NO333220B1

NO333220B1 - Framgangsmate for vedlikehold av bronnhull ved bruk av et reguleringssystem for blandesystem

Info

Publication number: NO333220B1
Application number: NO20075791A
Authority: NO
Inventors: Jason D Dykstra; Justin A Borgstadt
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2013-04-15
Also published as: US20080164023A1; WO2006109040A1; US7353874B2; AR054346A1; US7543645B2; CA2604701C; CA2604701A1; EP1882079B1; EP1882079A2; US20060231259A1; NO20075791L; DK1882079T3; MX2007012811A

Abstract

Framgangsmåte for vedlikehold av et borehull. Et blandesystem (10) koples til borehullet, som reguleres for å produsere en materialblanding (13) med omlag ønsket densitet og ønsket volumetrisk strømningsrate for å. betjene borehullet. Reguleringen for produksjon av ønsket densitet skjer uavhengig av reguleringen som gir ønsket volumetrisk strømningsrate.

Description

Oppfinnelsen angår en blandeprosess og nærmere bestemt en framgangsmåte for vedlikehold av et brønnhull ved bruk av et reguleringssystem for et blandesystem.

Bakgrunn

Et reguleringssystem omfatter typisk en eller flere fysiske systemkomponenter under en eller annen form for automatisert regulering som samvirker for å oppnå et sett av felles mål. Reguleringssystemet kan utformes til å utøve en pålitelig regulering av de fysiske systemkomponentene i nærvær av eksterne forstyrrelser, variasjoner mellom fysiske komponenter grunnet produksjonstoleranse, og endringer i pådrag for regulerte utverdier, slik som densitet for en sementblanding. Reguleringssystemet kan også utformes til å være stabilt og unngå svingninger innenfor et område med spesifikke driftsbetingelser.

I brønnhullsomgivelser kan et brukes et reguleringssystem under blanding av materialer for å oppnå en ønsket densitet i produktblandingen. Ved boring av en olje- eller gassbrønn for eksempel, er det vanlig å installere et foringsrør i brønnhullet og sementere foringsrøret på plass mot brønnveggen. Et sementblandesystem som støtter brønnvedlikeholdsoperasjoner, slik som sementering av foringsrør i et brønnhull, kan forsynes med et reguleringssystem som er konfigurert til å gi en ønsket volumetrisk strømningsrate av sementblanding med ønsket densitet. Reguleringssystemet for blanding av sement kan særlig regulere ventiler som tillater innkommende strøm av tørt sementmateriale og vann for å oppnå denønskete densitet i sementblandingen og en ønsket volumetrisk strømningsrate for samme. Reguleringssystemet kan for eksempel betjenes ved å overvåke sementblandingens strømningsrate og densitet, og å regulere en innkommende strøm avvann og innkommende strøm av tørt sementmateriale. Fordi slike konvensjonelle systemer regulerer utverdiene, slik som strømningsrate og densitet for sementblanding avhengig av hverandre, har disse systemene en tendens til å oppvise lange tidsforsinkelser i respons av en ventil til endringer i posisjon for den andre ventilen. Dette kan føre til uakseptable svingninger i de overvåkede parametrene og problemer med å stabilisere systemet. For å gjøre systemet mer stabilt, vil det være ønskelig å regulere utparametrene, slik som en strømningsrate for blandingen og densitet for samme, uavhengig av hverandre. Det foreligger følgelig et behov for et reguleringssystem for et blandesystem med flere innverdier som fjerner effektene av endringer i de produserte pådrag.

US patent nr. 3 591147, som anses å være den nærmeste kjente representanten for teknikkens stand, viser et apparat og en metode for å blande boreslam for bruk i brønnoperasjoner og omfatter uavhengig betjenbare høy- og lavkapasitetssystemer for å tilføre faststoffer for slammet til en blandetank. Det benyttes videre et radioaktivt densiometer for å måle tettheten av slammet.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte for vedlikehold av et brønnhull ved å kople et reguleringssystem til brønnhullet, regulere blandesystemet for å produsere en materialblanding med hovedsakelig ønsket densitet, og regulere blandesystemet for å forsyne materialblanding til brønnhullet med hovedsakelig ønsket volumetrisk strømningsrate for å betjene brønnhullet, hvorved reguleringen for å gi hovedsakelig ønsket densitet skjer uavhengig av reguleringen for å forsyne hovedsakelig ønsket volumetrisk strømningsrate, og er kjennetegnet ved videre å omfatte å regulere blandesystemet til å fylle en tank med materialblandingen til en viss omtrentlig ønsket høyde og mate denønskede høyde inn i et reguleringssystem som kan betjenes til å utføre reguleringstrinnene.

Disse og andre trekk og fordeler vil framgå i nærmere detalj fra den etterfølgende detaljerte beskrivelsen og de ledsagende figurene og patentkravene.

For å gi en mer komplett forståelse av den foreliggende oppfinnelsen og dens fordeler, skal det i det etterfølgende vises til en kort beskrivelse ledsaget av figurer, der like henvisningstall refererer til like deler. Figur 1 er et diagram av én utføreIsesform av et fysisk anlegg der et reguleringssystem for et blandesystem kan implementeres.

Figur 2 er et blokkdiagram av en utføre Isesf orm av et reguleringssystem.

Figur 3 er et blokkdiagram av en utførelsesform av en strømningsmodulatorkomponent i reguleringssystemet i figur 2. Figur 4 er et blokkdiagram av en utførelsesform av en strømningsregulator i reguleringssystemet i figur 2. Figur 5A er et blokkdiagram av to utførelsesformer av en tilstandsfeedbackregulator med kommandomatingskomponent i reguleringssystemet i figur 2. Figur 5B er et blokkdiagram av den første utførelsesformen av tilstandsregulatoren med kommandomatingskomponent 5A. Figur 5C er et blokkdiagram av den første utførelsesformen av tilstandsfeedbackregulatoren med kommandomatingskomponenten i figur 5A. Figur 6 er et blokkdiagram av komponentene i reguleringssystemet i figur 2 i kontekst av det fysiske anlegget. Figur 7 er et flytdiagram som illustrerer et eksempel på bruk av reguleringssystemet i figur 2. Figur 8A er et blokkdiagram av en utførelsesform av en komponent for observering av høyde. Figur 8B er et blokkdiagram av en utførelsesform av et reguleringssystem som omfatter en første og andre komponent for observering av høyde. Figur 9A er et blokkdiagram av en utførelsesform av en komponent for observering av densitet. Figur 9B er et blokkdiagram av en utførelsesform av et reguleringssystem som omfatter en første og andre komponent for observering av høyde. Figur 10A er et blokkdiagram av en første del av en utførelsesform av et reguleringssystem for et fysisk anlegg med en enkelt beholder, hvor den første delen inkluderer en høyderegulator. Figur 10B er et blokkdiagram av en andre del av utførelsesformen av reguleringssystemet for et fysisk anlegg med en enkelt beholder, der den andre delen inkluderer en densitetsregulator. Figur 11 er et blokkdiagram av en utførelsesform av et reguleringssystem med en densitetsobservator forbundet med en første beholder og uten automatisert høyderegulering. Figur 12 er et blokkdiagram av en utførelsesform av et reguleringssystem med en densitetsobservator forbundet med den første beholderen og en høydeobservator forbundet med en andre beholder. Figur 13 illustrerer et eksempel på et generelt datamaskinsystem egnet til å implementere de ulike utførelsesformene av reguleringssystemet og de ulike bestanddelene av samme.

Det skal i starten bemerkes at den foreliggende beskrivelsen illustrerer ulike implementasjoner av ulike utførelsesformer av et reguleringssystem med en eller flere inndata. Det foreliggende reguleringssystemet kan imidlertid også implementeres ved bruk av et vilkårlig antall andre teknikker, så vel kjente som eksisterende. Den foreliggende beskrivelsen skal på ingen måte begrenses til de skisserte utførelsene, figurene eller teknikkene beskrevet nedenfor, inkludert design og implementasjon illustrert og beskrevet her.

I en utførelsesform vist i figur 1 omfatter et fysisk anlegg 10, som skal reguleres, en første tank eller beholder 12 forenet via en overløpskant 14 med en andre tank 16, en første aktuator 18 som doserer et første materiale som skal blandes, en andre aktuator 20 som doserer et andre materiale som skal blandes, og ei utløpspumpe 22. En første blanding 13 lages fra den inngående strømmen av det første materialet fra den første aktuatoren 18 og det andre materialet fra den andre aktuatoren 20 til den første tanken 12. Når den første blandingen 13 fyller den første tanken 12 til høyden av overløpskanten 14, strømmer den første blandingen 13 over i den andre tanken

16. Blandingen i den andre tanken 16 benevnes som en andre blanding 15. Et første røreverk 24 og et andre røreverk 26 kan være forsynt for å fremme homogenitet i henholdsvis den første blandingen 13 i den første tanken 12 og den andre blandingen 15 i den andre tanken 16. Den andre blandingen 15 strømmer ut av den andre tanken 16 via ei utløpspumpe 22 og en utløpsledning 32.1 andre utførelsesformer kan ekstra aktuatorerføde flere materialer til den første tanken 12.1 andre utførelsesformer kan det brukes en enkelt beholder eller tre eller flere beholdere.

I en utførelsesform er det fysiske anlegget 10 et blandesystem for brønnhullsfluider, slik som en sementblander som brukes til å danne en kontinuerlig strøm av en sementslurry for sementering av et foringsrør til en brønnvegg. I denne utførelsesformen kan et tørt sementmateriale fluidiseres ved tilførsel av trykkluft, som fremmer fluidstrøm av tørrsementen gjennom en første fødeledning 28, for dosering inn til en første tank 12 gjennom den første aktuatoren 18, for eksempel, og et bærerfluid, slik som vann, kan strømme gjennom en andre fødeledning 30 for dosering inn i den første tanken 12 gjennom den andre aktuatoren 20.1 denne utførelsesformen kan den første og andre aktuatoren 18 og 20 være for eksempel ventiler. Disse to materialene, det tørre sementmaterialet og bærerfluidet, blandes av det første røreverket 24 for å danne en første blanding 13. Ikke-fluidisert sand eller annet partikkelformig materiale kan doseres gjennom en tredje aktuator (ikke vist), slik som en skruemater, til den første tanken 12 for å blandes med sementslurryen. | ulike utførelsesformer kan enhver av de ulike aktuatorene omfatte en ventil, en skruemater, en augur, en elevator eller annen type aktuator kjent innen fagområdet. Den første blandingen 13 er fortrinnsvis hovedsakelig homogen. Det fysiske anlegget 10 bør avgi sementslurry via utløpspumpa 22 og utløpsledningen 32 ved en volumetrisk strømningsrate tilstrekkelig til å forsyne brønnvedlikeholdsoperasjonen, og bør blande det tørre sementmaterialet, bærerfluidet og eventuelt partikkelformig materiale i egnete andeler slik at sementslurryen som doseres oppnår en ønsket densitet. Det fysiske anlegget 10 kan i andre utførelsesformer støtte andre blandeoperasjonerfor andre materialer. I en annen utførelsesform kan eksempelvis bulkproppmateriale doseres gjennom første og andre aktuator 18, 20 til den første tanken 12 for å danne en del av et fraktureringsfluid.

Figur 1 identifiserer også flere parametre ved et reguleringssystem, for eksempel et første reguleringssystem 100 skissert i figur 2, koplet til det fysiske anlegget 10 og som tjener til å regulere driften av samme. Den første tanken 12 har et tverrsnittsareal representert ved konstanten A1#og den andre tanken 16 har et tverrsnittsareal representert ved konstanten A2. Høyden av den første blandingen 13 i den første tanken 12 er representert ved variabelen h^ og høyden av den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 er representert ved variabelen h2. Den volumetriske strømningsraten for det første materialet, for eksempel tørrsement, gjennom den første aktuatoren 18 til den første tanken 12 er representert ved dvj/dt. Den volumetriske strømningsraten for det andre materialet, for eksempel vann, gjennom den andre aktuatoren 20 til den første tanken 12 er representert ved dv^dt. Den volumetriske strømningsraten for det første fluidet 13, for eksempel en sementslurry, over overløpskanten 14 og ned i den andre beholderen 16 er representert ved dv12/ dt. Den volumetriske strømningsraten for den andre blandingen 15 ut av den andre tanken 16 og gjennom utløpspumpa 22 er representert ved dvs/dt.

Det første reguleringssystemet 100 beskrevet i det etterfølgende forventes å redusere reguleringssvingninger grunnet systemtidsforsinkelser og å fremme uavhengig regulering av en blandingsdensitet og strømningsrate for samme.

Med henblikk på figur 2, er det skissert et første reguleringssystem 100 som er koplet til det fysiske anlegget 10 i figur 1 og regulerer den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20.1 en utførelsesform regulerer det første reguleringssystemet 100 aktuatoren 18 og 20 for å skaffe avfølte parameterverdier som er lik eller tilnærmet lik de følgende innparametrene som sendes inn til det første reguleringssystemet 100 av en operatør gjennom et grensesnitt med det første reguleringssystemet 100: en høyde h2for den andre blandingen 15 i den andre tanken, en volumetrisk strømningsrate dvjds for den andre blandingen 15 ut av den andre tanken 16, og en densitet ps for den andre blandingen 15 ut av den andre tanken 16.1 andre utførelsesformer kan det første reguleringssystemet 100 regulere den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20 for å oppnå avfølte parameterverdier som er lik eller tilnærmet lik andre innpårametre. For eksempel kan det første reguleringssystemet 100 regulere den volumetriske strømningsraten for den første blandingen 13 over overløpskanten 14 ned i den andre tanken 16, representert ved dv12/dt, og densiteten for den andre blandingen 15 når den forlater den andre tanken 16, representert ved ps. Det første reguleringssystemet 100 regulerer imidlertid faktisk den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20, for eksempel ved å justere ventilposisjon eller ved å modifisere en rotasjonshastighet for en skruemater.

Det første reguleringssystemet 100 omfatter en regulator 102 som mottar innparametre fra en operatør gjennom et grensesnitt med det første reguleringssystemet 100, og mottar også avfølte parameterverdier fra sensorer koplet til eller integrert med det fysiske anlegget 10. Regulatoren 102 distribuerer pådrag i form av utparameterverdiertil den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20. En innparameter 104 for h2gir regulatoren 102 den ønskede høyden h2av den andre blandingen 15 i den andre tanken 16, en innparameter 106 for dvs/dt gir den volumetriske strømningsraten dvs/dt for den andre blandingen 15 ut av den andre tanken 16, og en innparameter 108 for ps for den andre blandingen 15 ut av den andre tanken 16. En hi-sensor 110 gir en indikasjon på høyden hti den første blandingen 13 i den første tanken 12, en h2-sensor 112 gir en indikasjon på høyden h2av den andre blandingen 15 i den andre tanken 16, en ps sensor 114 gir en indikasjon av densiteten p12for den første blandingen 13, og en ps sensor 116 gir en indikasjon på densiteten ps for den andre blandingen 15. Disse indikasjonene kan betegnes som avfølte eller registrerte parameterverdier.

I en utførelsesform regulerer det første reguleringssystemet 100 aktuatorene 18 og 20 for å oppnå ønsket volumetrisk strømningsrate dv12/dt for den første blandingen 13 over overløpskanten 14 og inn i den andre tanken 16, og en densitet ps for den andre blandingen 15 ut av den andre tanken 16, uavhengig av hverandre. For eksempel vil en endring av dvs/dt innparameteren 106 forårsake at regulatoren 102 regulerer aktuatorene 18 og 20 slik at den faktiske volumetriske strømningsraten dv12/dt for den første blandingen 13 over overløpskanten 14 inn i den andre tanken 16 endres inntil den er hovedsakelig lik dvjdt innparameteren 106. Faktiske verdier kan av en fagperson også i visse sammenhenger betegnes som nominelle verdier. Densiteten ps for den andre blandingen 15 når den forlater den andre tanken 16 forblir hovedsakelig uendret fordi parametrene for densitet og strømningsrate reguleres uavhengig. En endring av ps innparameter 108 vil på tilsvarende vis forårsake at regulatoren 102 endrer reguleringssignalene til aktuatorene 18 og 20 inntil den avfølte densitet ps for den andre blandingen 15 registrert ved ps sensor 116 hovedsakelig er lik ps innparameterverdi 108. Den volumetriske strømningsrate dvi2/dt for den første blandingen 13 over overløpskanten 14 ned i den andre tanken 16 forblir imidlertid hovedsakelig uendret fordi parametrene for strømningsrate og densitet reguleres uavhengig.

Med henvisning til figur 3, er det skissert en strømningsmodulator 150 for bruk med en eller flere utførelsesformer av det første reguleringssystemet. Strømningsmodulatoren 150 omfatter en første strømningsmodulator 152 og en andre strømningsmodulator 154 for å modulere henholdsvis den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20.1 noen utførelsesformer kan den første strømningsmodulatoren 152 og den andre strømningsmodulatoren 154 være kombinert i en integrert modulatorenhet 155 eller kombinert i en enkelt funksjonell blokk, slik som en datamaskin programmert til å modulere den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20. Den første og andre strømningsmodulatoren 152,154 gir en mekanisme for modulering eller konvertering mellom foretrukkete reguleringsparametre, slik som volumetrisk rate og massebasert strømningsrate, og de fysiske reguleringene av det fysiske systemet, for eksempel reguleringssignal til den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20. Både den første strømningsmodulatoren 152 og den andre strømningsmodulatoren 154 mottar fra en annen komponent i regulatoren 102 et første pådrag 151 for volumbasert strømningsrate for dvjn/dt og et første pådrag 153 for massebasert strømningsrate for dmin/dt. For eksempel kan det første pådraget for volumrate dvin/dt 151 og det første pådraget for masserate dmin/dt 153 mottas fra en strømningsregulator 200, omtalt i nærmere detalj nedenfor, eller fra en annen komponent i regulatoren 102. Det første volumratepådraget dvin/dt 151 tilsvarer en ønsket kombinert volumetrisk innkommende strømningsrate for materialer, slik som tørr sement og bærerfluid, fra den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20 inn til den første tanken 20. Det første masseratepådraget dmin/dt 153 representerer en ønsket kombinert massebasert innkommende strømningsrate for disse materialene fra den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20 til den første tanken 12.

I en utførelsesform genererer strømningsmodulatoren 150 et aktuatori-signal for å regulere den første aktuatoren 18, og dette aktuatori-signalet kan uttrykkes matematisk som proporsjonalt med en funksjon fxsom følger:

Strømningsmodulatoren 150 genererer tilsvarende et aktuator2-signal for å regulere den andre aktuatoren 20, og aktuatorsignalet kan uttrykkes matematisk som proporsjonalt med en funksjon f2som følger:

der dmin/dt er den kombinerte massebaserte strømningsrate som kommer inn til tanken, dvin/dt er den kombinerte volumetriske strømningsrate som kommer inn til tanken, pmler densiteten for det første materialet, for eksempel tørr sement, som strømmer inn i den første tanken 12 fra den første aktuatoren 18, og der pm2er densiteten for det andre materialet, for eksempel vann, som strømmer inn til den første tanken 12 fra den andre aktuatoren 20. En fagperson vil raskt være i stand til å bestemme en egnet første proporsjonalitetskonstant for likning (1) for å drive den første aktuatoren 18 og en egnet andre proporsjonalitetskonstant for likning (2) for å drive den andre aktuatoren 20 i en spesifikk utførelse. I en utførelsesform kan aktuatoriSignal og aktuator2signal bearbeides av en eller flere komponenter (ikke vist) mellom strømningsmodulatoren 150 og aktuator 18, 20 for å tilpasse aktuatorisignalet og aktuator2signalet til en ikke-lineær respons fra aktuator 18 og/eller 20.

Med henvisning til figur 4 er det vist en regulator 200 for bruk i en eller flere utførelsesformer av det første reguleringssystemet 100. Strømningsregulatoren 200 omfatter en første strømningsregulator 202 og en andre strømningsregulator 204.1 noen utførelsesformer kan den første strømningsregulatoren 202 og den andre strømningsregulatoren 204 være kombinert i en integrert enhet 205 eller kombinert i en enkelt funksjonell blokk, slik som i en datamaskin programmert til å utføre regulering av strøm. Den første regulatoren 202 mottar fra en annen komponent i regulatoren 102 et pådrag 201 for volumetrisk strømningsrate for dv12/dt for den første blandingen 13 over overstrømningskanten 14 inn i den andre tanken 16, og en registrert høyde h±i den første blandingen 13 i den første tanken 12 fra hrsensor 110. Den første strømningsregulatoren 202 kan motta pådraget 201 for volumetrisk strømningsrate dv12/dt, for eksempel fra en tilstandsregulator 250 med overføring av pådrag, diskutert i nærmere detalj nedenfor, eller fra en annen del av regulatoren 102. Den første strømninesreeulatoren 202 genererer pådraget for den første volumetriske strømningsraten dvjn/dt 151 som mottas som en pådragsverdi fra strømningsregulatoren 150 eller av første og andre strømningsmodulator 152 og 154 som beskrevet foran med henvisning til figur 3.

Den andre strømningsregulatoren 204 mottar fra en annen del av regulatoren 102 et pådrag for masseflyt 203 for dm^/dt for den første blandingen 13 over overløpskanten 14 inn i den andre tanken 16, en målt høyde hi for den første blandingen 13 i den første tanken 12 fra Ivsensoren 110, og en målt densitet pi2for den første blandingen 13 fra sensor 114. Den andre strømningsregulatoren 202 kan motta pådraget for masseflyt dm12/dt 203, for eksempel fra en strøm2-tilstandsregulator med overføring av pådrag 252, diskutert i det etterfølgende, eller fra en annen del av regulatoren 102. Den andre strømningsregulatoren 204 genererer pådraget for den første masseraten dmin/dt 153 som er mottatt som et pådrag av strømningsmodulatoren 150 eller av første og andre strømningsmodulator 152,154 beskrevet foran med henvisning til figur 3.

I en utførelsesform kan funksjonen for den første strømningsregulatoren 202 uttrykkes matematisk som:

og funksjonen for den andre flytregulatoren 204 kan uttrykkes matematisk som: der F(hi) er en ikke-lineær funksjon av høyden hi for den første blandingen 13 i den første beholderen 12 og gir et estimat på en volumetrisk strømningsrate dvi2/dt for den første blandingen 13 over overløpskanten 14 inn i den andre tanken 16; der pådraget dv12/ dt er det volumetriske strømningspådrag dvi2/dt 201; der pådraget dm^dt er pådraget for masseflyt dmi2/dt 203; der pi2er en indikasjon på densiteten av den første blandingen 13 i den første tanken 12 basert på input fra pi2-sensoren 114; og der Kv og Km er proporsjonalitetskonstanter som er større enn null. Verdiene for Kv og Km kan velges fra en lukket form for løsning og/eller iterativt for på denne måten i minimere total responstid og samtidig beholde stabilitet og ønsket strømningsrate og densitetskurver i overgangsfaser. Et eksempel på en ikke-lineær funksjon F(hi) for volumetrisk strømningsrate over en rektangulær overløpskant er beskrevet i "Engineering Fluid Mechanics", 5. utgave av Roberson og Crowe, publisert av Hougthon Mifflin, 1993, og kan være representert som

der L er lengden av overløpskanten 14 som skiller tankene 12 og 16, K er en flytkoeffisient som kan bestemmes empirisk over et sett av driftsbetingelser for en spesifikk geometri for overløpskanten.

Den volumetriske utgående strøm av den første blandingen 13 dvi2/dt og den masse baserte utgående strøm av den første blandingen 13 dm12/dt fra den første beholderen 12 til den andre beholderen 16 kan modelleres som negative tilstandsfeedback i det fysiske anlegget 10.1 likning (3), er effekten av lxFfHi) å kansellere eller kople av den negative tilstandsfeedback forbundet med dv12/ dt, og i likning (4), er effekten av lxpuFfh].) å kople av den negative tilstandsfeedback forbundet med dm12/dt. Reguleringssystemet 102 kan bli mer robust som et resultat av fråkopling av tilstandsfeedback i første og andre strømningsregulator 202 og 204 fordi reguleringssystemet 102 bare trenger å korrigere for feil mellom rate for ønsket og faktisk masseflyt og ønsket og faktisk volumetrisk flyt uten samtidig å måtte kompensere for den første blandingen 13 som forlater den første beholderen 12.

Med henvisning til figur 5A, er det vist en flyttilstandsregulatori250 med overføring av pådrag 250 og en flyttilstandsregulator2252 med overføring av pådrag for bruk i en eller flere utførelsesformer av det frøste reguleringssystemet 100. Flyttilstandsregulatoreni250 med overføring av pådrag mottar inputverdi h2104 og dvjdt inndataverdi 106 fra en operatør som samvirker med det første reguleringssystemet 100, og mottar også en indikasjon på høyden h2i den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 fra h2-sensoren 112. Basert på disse inndata produserer strømningstilstandsregulatoreri!250, med overføring av pådrag, pådraget 201 for den volumetriske flyt dvi2/dt som mottas som et pådrag av den første strømningsregulatoren 202 beskrevet foran med henvisning til figur 4. Flyttilstandsregulatoreni250 kan også betegnes som en høyderegulator med overføring av pådrag.

Tilstandsregulator2252 mottar inndataverdi 106 for dvjdt og inndataverdi 108 for ps fra en operatør som samvirker med det første reguleringssystemet 100, og mottar også en indikasjon på densiteten ps for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 fra ps-sensoren 116. Basert på disse inndata, produserer tilstandsregulator2252 pådraget 203 for masseflyt dm12/dt som mottas som en pådragsverdi av den andre strømningsregulatoren 204 beskrevet foran med henvisning til figur 4. Flyttilstandsregulator2252 kan også betegnes som en densitetsregulator med overføring av pådrag. Flyttilstandsregulatorene 250 og 252 med overføring av pådrag mottar ulike inndataverdier men tjener det samme formål med å produsere et pådragssignal til en strømningsregulator 202, 204.1 noen utførelsesformer kan flyttilstandsregulatori250 og flyttilstandsregulator2252 kombineres i en integrert enhet 251 eller kombineres i en enkelt funksjonell blokk, slik som i en datamaskin programmert til å utføre de indikerte funksjonene.

Med henvisning til figur 5B, er det vist et blokkdiagram som viser prosesseringsdetaljer for en utførelsesform av flyttilstandsregulatori250 med overføring av pådrag. En første summeringskomponent 253, representert ved symbolet Z inne i en sirkel, som er vanlig i matematisk notasjon, bestemmer en første feilperiode ei(t) ved å foreta negativ summering av indikasjonen av høyden h2 av den andre blandingen 15 i den andre beholderen 16 fra h2-sensoren 112 med inndataverdi 104 for h2. Inndataene til en eventuell summeringskomponent, for eksempel den første summeringskomponenten 253, summeres positivt eller negativt sammen for å bestemme utverdien fra summeringskomponenten. Nærmere bestemt blir inndata forbundet med et"+" (pluss)-tegn summert positivt, mens inndata forbundet med et"-" (minus)-tegn summeres negativt. Utverdien fra den første summeringskomponenten 253, det vil si den første feilperioden ei(t), blir deretter prosessert av en første proporsjonal-integral (Pl)-regulator 255 med en forsterkning Kplfor en første integralkomponent 256 forbundet med en første integrasjonsfaktor 258, representert ved l/S inne i boksen, som er vanlig i reguleringssystemer for å foreslå integrasjon. Proporsjonal- og integraloperasjonene på den første feilperioden ei(t) summeres positivt av en andre summeringskomponent 259. En tjuefemte summeringskomponent 257 summerer utverdien fra den andre summeringskomponenten 259 med dvj/dt inndataverdi 106 for den andre blandingen 15 ut fra den andre tanken 16. Utverdien fra den tjuefemte summeringskomponenten 257 er pådraget for volumetrisk strømningsrate dv^dt 201 som mottas som en pådragsverdi av den første strømningsregulatoren 202 beskrevet foran med henvisning til figur 4. Den tidsmessige respons av flyttilstandsregulator!250 med overføring av pådrag, representert som en funksjonUi(t), kan uttrykkes matematisk som:

Den utgående strøm av den andre blandingen 15 fra den andre tanken 16 kan modelleres som negativ tilstandsfeedback i det fysiske anlegget 10.1 likning (6) er effekten av dv^dt, som er pådraget, å frakople den negative tilstandsfeedback forbundet med utstrømmen av den andre blandingen 15 fra den andre tanken 16. Mens dette ikke trenger å være en streng fråkopling av tilstandsfeedback, kan en oppnå i det minste delvis de samme fordeler med hensyn til robusthet ved bruk av denne teknikken.

Med henvisning til figur 5C, er det vist et blokkdiagram som viser prosesseringsdetaljer ved en utførelsesform av flyttilstandregulator2 252. En tredje summeringskomponent 261 bestemmer en feilperiode e2(t) ved å foreta negativ summering av indikasjonen for densitet ps for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 fra p5-sensor 116 med ps inndataverdi 108. Den andre feilperioden e2(t) blir deretter prosessert av en andre Pl-regulator 263 med forsterkning Kp2 for en andre proporsjonalkomponent 260 og en integralforsterkning Ki2 for en andre integralkomponent 262 forbundet med en andre integrasjonsfaktor 264. Proporsjonal- og integrasjonsoperasjonen på den andre feilperiode e2(t) summeres positivt av en fjerde summeringskomponent 265. En tjuesjette summeringskomponent 287 summerer utverdien fra den fjerde summeringskomponenten 265 med utverdien fra en første multiplikatorkomponent 266 og utverdien fra en andre multiplikatorkomponent 267. Den første multiplikatorkomponentens 266 utverdi er lik ps-innverdi 108 multiplisert med (dh2/dt)A2, der A2er tverrsnittsarealet av den andre tanken 16 og dh^dt er raten for endring av høyde for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16.1 en utførelsesform kan den første multiplikatorkomponenten 266 utelates, slik som når parameteren dh2/dt ikke er lett tilgjengelig. Den andre multiplikatorkomponenten 267 gir produktet av ps innparameterverdi 108 multiplisert med innparameterverdi 106 for dvjdt av den andre blandingen 15 ut fra den andre tanken 16. Utverdien fra den tjuesjette summeringskomponenten 287 er pådraget 203 for masseflyt dm12/dt som mottas som en pådragsverdi av den andre strømningsregulatoren 204 beskrevet foran med henvisning til figur 4. Den tidsmessige respons fra flyttilstandsregulator2252, representert som en funksjon u2(t) kan uttrykkes matematisk som:

Den utgående massestrøm fra den andre tanken 16 kan modelleres som negativ tilstandsfeedback i det fysiske anlegget 10.1 likning (7), er effekten av uttrykket ps(dvs/dt), pådraget, avkopling av den negative tilstandsfeedback forbundet med den utgående strøm av masse fra den andre tanken 16. Mens dette ikke trenger være en strikt fråkopling av tilstandsfeedback, kan en i det minste delvis oppnå de samme fordeler med robusthet ved bruk av denne teknikken. Ytterligere forfining av denne teknikken med avslappet avkopling av tilstandsfeedback kan oppnås ved å avkople effekten av et massetap forbundet med høydeendringer i den andre blandingen 15 i den andre tanken 16.1 likning (7) bidrar også uttrykket ps(dh2/dt)A2til å avkople den negative tilstandsfeedback forbundet med den utgående massestrøm fra den andre tanken 16. Faktoren dh^dt kan bestemmes fra en rekke indikasjoner på høyde for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 eller på annet vis, slik som et estimat på dh2/dt produsert av en høydeobservator som diskutert nedenfor.

En fagperson vil se at resultatene fra analysen av tilstandsregulator 250 for strøm! foran, kan tilføres til digitale signaler samt til analoge signaler. For eksempel kan analoge parametre slik som indikasjonen på densitet ps for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 fra ps sensor 116 omdannes av en analog/digital-omformer (D/A-omformer) til et digitalt signal. Tilsvarende kan det produseres analoge signaler av en digital/analog-omformer (A/D-omformer), valgfritt kombinert med en forsterker for å tilføre tilstrekkelig effekt til å drive en elektromekanisk anordning, ved å oversette et digitalt regulatorsignal til et analogt regulatorsignal egnet til å regulere den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20.

Med henvisning til figur 6, er hovedkomponentene fra det første reguleringssystemet 100 koplet sammen og til aktuatorene 18 og 20 i det fysiske anlegget 10 beskrevet foran med henvisning til figur 1. Nærmere bestemt skisserer figur 6 en utførelsesform av det første reguleringssystemet 100 i figur 2, og viser de ulike komponentene som kan omfatte regulatoren 102.

Med henvisning til høyre side av figuren, er første og andre strømningsmodulator 152,154 beskrevet foran med henvisning til figur 3, vist krysskoplet for å regulere første og andre aktuator 18 og 20. Den første strømningsmodulator 152 mottar første pådrag 151 for volumetrisk strømningsrate dvin/dt fra den første strømningsregulatoren 202 og pådraget 153 for den første masseflyten dmin/dt fra den andre strømningsregulatoren 204 for å generere et aktuator! regulatorsignal for å regulere den første aktuatoren 18. Den andre strømningsregulatoren 154 mottar pådraget for den første volumetriske strømningsrate 151 dvjn/dt fra den første strømningsregulatoren 202 og pådraget 153 for den første masseflyten dmin/dt fra den andre strømningsregulatoren 204 for å generere et aktuator2regulatorsignal for å regulere den andre aktuatoren 20. En kan på denne måten si at første og andre modulator 152,154 regulerer aktuatorene 18 og 20 basert på systemparametrene dvin/dt og dmin/dt, som ikke er parametrene en ønsker å regulere. I stedet er disse systemparametrene dvin/dt og dmin/dt tett forbundet med driften av første og andre aktuator 18 og 20 av strømningsmodulator 152 og 154. Det er imidlertidønskelig å regulere andre systemparametre, det vil si inndata som er avledet fra tilstanden i første og andre aktuator 18, 20 og karakteristikkene ved det fysiske anlegget 10, for eksempel tverrsnittsarealet av den første og andre tanken 12,16, og blir tidsforsinket med hensyn til tilstanden for aktuator 18 og 20. De mulige tilstandene for aktuator 18 og 20 avhenger av typen aktuator. For eksempel vil en ventil åpne eller stenge, mens en skruemater roterer med varierende hastighet. De ulike bestanddelene av regulatoren 102, som er beskrevet her, gjør det mulig å regulere deønskete systemparametrene ved å etablere en forbindelse mellom tilstandene for aktuator 18, 20 og de parametrene en ønsker å regulere.

Den første regulatoren 202 mottar pådraget 201 for den volumetriske strømningsraten dv12/dt fra tilstandsregulatoren 250 for strørriiog indikasjonen av hi fra Ivsensor 110 for å generere et første pådrag 151 for den volumetriske strømningsraten dvin/dt som mates til strømningsmodulator 152 og 154. Som diskutert foran med henvisning til figur 4, bruker den første strømningsregulatoren 202 indikasjonen av httil å avkople den negative tilstandsfeedback forbundet med flyten av den første blandingen 13 ut fra den første tanken 12. For eksempel kan den volumetriske utgående strøm bestemmes fra F(hi), som diskutert foran, og dermed kan den volumetriske utstrøm koples av.

Den andre strømningsregulatoren 204 mottar pådraget 203 for masseflyten dm12/dt fra tilstandsregulator 252 for strøm2, indikasjonen fra hrsensoren 110, og p12-indikasjon fra p12-sensor 114 for å generere et første pådrag 153 for masseflyt dmin/dt som mates til strømningsmodulator 152,154. Som diskutert foran med henvisning til figur 4, bruker den andre strømningsregulatoren 204 indikasjonene på hi og p12for å avkople den negative tilstandsfeedback forbundet med flyten av den første blandingen 13 ut av den første tanken 12. For eksempel kan en beregne masseflyt ut fra produktet av indikasjonen på pi2og den volumetriske utstrøm dv12/dt, der den volumetriske utstrøm dv12/dt er bestemt fra F(hi), og utgående masseflyt kan dermed koples av. Første og andre strømningsregulator 202, 204 kan sies å gi ett nivå av fjerning fra systemparametrene dvin/dt og dmin/dt direkte forbundet med tilstanden for første og andre aktuator 18, 20.

Tilståndskontrolleren 250 for strøm! med overføring av pådrag mottar h2innparameter 104 og dvs/dt innparameter 106 fra en operatør som samvirker med det første reguleringssystemet 100, og mottar også indikasjonen av h2fra h2-sensor 112 for å generere pådraget 201 for volumetrisk strømningsrate dvi2/dt som mates til den første strømningsregulatoren 202. Som diskutert foran, kan tilstandsregulator 250 or strørrii med overføring av pådrag betegnes som en høyderegulator, fordi den regulerer høyden h2av den andre blandingen 15 i den andre tanken 16. Pådraget, dvs. innparameter 106 for dvjdt, kan anses å avkople den negative tilstandsfeedback for volumetrisk strøm ut av den andre tanken 16 som diskutert foran med henvisning til figur 5B.

Tilstandsregulator 252 for strøm2med overføring av pådrag mottar innparameter 106 for dvs/dt og Ps innparameter 108 fra en operatør som samvirker med det første reguleringssystemet 100, og mottar også indikasjonen av ps fra ps-sensor 116 for å generere pådraget 203 for masseflyt dmi2/dt som mates til den andre strømningsregulatoren 204. Som diskutert foran, kan tilstandsregulatoren 252 for strøm2betegnes som en densitetsregulator fordi den regulerer densiteten ps for den andre blandingen 15 i den andre beholderen 16. Pådraget, dannet av produktet av ps innparameter 108 multiplisert med dvjdt innparameter 106, kan anses å avkople den negative tilstandsfeedback for masseflyt ut av den andre beholderen 16 som diskutert foran med henvisning til figur 5C.

Tilstandsregulator for strørriiog strøm2250 og 252 kan sies å være nok et nivå for fjerning fra systemparametrene dvin/dt og dmin/dt direkte forbundet med tilstanden for første og andre aktuator 18, 20, og gir denønskete følsomhet overfor de parametre en ønsker å regulere.

Fagpersonen vil verdsette at deler av regulatorkomponentene beskrevet foran kan kombineres, for eksempel med et datamaskinprogram som implementerer de funksjonelle blokkene av regulatorkomponentene.

Under drift vil det første reguleringssystemet 100 beskrevet foran, brukes for eksempel til å regulere et fysisk anlegg 10, som skissert i flytdiagram 7, som omfatter et blandesystem for sementslurry som produserer sementslurry for sementering av et foringsrør til et brønnhull. Under en slik operasjon kan operatøren ønske at det første reguleringssystemet 100 gir en sementslurry med en ønsket densitet ps, mens sementslurry pumpes ut av den andre tanken 16 ved en ønsket volumetrisk strømningsrate dvj/dt, og mens høyden av sementslurryen i den andre tanken 16 holdes ved en ønsket høyde h2.

Prosessen begynner ved blokk 400 der hjelpeutstyr for brønnhull inkludert det fysiske anlegget 10 og det første reguleringssystemet 100 fraktes til brønnstedet og monteres. Utløpsledning 32 i figur 1 koples til brønnhullet med eksempelvis sammenkoplete rørlengder, hvorav en ende koples til en manifold eller hode ved brønnhullet. Beholdere som inneholder blandet tørrsement og vann i tilstrekkelig mengde posisjoneres for å gi en kontinuerlig tilførsel til første 28 og andre 30 fødeledning i figur 1.

Straks utstyret har blitt montert ved brønnstedet, fortsetter prosessen til blokk 402 der en

operatør gir innparametre til regulatoren 102, for eksempel via en konsoll eller bærbar datamaskin koplet til regulatoren 102, for eksempel via en seriekabel eller trådløs forbindelse. Innparametrene kan inkludere h2input 104, input 106 for dvs/dt, og input 108 for ps. Under drift vil regulatoren 102 arbeide for å regulere første og andre aktuator 18, 20,for eksempel ventiler, slik at de tilsvarende

faktiske verdier for ps, dvs/dt og hser lik eller tilnærmet lik innparametrene.

Prosessen fortsetter til blokk 404 der operatøren aktiverer regulatoren 102. Prosessen fortsetter deretter langs to uavhengige men i det minste delvis sammenkoplede veier. Fortsetter vi til blokk 406, vil regulatoren 102 aktivt regulere første og andre aktuator 18, 20 i henhold til inndataene og de målte tilstandene i det fysiske anlegget 10. Når regulatoren 102 er satt i gang, er det sannsynlig at første og andre tank 12 og 16 er tomme. I dette tilfellet kan regulatoren 102 åpne første eller andre aktuator 18, 20 helt åpen og deretter åpne den andre aktuatoren for på denne måten å oppnå denønskete densitet for slurryen indikert ved ps inndataverdi 108. Regulatoren 102 bestemmer og oppdaterer kontinuerlig aktuatorreguleringssignaler som er utverdier til første og andre aktuator 18, 20, og regulatoren 102 kan sies å operere i ei reguleringssløyfe representert ved blokk 406 og 408. Regulatoren 102 forblir i denne reguleringssløyfa 406, 408 mens den kompenserer for endringer av indikasjoner returnert fra det fysiske anlegget 10, for eksempel den målte densitet ps for sementslurryen i den andre tanken 16 i henhold til sensor 116, og for endringer av inndata, for eksempel h2inndataverdi 104.

Prosessen fortsetter også samtidig langs en andre forgreining til blokk 410 der det fysiske anlegget 10 begynner å pumpe sementslurry via utløpspumpa 22, gjennom utløpsledningen 32, gjennom de sammenkoplede rørene og ned gjennom hullet i brønnhullet. Mens strømningsraten dvs/dt for sementslurry som strømmer ut av den andre tanken 16 via utløpspumpa 22 endrer seg, for eksempel på grunn av fluktuasjoner i elektrisiteten som driver utløpspumpa 22 eller på grunn av fluktuasjoner i returtrykk fra brønnhullet, vil regulatoren 102 justere og opprettholde de faktiske fysikalske parametrene i det fysiske anlegget 10 til verdier lik eller tilnærmet lik inndataene.

Prosessen fortsetter til blokk 412 der operatøren kan endre en innparameter, for eksempel ps input 108. Denne endringen forårsaker at regulatoren 102 endrer regulatorsignalene som er utverdier til første og andre aktuator 18, 20 i reguleringssløyfa 406, 408, for eksempel ved å åpne første aktuator 18 ytterligere og stenge den andre aktuatoren 20 ytterligere. Koplingen mellom denne aktiviteten med å modifisere en innparameter i blokk 412 og reguleringssløyfa i blokk 406, 408 er indikert ved ei stiplet linje i figur 7.

Prosessen fortsetter til blokk 414 der operatøren stopper regulatoren 102. Denne aktiviteten i blokk 414 vil påvirke reguleringssløyfa i blokk 406, 408 som er indikert med stiplet linje i figur 7. Nærmere bestemt, når regulatoren 102 stoppes i blokk 414, vil reguleringssløyfa i blokk 406,408 avsluttes. Prosessen fortsetter til blokk 416 der det fysiske anlegget 10 kan koples fra tilførselsledning 20 og 30 for henholdsvis vann og tørrsement, og utløpsledningen 32 kan koples fra røret som kopler det fysiske anlegget 10 til brønnhullet. Det andre utstyret kan demonteres, brønnhullet kan stenges i en periode for å tillate at sementen størkner, og utstyret i det fysiske anlegget 10 kan spyles og/eller renses. Prosessen avsluttes ved blokk 418.

I én utførelsesform blir indikasjonen på høyden hi av den første blandingen 13 i den første beholderen 12, og indikasjonen av høyden h2av den andre blandingen 15 i den andre beholderen 16 framskaffet av to høydeobserverende komponenter, som heller estimerer enn direkte måler hi og h2.1 en annen utførelsesform kan det brukes én enkelt høydeobservator for å gi en indikasjon på høyden h2av den andre blandingen 15 i den andre tanken 16.1 nok en utførelsesform kan det anvendes én enkelt høydeobservator for å gi en indikasjon av høyden hi av den første blandingen 13 i den første tanken 12, for eksempel i et fysisk anlegg 10 med bare en beholder.

Under feltbetingelser kan høydeindikasjonene hi, h2framskaffet av hi-sensor 110 og h2-sensor 112 være utsatt for ulike feil, for eksempel høydesvingninger forårsaket av bevegelser av det fysiske anlegget 10 om bord på en flytende plattform eller i en båt. I tillegg kan røreaktiviteten av det første røreverket 24 og det andre røreverket 26 gi en vesentlig omrøring av overflata av den første blandingen 13 i den første tanken 12 og den andre blandingen 15 i den andre tanken 16, som introduserer variasjoner i høydeindikasjoner hi og h2. Tilførsel av første og andre materiale til den første tanken 12, for eksempel tørr sement og/eller vann, kan introdusere ytterligere variasjoner i høydeindikasjonen hi framskaffet av hi-sensor 110. Alle disse høydevariasjonene for overflata kan analyseres som støy i høydesignalene. Det kan væreønskelig å bruke estimerte høydeindikasjoner hi og h2i stedet for å videresende støyen eller svingningene som kan foreligge i indikasjoner fra direkte sensorer, for eksempel hi-sensor 110 og h2-sensor 112, til regulatoren 102.

En høydeobservator implementeres generelt som et dynamisk reguleringssystem for å oppnå en estimert høyde av blandingen i beholderen i sanntid. Først blir dette estimatet av blandingens høyde sammenliknet med den målte høyden av blandingen for å oppnå en høydefeil. Deretter brukes høydefeilen til å drive den estimerte blandingshøyden til en faktisk blandingshøyde ved bruk av en proporsjonal/integral-regulator, også betegnet som en Pl-regulator. Ved å sette forsterkningen i Pl-regulatoren, kan støyen og svingningene av blandingen i beholderen i det alt vesentlige fjernes fra blandingens høydeestimat mens en sporer den faktiske verdi for blandingens høyde. Høydeobservatoren i henhold til den foreliggende beskrivelsen reduserer de negative effektene av støy og dårlig sensorytelse grunnet effekter fra omgivelsene slik som sementstøv i lufta eller tanksvingninger fra høydeavlesningene. Denne høydeobservatoren reflekterer tilstanden for den faktiske blandingshøyden hovedsakelig uten tidsforsinkelse.

Med henvisning til figur 8A, er det vist et blokkdiagram som skisserer en generell høydeobservator 270. Høydeobservatoren 270 inkluderer en Pl høyderegulatorkomponent 272 og en høydetank-modellkomponent 274. En estimert negativ høydefeedback 273 summeres negativt av en femte summeringskomponent 269 med en målt høydeinput 271 for å bestemme en tredje feilverdi e3(t). Som vist i figur 8A, er den estimerte negative feedback 273 det samme signalet som det endelige utsignalet produsert av den generelle høydeobservatoren 270, en estimert høyde 277, som beskrevet her. Mens verdien for den estimerte negative høydefeedback 273 og den estimerte høyden 277 er den samme, brukes det her ulike betegnelser for å skille mellom de ulike funksjonene som signalene anvendes i. Den estimerte negative høydefeedback 273 mates tilbake til høydeobservatoren 270 som innverdi, for derved å danne ei estimerende reguleringssløyfe, som gir en mer nøyaktig estimert høyde 277 hver gang. Den tredje feilen e3(t) prosesseres av Pl høyderegulatorkomponent 272 med en forsterkning Kp3for en tredje proporsjonalkomponent 275 og en integralforsterkning Ki3for en tredje integralkomponent 276 forbundet med en tredje integrasjonsfaktor 278. Proporsjonal- og integraloperasjoner på den tredje feilen e3(t) summeres deretter positivt av en sjette summeringskomponent 280. Den tidsmessige respons fra Pl høyderegulatorkomponent 272 til den tredje feilinput e3(t), representert ved funksjonen u3(t), kan uttrykkes matematisk som:

Utverdien fra Pl høyderegulatorkomponenten 272 kan brukes som et estimat på systemfeil, for eksempel forskjellen mellom ønsket og faktisk volumetrisk strømningsrate samt andre parameterestimat, for eksempel tverrsnittsarealet Ai av den første tanken 12. Disse feilene kan samles og betegnes som forstyrrelse, der forstyrrelsen utgjør avviket mellom hva som kreves fra det første reguleringssystemet 100 og hva det første reguleringssystemet faktisk produserer, umålte mengder slik som luftstrøm inn eller ut av tanken, og unøyaktigheter i estimerte systemparametre. Når det fysiske anlegget 10 blander tørr sement, kan det foreligge forskjeller mellom denønskete sementrate og den faktiske sementrate, fordi sementtilførselen kan være inkonsistent. Forskjeller mellom denønskete sementrate og den faktiske sementrate kan opptas av forstyrrelsen. Utverdien fra Pl høyderegulatorkomponenten 272 kan betegnes som et første forstyrrelsesestimat 281. Det første forstyrrelsesestimatet 281 kan mates tilbake til regulatoren 102 for å gi avkopling av forstyrrelse. Avkopling av forstyrrelse er beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

Utverdien fra Pl høyderegulatorkomponenten 272 (dvs. utverdien fra den sjette summeringskomponenten 280) summeres positivt av en sjuende summeringskomponent 282 med en eller flere høydepådrag 283, for eksempel volumetriske strømningsrater slik som forskjellen mellom pådrag for volumetrisk strømningsrate dv12/dt for sementslurry ut av den første tanken 12 over overløpskanten 14 inn i den andre tanken 16. Ytelsen av høydeobservatoren 270 forventes å bli forbedret ved bruk av pådrag for høyde 283 sammenliknet med ytelsen for mer tradisjonelle regulatorer, som bare bruker feddback uten inndata fra pådrag. Fordi nivået for en blanding i en tank, for eksempel høyden hi av den første blandingen 13 i den første tanken 12, vil øke eller avta grunnet netto positiv eller negativ strømningsrate inn i tanken, vil estimatet for høyden i tanken avhenge av netto positiv eller negativ volumetrisk strømningsrate inn til tanken: nivåpådrag 283. Nivåpådragene 283 kan summeres enten negativt eller positivt av den sjuende summeringskomponenten 282. Utverdien fra den sjuende summeringskomponenten 282 sammenfaller med en volumetrisk strømningsrate som kan representeres generelt som dv/dt.

Høydemodellen 274 for beholderen multipliserer utverdien for den volumetriske strømningsrate fra den sjuende summeringskomponenten 282 med en fjerde integralkomponent 284 forbundet med en fjerde integralfaktor 286. Den fjerde integralkomponenten 284 tilsvarer det inverse av tankens tverrsnittsareal, representert ved "l/A" i blokka for den fjerde integralkomponenten 284. Multiplikasjon av en volumetrisk strømningsrate (dv/dt) med det inverse arealet, for eksempel det inverse av tankens tverrsnittsareal uttrykt som l/A, fører til et hastighetsuttrykk (dx/dt), eller nærmere bestemt i tilfellet med en høyderegulator, en estimert rate for endring av høyde (dh/dt) 285. Det midlertidige resultatet av den estimerte raten for endring av høyde dh/dt 285 kan brukes av andre komponenter i regulatoren 102, for eksempel av strøm2 tilstandsregulator 252.

Integrasjon av hastighetsuttrykket via den fjerde integrasjonsfaktor 286 resulterer i en forskyvning xu eller i det foreliggende tiltellet en høyde h. Følgelig er utverdien fra tankhøydemodellkomponent 274 en estimert høyde 277 for blandingen i tanken. En fagperson vil se at resultatene av analysene fra høydeobservatoren 270 foran kan anvendes på digitale så vel som analoge signaler. For eksempel kan analoge parametre slik som målt høydeverdi 271 konverteres av en analog-til-digitalomformer (A/D-omformer) til et digitalt signal. Tilsvarende kan det produseres analoge signal aven digital-til-analogomformer (D/A-omformer), valgfritt kombinert med en forsterker for å gi tilstrekkelig effekt til å drive en elektromekanisk anordning, ved å omforme et digitalt regulatorsignal tilpasset regulering av den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20. Høydeobservatorer, slik som høydeobservator 270, er beskrevet i US patentsøknad 11/029,072 med tittel "Methods and Systems for Estimating a Nominal Height or Quantity of a Fluid in a Mixing Tank While Reducing Noise", inngitt 4. januar 2005.

Med henvisning til figur 8B er det vist et blokkdiagram som viser en del av en utførelsesform av det første reguleringssystemet 100 skissert i figur 2 og 6, og omfatter en første høydeobservator 270-a og en andre høydeobservator 270-b i stedet for å bruke hi-sensor 110 og h2-sensor 112.1 utførelsesformen skissert i figur 8B, gir hrsensor 110 en indikasjon på høyden h±for den første blandingen 13 i den første beholderen 12 til den første høydeobservatoren 270-a, som summeres negativt av en niende summeringskomponent 269-a med en første estimert negativ høydefeedback 273-a for den første blandingen 13 i den første tanken 12 for å oppnå en feilverdi e3.a(t) som mates til en første Pl høyderegulatorkomponent 272-a. Utverdien fra den første Pl høyderegulatoren 272-a summeres positivt av en tiende summeringskomponent 282-a med et høydepådrag 283-a fra en ellevte summeringskomponent 279, og utverdien fra den tiende summeringskomponenten 282-a bearbeides av en første tankhøyde modellkomponent 274-a for å produsere en estimert høyde 277-a for den første blandingen 13 i den første tanken 12. Den første proporsjonalfaktoren 284 (dvs. l/A) for den første tankhøyde modellkomponenten 274-a benytter tverrsnittsarealet Ai for den første tanken 12. Den estimerte høyden 277-a for den første blandingen 13 i den første tanken 12, som kan betegnes som en indikasjon på høyden av den første blandingen i den første tanken 12, er utverdi til den første strømningsregulatoren 202 samt til den andre høydeobservatoren 270-b. Legg merke til at den estimerte høyden 277-a og den første estimerte negative høydefeedback 273-a er de samme signalene men er identifisert med ulike henvisninger for å påpeke deres ulike funksjoner i regulatoren 102. Utverdien fra den første Pl høyderegulatorkomponenten 272-a, som et første forstyrrelsesestimat 281-a, kan valgfritt summeres negativt med utverdien for den første strømningsregulatoren 202 av den ellevte summeringskomponenten 279 for å gi avkopling av forstyrrelse i bestemmelse av pådrag for volumetrisk strømningsrate dvin/dt av materiale inn i den første tanken 12.1 en annen utførelsesform er det framskaffet avkopling av forstyrrelse av et andre forstyrrelsesestimat 281-b som summeres negativt med utverdien for den første strømningsregulatoren 202 av den ellevte summeringskomponenten 279. Det andre forstyrrelsesestimatet 281-b bestemmes av den andre høydeobservatoren 270-b, som diskutert i nærmere detalj nedenfor. Pådraget for volumetrisk strømningsrate dvin/dt fra den ellevte summeringskomponenten 279 er det første pådraget dvin/dt 151 for volumetrisk strømningsrate til strømningsmodulatoren 150 eller til første og andre strømningsmodulator 152,154, som beskrevet foran i tilknytning til figur 3.

Sensoren h2112 gir en indikasjon på høyden h2for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 til den andre høydeobservatoren 270-b, som summeres negativt av en tolvte summeringskomponent 269-b med en andre estimert negativ høydefeedback 273-b for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 for å oppnå en feil e3.b(t) som mates til en andre Pl høyderegulator 272-b. Utverdien fra den andre Pl høyderegulatoren 272-b summeres positivt av en trettende summeringskomponent 282-b med et andre høydepådrag 283-b fra en første beregningskomponent 268. Den første beregningskomponenten 268 sender resultatet av funksjon F(hi) basert på den estimerte høyden 277-a av den første blandingen 13 i den første tanken 12.1 en utførelsesform blir verdien for F(hi) beregnet av den første strømningsregulatoren 202 og forsynes til den trettende summeringskomponenten 282-b som det andre høydepådrag 283-b. I denne utførelsesformen anvendes ikke den første beregningskomponenten 268. Utverdien fra den trettende summeringskomponenten 282-b blir deretter prosessert av en andre tankhøyde modellkomponent 274-b for å produsere en andre estimert høyde 277-b for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16. Den første proporsjonalfaktor 284 (dvs. l/A) for den andre tankhøyde modellkomponenten 274-b anvender tverrsnittsarealet A2av den andre tanken 16. Legg merke til at den andre estimerte høyden 277-b og den andre estimerte negative høydefeedback 273-b er samme signal men er merket forskjellig for å påpeke deres ulike funksjoner i regulatoren 102.

I den andre høydeobservatoren 270-b, gir produktet fra den andre Pl høyderegulatoren 272-b det andre estimerte forstyrrelsessignalet 281-b som summeres negativt av den ellevte summeringskomponenten 279, som diskutert foran. I én utførelsesform kan det andre estimerte forstyrrelsessignalet 281-b gi et mer nøyaktig estimat på forstyrrelsen av den volumetriske strømningsraten i systemet 100 sammenliknet med det første forstyrrelsesestimatet 281-a fordi høyden av den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 varierer mer enn høyden av den første blandingen 13 i den første tanken 12.1 tillegg trenger ikke overflata av den første blandingen 13 i den første tanken 12 i to-tanksystemet i figur 1 være horisontalt, men kan helle nedover fra punktet der aktuatorene 18 og 20 avgir materiale til overløpskanten 14. Den andre estimerte høyden 277-b for den andre høyden h2i den andre blandingen 15 i den andre tanken 16, mates til strøm! tilstandsregulator 250, i form av input, og reguleringsprosessen gjentas. Den estimerte endring av høyderaten dh/dt 277 for den andre høydeobservatoren 270-b, dhjdt, brukes til avkopling av tilstandsfeedback av strøm2tilstandsregulator 252.

Fordelene med høydeobservatoren 270, slik som demping av støy og forbedring av dårlig sensorytelse, estimering av en forstyrrelse, og estimering av en parameter for endring av rate, kan oppnås i en densitetsobservator med en struktur som er relatert til høydeobservatoren 270.1 én utførelsesform er indikasjonen av densitet pi2for den første blandingen 13 i den første tanken 12 og indikasjonen av densiteten ps for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 framskaffet av to komponenter for observasjon av densitet, som estimerer heller enn direkte måler densitetenP12og Ps for henholdsvis blanding 13 og 15.1 en annen utførelsesform kan densitetsobservatoren brukes til å estimere densiteten av andre blandinger eller materialer i systemer forskjellig fra det fysiske anlegget 10 skissert i figur 1.

Med henvisning til figur 9A, er det skissert en generell densitetsobservator 290 som kan opereres for å bestemme en estimert densitet av en blanding i en tank. Densitetsobservatoren 290 omfatter en Pl densitetsregulator 292 og en densitet tankmodellkomponent 294. En åttende summeringskomponent 299 summerer negativt en estimert densitet negativ feedback 295 med en målt densitetsverdi 291 for å bestemme en fjerde feil e4(t). Den fjerde feilverdi e4(t) prosesseres av Pl densitetsregulatoren 292, som har en forsterkning Kp4for en fjerde proporsjonalkomponent 296 og en integralforsterkning Ka for en femte integralkomponent 298 forbundet med en femte integrasjonsfaktor 300.1 én utførelsesform kan den fjerde feilverdien e4(t) prosesseres av et filter i stedet for av Pl densitetsregulatoren 292, slik som et analogt filter eller et digitalt filter, for å introdusereønskete tidsforsinkelser eller for å dempe og/eller forsterke visse frekvenskomponenter i den fjerde feilverdien e4(t).

Utverdien fra Pl densitetsregulatoren 292 kan anvendes som et estimat på systemfeil, for eksempel forskjellen mellom ønsket og faktisk masseflyt samt andre parameterestimat. Disse feilene kan samles og betegnes som en forstyrrelse, der forstyrrelsen utgjør forskjellen mellom hva som kreves fra det første reguleringssystemet 100 og hva det første reguleringssystemet 100 faktisk produserer, umålte mengder slik som luftstrøm inn eller ut

av den aktuelle tanken, og unøyaktigheter i estimerte systemparametre. Utverdien fra Pl densitetsregulatoren 292 kan betegnes som et andre forstyrrelsesestimat 301. Det andre forstyrrelsesestimatet 301 kan mates tilbake til regulatoren 102 for å gi avkopling av forstyrrelse. Avkopling av forstyrrelse er beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

Utverdien fra Pl densitetsregulatoren 292, som samsvarer med en masseflyt, summeres med ett eller flere densitetspådrag 293, for eksempel en masseflytrate, slik som forskjellen mellom pådraget for masseflyt inn i den første tanken 12 og raten for masseflyt av sementslurry ut av den første tanken 12 over overløpskanten 14 inn i den andre tanken 16, ved hjelp av en tredje summeringskomponent 302. Utverdien fra en tolvte multiplikasjonskomponent435 og utverdien fra en trettende multiplikasjonskomponent 440 blir også summert negativt av den tredje summeringskomponenten 302. Densitetspådraget 293 er forbundet med masseflyt inn i den tilknyttede tanken og utverdiene fra den tolvte og trettende multiplikasjonskomponenten 435, 440 er forbundet med masseflyt ut av den tilknyttede tanken. Utverdiene fra den tredje summeringskomponenten 203 prosesseres av densitet tankmodellkomponent 294. Densitet tankmodellkomponent 294 multipliserer utverdien fra den tredje summeringskomponenten 302 med en sjette integralkomponent 304 forbundet med en sjette integrasjonsfaktor 306. Den sjette integralkomponenten 304 er invers proporsjonal med høyden av blandingen multiplisert med tverrsnittsarealet av tanken, som representert ved "1/hA" i blokka for den sjette integralkomponenten 304. Legg merke til at divisjon av en masseflyt med hA er hovedsakelig ekvivalent med å dividere med tankvolumet som fører til en estimert rate for endring av densitet 307 dp/dt. Høyden kan framskaffes med en høydesensor, for eksempel hrsensor 110, eller høydeobservatoren 270. Alternativt kan høyden være en fast konstant bestemt eksperimentelt for å framskaffe en foretrukket responsrate for den generelle densitetsobservator 290. Integrasjon av denne kvotienten med hensyn til tid resulterer i en densitet. Utverdien fra densitet tankmodellkomponent 294 er følgelig den estimerte densitet 297 for blandingen i tanken. Den estimerte negative densitets-tilbakekobling 295 er det samme signalet som den estimerte densiteten 297, men den estimerte densitets-tilbakekobling 295 mates inn i den åttende summeringskomponenten 299 ved input til densitetsobservatoren 290 for prosessering gjennom Pl-regulatoren 292 og tankmodellkomponent 294 for å gi mer en mer nøyaktig estimert densitet 297 hver gang. Det estimerte negative densitets-tilbakekobling 295 multipliseres med en faktor A(dh/dt) av den tolvte multiplikatorkomponenten 435 for å produsere en pA(dh/dt) som mates negativt tilbake til den tredje summeringskomponenten 302 som beskrevet foran. Uttrykket pA(dh/dt) tilsvarer en endring i masserate basert på endringer i høyden av blandingen i tanken. Faktoren dh/dt kan bestemmes fra en høydesensor eller en høydeobservator. I en utførelsesform av systemet 100 som ikke gir noen indikasjon eller estimat på blandingens høyde, kan alternativt den tolvte multiplikasjonen 435 være fraværende i den generelle densitetsobservatoren 290. Den estimerte negative densitets-tilbakekobling 295 blir også multiplisert med en faktor dv/dt av den trettende multiplikatorkomponenten 440 for å produsere en verdi p(dv/dt) som mates negativt tilbake til den tredje summeringskomponenten 302 som beskrevet foran. Verdien p(dv/dt) tilsvarer en endring av masserate grunnet flyt av blandingen ut av tanken. I én utførelsesform kan den målte densitet 291 framskaffes av en densitetssensor, for eksempel pi2-sensor 114, installert i en resirkulasjonsledning eller en utløpsledning, slik som utløpsledningen 32, forbundet med tanken. Densiteten for blandingen målt i resirkulasjonsledningen kan følgelig ligge flere sekunder bak densiteten for blandingen i tanken. I denne utførelsesformen kan det innføres en tidsforbindelse på flere sekunder, for eksempel tre sekunder, i den estimerte negative densitets-tilbakekobling 295 før negativ summering med den målte densiteten 291 ved den åttende summeringskomponenten 299 for å bestemme den fjerde feilverdien e4(t). Dette tillater at målt og estimert densitet foreligger i samme referanseramme med hensyn til tid før bestemmelse av den fjerde feilverdi e4(t). Den passende tidsforsinkelsen kan lett bestemmes ved eksperimentering av en fagperson, og avhenger av blandingens viskositet og blandehastighet.

Fordi strukturen av høydeobservator 270 og høydeobservator 290 er relatert, trenger fagpersonen kun å bestemme den forsterkning som passer til densitetsobservatoren 290, og konfigurere de to observatorstrukturene 290, 290 tilsvarende. En fagperson vil se at resultatene fra analysen av densitetsobservator 290 foran kan tilføres til digitale signaler så vel som analoge signaler. For eksempel kan analoge parametre slik som indikasjon på densitet ps for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 fra ps-sensor 116 omdannes av en analog-til-digitalomformer (A/D-omformer) til et digitalt signal. Tilsvarende kan det produseres analoge utverdier av en digital-til-analogomformer (D/A-omformer), valgfritt kombinert med en forsterker for å framskaffe tilstrekkelig effekt til å drive en elektromekanisk anordning, og omdanne et digitalt reguleringssignal til et analogt reguleringssignal som er egnet til å regulere den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20.

Med henvisning til figur 9B, er det vist et blokkdiagram som viser en del av én utførelsesform av det første reguleringssystemet 100 som inkluderer en første densitetsobservator 290-a og en andre densitetsobservator 290-b. Sensoren p12114 gir en indikasjon på densiteten p12for den første blandingen 13 i den første tanken 12 til den første densitetsobservatoren 290-a, som summeres negativt av en fjortende summeringskomponent 299-a med en første densitet estimert negativ feedback 295-a for den første blandingen 13 i den første tanken 12 for å oppnå en feilverdi e4-a(t). Som beskrevet foran, i en utførelsesform der pi2sensor 114 er lokalisert i en resirkulasjonsledning, kan den estimerte negative densitets-tilbakekobling 295-a forsinkes flere sekunder før den sendes til den fjortende summeringskomponent 299-a. Feil e4-a(t) mates til en første Pl densitetsregulator 292-a. Utverdien fra den første Pl densitetsregulatoren 292-a summeres positivt med et første densitetspådrag 293-a fra en fjortende summeringskomponent 305 av en femtende summeringskomponent 302-a. Utverdien fra en fjortende multiplikatorkomponent 435-a og en femtende multiplikatorkomponent 440-a, som tilsvarer en endring i masserate grunnet høydeforandring i henholdsvis den første tanken 12 og masseflyten ut fra den første tanken 12, summeres negativt av den femtende summeringskomponenten 302-a. Sumproduktet fra den femtende summeringskomponenten 302-a behandles av en første densitets-tankmodellkomponent 294-a. Legg merke til at den sjette integralkomponent 294-a anvender tverrsnittsarealet Ai i den første tanken og høyden htfor den første blandingen 13 i den første tanken 12. Legg merke til at den første estimerte negative densitets-tilbakekobling 295-a og en første estimert densitet 297-a er samme signal men er identifisert med forskjellige symboler for å framheve deres ulike funksjoner i regulatoren 102.

Utverdien fra den første densitets Pl-regulatoren 292-a, som det andre forstyrrelsesestimat 301, summeres negativt av den syttende summeringskomponenten 305 med utverdien fra den andre strømningsregulatoren 204 pluss utverdien generert av en femte multiplikator 321 for å bestemme pådraget for masseflyten dm12/dt 203. Det andre forstyrrelsesestimatet 301 gir avkopling av forstyrrelse for bestemmelse av pådraget for masseflyt dm12/dt 203, mens den femte multiplikatorkomponenten 321 gir avkopling av tilstandsfeedback. Den femte multiplikatorkomponenten 321 gir produktet dannet ved å multiplisere den første estimerte densitet 297-a for den første blandingen 13 i den første tanken 12 med raten for høydeendring dhi/dt for den første blandingen 13 i den første tanken 12 og med arealet Ai av den første tanken 12, for å oppnå raten for høydeendring dhjdt, for eksempel fra den estimerte raten for høydeendring 285 fra den første høydeobservatoren 270a. I en annen utførelsesform kan det andre forstyrrelsesestimatet 301 framskaffes av den andre densitetsobservatoren 290-b.

For å estimere densiteten ps for den andre blandingen 15, gir sensoren ps 116 en indikasjon på densiteten ps for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 til den andre densitetsobservatoren 290-b. Denne indikasjonen på ps summeres av en attende summeringskomponent 299-b med en andre estimert negativ densitet 295-b for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 for å oppnå en feil e4_b(t). Som beskrevet foran, i en utførelsesform der ps-sensor 116 er lokalisert i en resirkulasjonsledning eller i en produktledning, slik som produktledning 32, kan den estimerte negative densitet 295-b forsinkes flere sekunder før den mates til den attende summeringskomponenten 299-b. Feilen e4_b(t) mates til en andre Pl densitetsregulator 292-b. Et andre densitetspådrag 293-b, produsert av en sjette multiplikator 322, summeres positivt av en nittende summeringskomponent 302-b med utverdien fra den andre Pl densitetsregulatoren 292-b. Den sjette multiplikatoren 322 sender produktet dannet ved å multiplisere den første estimerte densitet 297-a for den første blandingen 13 i den første tanken 12 med den volumetriske strømningsraten dv12/dt for den første blandingen 13 inn i den andre tanken 16. Utverdien fra en sekstende multiplikatorkomponent 435-b og en syttende multiplikator 440-b, som tilsvarer henholdsvis en endring i masserate grunnet høydeendringer i den andre tanken 16 og masseflyt ut fra den andre tanken 16, summeres negativt av den nittende summeringskomponenten 302-b. Utverdien fra den nittende summeringskomponenten 302-b prosesseres av en andre tankmodellkomponent for densitet 294-b. Legg merke til at den sjette integralkomponenten 304 for den andre tankmodellkomponenten for densitet 294-b bruker tverrsnittsarealet A2for den andre tanken 16 og høyden h2 for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16. Den andre estimerte densitet 297-b for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 forsynes som input til strøm2tilstandsregulatoren 252 for generering av pådrag for masseflyt dm12/dt som er pådraget for masseflytsignalet dm12/dt 203 gitt som en parameterverdi til den andre flytregulatoren 204 som beskrevet foran med henvisning til figur 4. Legg merke til at den andre negative estimerte densitets-tilbakekobling 295-b og den andre estimerte densitet 297-b er samme signal men er merket forskjellig for å framheve deres ulike funksjoner i regulatoren 102.

En fagperson vil se at komponentene i det første reguleringssystemet 100 beskrevet foran kan underlegges en rekke alternative utførelser, og mens det i det etterfølgende er beskrevet flere alternative utførelser, er det i den foreliggende beskrivelsen tatt høyde for andre utførelsesformer.

Med henvisning til figur 10A, er det vist en del av et andre reguleringssystem 364. Det andre reguleringssystemet 364 regulerer et fysisk anlegg 10 med en enkelt tank, slik som den første tanken 12 i figur 1, og første og andre aktuatorer 18, 20. Det andre reguleringssystemet 364 bruker en høydeobservator 270, som er hovedsakelig lik den beskrevet foran med hensyn til figur 8A, for å estimere høyden av den første blandingen 13 i den første tanken 12 og for å bestemme det første forstyrrelsesestimatet 281.

Flere komponenter blir kombinert for å framskaffe en første høyderegulator 366 som er hovedsakelig lik strøm! tilstandsregulatoren 250 beskrevet foran med henvisning til figur 5B. Nærmere bestemt bestemmer en attende summeringskomponent 346 en femte feil e5(t) ved å foreta negativ summering av den estimerte høyden 277 produsert av høydeobservatoren 270 med en hrinput 340, framskaffet av eksempelvis en operatør. Den femte feil e5(t) prosesseres av en proporsjonalforsterkning Np i en sjuende multiplikatorkomponent 344. En trettende summeringskomponent 426 summerer utverdiene fra den sjuende multiplikatorkomponent 344 positivt med dvs/dt-input 106 som gir pådraget. En tjueåttende summeringskomponent 422 summerer negativt det første forstyrrelsesestimatet 281 med utverdien fra den trettiende summeringskomponent 426. Den tjueåttende summeringskomponenten 422 gir samme funksjon som strørrii-regulator 202 som beskrevet foran med henvisning til figur 8B. Utverdien fra den tjueåttende summeringskomponent 422 er pådraget for første volumstrøm dvjn/dt 151 som mates til første og andre strømningsmodulator 152,154 og inn til den sjuende summeringskomponent 282 for høydeobservator 270 som inngående volumpådrag 283. En første dvs/dt 445 mates negativt til den sjuende summeringskomponenten 282, og den første dvj/dt 445 kan skaffes enten fra en strømningssensor eller kan være basert på dvj/dt-input 106. Den første strømningsmodulator 152 regulerer den første aktuatoren 18 basert på pådraget for første volumetrisk strømningsrate dvin/dt 151 og pådraget for første masseflyt dmin/dt 153, som genereres som beskrevet nedenfor med henvisning til figur 10B.

Med henvisning til figur 10B, er det skissert en annen del av det andre reguleringssystemet 364. Flere komponenter er kombinert for å framskaffe en første densitetsregulator 368 som er hovedsakelig lik strøm2tilstandsregulator 252 beskrevet foran med henvisning til figur 5C, med det unntak at uttrykket (dhz/dtJAzforbundet med den første multiplikatorkomponent 266 er utelatt fordi det i denne utførelsen ikke finnes noen andre tank 16. En tjuende summeringskomponent 350 bestemmer en sjette feil e6(t) ved å foreta negativ summering av densitetsestimatet 297 produsert av den modifiserte densitetsobservator 356 med input ps 108. Den sjette feil e6(t) prosesseres av en proporsjonalforsterkning Km i en niende multiplikatorkomponent 352. En tiende multiplikatorkomponent 360 multipliserer densitetsestimatet 297 med dvs/dt-input 106. Det andre forstyrrelsesestimatet 362 summeres negativt med utverdiene fra niende og tiende multiplikatorkomponent 352, 360 aven tjueniende summeringskomponent424. Utverdien fra den tiende multiplikatorkomponenten 360 kan anses å gi pådrag til en densitetsregulator 368 som omfatter den tjuende summeringskomponenten 350, den niende multiplikatorkomponent 352, den tiende multiplikatorkomponenten 360 og den tjueniende summeringskomponenten 424. Utverdien fra den tjueniende summeringskomponenten 424 er det første pådraget for masseflyt dmin/dt 153 som mates til første og andre strømningsmodulator 152,154 og til densitetsobservator 290 som pådrag 293 for densitet. Den andre strømningsmodulatoren 154 regulerer den andre aktuatoren 20 basert på pådraget for første volumetrisk strømningsrate dVjn/dt 151 og pådraget for den første masseflyt dmin/dt 153, som genereres som beskrevet foran med henvisning til figur 10A.

En fagperson vil se at det ikke anvendes noen integralprosessering i den første høyderegulatoren 366 beskrevet foran med henvisning til figur 10A eller i densitetsregulator 368 fordi effekten av pådraget og avkopling av forstyrrelse er reduksjon av stasjonær feil til praktisk talt null, for derved å transformere det andre reguleringssystemet 364 fra et førsteordens ikke-lineært system (som i det første reguleringssystemet 100), til et førsteordens lineært system som kan reguleres med proporsjonalregulatorer. Dersom forstyrrelsene avkoples eller fjernes ved bruk av observatørene, for eksempel med høydeobservator 270 og/eller densitetsobservator 290, og pådragene, kan det generelt brukes en proporsjonalregulator (P) med praktisk talt null stasjonærfeil, siden det andre reguleringssystemet 364 vil oppføre seg i henhold til en lineær førsteordens differensiallikning. Dersom forstyrrelsene ikke blir avkoplet, kan det være foretrukket å bruke en Pl-regulator slik at integral uttrykket sikrer hovedsakelig null stasjonærfeil.

Med henvisning til figur 11, er det skissert et tredje reguleringssystem 376. Det tredje reguleringssystemet 376 regulerer et fysisk anlegg 10 med to aktuatorer 18, 20; to beholdere 12, 16; og kun en enkelt sensor, pi2-sensoren 114, som måler densiteten pi2for den første blandingen 13 i den første tanken 12.1 denne utførelsesformen blir pådraget for første volumetriske strømningsrate dvin/dt 151 til første og andre strømningsregulator 152,154 framskaffet direkte ved dVj/dt-input 106 uten bruk av strømningsregulator eller andre komponenter som i det første reguleringssystemet 100. Denne utførelsesformen inneholder heller ikke høyderegulator slik at en operatør kan justere faktisk volumetrisk strømningsrate dvj/dt ut av den andre tanken 16 ved å regulere produktstrømpumpa 22 og derved opprettholde denønskete høyden h2for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16.

Høydeobservatoren 290 bestemmer densitetsestimatet 297 for densitet pi2for den første blandingen 13 i den første tanken 12 og det andre forstyrrelsesestimatet 362 basert på utverdien fra p12-sensor 114 og pådrag for densitet 293. Fordi denne utførelsesformen ikke gir noen indikasjon på høyde, er uttrykket A(dh/dt) i figur 9A som er forbundet med den tolvte multiplikatorkomponent 435 utelatt. Som beskrevet foran med henvisning til figur 9A, er høydekomponenten for den sekstende integralkomponenten 304 i denne utførelsesformen en konstantverdi som er valgt for å gi en ønsket systemresponstid. En tjueandre summeringskomponent 380 summerer negativt densitetsestimatet 297 med en pi2innparameter 370 for å bestemme en sjuende feil e7(t) som multipliseres med en proporsjonalforsterkning km av en ellevte multiplikatorkomponent 382. Input pi2370 for eksempel, kan framskaffes av en operatør gjennom et grensesnitt. Den tjueandre summeringskomponenten 380 og den ellevte multiplikatorkomponenten 382 omfatter en andre densitetsregulator 372 som regulerer densiteten p12for den første blandingen 13 i den første tanken 12. Under stasjonære tilstander, vil densiteten for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 følge den regulerte densitet pi2for den første blandingen 13 i den første tanken 12. Når input pi2370 endres, vil densiteten ps for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 hovedsakelig være lik densiteten p12for den første blandingen 13 i den første tanken 12 etter en tidsforsinkelse.

En tolvte multiplikatorkomponent 384 multipliserer densitetsestimat 297 med den tilnærmet faktiske volumetriske strøm dvi2/dt. Fordi hi ikke blir målt, og funksjonen F(hi) ikke kan benyttes, brukes dvs/dt-input 106 for å tilnærme den faktiske volumetriske flyt dv12/dt over overløpskanten 14. Utverdien fra den tolvte multiplikatorkomponent 384 gir avkopling av tilstandsfeedback til reguleringssystemet 376 for å kompensere for masse som forlater den første tanken 12.

Det andre forstyrrelsesestimatet 362 summeres negativt med utverdien fra ellevte og tolvte multiplikatorkomponent 382, 384 av en tjueførste summeringskomponent 374 for å bestemme pådraget for første masseflyt dmin/dt 153. Pådraget for første masseflyt dmin/dt 153 mates til første og andre strømningsmodulator 152,154 for å regulere første og andre aktuator 18 og 20 som beskrevet foran. Utverdien fra tjueførste summeringskomponent 374 framskaffer også densitetspådrag 293 til densitetsobservatoren 290.

Med henvisning til figur 12, er det skissert et fjerde reguleringssystem 378. Det fjerde reguleringssystemet 378 er hovedsakelig likt det tredje reguleringssystemet 376 med unntak av at det fjerde reguleringssystemet 378 inkluderer høydeobservator 270 og en andre høyderegulator 428. Høydeobservatoren 270 bestemmer den estimerte høyden 277 for den andre blandingen 15 i den andre tanken 16 basert på input fra h2-sensor 112 og høydepådrag 283. En andre dVj/dt-faktor 450 summeres negativt med høydepådraget 283 og utverdien fra Pl høyderegulator 272 av den sjuende summeringskomponent 282. Den estimerte høyden 277 summeres negativt med h2-input 194 av en tjuetredje summeringskomponent 386 for å generere en åttende feil e8(t). Den åttende feil e8(t) prosesseres av en tredje Pl-regulator 390 for å produsere et høydepådrag 430, som summeres med dvs/dt-input 106 av en tjuefjerde summeringskomponent 388 for å produsere dVjn/dt-signal 151 forsynt til strømningsmodulatorene 152,154. Basert på dvin/dt-signal 151 og dmin/dt-signal 153, regulerer første og andre strømningsmodulator 152,154 tilstanden for første og andre aktuator 18, 20 som beskrevet foran.

Mens det fysiske anlegget 10 regulert av de ulike utførelsene av reguleringssystemene 100, 364, 376 og 378 beskrevet foran inkludert i en eller to beholdere, kan i andre utførelsesformer reguleringssystemet regulere blandingsparametre forflere enn to beholdere koplet i serie. I andre utførelsesformer kan det brukes en eller flere sensorer valgt blant sensor p^2, sensor ps, sensor hi, sensor h2og en strømningsmåler. Det kan brukes en blanding av sensorer uten høydeobservator 270 eller densitetsobservator 290. Andre utførelsesformer kan bruke en eller flere sensorer med en eller flere høydeobservatorer 270 og/eller densitetsobservatorer 290. Mens høydeobservator 270 og densitetsobservator 290 er diskutert foran, kan observatorkonseptet utvides til andre sensorer for å redusere støy produsert fra disse og andre sensorer og for å oppnå fordelene forbundet med avkopling eller fjerning av forstyrrelser og estimering av mellomrater. En fagperson vil se at kopling blant reguleringskomponenter kan endres for å forenkle prosessering, som for eksempel ved å kombinere to summeringskomponenter i serie ved å lede alle input til de to summeringskomponentene til en enkelt summeringskomponent eller ved å erstatte to komponenter som beregner samme verdi med en komponent og lede utverdi fra denne ene komponenten til to destinasjoner. Alternativt kan en summeringskomponent som summerer flere enn to input ekspanderes i en serie på to eller flere summeringskomponenter som summerer de ulike input samlet

Regulatoren 102 som brukes i de ulike reguleringssystemene 100, 364, 376 og 378 beskrevet foran, kan implementeres i en hver generell datamaskin med tilstrekkelig prosesseringskraft, minneressurser og nettverkskapasitet til å kunne håndtere den nødvendige arbeidsbelastning den vil utsettes for. Figur 13 illustrerer et typisk generelt datamaskinsystem 580 egnet for implementering av en eller flere utførelsesformer av de ulike reguleringssystemene beskrevet her. Datamaskinsystemet 580 omfatter en prosessor 582 (som kan betegnes som en sentral prosesseringsenhet eller CPU) i kommunikasjon med minneanordninger inkludert sekundærlager 584, skrivebeskyttet minne (ROM) 586, hurtigminne (RAM) 588, inn/ut-enheter (l/O) 590 og anordninger 592 for nettverksadgang. Prosessoren kan være implementert som en eller flere CPU-brikker. Kommandoene eller signalene til den første aktuatoren 18 og den andre aktuatoren 20 kan konverteres fra et digitalt signal til et analogt av en digital-til-analog-konverter (DAC), ikke vist, eller på annet vis bearbeides for å gjøre aktuatorsignalet forenelig med en reguleringsinput til den første aktuatoren 18 og en reguleringsinput til den andre aktuatoren 20.

Sekundærlageret 584 omfatter typisk en eller flere harddisker eller båndstasjoner og brukes for permanent lagring av data og som overflyt for lagring av data dersom RAM 588 ikke er stor nok til å holde på alle arbeidsdata. Sekundærlager 584 kan brukes til å lagre programmer som er lastet i RAM 588 når slike programmer velges for eksekvering. ROM 586 brukes til å lagre instruksjoner og kanskje data som leses under programutførelse. ROM 586 er en permanent minneanordning som typisk har liten minnekapasitet sammenliknet med den større minnekapasiteten hos sekundærlageret 584. RAM 588 brukes til å lagre flyktige data og kanskje lagre instruksjoner. Adgang til både ROM 586 og RAM 588 er typisk raskere enn til sekundærlageret 584. l/O-anordninger 590 kan inkludere skrivere, skjermer, LCD-skjermer, berøringsskjermer, tastatur, spesialtastatur, brytere, nummerskiver, mus, styrekuler, stemmegjenkjenning, kortlesere, papirbåndlesere eller andre velkjente inputanordninger. Anordningene for nettverksadgang 592 kan ta form av modem, modembanker, ethernettkort, grensesnittkort for universalbuss (USB), serielle grensesnitt, token ring-kort, kort for fiberdistribuert datagrensesnitt (FDDI), kort for trådløst nettverk (WLAN), radiomottakerkort slik som Global System for Mobile Communications (GSM) -mottakerkort, og andre velkjente nettverksanordninger. Disse anordningene for nettverksadgang 592 kan sette CPU 582 i stand til å kommunisere med internett eller ett eller flere intranett. Med en slik nettverksforbindelse, kan det hende at CPU 582 mottar informasjon fra nettverket, eller sender informasjon til det aktuelle nettverket ved å utføre de ovennevnte metodetrinnene. Slik informasjon, som ofte er representert som en sekvens av instruksjoner for eksekvering ved bruk av prosessor 582, kan være mottatt fra og sendt over nettverket, for eksempel i form av et datamaskinsignal innkapslet i en bærerbølge.

Slik informasjon, som kan inkludere data eller instruksjoner for eksekvering ved bruk av prosessor 582 for eksempel, kan mottas fra og sendes over nettverket, for eksempel i form av et basisbåndsignal eller signal innkapslet i en bærerbølge. Basisbåndsignalet eller signalet innkapslet i bærerbølgen generert av nettverksanordningene 592 kan propagere i eller på overflata av elektriske ledere, i koaksialkabler, i bølgeledere, i optiske media, for eksempel optisk fiber, eller i lufta eller i det frie rom. Informasjonen opptatt i basisbåndsignalet eller signalet opptatt i bærerbølgen kan være ordnet i henhold til ulike sekvenser, som kan væreønskelig for enten prosessering eller generering av informasjonen eller overføring eller mottak av informasjonen. Basisbåndsignalet eller signalet opptatt i bærerbølgen, eller andre typer signal som er i bruk i dag eller blir utviklet, her betegnet som transmisjonsmedium, kan genereres i henhold til flere metoder som er kjent innen faget.

Prosessoren 582 utfører instruksjoner, koder, dataprogram, skript som aksesseres fra harddisk, diskett, optisk plate (disse ulike platebaserte systemene kan alle anses som sekundærlager 584), ROM 586, RAM 588 eller nettverksanordningene 592.

Mens flere ulike utførelsesformer er framsatt i den foreliggende beskrivelsen, skal det være klart at de beskrevne systemene og framgangsmåtene kan realiseres i mange andre spesifikke former uten å avvike fra oppfinnelsens ramme som definert i de etterfølgende patentkrav.. De foreliggende eksemplene er ansett for å være illustrative og ikke begrensende.

Claims

1. Framgangsmåte for vedlikehold avet brønnhull, ved å kople et blandesystem til brønnhullet, regulere blandesystemet for å produsere en materialblanding med hovedsakelig ønsket densitet (ps) samt å regulere blandesystemet for å forsyne materialblandingen til brønnhullet ved hovedsakelig ønsket volumetrisk strømningsrate (dvs/dt) for å betjene brønnhullet, idet reguleringen for produksjon av hovedsakelig ønsket densitet skjer uavhengig av reguleringen for produksjon av hovedsakelig ønsket volumetrisk strømningsrate,karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter å regulere blandesystemet til å fylle en tank (12,16) med materialblandingen til en viss omtrentlig ønsket høyde (hi, h2) og mate den ønskede høyde inn i et reguleringssystem som kan betjenes til å utføre reguleringstrinnene.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat reguleringstrinnet for fylling av en tank (12,16) til hovedsakelig ønsket høyde (hi, h2) skjer uavhengig av de andre reguleringstrinnene.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat i det minste noen av reguleringstrinnene utføres på basis av en målt densitet.

4. Framgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat det produseres et densitetsestimat basert på verdien for den målte densitet og at reguleringstrinnene i det minste delvis utføres på basis av densitetsestimatet.

5. Framgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat det estimeres en forstyrrelse, hvorved reguleringen for produksjon av en hovedsakelig ønsket densitet i det minste delvis er basert på estimeringen av forstyrrelsen.

6. Framgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat i det minste noen av reguleringstrinnene er basert på avkopling av en negativ masseflyttilstand forbundet med blandesystemet.

7. Framgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat den målte densitetsverdi fødes tilbake for å forbedre nøyaktigheten ved reguleringen for produksjon av hovedsakelig ønsket densitet (ps).

8. Framgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat tilbakekobling av den avfølte verdi av densitet forsinkes.

9. Framgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat i det minste noen av reguleringstrinnene bruker pådrag for å redusere tidsforsinkelse i reguleringssystemet.

10. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat i det minste noen av reguleringstrinnene utføres på basis av en målt høydeverdi.

11. Framgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat det produseres et høydeestimat basert på den målte høydeverdien, og at reguleringstrinnene utføres i det minste delvis på basis av høydeestimatet.

12. Framgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat det estimeres en forstyrrelse, hvorved reguleringen for fylling av en tank (12,16) til hovedsakelig ønsket høyde (hi, h2) er i det minste delvis basert på estimering av forstyrrelsen.

13. Framgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat i det minste noen av reguleringstrinnene bruker pådrag for å redusere tidsforsinkelse i regulering av blandesystemet.

14. Framgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat i det minste noen av reguleringstrinnene er basert på avkopling av en negativ tilstandsfeedback for volumetrisk flyt forbundet med blandesystemet.

15. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat denønskete densitet (ps) og volumetrisk strømningsrate ( dvjdt) mates inn i et reguleringssystem som kan betjenes til å utføre reguleringstrinnene.