchor signal of the control and the sample (7) for the control signal and the control of the regulator and the other the inspection body and installation body for the sampling, the installation of the discrete test (s) and the installation of the sampling body, the equipment, the installation and the stability of the sampling equipment (T) and the automatic installation k · T> L och (k-1) · Τ 4 L, for L är dödtiden.