SE457389B - Moensterigenkaennande, sjaelvavstaemmande styranordning - Google Patents

Description

457 389 2 _ processen, så att den process-styrda variabeln bibehålles vid det önskade värde. Det inses att det är fördelaktigt om styranordnin- gens uppförande i huvudsak är anpassat till de dynamiska egenska- perna av en process, så att hela reglerslingan kan bibehållas vid sitt optimala tillstånd, i synnerhet efter det att processen har störts eller en abrupt förändring har gjorts av referenssignalen.

En mönster-igenkännande, självavstämmande styranordning inställer automatiskt styranordningens driftsparametrar, så att styranord- ningens uppförande ändras allt efter behov för att hålla regler- slingan i dess optimala tillstånd. Det inses att mönster-igenkän- ning är en känd teknik som'används för manuell avstämning av driftsparametrarna av en styranordning. I typfallet störs det i _ett stabilt tillstånd arbetande styrsystemet och observeras mönstret av gensvaret. En mänsklig operatör jämför detta mönster med ett önskat mönster och modifierar styranordningens inställ- ningar så att de tvâ mönstren i huvudsak överensstämmer. Avstäm- ningen kan sålunda vara tidskrävande och kostsam om många test- försök inträffar innan erforderlig erfarenhet och/eller kännedom om processen uppnås för inställning av styranordningens drifts- parametrar. 1 Eftersom vidare styranordningens inställningar är avsedda för en viss uppsättning och områden av driftsvillkor erfordras manuell nyavstämning för kompensering av förändringar i driftstillstån- den, vilka kan vara resultatet av händelser såsom referenssignal- revisioner, processbelastningsstörningar eller åldring, slitage och korrosion av styrsystemets utrustning. Olika försök har ut- förts med begränsad framgång för tillhandahållande av en adaptiv styranordning som eliminerar behovet av, men duplicerar den manuella avstämningsprocess som används av en skicklig mänsklig operatör._ För många tillämpningar är de ekvationer som beskriver det dyna- miska uppförandet av reglerkretsen mycket komplexa, varför det är mycket svårt att analytiskt bestämma vilka driftsparametrar som bör användas för uppnående av det önskade ideala mönstret. Såsom -- -Ä--n- 457 389! -i 3 ett resultat härav är analytiska lösningar ofta baserade på för- enklande antaganden, vilka reducerar driftstillståndsområdet eller antalet processtillämpningar som kan styras utan mänsklig inblandning.

Det amerikanska patentet 3 798 426 beskriver en mönster-evalue- rande, adaptiv styranordning som är kapabel att avstämmas utan en mänsklig operatör. När processen som regleras återhämtar sig från en rubbning såsom en lokal störning eller förändring av referens- signalen, så undersöker styranordningen enligt detta patent bör- jan av âterhämtningsförloppet av den processreglerade variabeln och beräknar olika evalueringstidsintervall. Avvikelser av den processreglerade variabeln från dess bör-värde integreras före- trädesvis över vart och ett av evalueringsintervallen och kombi- neras för alstring av ett integrerat fel. På basis av storleken av det integrerade felet förändras styranordningens driftspara- metrar allt efter behov för säkerställande av optimal styrverkan när processen rubbas nästa gång.

Relationen mellan början av återhämtningsförloppet och storleken av de därmed associerade evalueringsintervallen förblir dock ej alltid konstant under alla driftssituationer. Fastän styranord- ningen enligt nämnda patent är lämplig för styrning eller regle- ring av en komplicerad icke-linjär process, så finns det gränser för antalet situationer som kan hanteras innan en mänsklig opera- tör erfordras för att ändra de kriterier som används för bestäm- ning av evalueringsintervallen.

Följaktligen föreligger ett behov av en förbättrad adaptiv styr- anordning som är lämplig för ett stort antal driftstillstånd och/ eller tillämpningar. Vidare är det önskvärt att minimera eller eliminera tjänster av en mänsklig operatör, i synnerhet i situa- tioner där operatören utsätts för fysisk fara.

Summering av uppfinningen Ovan nämnda begränsningar vid tidigare kända reglerkretsar och styranordningar övervinnes genom anordnande av en ny och förbätt- fi-n-uzflf ~ .~....4--¿.'~_. - 4.57 38-9 4 rad mönster-igenkännande, självavstämmande styranordning för an- vändning i ett styrsystem, varvid styranordningen innefattar en regulator kopplad till en process i en sluten styrning av styr- systemet i och för styrning av en process-styrd variabel som har bör- och uppmätta värden, varvid regulatorn har en reglerverkan som bestäms av åtminstone en driftsparameter, så att regulatorn är känslig för en skillnad mellan nämnda bör- och uppmätta värden. Anordningen innefattar vidare första komparatororgan känsliga för skillnader mellan nämnda bör- och uppmätta värden, i och för alstring av en uppförandesignal vid sluten styrning, detektororgan känsliga för process-styrvariabelns uppförandesig- nal vid sluten styrning, i och för mätning av en mönsterkarakte- ristik därav och alstring av ett uppmätt värde av mönsterkarakte- ristiken, andra komparatororgan kopplade till detektororganen för jämförelse av nämnda uppmätta värde med ett förutbestämt önskat värde för mönsterkarakteristiken, och inställningsorgan kopplade till nämnda andra komparatororgan reagerande på en skillnad mel- lan nämnda uppmätta och önskade värden av mönsterkarakteristiken, så att det uppmätta värdet i huvudsak matchar börvärdet, varvid inställningsorganen ej verkar för att.ändra regulatorns drifts- parameter när skillnaden mellan nämnda uppmätta och önskade värden är mindre än en förutbestämd skillnad.

En variant av denna grundläggande idé innefattar en mönster- igenkännande, självavstämmande styranordning som är kopplad till en process i öppen styrmod för styrning av en*process-styrd variabel som har en följd av värden vid tillhörande tidpunkter, varvid styranordningen uppvisar åtminstone en driftsparameter som påverkar hur den reagerar på en ändring i en insignal till den- samma, varvid processen reagerar på en styrsignal som alstrats av styranordningen, och kännetecknas av organ för alstring av en spårsignal som representerar en tidskurva av nämnda följd av värden av den process-styrda variabeln, lutningsdetekteringsorgan känsliga för spårsignalen som uppkommer när styrsignalen på lämpligt sätt abrupt störs vid en tidpunkt T från en nivå till en annan nivå, så att den process-styrda variabeln på motsvarande sätt ändras från ett stabilt tillstånd med en första tidsbaslinje ..<_-_. ' 457 389 till ett nytt stabilt tillstånd med en andra tidsbaslinje, varvid lutningsdetekteringsorganen innefattar: organ för bestämning av lutningarna av linjer som sträcker sig från en tidpunkt Tf fixerad på den första tidsbaslinjen till successiva värdepunkter av spårsignalen då den process-styrda variabeln ändras från det ena till det nya stabila tillståndet, organ för att ur dessa lin- jer välja en linje med ett maximalt absolutvärde på lutningen, organ för identifiering av en värdepunkt av spårsignalen genom vilken linjen med den maximala lutningen passerar såsom en övre inflektionspunkt, organ för att välja en inkrementpunkt av spår- signalen, vilken inkrementpunkt inträffar före den övre inflek- tionspunkten, organ för mätning av absolutvärdet av lutningen av en processindikerande linje som sträcker sig genom den övre in- flektionspunkten och inkrementpunkten, organ för mätning av skär- ningspunkten mellan den processindikerande linjen och den första tidsbaslinjen, organ för mätning av tidsskillnaden mellan skär- ningspunkten och tiden T samt alstring av en första signal repre- senterande en processdödtidskarakteristik Tät av processen, och organ känsliga för lutningen av den processindikerande linjen för alstring av en andra signal representerande en processkänslig- hetskarakteristik SEN, samt inställningsorgan kopplade att motta- ga utsignalen från lutningsdetekteringsorganen för att reagera på den första och andra signalen för att ändra styranordningens driftsparameter när den första och andra signalen har värden som ej ligger inom ett förutbestämt värdesområde.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen är styranordningen av den proportionella, integrerande och deriverande (PID) typen.

När styranordningen inställs för reglering detekteras och används toppar av felsignalen vilka överskrider förutbestämda nivåer baserade på ett brusband för beräkning av översväng och dämp- ningskarakteristika av den slutna styrningens gensvar för regler- kretsen. Ändringar göres allt efter behov av PID-koefficienterna i enlighet med skillnaderna mellan beräknade och önskade värden av översväng och dämpningskarakteristika. Åtgärder är även vid- .vx-å r 457.389 s i 6 tagna för en föranpassningsmod, i vilken styranordningen evalue- rar den öppna styrningens gensvar för reglerkretsen och bestäm- mer begynnelsevärdena av PID-koefficienterna, en maximal väntetid relaterad till den approximativa tidsperioden av processen samt ett brusband.

Föreliggande uppfinning är lämplig för styrning av ett stort an- tal driftstillstând och tillämpningar utan inblandning av någon mänsklig operatör. Ej heller erfordras insamling av stor kun- skapsmängd om den aktuella processen som skall regleras. Eftersom föreliggande uppfinning evaluerar uppförandet av den process- styrda variabeln varje gång processen reagerar på ett rubbnings- tillstånd, så sker en avstämning automatiskt för de negativa effekterna av lokala störningar. åldring, slitage och korrosion av styrsystemets utrustning. Vidare evaluerar föreliggande upp- finning reglerkretsens uppförande genom mätning av faktiska karakteristika av detta uppförande i och för jämförelse med önskade värden för dessa karakteristika. Såsom ett resultat härav undviks ovan nämnda problem associerade med tidigare kända styr- anordningar, vilka försöker finna analytiska lösningar till de komplexa ekvationer som beskriver reglerkretsens uppförande.

De ovan beskrivna samt andra egenskaper av föreliggande uppfin- ning kommer att klarare framgå av nedanstående beskrivning, vil- ken hänvisar till den bifogade ritningen.

Kort beskrivning av ritningen Fig. 1A visar ett blockschema av en reglerkrets som innefattar en styranordning utförd i enlighet med föreliggande uppfin- ning.

Fig. lB visar ett blockschema av de elektroniska komponenterna av en föredragen utföringsform av styranordningen enligt fig. 1A.

Fig. 2 är en illustration av förloppet av den felsignal som alstras i reglerkretsen enligt fig. 1A. _' se* Fig.

Fig.

Fig. 4 5.7 3:8 9 7 3A och 3B till 8A och BB visar i kombination ett flödessche- 10 11 12 13 14 ma som beskriver specifika operationer av den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning. är ett diagram av amplituden av uppförandet av den pro- cess-styrda variabeln som används vid föreliggande upp- finning med avseende på tiden. är ett blockschema av den brusbandskrets som används i föreliggande uppfinning för bestämning av brusnivån. är ett konvergensdiagram av testresultaten som erhölls när föreliggande uppfinning kopplades till en dominant eftersläpningsprocess och D-koefficienten var lika med noll. är ett konvergensdiagram som visar de testresultat som erhölls när föreliggande uppfinning kopplades till en do- minant eftersläpningsprocess och drevs med en uppsättning tillstånd som var skilda från de som användes i fig. ll. är ett konvergensdiagram av de resultat som erhölls när föreliggande uppfinning kopplades till en process som dominerades av dödtiden. är ett diagram som visar de resultat som erhölls när föreliggande uppfinning kopplades till en process som va- rierades.

Detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen I fig. lA visas ett blockschema av en processreglerkrets 8 som innefattar ett självavstämmande styrsystem 10 i enlighet med föreliggande uppfinning samt en process 12 som kännetecknas av en process-styrd variabel 14, exempelvis men ej nödvändigtvis tempe- ratur, tryck, nivå eller koncentration. En sensor 16 kopplad att mottaga den process-styrda variabeln 14 verkar för att alstra en mätsignal 18 som representerar värdet av den process-styrda .457 ass I H 8 variabeln 14. Sensorn 16 är ansluten till en omkopplare 110, vil- ken för föreliggande diskussion är anordnad för förbindelse med en A/D-omvandlare 160. En referenssignal 22 pâlägges A/D-omvand- laren 160 och representerar det önskade värdet av den process- styrda variabeln 14. Det självavstämmande styrsystemet 10 alstrar en styrsignal 20 såsom gensvar på den digitalt konverterade mät- signalen 18 och referenssignalen 22. Ett slutligt styrelement 23, exempelvis en ventil, som verkar för att inställa värdet av en av styranordningen manipulerad variabel 24, mottager styrsignalen 20 som alstrats på utgången av en konventionell D/A-omvandlare 162.

Processen 12 reagerar på förändringar i denna variabel för åstad- kommande av förändringar i den process-styrda variabeln 14, så att dess värde i huvudsak är lika med det önskade värdet som re- presenteras av referenssignalen 22.

Det inses att processen 12 även är känslig för en störning 26. Om magnítuden av störningen 26 är tillräckligt stor för att proces- sen 12 märkbart skall förändras vad gäller värdet av den process- styrda variabeln_l4, så kommer reglerkretsen 8 att reagera med korrigerande verkan för att eliminera effekterna av störningen 26.

En komparator 30 kopplad att mottaga mätsignalen 18 och referens- signalen 22 verkar för alstring av en felsignal 32 som represen- terar skillnaden mellan värdet av den process-styrda variabeln 14 och det önskade värdet eller börvärdet. En anpassare 34 (som be- skrivs mera i detalj nedan) är kopplad till komparatorn 30 för mottagning av felsignalen 32.'Anpassaren 34 alstrar då en pro- cessorsignal 40 vilken därefter pâlägges en ingång av en konven- tionell proportionell, integrerande och deriverande (PID) styr- anordning 42. PID-styranordningen 42 som är kopplad till kompara- torn 30 för mottagning av felsignalen 32 verkar för alstring av styrsignalen 20 (som representerar korrektionsverkan), vilken är proportionell mot tre-termssumman av felsignalen 32, en tidsin- tegral av felsignalen samt en tidsderivata av fe1signa1en.Det relativa bidraget av var och en av de tre termerna bestäms av konstanter benämnda proportional- (P-). integral- (I-) och deri- vata- (D-) -faktorer: Styranordningen 42 reagerar på processor- 457 389 9 signalen 40 i och för inställning av värdena av PID-faktorerna eller -koefficienterna. Anpassaren 34 innefattar en ingângster- minal 44 för mottagning av en initieringssignal 46 (som beskrivs mera i detalj nedan), så att riktig funktion av reglerkretsen 8 kan påbörjas när det självavstämmande styrsystemet 10 sätts i funktion.

I fig. lB visas ett blockschema av de elektroniska komponenterna i anpassaren 34. Mätsignalen 18 och referenssignalen 22 pâlägges båda ingångsledningarna av den konventionella A/D-omvandlaren 160, vilken alstrar digitala signaler representerande mätsignalen 18 och referenssignalen 22. Dessa digitala signaler överföres ut- med en buss 402, vilken har anslutningar till en mikroprocessor 404 av typ Intel 8051, ett RAM-minne 406, ett EPROM-minne 408 samt D/A-omvandlaren 162. Det bör noteras att anpassaren 34 i praktiken innehåller ett datorprogram som är lagrat i EPROM-min- net 408 och som emulerar funktionerna av faktiska hârdvarukret- sar. RAM-minnet 406 innehåller dataminnet och register som er- fordras för mikroprocessorn 404 för implementering av de funk- tioner som styrs av programmet i EPROM-minnet 408. Sedan anpas- saren 34 har behandlat informationen som härrör från mätsignalen 18 och referenssignalen 22 tillföres den resulterande processor- signalen 40 PID-styranordningen 42.

I det följande hänvisas till fig. lA, lB och 2. Uppförandet av felsignalen 32 utmed en tidsbaslinje representerar den slutna slingans gensvar för reglerkretsen 8 på ett rubbat tillstånd som förorsakar en skillnad mellan värdena av mätsignalen 18 och refe- renssignalen 22. I typfallet förorsakas det rubbade tillståndet av antingen en belastningsstörning 26 (exempelvis en förändring i de omgivande driftsvillkoren) som plötsligt ändrar värdet av den process-styrda variabeln 14 eller en plötslig förändring av refe- renssignalen 22. I figf 2 visas i illustrerande syfte felsignalen 32 representerad av en kurva SO. Diagrammets horisontella axel representerar tiden T och den vertikala axeln representerar M, dvs. magnituden av felsignalen representerande skillnaden mellan värdet av den process-styrda variabeln 14 och dess börvärde re- presenterat av referenssignalen 22. Såsom framgår av figuren kän- ,f__.. ' -457 389 10 l netecknas kurvan 50 av tre toppar 52, 54 och 56 (även benämnda lokala extrempunkter) med toppamplituderna El, E2 resp. E3 och uppträdande vid tidpunkterna Tl, T2 resp. T3. Så småningom reage- rar reglerkretsen 8 på det ursprungliga störningstillståndet, så att nagnituden M av kurvan 50 blir i huvudsak lika med noll, vil- ket svarar mot det tillstånd i vilket den process-styrda varia- beln l4 har återgått eller förändrats till sitt börvärde.

Det inses att den slutna styrningens gensvar från reglerkretsen 8 (representerad av uppförandet av kurvan 50)kan specificeras i termer av dämpning, översväng och tidsperiod, vilka parametrar är prestandamått som är välkända för fackmannen vad gäller beskriv- ning av uppförandet av en reglerkrets. I synnerhet kan dämpningen DNB. översvänget OVR och tidsperioden TO definieras enligt föl- jandez nu? (ss-sn/(El-Ez) ovR = -sz/El 'ro = -1-3-1-1 Såsom ett resultat härav kan önskade prestanda för reglerkretsen 8 specificeras i termer av förutbestämda värden för dämpning, översväng och tidsperiod, vilka i sin tur kan användas för be- skrivning av ett idealt mönster för användning för avstämning av det självavstämmande styrsystemet 10. Med andra ord, om kurvan 50 överensstämmer med det ideala mönstret. så skulle de inställnin- gar av styranordningen som alstrar denna kurva vara optimala. Vid föreliggande uppfinning innefattar det ideala mönstret företrä- desvis tre toppar anordnade så att den andra toppen inträffar mitt i tidsintervallet mellan den första och tredje toppen.

Det bör noteras att det speciella mönstret av kurvan 50 represen- terar den situationen i vilken referenssignalen 22 plötsligt ökat sitt värde, så att den positiva feltoppen 52 alstras. Om refe- renssignalen 22 plötsligt reducerat sitt värde skulle den första toppen av felsignalen 18 ha en negativ amplitud. Ett idealt mönster kan dock fortfarande specificeras genom användande av samma förutbestämda värden för dämpning, översväng och tids- ' »ul-e 457 389 ll period som ovan, förutom att det ideala mönstret i det senare fallet skulle vara spegelbilden av det ideala mönstret för kurvan 50.

I fig. 3A och 3B till BA och BB visas ett flödesschema som be- skriver de logiska operationerna av anpassaren 34. Flödesschemat är användbart för fackmannen för alstring av den datormjukvara som innehåller föreliggande uppfinning. När styrsystemet sätts igång. vilket representeras av START-blocket 60 i fig. 3A, imple- menterar anpassaren 34 UTFÖR INITIALISERING-funktionen som be- skrivs i blocket 62.

Funktionen av det självavstämmande styrsystemet 10 kommer nu att beskrivas i samband med kurvan 50 i fig. 2 och dessa flödessche- man. Innan styrsystemet övertager kontrollen av processen 12 er- fordras åtminstone fem begynnelseinsignaler för påläggning på ingångsterminalen 44 (fig. 1A). De fem insignalerna är: tre 'begynnelseinställningar av respektive PID-faktorer av PID-styr- anordningen 42, en inställning för maximal väntetid Wmax, vilken är relaterad till den approximativa tidsskalan av processen, och en inställning av ett brusband NB. Brusbandet NB som visas i fig. 2 är företrädesvis lika med halva topp-till-topp-värdet av det brus som förväntas i felsignalen 32. De önskade värdena av DMP- och OVR-prestandamåtten kan även inmatas av användaren. Om dessa värden ej inmatas kommer dock 0,3 och 0,5 att användas av styr- systemet för termerna DMP(ANVÄNDARE) och OVR(ANVÄNDARE). Efter avslutande av UTFÖR INITIALISERING-funktionen sänder anpassaren 34 begynnelsevärdena av PID-faktorerna såsom del av processorsig- nalen 40, vilket bringar PID-styranordningen 42 att inställa dessa begynnelsevärden såsom PID-faktorer.

Generellt sett kan funktionen av det självavstämmande styrsyste- met 10 beskrivas i nio tillstånd. Det första tillståndet är VILO- MODEN enligt block 63, vilken är associerad med det tillstånd där magnituden M av kurvan 50 är mellan den övre och undre nivån, vilka företrädesvis är centrerade kring tidsbaslinjen. Den övre och undre nivån har vardera en magnitud som företrädesvis är lika med fyra gånger brusbandet NB. Som nämnts är brusbandet NB en av '457 389 12 begynnelseinsignalerna som påläggs anpassaren 34 via ingângster- minalen 44. När det självavstämmande styrsystemet 10 befinner sig i dess första tillstånd arbetar det med PID-faktorerna inställda i PID-styranordningen 42 och utför det de funktioner som beskrivs i blocket 64 i fig. 3A. Så länge som värdet av felsignalen 32 förblir mellan den övre och undre nivån (svarande mot den situa- tion som visas i fig. 2 och den del av kurvan 50 som är belägen till vänster om tiden Tq), så tages inga beslut vad gäller förändringar i PID-faktorerna.

När magnituden M av kurvan 50 för första gången överskrider den övre nivån (lika med 4NB) skiftar styrsystemet 10 till sitt andra tillstånd, nämligen MonEN FÖR LoKALIsERING Av 'roPP 1 i blocket 65, varvid anpassaren 34 sedan jämför magnituden M med en kvanti- tet betecknad PKI, vilken är lagrad i ett minnesregister för första toppen beläget i RAM-minnet 406 (i fig. lB). Om magnituden M överskrider den lagrade kvantíteten PKI ändras enligt slingan 66 i fig. 3B denna lagrade kvantitet till att vara lika med mag- nituden M, och utför anpassaren 34 därefter en ny mätning av fel- signalen 32. Det inses att när magnituden M ökar i värde, så kom- mer även kvantiteten PKI (vilken till att börja med är lika med noll) att öka i enlighet därmed tills den blir lika med topp- amplituden El. När magnituden M av kurvan 50 ej längre överskri- der det lagrade värdet och börjar sjunka, så utföres inga fler uppdateringar av registret och övergår anpassaren 34 till sitt tredje tillstånd. _ Det tredje tillståndet börjar vid blocket 67 och benämns MOD FÖR VERIFIERING AV TOPP l. I föreliggande illustration stiger kurvan 50 till en toppamplitud El som är positiv. Följaktligen sätts TECKNET av PKI lika med +l.Om den första toppen av felsignalen 32.varit negativ skulle värdet av TECKEN blivit -1. TECKEN används i en senare del av styrsystemet. När magnituden av kurvan 50 faller till en nivå på 95 % av El initialiseras ett värde T (som lagras i RAM-minnet 406 i fig. lB) av en timer (i mikropro- cessorn 404 i fig. lB) till noll. Timern är en klocka för mätning av tidpunkten för varje mätning av magnituden M. Initialisering av timern när M företrädesvis är lika med 95 % av PKl underlättar -..v_--~._ - é 457 389 13 minimering av den förvrängande effekt som reglerkretsens dödtid och brus har på den faktiska tidpunkten och formen av den första toppen. Med andra ord, om den första toppen ej har ett väl- definierat lokalt extremvärde, så är anpassaren anordnad att reagera pâ en mera specifik händelse i vilken M är 95 % av PKI.

Om kurvan 50 därefter faller under 60 % av El i enlighet med blocket 200, så lagras även tiden T60 (UPPMÄTT) av denna händelse för senare användning om vissa villkor är uppfyllda.

När värdet T av timern överskrider kvoten To/4 (perioden To dividerad med 4) eller magnituden av kurvan 50 blir mindre än El/2 (den första toppens amplitud dividerad med 2), så markeras den första toppen 52 såsom verifierad och ändrar styrsystemet sitt tillstånd till dess fjärde tillstånd, vilket skall beskrivas nedan. Som nämnts förväntas den andra toppen 54 idealt vid ett tidsintervall på To/2 efter förekomsten av den första toppen.

Påbörjad sökning efter den andra toppen efter en förfluten tid på TO/4 medger därför detektering av denna topp även om den faktiska perioden av transientsvaret skilde sig med en faktor 2. Vidare medger påbörjad sökning efter den andra toppen vid det alterna- tiva tillståndet, där magnituden av kurvan 50 är lika med El/2, fortfarande detektering av den andra toppen 54 om denna råkade inträffa tiåigare än den förflutna tiden To/4. Detta arrangemang kompenserar för den situation i vilken frekvensen av den faktiska slutna styrningens gensvar är en mycket högre frekvens än vad som kan förväntas på basis av den ursprungligen beräknade tidsperio- den T0. De andra blocken 68 och 69 i fig. 38 kommer att förklaras Senåfe- I det fjärde tillståndet som börjar vid blocket 70 i fig. 4A och benämns MOD FÖR LOKALISERING AV TOPP 2 verkar anpassaren 34 för detektering av förekomsten av ett lokalt minimum genom jämförelse av magnituden M av kurvan 50 med en kvantitet PK2 lagrad i ett minnesregister för den andra toppen (vilket förekommer i RAM- minnet 406 i fig. lB). Om denna magnitud är mindre än det lagrade värdet uppdateras kvantiteten PK2 i minnesregistret till (sätts lika med) denna magnitud M, och mäter anpassaren 34 nästa magni- tud av felsignalen 32. Denna process som visas såsom slingan 71 i á-å-w, _» 4s7 389 i 14 fig. 4A kommer att fortsätta så länge som kurvan 50 avtager i magnitud. Slingan 71 innehåller ett frågeblock 72 som kommer att förklaras i en senare del av denna beskrivning. När magnituden av kurvan 50 för första gången når sitt lokala minimivärde E2, så sättes kvantiteten PK2 lika med EZ och lagras tidpunkten av toppen 54, såsom den bestäms av värdet T av timern, i ett tids- register för den andra toppen (vilket finns i RAM-minnet 406 i fig. lB) SåS°m en kvantitet TpK(2)- När nästa mätning av magnitu- den M sedan har utförts efter det att toppen 54 har inträffat, så ändrar anpassaren 34 sitt tillstånd till det femte tillståndet.

Det femte tillståndet börjar vid blocket 73 i fig. 4A och beteck- nas MOD FÖR VERIFIERING AV TOPP 2. När tiden sedan lokaliseringen av den andra toppen 54 överskrider ett intervall lika med To/4 eller magnituden av kurvan 50 blir mindre än El/4 markeras, såsom beskrivs i blocken 74 och 75 i fig. 4B, den andra toppen 54 såsom verifierad och ändrar styrsystemet sitt tillstånd till det sjätte tillståndet .

Det sjätte tillståndet börjar vid blocket 76 i fig. SA och betecknas MOD FÖR LOKALISERING AV TOPP 3, varvid anpassaren 34 söker ett lokalt maximum genom jämförelse av magnituden M av kurvan 50 med en kvantitet PK3 lagrad i ett minnesregister för den tredje toppen (som finns i RAM-minnet 406 i fig; lB). Om mag- nituden M överskrider det lagrade värdet sätts kvantiteten PK3 lika med denna magnitud och mäter anpassaren 34 nästa magnitud av kurvan SO. Denna process visas i slingan 77 och kommer att fort- sätta så länge som kurvan 50 ökar i magnitud; När kurvan 50 når sitt lokala maximivärde E3 sätts kvantiteten PK3 lika med E3 och lagras tidpunkten för toppen 56, såsom den bestäms av värdet T av timern, i ett register för den tredje toppen (som finns i RAM- minnet 4Q6 i fig. lB) såsom en kvantitet TPK(3). Därefter övergår anpassaren 34 till sitt sjunde tillstånd. Ett frågeblock 78 in- gående i slingan 77 kommer att förklaras mera i detalj nedan.

Det sjunde tillståndet börjar vid blocket 79 och betecknas MOD FÖR VERIFIERING AV TOPP 3. När tiden sedan lokaliseringen av top- pen 56 överskrider ett tidsintervall lika med To/4 eller magnitu- ; p 457 sas 15 den av kurvan 50 blir mindre än El/4 markeras, såsom visas i fig.

SB, den tredje toppen 56 såsom verifierad. Sedan den tredje toppen har verifierats övergår anpassaren 34 till sitt åttonde tillstånd som börjar vid blocket 80 i fig. SB och betecknas TIDS- UPPDATERINGSMOD. I föreliggande illustration och enligt fig. 6A betraktas de tre topparna 52, 54 och 56 alla såsom distinkta, eftersom El är större än 4NB, E3 är större än NB och EZ är mindre än -NB. såsom ett resultat härav utför anpassaren 34 operationer- na i blocket 81 och sätter värdena av variablerna TTOPP (2), TTOPP (3) och perioden To genom användande av kvantiteterna 'PPK (2) och TFK (3). Sedan de tvâ mellanliggande tiderna TMAX och TMIN beräknats i enlighet med blocket 82 i fig. 6B, där notatio- nen TMAX = maximum (x, y) refererar till den logiska operationen i vilken kvantiteterna x,y'i parentesen jämföras med varandra och den kvantitet som har det största värdet sedan sätts lika med TMAX, och notationen TMIN = minimum (x, y, z) refererar till den logiska operation i vilken den minsta kvantiteten av kvantiteter- na x, y, z sätts lika med TMIN.

Efter beräkning av de tvâ mellanliggande tiderna når anpassaren 34 ett nionde tillstånd betecknat ANPASSNINGSMOD i blocket 83 i fig. 7. Pâ basis av de uppmätta toppamplituderna El, E2 och E3 beräknar anpassaren de tidigare definierade dämpnings- och överhängs-prestandamåtten identifierade såsom DMP (uppmätt) och 'OVR (uppmätt). Generellt Sett utföres tre Steg i ANPASSNINGSMODEN för bestämning av de nya PID-faktorerna. Stegen är? 1. ziegler-Nichols-kvoterna (kommer att definieras) justeras på basis av mönsterformen av felsignalen 32; 2. PID-faktorerna ändras på basis av den justerade perioden och de justerade Ziegler-Nichols-kvoterna; och 3. PID-faktorerna ändras även på basis av önskade tvångsvill- kor för dämpnings- och översvängstermerna.

Anpassaren 34 gör en formfelsberäkning, SERR, i vilken SERR = minsta värdet mellan A eller B, "§à-'~ 457 (389 16 där _ A = DMP (användare) - DMP (uppmätt) .B = OVR (användare) - OVR (uppmätt) eller DMP (användare) och OVR (användare) inställts under UTFÖR INITIALISERING-operationen i blocket 62.

Vid föreliggande uppfinning inställs värdena av DMP (användare) och OVR (användare) vanligen manuellt av den mänskliga operatören (dvs. användaren). Dessa värden utgör sålunda en del av initiali- seringssignalen 46. Om den mänskliga operatören bestämmer sig för att ej inställa värdena av DMP (användare) och OVR (användare), så är anpassaren 34 anordnad på sådant sätt att 0,3 används för DMP (användare) och 0.5 används för OVR (användare). Såsom visas i fig. 8A, beräknas först en formjusteringsfaktor FAC på basis av följande relationer : Om SERR om SERR >0, EAC FAC1 1,0 + xs(sERR-G) SERR: och FAC2 1,0/ (1,0 + Ks(sERR-o,3)sERR].

II Il I samband med fig. 7 bör även påpekas att värdet av KS är antin- gen 2,0 eller ett värde: K = (Ki_1 + GAH/2,0 där index i sträcker sig från l till antalet n av konsekutiva cykler av felsignalen 32 (av vilken kurvan 50 är en cykel), varvid prestandamåtten beskrivs av följande olikheter: DMP (användare) < 0,15; (1) DMP (användare) - DMP (uppmätt) >0 och där (2) DMP (uppmättí) är dämpningstermen beräknad på basis av det aktuella gensvaret som är associerat med i. Om kurvan 50 ej beskrevs av de två olikheterna (l) och (2) så gällde Ks = 2,0. Om emellertid kurvan 50 var den första kurva som beskrivs av de tvâ olikheterna (1) och (2), så gäller i = l och Kl = (Ko + 6,0)/2,0.

Eftersom KO är förutbestämt att vara lika med 2,0 så gäller 457 389 17 :<1 = (2,0 + s,o)/2,o = 4,0.

Om nästa kurva eller mönster efter kurvan 50 även beskrivs av de tvâ olikheterna, så gäller i = 2 och 8 K2 = (Kl + 6,0)/2,0 = (4,0 + 6,0)/2,0 = 5,0.

Den notation som används i blocket 84 representerar de arrange- mang som beskrivits ovan. varvid Ks(existerande) = Ki_lr Värdet av konstanten G som är antingen 0,2 eller 0,6, baseras på en relation som skall beskrivas nedan, varvid kvantiteterna i frågeblocket 210 definieras.

Efter bestämning av värdet på FAC beräknar anpassaren 34 nu en ny proportionalfaktor P enligt följande: P = P(existerande) x PAC, där P(existerande) är den aktuella proportionalfaktorn (som an- vänds i PID-styranordningen 42) som resulterade i kurvan 50.

I samband med fig. 8A bör noteras att de tre topparna av kurvan 50 alla betraktas såsom_distinkta toppar, så att anpassaren 34 lämnar blocket 91 ocl1därefter når frågeblocket 85. Det påpekas att Rati och Ratd är kvoter kända för reglertekniker under namnet Ziegler-Nichols-kvoter.Kvoterna definieras såsonnl per period och D per period. Vid tidigare känd teknik är det även bekant att avstämningen av styranordningen kan baseras på Zíegler-Nichols- kvoter med fixa värden, exempelvis 0,5 och 0,12 för styranordnin- gens integralfaktor (I) respektive derivatafaktor (D). Sådana reglerkriterier har dock begränsad användning eftersom tidsperio- den för felsignalen 32 påverkas av de faktiska inställningarna av I- och D-faktorerna. Vid föreliggande uppfinning justeras den uppmätta tidsperioden To av kurvan 50 i enlighet med förändrin- gar i I- och D~faktorerna och föreligger ingen begränsning till í-'ml-àn 457 389 18 samma fixa värden.

Såsom ytterligare förklaring till ovanstående och i enlighet med fig. 8A innefattar anpassaren 34 logik för att göra följande be- stämningar: om mfluppruätt) - ovmuppfnätt) > 0,2 och I(existerande) så gäller att Rati = 85 % x Rati(existerande); och Ratd 85 % x Ratd(existerande).

Om emellertid, i enlighet med fig. 88, följande inträffar: Om DMP(uppmätt) - 0VR(uppmätt) <0, så gäller att 1,2 x'Rati(exísterande) 1,2 x Ratd(existerande).

Ratí Ratd Anpassaren.nâr så småningom blocket 88, i vilket de nya värdena för Rati och Ratd används för beräkning av nya värden för I- och D-faktorerna enligt följande: I = TMAX x Rati; och x - Sedan de nya värdena för proportional-, integral- och derivata- faktorerna (P, I, D) har beräknats sänder anpassaren 34 dessa värden till PID-styranordningen 42 såsom processorsignalen 40, så att då nya inställningarna av styranordningen utföres. Därefter omdefinieras vissa variabler i enlighet med blocket 89 och åter- går anpassaren 34 till sitt första tillstånd och väntar på en annan cykel av felsignalen förorsakad av ett nytt rubbat till- stånd som påförts processen 12. Det inses att en ny cykel endast börjar när absolutvärdet av magnituden M av felsignalen 32 över- skrider 4NB. Dynamiska karakteristika av styrsystemet 10 har nu 457 389 19 ändrats för förbättring av dess gensvar på nästa rubbningstill- stånd. Pâ basis av ovanstående diskussion är variablerna nämnda i blocket 210 i fig. 7 kända, så att värdet av konstanten G sedan kan beräknas i enlighet med villkoren som beskrivs i blocket 210.

Vad gäller tillstånd tre (block 67 i fig. 3B), så förklarades ej syftet med frågeblocket 68. Om kurvan 50 i fig. 2 innehöll en brustopp 53, så skulle_anpassaren 34 identifiera toppen S3 som ett lokalt maximum. Följaktligen skulle värdet på PKI sättas lika med amplituden av toppen 53, medan den sanna toppen 52 skulle gå förlorad. För att undvika detta oönskade resultat innehåller an- passaren 34 sålunda frågeblocket 68. så att brustoppar som in- träffar innan den sanna första toppen av kurvan 50 i huvudsak ignoreras. Om magnituden M därefter är större än PKI återgår anpassaren till tillstånd 2.

Tillståndet 3 innehåller ävenledes ett frågeblock 69. Det påminns om att WMAX till att börja med inställdes under initialiserings- steget av anpassaren. WMAX är relaterat till den uppskattade maximala tidsskalan för processen 12. Om emellertid styranord- ningen 42 avstäms till att vara mycket trög, så kan reglerkretsen 8 taga onödigt lång tid på sig för att reagera på ett rubbat tillstånd. Med andra ord, perioden TO är relativt stor i jäm- förelse med WMAx.För ett sådant fall innehåller anpassaren 34 medel för förnyad avstämning av styranordningen 32 när ett trögt tillstånd har påträffats. Om sålunda tiden sedanxanpassaren 34 först nått tillstånd 2 överskrider WMAX, så når anpassaren till- stånd 8 och fortsätter att utföra de operationer som beskrivs i frågeblocket 90 i fig. 6A. Av denna figur framgår att värdena på olika variabler sedan beräknas på basis av karakteristiken av T60(uPpmätt) Om denna existerar och av tidigare data härledda ur data från_ett tidigare gensvar. I den illustration som innehåller kurvan 50 fanns ingen tidigare evaluering, eftersom kurvan 50 var det första gensvaret som inträffade efter det att styrsystemet 10 satts i funktion. Följaktligen är begynnelsevärdena för tidigare data de värden som uppkom när UTFÖR INITIALISERING-blocket avslu- tades. Sedan anpassaren avslutat blocket 89 i fig. 8B, kommer variablerna associerade med “(exiterande)" i frågeblocket 90 att 457 389 ' V ._._... .am-Jr -- 5 :'- 20 ha definierade värden vilka blir ovan nämnda tidigare data och ersätter de ursprungligen inställda värdena.

Enligt fig. 3A och 313 och diskussionen avseende frågeblocket 69 når anpassaren tillståndet 8 via ingången BC. Såsom beskrivs i frågeblocket 91 i fig. 8A beräknas, om endast PKI betraktas såsom distinkt, nya värden för I- och D-faktorerna i enlighet med blocket 92. Om emellertid magnituden M av felsignalen 32 endast långsamt avtager från en första topp svarande mot situationen "nej" där absolutvärdena av'PK2 och.PK3 båda är större än NB, så baseras de nya I- och D-faktorerna på blocket 88 i fig. BB, vilket innehåller de mellanliggande tiderna TMAX Oflh TMIN flamt justerade Ziegler-Nichols-kvoter.

Tillstånd 4 innehåller ett frågeblock 72 visat i fig. 4A. Detta arrangemang är för den situationen i vilken den andra toppen ej inträffar innan tidsperioden T (med avseende på förekomsten av 95 % av PKI) har överskriåit WMAX. I ett sådant fall når anpassaren 34 tillståndet 8'via ingången 8C och fortsätter den på ovan be- skrivet sätt. Detta arrangemang kompenserar för det tidigare nämnda fallet där styranordningen är trög.

När anpassaren befinner sig i tillstånd 5 ingår ett frågeblock 93 i dess funktion såsom visas i fig. 4B. Om kurvan 50 i fig. 2 innehöll en brustopp 55, så'skul1e anpassaren känna igen toppen 55 såsom ett lokalt minimum och ej detektera den sanna andra top- pen 54..Användning av frågeblocket 93 undviker denna icke önsk- värda situation, eftersom anpassaren 34 kommer att ignorera brustoppen 55 på liknande sätt som beskrivits ovan i samband med frågeblocket 68.

När anpassaren befinner sig i tillstånd 6 enligt fig. SA, så innefattar dess funktion frågeblocket 78. Om en tredje topp ej har påträffats inom det tidsintervall som specificeras i fråge- blocket 78, så når anpassaren tillståndet 8 via ingången BB. Där- efter fortsätter anpassaren sin logiska funktion med start från ett frågeblock 94 i fig. 6A. så J 457 sas 21 Ett frågeblock 95 i fig. SB ingår i anpassarens funktion när den befinner sig i tillstånd 7. Om kurvan 50 i fig. 2 innehöll en brustopp S7, så skulle anpassaren känna igen toppen 57 såsom ett lokalt maximum och missa detekteringen av den sanna tredje toppen 56. Frågeblocket 95 är inkluderat för undvikande av denna icke önskvärda situation, eftersom anpassaren nu kommer att ignorera brustoppen 57 på liknande sätt som beskrivits i samband med frågeblocket 68.

Av ovanstående torde framgå att föreliggande uppfinning arbetar med information baserad på tre karakteristika av uppförandet av den process-styrda variabeln 14 när reglerkretsen 8 reagerar på ett rubbat tillstånd. De tre karakteristiska egenskaperna är företrädesvis amplitudinformation baserad på förekomsten av tre distinkta toppar. Emellertid har åtgärder vidtagits för bestäm- ning av dessa karakteristika om endast två toppar detekteras eller om endast en topp detekteras. Tre karakteristiska egenska- per erfordras för beräkning av dämpningstvângsvillkoret. Om emel- lertid styranordningen 42 endast drivs på basis av ett över- svängstvångsvillkor erfordras endast två karakteristiska egenska- per för mätning av reglerkretsens 8 översvängsprestanda. Om endast en topp existerar genererar föreliggande uppfinning den andra och tredje karakteristiska egenskapen på basis av värdena av felsignalen vid den tidpunkt när sökningen avbröts.

I den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning har även åtgärder vidtagits för en föranpassningsmod, i vilken olika processkarakteristika automatiskt identifieras, så att begynnel- seinställningarna av P-, I- och D-faktorerna, den maximala vänte- tiden och storleken av brusbandet NB kan bestämmas. Föranpass- ningsmoden eliminerar därför behovet av manuell inmatning av begynnelseinställningarna genom en mänsklig operatör. I för- anpassningsmoden befinner sig styrsystemet 10 i ett speciellt manuellt tillstånd, i vilket reglerkretsen öppnas. så att refe- renssignalen ej längre används av PID-styranordningen 42. Enligt fig. 1A bringas styrsystemet till manuell mod genom aktivering av omkopplaren 110, så att denna kopplar bort sensorn 16 från kompa- ratorn 30 och förbinder sensorn med en konventionell A/D-omvand- annah* Å-aufi-u 451 ss9[ 22 lare 170, vilken är kopplad till en föranpassare 112. Föranpass- ningsmoden erfordrar att processen befinner sig i ett första stabilt tillstånd. Föranpassaren 112 sänder en signal till styr- anordningen 42, vilket resulterar i att den process-styrda varia- beln 14 ändras (störs) till ett nytt värde som företrädesvis skiljer sig med åtminstone 3 % från det tidigare stabila till- ståndsvärdet. När processen 12 når sitt nya stabila tillstånd eller den process-styrda variabeln 14 ändras 10 %, så återföres processen till sitt ursprungliga stabila tillståndsvärde.

I fig. 9 visas ett diagram av värdet av den process-styrda varia- beln 14 såsom funktion av tiden (i minuter). Kurvan 114 represen- terar gensvaret av processen 12 när process-styrvariabeln 14 “knuffas" från ett stabilt tillståndsvärde N till en ny nivå som är 10 % större än N. Det inses att kurvan 114 är ett exempel på gensvaret och enbart används för att förklara funktionen av styr- systemet 10 när detta befinner sig i föranpassningsmod.

Vid en tidpunkt betecknad TBMP "knuffas" processen 12 och följer föranpassaren 112 den resulterande kurvan 114. Föranpassaren upp- tecknar tidpunkterna för förutbestämda punkter 120, 122, 124 och 126 vid vilka motsvarande magnituder av kurvan är N+l%N, N+2%N, N+3%N respektive N+4%N. Vidare bestämmer föranpassaren en inflek- tionspunkt 116 av kurvan 114, företrädesvis genom en teknik som beskrivs nedan och benämns kordametoden. w En punkt Tf utväljes på den horisontella axeln, vilken är en låg tidsbaslinje vid vilken processen 12 befinner sig i det första stabila tillståndet. Varje gång föranpassaren 112 gör en mätning av den process-styrda variabeln, så bestämmer föranpassaren även lutningen av en linje som förbinder punkten.Tf och den punkt på kurvan 11; som representerar mätningen. Om exempelvis den aktuel- la mätningstidpunkten är TX och motsvarande uppmätta magnitud av den process-styrda variabeln är Nx. så bestäms en punkt 118. Lut- ningen av linjen betecknad såsom kordan 130 och som förbinder punkterna Tf och 118 beräknas lätt, eftersom respektive ko- ordinater (tid och magnitud) är kända. Det inses att när punkten 118 närmar sig en övre inflektíonspunkt 116, så närmar sig lut- 457 389 23 ningen av motsvarande korda det maximala värdet. Den noggrannhet med vilken den ovan beskrivna kordametoden bestämmer den övre inflektionspunkten av kurvan 114 beror på det faktiska läget av Tf. I en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning placerades Tf 15 sekunder före tidpunkten TBMP.

Sedan föranpassaren har bestämt den övre inflektionspunkten 116 söker den den linje som har den maximala lutningen av de fyra linjer som sträcker sig från inflektionspunkten 116 och punkter- na 120, 122, 124 respektive 126. I föreliggande illustration är linjen 132 den linje som har maximal lutning. Skärningspunkten 136 av linjen 132 med den låga tidsbaslinjen används för att re- presentera dödtiden Tdt av processen 12. Det är känt att linjen 132 är proportionell mot en karakteristisk egenskap som av reg- lertekniker benämns processkänslighet. Vid föreliggande uppfin- ning beräknas processkänsligheten SEN genom multiplikation av lutningen (betecknad LUTNING) av linjen 132 med den procentuella ändringen i styrsignalen 20 (i fig. lA), vilket resulterade i att den process-styrda variabeln knuffades från det första låga sta- bila tillståndet till det nya stabila tillståndet.

På basis av ovanstående karakteristika av kurvan 114 beräknas begynnelsevärdena av PID-faktorerna och WMAX av föranpassaren 112 enligt följande: P (existerande) 120 -x frât/ssn _l,5 x Tdt = I (existerande) D (existerande) = I (existerande)/6 WMAX 5,0 x Tdt.

Ovanstående värden sänds ej endast till styranordningen 42 utan även till anpassaren 34, så att funktionen av blocket 62 i fig. 3A kan utföras om så erfordras.

Efter en tidsperiod Tr återföres processen 12 till sitt första låga stabila tillstånd. Föranpassaren 112 observerar sedan värdet av process-styrvariabeln 14 under tre minuter för att bestämma topp-till-topp-brusbandet, vilket är lika med 2NB. _ _, .rrrhnms 457 389 24 Fig. 10 visar i blockdiagramform den brusbandskrets som används i föreliggande uppfinning för bestämning av brusbandet 2NB. Proces- sen 12 har återförts till sitt ursprungliga låga stabila till- stånd. Den uppmätta variabeln 18 (visas i fig. 1A) pâföres en in- gång av ett högpassfilter 140, vilket är en välkänd anordning för avlägsnande av lågfrekventa delar i den uppmätta variabeln 18 och representeras av en kurva 141. Detta filters brytfrekvens är variabel och företrädesvis inställd lika med tre gånger T¿t.En utgångssignal 142, som visas såsom en kurva 143, pålägges en absolutvärdesintegrator 144, vilken integrerar utsignalen 142 under en period som företrädesvis är lika med tre minuter och alstrar en signal 145, som visas såsom en kurva 146. En konven- tionell medelvärdesbildande krets 148 mottager signalen 145 och bestämmer ett medelvärde av denna genom att multiplicera signalen 145 med fyra och dividera med integratorperioden på 3 minuter som använts av integratorn 144. Magnituden av en resulterande signal 150 som alstrats av den medelvärdesbildande kretsen 148 är pro- cessens 12 topp-till-topp-brusband 2NB. Det bör påpekas att den faktor av fyra sbm används i den medelvärdesbildande kretsen baseras på en approximation av resultatet om signalen 141 vore en sínusvåg. Den resulterande signalen 150 sänds till anpassaren 34 för användning i denna om så erfordras.

Föranpassaren 112 innefattar även logik för beräkning av ett nytt initialvärde för D(existerande)-faktorn i mån av behov och på basis av storleken av brusbandet 2NB. Denna logik utför följande operationer: beräkna en kvantitet Z = (3,0 - 2NB)/2,5; om z 4>1 sättes D(existerande) = I(existerande)/6 (med andra ord, initialvärdet är oförändrat i förhållande till det tidigare beräknade); om Z < 0 sättes D(existerande) = 0; och Om 0 <'Z < 1 sättes D(existerande) = I(existerande)%6xZ.

Sedan föranpassningsmoden har avslutats återgår styrsystemet 10 till Sin VILOMOD. 4s7 3s9_ 25 Föranpassaren 112 är företrädesvis utförd såsom ett datormjuk- varuprogram som kan genereras av fackmannen ur de funktioner och operationer som beskrivits ovan (i samband med fig. 9 och 10).

Enligt fig. 1B är programmet som realiserar föranpasaren lagrat i EPROM-minnet 408, vilket används av mikroprocessorn 404. Olika data och information mottagen, genererad och alstrad av föran- passaren 112 lagras i RAM-minnet 406.

Det bör noteras att fastän anpassaren 34 reagerar på den slutna styrningens gensvar av reglerkretsen 8 kan dess gensvar för öppen styrning även vara användbart, eftersom föranpassaren 112 även är en självavstämmande styranordning.

I fig. ll visas sexton konvergensdiagram för situationer i vilka processen domineras av eftersläpning och D-faktorn är satt lika med noll, så att styranordningen är av PI-typ. Varje X av varje diagram representerar initialstartvärdet för P- och I-faktorerna av styranordningen. Det bör noteras att varje segment av ett dia- gram representerar en adapterings-evalueringscykel av styranord- ningen. Följaktligen representerar brytpunkterna av varje diagram eller kurva en situation där nya värden av faktorerna eller koefficienterna har inställts i styranordningen. Det framgår att alla sexton kurvorna konvergerar mot samma slutvärden för P- och I-faktorerna trots att dessas begynnelsevärden var spridda över ett stort område. I fig. ll-visas även en kurva 300 (vilken visas utan horisontella och vertikala skalor) som är mönstret av fel- signalens uppförande när styranordningen inställts till sina slutliga värden för P- och I-faktorerna, vilka är listade till höger om konvergensdiagrammen.

I fig. 12 är styranordningen av PID-typ och är processen efter- släpningsdominerad. Det bör noteras att dämpnings- och över- svängstvångsvillkoren (DMP, OVR) för detta fall ej är desamma som de som användes i fallet som visas i fig. ll. Som synes konverge- rar alla sexton kurvorna mot samma slutvärden för P- och I-fakt0- rerna. Det bör även noteras att fig. 12 är ett tvådimensionellt diagram och att konvergensen av D-faktorn ej visas. En kurva 302 utgör felsignalmönstret som uppkommer när styranordningen är in- sr... _. 457 389 26 ställd till slutvärdena av PID-koefficienterna.

I fig. 13 är styranordningen av PID-typ och är processen dödtids- dominerad. I detta fall visas fjorton kurvor vilka alla konverge- nrar till en slutlig uppsättning värden för PID-faktorerna. En kurva 304 utgör mönstret för felsignalens uppförande när styran- ordningen är inställd till dessa slutvärden, vilka visas till höger om kurvorna.

Styranordningen som används i det fall som visas i fig. 14 är av PID-typ. I detta fall varieras processens karakteristika och en kurva 306 representerar värdena av P- och I-faktorerna (D-faktorn visas ej) som beräknades och därefter användes av styranordning- en. Det bör påpekas att slutvärdena av koefficienterna aldrig beräknades eftersom processens karakteristika ändrades innan styranordningen kunde hitta dessa slutvärden. Såsom ett test på styranordningens repeterbarhetskarakteristika återfördes proces- sens karakteristika till ursprungsvärdena på ett sätt som var omvänt det som användes för ökning av processens karakteristika.

Det framgår att återgångsdelen av kurvan 306 i huvudsak är den- samma som för den främre delen. En kurva 308 utgör mönstret av felsignalens uppförande när styranordningen är inställd till begynnelsevärdena för PID-faktorerna. Dessa begynnelsevärden är listade till höger om diagrammet.

Fastän uppfinningen har beskrivits under hänvisning till före- dragna utföringsformer är det uppenbart att fackmannen kan utföra förbättringar och modifieringar inom uppfinningens ram. Exempel- vis kan andra kriterier än dämpning och översväng användas för specificering av det ideala mönstret. Vidare behöver styranord- ningen ej vara av PID-typ, eftersom andra styranordningar, exem- pelvis Smith-prediktorer eller Dahlin-styranordningar, är lämpli- ga. Dessutom kan andra kommersiellt tillgängliga datorer, såsom HP 9845 eller DEC VAX ll/780, användas i stället för mikroproces- sorn 404, RAM-minnet 406 och EPROM-minnet 408.

Claims (38)

J. saa-ån-s. I 457 389 x 27 PATENTKRAV

1. Mönster-igenkännande, självavstämmande styranordning för användning i ett styrsystem, varvid styranordningen innefattar en regulator kopplad till en process i en sluten styrning av styrsystemet i och för styrning av en process-styrd variabel som har bör- och uppmätta värden, varvid regulatorn har en reglerverkan som bestäms av åtminstone en driftsparameter, så att regulatorn är känslig för en skillnad mellan nämnda bör- och uppmätta värden, k ä n n e t e c k n a d av första komparatororgan känsliga för skillnader mellan nämnda bör- och uppmätta värden, i och för alstring av en uppförandesignal vid sluten styrning, detektororgan känsliga för process-styr- variabelns uppförandesignal vid sluten styrning, i och för mätning av en mönsterkarakteristik därav och alstring av ett uppmätt värde av mönsterkarakteristiken, andra komparatororgan kopplade till detektororganen för jämförelse av nämnda upp- mätta värde med ett förutbestämt önskat värde för mönster- karakteristiken,.och inställningsorgan kopplade till nämda andra komparatororgan reagerande på en skillnad mellan nämnda uppmätta och önskade värden av mönsterkarakteristiken, så att det uppmätta värdet i huvudsak matchar börvärdet, varvid in- ställningsorganen ej verkar för att ändra regulatorns drifts- parameter när skillnaden mellan nämnda uppmätta och önskade värden är mindre än en förutbestämd skillnad.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mönsterkarakteristiken innefattar en första karakteristisk egenskap som utgöres av en toppamplitud av en lokal extrem- punkt av uppförandesignalen och en andra karakteristisk egen- skap som utgöres av en amplitud av uppförandesignalen vid en punkt efter den lokala extrempunkten, och att styranordningen vidare innefattar organ kopplade till detektororganen för kom- binering av den första och andra karakteristiska egenskapen för bildande av ett uppmätt värde på prestandakriteriet.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att detektororganen mäter en tredje karakteristisk egenskap av 1457 sas I \/ 28 den process-styrda variabelns uppförandesignal vid sluten styrning, varvid mönsterkarakteristiken innefattar första och andra prestandakriterier som har motsvarande första och andra önskade värden, varvid kombineringsorganen alstrar uppmätta värden av det första och andra prestandakriteriet. och att skillnadsorganen vidare bildar skillnaden mellan önskade och uppmätta värden av det första respektive andra prestandakrite- riet, och att styranordningen vidare innefattar logikorgan kopplade till inställningsorganen för att välja mellan den första prestandakriterieskillnaden och den andra prestandakri- terieskillnaden, så att inställningsorganen reagerar på valet i och för ändring av driftsparametern.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att det första prestandakriteriet utgöres av en översvängskvot som är proportionell mot den första och andra karakteristiska egenskapen.

5. Anordning enligt krav 2, k äfn n e t e c k n a d av att prestandakriteriet utgöres av en översvängskvot som är proportionell mot den första och andra karakteristiska egen- skapen.

6. Anordning enligt krav Q, k ä n n e t e c k n a d av att det andra prestandakriteriet utgöres av en dämpníngskvot som är proportionell mot-den första, andra och tredje karakte- ristiska egenskapen.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att driftsparametern innefattar en proportionalfaktor (P) och en integralfaktor (I), varvid styranordningen vidare innefat- tar organ för mätning av tidsintervallen mellan de första, andra och tredje karakteristiska egenskaperna och organ käns- liga för tidsintervallen för bestämning av en period (To) som representerar tidsperioden för den slutna styrningens uppfö- rande. samt varvid inställningsorganen ändrar proportionalfak- torn (P) på basis av valet som utförts av logikorganen och ändrar integralfaktorn (I) på basis av en adapterande kvot och f _ -v<~.-.-... 457 389 1 29 den uppmätta perioden (To), varvid den adapterande kvoten har ett förutbestämt värde.

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att det förutbestämda värdet av den adapterande kvoten är variabelt i enlighet med förutbestämda förhållanden baserade på värdena av perioden (To), av de uppmätta dämpnings- och översvängskvoterna samt av integralfaktorn (I) som existerar i anordningen som alstrade den slutna styrningens uppförande under evaluering.

9. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att den adapterande kvoten innefattar ett andra förutbestämt värde och att driftsparametern vidare innefattar en derivata- faktor (D) som har ett värde som ändras på basis av det andra förutbestämda värdet av den adapterande kvoten och av perioden (wo).

10. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att de första och andra förutbestämda värdena av de adapteran- de kvoterna är variabla i enlighet med förutbestämda förhål- landen baserade på värdena av perioden (To), av de uppmätta dämpnings- och översvängskvoterna och av integralfaktorn som existerar i anordningen som alstrade den slutna styrningens uppförande under evalueringu

11. ll. Anordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att de första och andra förutbestämda värdena av de adapteran- de kvoterna är Ziegler-Nichols-kvoter.

12. Anordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att ändringar i proportionalfaktorn (P) även är relaterade till förutbestämda förhållanden baserade på de uppmätta och önskade värdena av dämpningskvoten och information från en ' tidigare cykel av den slutna styrningens uppförande.

13. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att ändringar i proportionalfaktorn (P) även baseras på förut- \/ <.»;- ...eQ-_ 3457 sas 30 bestämda förhållanden som innefattar de första och andra adap- terande kvoterna, perioden (To) och värdena av integral- och derivatafaktorerna (I, D) som existerar i anordningen som alstrade den slutna styrningens uppförande under evaluering.

14. Anordning enligt krav l3, k ä n n e t e c k n a d av att den första, andra och tredje karakteristiska egenskapen endast mäts om absolutvärdet av den första karakteristiska egenskapen är större än en förutbestämd brusnivå.

15. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t etc k n a d av organ för mätning av tidpunkten för den första karakteristiska egenskapen och organ för ändring av tidpunkten med ett inter- vall baserat på en senare tidpunkt när absolutvärdet av ampli- tuden av uppförandesignalen för den slutna styrningen faller till en förutbestämd nivå.

16. Anordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att den förutbestämda nivån är lika med 95 procent av den upp- mätta amplituden av den första karakteristiska egenskapen.

17. Anordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att den uppmätta perioden (To) Vidare Éußfieräs På basis av förhållanden som inkluderar de uppmätta amplituderna av den första, andra och tredje karakteristiska egenskapen, tids- intervallen mellan den första, andra och tredje karakteristis- ka egenskapen, en fjärde karakteristisk egenskap baserad på intervallet mellan tidpunkten för den första karakteristiska egenskapen och en tidpunkt när det absoluta värdet av uppförandesignalen för den slutna styrningen faller under en andra förutbestämd nivå samt tidsintervallen mellan före- komsterna av föregående första, andra och tredje karakteris- tiska egenskaper av en tidigare cykel av uppförandesignalen för den slutna styrningen.

18. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den andra förutbestämda nivån är lika med 60 procent av den uppmätta amplituden av den första karakteristiska egenska- ...ng J* -v-å.. 457 389 31 pen.

19. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den första, andra och tredje karakteristiska egenskapen är tre lokala extrempunkter och att absolutvärdena av amplituder- na av extrempunkterna är större än därmed associerade nivåer vilka var och en baseras på en förutbestämd brusnivå.

20. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den första, andra och tredje karakteristiska egenskapen är tre lokala extrempunkter och att absolutvärdena av amplituder- na av endast de två första extrempunkterna är större än till- hörande nivåer vilka var och en baseras på en förutbestämd _ brusnivå.

21. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den första, andra och tredje karakteristiska egenskapen är tre lokala extrempunkter och att den fjärde karakteristiska egenskapen är mindre än den fjärde karakteristiska egenskapen av en tidigare evaluerad cykel av den slutna styrningens upp- förandesignal.

22. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att endast den första och andra karakteristiska egenskapen är två lokala extrempunkter av den slutna styrningens uppförande- signal och att absolutvärdena av amplituderna av'extrempunk- terna är större än tillhörande nivåer vilka var och en baseras på en förutbestämd brusnivâ.

23. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att endast den första karakteristiska egenskapen är en lokal extrempunkt av den slutna styrningens uppförandesignal och att den fjärde karakteristiska egenskapen är mindre än den fjärde karakteristiska egenskapen av en tidigare evaluerad cykel av den slutna styrningens uppförandesignal.

24. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den andra och tredje karakteristiska egenskapen båda in- * F45? 389 32 träffar vid en tidpunkt lika med ett förutbestämt maximalt tidsintervall från tidpunkten för den första karakteristiska egenskapen, och att den fjärde karakteristiska egenskapen är större än noll och mindre än den fjärde karakteristiska egen- skapen av en tidigare evaluerad cykel av den slutna styrnin- gens uppförandesignal.

25. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den första och andra karakteristiska egenskapen är lokala extrempunkter av den slutna styrningens uppförandesignal och att den tredje karakteristiska egenskapen inträffar efter ett förutbestämt maximalt intervall från tidpunkten för den första karakteristiska egenskapen, och att den fjärde karakteristiska egenskapen är större än noll.

26. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att en sökning efter den andra karakteristiska egenskapen börjar efter ett första förutbestämt sökintervall från tid- punkten för den första karakteristiska egenskapen, och att en sökning efter den tredje karakteristiska egenskapen börjar efter ett andra förutbestämt sökintervall från tidpunkten för den första karakteristiska egenskapen.

27. Anordning enligt krav 26, k ä n n e t e c k n a d av att det första förutbestämda sökintervallet baseras på Peri0Öêfl (TO) dividerad med 4, och att det andra förutbestämda sökintervallet baseras-på perioden (To) dividerad med 4 och tidpunkten för den andra karakteristiska egenskapen.

28. Anordning enligt krav l7, k ä n n e t e c k n a d av att en sökning efter den andra karakteristiska egenskapen bör- jar efter tidpunkten för den första karakteristiska egenskapen och efter en tidpunkt när absolutvärdet av amplituden av den slutna styrningens uppförandesignal har fallit till en förut- bestämd söknivå.

29. Anordning enligt krav 28. k ä n n e t e c k n a d av att den förutbestämda söknivân är lika med S0 procent av - »www- 1 457 389 33 amplituden av den första karakteristiska egenskapen.

30. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att detektororganen vidare innefattar organ för identifiering av korta toppar i den första. andra och tredje karakteristiska egenskapen såsom brustoppar samt organ kopplade till brusiden- tifieringsorganen för avlägsnande av brustopparna innan någon av den första, andra och tredje karakteristiska egenskapen in- träffar.

31. Anordning enligt krav 30, k ä n n e t e c k n a d av organ känsliga för en uppförandesignal för öppen styrning av den process-styrda variabeln i och för bestämning av ett ini- tialvärde av driftsparametern.

32. Anordning enligt krav 31, k ä n n e t e c k n a d av organ känsliga för ett stabilt tillstånd av den process-styrda variabeln i och för mätning av brusnivån.

33. Mönster-igenkännande, självavstämmande styranordning som är kopplad till en process i öppen styrmod för styrning av en process-styrd variabel som har en följd av värden vid till- hörande tidpunkter, varvid styranordningen uppvisar åtminstone en driftsparameter som påverkar hur den reagerar på en ändring i en insignal till densamma, varvid processen reagerar på en styrsignal som alstrats av styranordningen, k ä n n e t e c'k- n a d av organ för alstring av en spårsignal som represen- terar en tidskurva av nämnda följd av värden av den process- styrda variabeln, lutningsdetekteringsorgan känsliga för spår- signalen som uppkommer när styrsignalen på lämpligt sätt abrupt störs vid en tidpunkt T från en nivå till en annan nivå, så att den process-styrda variabeln på motsvarande sätt ändras från ett stabilt tillstånd med en första tidsbaslinje till ett nytt stabilt tillstånd med en andra tidsbaslinje, varvid lutningsdetekteringsorganen.innefattar:organ för be- stämning av lutningarna av linjer som sträcker sig från en tidpunkt Tf fixerad på den första tidsbaslinjen till successi- va värdepunkter av spårsignalen då den process-styrda -.>. - <. . wlááhoïnšå' .“'- “V .' ' ' s "=4s1 sas - 34 variabeln ändras från det ena till det nya stabila till- ståndet, organ för att ur dessa linjer välja en linje med ett maximalt absolutvärde på lutningen, organ för identifiering av en värdepunkt av spårsignalen genom vilken linjen med den maximala lutningen passerar såsom en övre inflektionspunkt, organ för att välja en inkrementpunkt av spårsignalen, vilken inkrementpunkt inträffar före den övre inflektionspunkten, organ för mätning av absolutvärdet av lutningen av en process- - indikerande linje som sträcker sig genom den övre inflektions- punkten och inkrementpunkten,-organ för mätning av skärnings- punkten mellan den processindikerande linjen och den första tidsbaslinjen, organ för mätning av tidsskillnaden mellan skärningspunkten och tiden T samt alstring av en första signal representerande en processdödtidskarakteristik Tflt av proces- sen, och organ känsliga för lutningen av den processindike- rande linjen för alstring av en andra signal representerande en processkänslighetskarakteristik SEN, samt inställningsorgan kopplade att mottaga utsignalen från lutningsdetekteringsorga- nen för att reagera på den första och andra signalen för att ändra styranordningens driftsparameter när den första och andra signalen har värden som ej ligger inom ett förutbestämt värdesområde.

34. Anordning enligt krav 33, k ä n n e t e c k n a d av att inkrementpunktsorganen vidare väljer en andra punkt av spårsignalen, varvid den_processindikerande linjen väljs bland första och andra linjer som sträcker sig genom den övre in- flektionspunkten och den första respektive andra punkten, och att detekteringsorganen vidare innefattar organ för att välja den av den första och andra linjen som har maximalt absolut- värde på lutningen, varvid linjen med den maximala lutningen används såsom den processindikerande linjen.

35. Anordning enligt krav 34, k ä n n e t e c k n a d av att driftsparametern innefattar proportional-, integral- och derivatafaktorer (P, I. D) hch att inställningsorganen verkar i enlighet med förutbestämda förhållanden vilka inkluderar följande: 457 389 35 proportionalfaktorn (P) är lika med 120 gånger T¿t dividerad med SEN, integralfaktorn (I) är lika med 1,5 gånger T¿t. derivatafaktorn (D) är lika med integralfaktorn (I) dividerad med 6, och perioden (TO) är lika med 5 gånger Tdt.

36. Anordning enligt krav 35, k ä n n~e t e c k n a d av organ för bestämning av en brusnivåkarakteristik av spårsig- nalen och organ kopplade till brusorganen för ändring av derivatafaktorn (D) på basis av ett förutbestämt förhållande som är proportionellt mot brusnivåkarakteristiken.

37. Anordning enligt krav 36, k ä n n e t e c k n a d av att brusorganen innefattar ett högpassfilter för avlägsnande av förutbestämda högfrekventa komponenter från spårsignalen, integreringsorgan kopplade att mottaga utsignalen från filtre- ringsorganen för integrering av utsignalen under ett förut- bestämt tidsíntervall, och medelvärdesbildande organ känsliga för utsignalen från integreringsorganen för alstring av en brusbandsignal med ett värde 2NB som representerar topp-till- topp-brusbandskarakteristiken av spârsignalen och som baseras på ett förutbestämt medelvärde av integratororganens utsignal.

38. Anordning enligt krav 37, k ä n n e t e c k n a d av att det förutbestämda förhållandet modifieras på basis av en kvantitet Z, där Z = (3,0-ZNB)/2,5 och på följande antaganden om O < z < l, är derivatafaktorn (D) lika med Z multiplice- rat med kvoten mellan integralfaktorn (I) och 6. Om Z < 0, är derivatafaktorn (D) lika med noll. ...nu ..-