WO2023194306A1 - Reglereinrichtung, reglergerät und verfahren - Google Patents

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WO2023194306A1
WO2023194306A1 PCT/EP2023/058676 EP2023058676W WO2023194306A1 WO 2023194306 A1 WO2023194306 A1 WO 2023194306A1 EP 2023058676 W EP2023058676 W EP 2023058676W WO 2023194306 A1 WO2023194306 A1 WO 2023194306A1
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controller
vibration
setpoint
designed
controlled variable
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PCT/EP2023/058676
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Valentin Falkenhahn
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Festo Se & Co. Kg
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4062—Monitoring servoloop, e.g. overload of servomotor, loss of feedback or reference
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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Definitions

  • the invention relates to a control device for automation technology, for controlling a valve device in order to provide control of a controlled variable to a setpoint of a setpoint signal, the control device having at least one control parameter, for example a controller gain, on the basis of which the control takes place , and wherein the control device is designed to detect an oscillation of the controlled variable during control.
  • a control device for automation technology for controlling a valve device in order to provide control of a controlled variable to a setpoint of a setpoint signal
  • the control device having at least one control parameter, for example a controller gain, on the basis of which the control takes place , and wherein the control device is designed to detect an oscillation of the controlled variable during control.
  • EP 2 356 522 B1 describes a method for controlling a control system that is controlled by a control device, the control device providing the control input to at least one control unit in the system, e.g. B. a valve.
  • the method includes detecting the oscillation level in the control input to the control unit and amplifying the control input by a multiplication factor based on the detected oscillation level.
  • One object of the invention is to provide a control device that can be used flexibly.
  • the task is solved by a control device according to claim 1.
  • the controller device is designed to classify the detected vibration into one of several vibration classes and, depending on the vibration class, in which classifies the detected vibration and carries out controller parameter adjustment of the at least controller parameter in order to reduce or eliminate the vibration.
  • control device can reduce or eliminate any vibration that occurs, it is fundamentally not necessary to design the control system to be stable over the entire setpoint range - which would typically require that the control system be designed defensively, i.e. slowly, or that the setpoint range be limited.
  • the control can therefore be designed quickly over a large setpoint range. If instability in the control system - i.e. an oscillation - occurs for a specific setpoint, this can occur by a controller parameter adjustment (in particular for this setpoint) or in particular without the control being adjusted for the remaining setpoint range (in which no oscillation occurs), for example set more defensively.
  • the invention further relates to a control device, comprising the control device and the valve device.
  • the invention further relates to a method for operating the control device or the control device, comprising the steps: providing the control of the controlled variable to the setpoint based on the at least one controller parameter, detecting an oscillation of the controlled variable, classifying the detected oscillation into one of several Vibration classes, and depending on the vibration class into which the detected vibration is classified, carrying out the controller parameter adjustment.
  • Figure 1 is a schematic representation of a system
  • Figure 2 is a block diagram of a control loop
  • Figure 3 is a diagram showing a progression over time
  • Figure 4 is a flowchart of a process of a control device.
  • Figure 1 shows a system 1 that includes a control device 2 and a fluid actuator 3.
  • the system 1 further includes a higher-level controller 4.
  • the control device 2 comprises a control device 5 and expediently also a valve device 6.
  • the valve device 6 can be provided outside the control device 2.
  • the system represents an exemplary application environment for the control device 2, in particular the control device 5.
  • the control device 2, in particular the control device 5, can also be provided on its own - that is, in particular without the other components of the system 1.
  • the control device 2 is designed, for example, as a universal control valve.
  • the control device 2 can in particular be designed and/or operated as a pressure control valve, mass flow control valve, force control valve and/or valve with an integrated positioning algorithm.
  • the control device 2 can be designed as a single valve, as a valve on a valve island, or as a valve island. Furthermore, the control device 2 can be designed as a positioner.
  • the control device 2 expediently has setting options for the user, for example by selecting parameter sets and/or by setting individual parameters to which the user has access, in particular by means of a user interface.
  • the control device 2 expediently has a housing 7.
  • the controller device 5 and/or the valve device 6 is housed in the housing 7.
  • the system 1 comprises a sensor device 8.
  • the sensor device 8 exemplarily comprises a pressure sensor unit 9 and/or a position sensor unit 10.
  • the pressure sensor unit 9 serves in particular to detect a pressure of a pressure chamber 11 of the fluidic actuator 3.
  • the pressure sensor unit 9 is part of the control device and is housed in particular in the housing 7.
  • the position sensor unit 10 serves in particular to detect a position of an actuator member 12 of the fluidic actuator 3.
  • the position sensor unit 10 is expediently arranged on the fluidic actuator 3.
  • the higher-level controller 4 is designed, for example, as a programmable logic controller - that is, as a PLC.
  • the higher-level controller 4 is expediently communicatively connected to the control device 2 via a communication connection 13, for example a bus, in particular a fieldbus.
  • the higher-level control 4 expediently serves to provide the control device 2 with a setpoint signal 15, according to which the control device 2 carries out a control of the fluidic actuator 3.
  • the fluidic actuator 3 is designed, for example, as a drive cylinder.
  • the fluidic actuator 3 is in particular a pneumatic actuator.
  • the fluidic actuator 3 has the fluidically actuated actuator member 12, which is designed in particular as a piston.
  • the fluidic actuator 3 has the pressure chamber 11, which can be acted upon with a pressurized fluid, in particular compressed air, in order to actuate the actuator member 12.
  • the fluidic actuator 3 is designed as a single-acting fluidic actuator and has a spring element 32 which acts on the actuator member 12.
  • the fluidic actuator 3 can also be double-acting fluid actuator.
  • the actuator as a valve drive or as a fluid actuator 3, in particular the pressure chamber 11, is expediently fluidly connected to the control device 2, in particular the valve device 6, via a fluid line 14, in particular a hose.
  • the control device 5 expediently comprises a microcontroller or is designed as a microcontroller.
  • the control device 5 provides the setpoint signal 15.
  • the controller device 5 receives the setpoint signal 15, in particular from the higher-level controller 4, or the controller device 5 calculates the setpoint signal 15 itself.
  • the controller device 5 calculates a control signal 16 for controlling the valve device 6.
  • the control signal 16 is preferably an electrical control signal.
  • the valve device 6 is preferably designed as an electrofluidic, in particular electropneumatic, converter or comprises an electrofluidic, in particular electropneumatic, converter.
  • the valve device 6 comprises a valve member 17 and is expediently designed to actuate, in particular to position, the valve member 17 on the basis of the control signal 16.
  • the valve device 6 is designed to provide a fluid signal according to the control signal 16, which is supplied, for example, to the pressure chamber 11.
  • control device 5 in particular the control device 2 is expediently used for use in automation technology, in particular in industrial automation.
  • control device 2 is expediently used for use in automation technology, in particular in industrial automation.
  • di 5, in particular the control device 2 is preferably part of the industrial system.
  • the control device 5 serves to control the valve device 6 in order to provide regulation of a controlled variable 18 to a setpoint of the setpoint signal 15 .
  • the controlled variable 18 includes, for example, a pressure, a mass flow, a force and/or a position.
  • the controlled variable 18 preferably includes the pressure of the pressure chamber 11 and/or the position of the actuator member 12.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary control loop according to which the control can take place.
  • the controlled variable 18 is expediently measured with the sensor device 8, in particular the pressure sensor unit 9 and/or the position sensor unit 10, and fed to the controller device 5 as a feedback variable 19.
  • the control device 5 expediently comprises a subtractor 20, which calculates a control deviation 21 as the difference between the setpoint signal 15 and the feedback variable 19.
  • the control device 5 expediently comprises a control unit 22 which calculates the control signal 16 on the basis of the control deviation 21.
  • the subtractor 20 and/or the controller unit 22 are expediently implemented in software.
  • the controller unit 22 preferably has at least one proportional element for calculating the control signal 16.
  • the controller unit 22 is designed, for example, as a PID controller or as a PI controller or includes (for calculating the control signal 16) a PID controller and/or a PI controller. Furthermore, the controller unit 22 can include a controller model for calculating the control signal 16.
  • the control signal 16 is expediently used for a controlled system 23, which includes an exemplary valve device 6 and/or the actuator 3. According to the control signal 16 and/or a disturbance variable 24, the controlled variable 18 is set in the control system 23.
  • the control device 5 has at least one control parameter on the basis of which the control takes place.
  • the control device 5 expediently has several control parameters on the basis of which the control takes place.
  • the controller device 5 calculates the control signal 16 based on the setpoint signal and the feedback variable 19 using the one or more controller parameters.
  • the at least one controller parameter is, for example, a gain factor of the proportional element.
  • the one or more controller parameters are, for example, controller parameters of the PID controller, PI controller and/or the controller model of the controller unit 22.
  • the one or more controller parameters are controller gains of the controller unit 22.
  • the control device 5 is designed to detect an oscillation 25 of the controlled variable 18 during control. Detecting the oscillation 25 means, in particular, detecting the oscillation 25 by the control device 5.
  • the detected vibration 25 can also be referred to as detected vibration 25.
  • the controller device 5 expediently detects the vibration 25 on the basis of a sensor signal provided by the sensor device 8, in particular the pressure sensor unit 9 and/or the position sensor unit 10, which represents the controlled variable 18.
  • the sensor signal represents the feedback variable 19, for example.
  • the oscillation 25 is in particular a periodic oscillation.
  • the control device 5 has It is expedient to detect the vibration 25 via a vibration sensor.
  • controller device 5 is designed to carry out a frequency analysis, for example a Fourier transformation, in particular based on the controlled variable 18, the feedback variable 19 and/or the control deviation 21, in order to detect the oscillation 25.
  • the control device 5 is expediently designed to provide vibration information based on the detected vibration 25, which displays the detected vibration 25.
  • the vibration 25 is in particular an unwanted vibration.
  • the oscillation 25 occurs in an edge region (in particular the controlled variable 18) and/or in a special case - for example under special environmental conditions.
  • the oscillation 25 occurs in particular when the setpoint value of the setpoint signal 15 is constant, that is to say in particular when the setpoint specification is constant.
  • the control device 5 detects (and in particular recognizes) the vibration 25 expediently online - that is, in particular in normal operation of the control device 5.
  • the control device 5 carries out the control for a purpose other than the pure detection of the vibration 25.
  • the control device 5 carries out the control in normal operation for the purpose of an industrial process, in particular an industrial manufacturing process.
  • the control device 5 is preferably designed to detect the oscillation 25 in a stationary state of the setpoint signal 15 - that is, at a constant setpoint.
  • the control device is 5 designed to recognize the oscillation 25 only in the setpoint signal 15. For example, the control device 5 determines whether the setpoint signal 15 is in a stationary state and only carries out the detection of the oscillation 25 if the stationary state is present.
  • the stationary state occurs in particular when a predetermined period of time has passed since the last change in the setpoint.
  • the control device 5 is further designed to classify the detected vibration 25 into one of several vibration classes.
  • the particular vibration class into which the control device 5 classifies the detected vibration 25 should also be referred to as the present vibration class or as the detected vibration class of the detected vibration 25.
  • the several vibration classes are expediently defined in the control device 5.
  • the several vibration classes expediently differ in the cause of the vibrations and/or in a type of controller parameter adjustment to reduce or eliminate the vibrations.
  • the control device 5 is preferably designed to provide vibration information based on the detected vibration class of the vibration 25, which indicates the detected vibration class.
  • the control device 5 is preferably designed to classify the detected vibration 25 based on a vibration characteristic of the detected vibration 25, for example based on a spectrum, in particular a frequency, a phase and/or an amplitude of the detected vibration 25. Furthermore, the control device 5 can be designed to classify the detected vibration 25 (for example in the To take into account the reference vibration characteristics stored in the controller device 5, the controller device 5 is designed to compare the vibration characteristics of the detected vibration 25 with one or more reference vibration characteristics (which are expediently stored in the controller device 5) for the classification of the detected vibration 25. For example, a respective reference vibration characteristic is stored in the control device 5 for each defined vibration class.
  • the controller device 5 is designed to take the setpoint signal 15 into account for the classification of the detected vibration 25, in particular a vibration characteristic of the setpoint signal 15, for example a spectrum, in particular a frequency, a phase and/or an amplitude of the setpoint signal 15.
  • the control device 5 is designed to compare the vibration characteristic of the detected vibration 25 with a vibration characteristic of the setpoint signal 15 for the classification of the detected vibration 25.
  • the vibration classes include a setpoint vibration class, a sensor noise vibration class, a stability reserve vibration class and/or a disturbance vibration class.
  • the control device 5 is preferably designed to detect that the detected vibration 25 is caused by a setpoint vibration and, in response to this detection, to classify the detected vibration 25 into the setpoint vibration class.
  • the controller device 5 is designed to detect a setpoint oscillation of the setpoint signal 15 and based on a comparison the detected vibration 25 with the setpoint detect that the detected vibration is caused by the setpoint vibration, in particular in response to the fact that a frequency of the setpoint vibration is equal to a frequency of the detected vibration 25.
  • the control device 5 is preferably designed to detect that the detected vibration 25 is caused by sensor noise and, in response to this detection, to classify the detected vibration 25 into the sensor noise vibration class.
  • the controller device 5 is designed to use an amplitude of the detected vibration 25 to detect that the detected vibration is caused by the sensor noise, in particular in response to the fact that the amplitude is less than a predetermined amplitude threshold value.
  • the controller device 5 can be designed to detect, taking into account a sensor noise characteristic stored (in particular in the controller device 5), for example a sensor noise spectrum, that the detected vibration 25 is caused by the sensor noise, in particular by the controller device determining the sensor noise characteristic with a vibration characteristic, in particular a spectrum, which compares the detected vibration 25.
  • the control device 5 is designed to detect that the detected vibration is caused by a stability reserve of the control system that is too small and, in response to this detection, to classify the detected vibration into the stability reserve vibration class.
  • the controller device 5 is designed to determine the stability reserve of the control, for example based on one or more of the controller parameters, in particular controller gains, the reg of the controller unit 22.
  • the control device 5 is designed to compare the stability reserve with a stability reserve threshold value and, based on the comparison, to detect that the detected vibration 25 is caused by a stability reserve that is too low, in particular if the stability reserve is lower than the stability reserve threshold value.
  • the controller device 5 can be designed to detect, on the basis of a reference vibration characteristic stored in the controller device 5 and assigned to the stability reserve vibration class, that the detected vibration 25 is caused by a stability reserve that is too small.
  • the control device 5 is preferably designed to detect that the detected vibration 25 is caused by an external disturbance and, in response to this detection, to classify the detected vibration 25 into the disturbance vibration class.
  • the controller device 5 classifies the detected vibration 25 into the disturbance vibration class in response to the fact that the controller device 5 detects that the detected vibration 25 does not fall into one, several or all of the other vibration classes, for example the setpoint vibration class, sensor noise vibration class and/or stability reserve vibration class belongs.
  • the control device 5 can be designed to detect, on the basis of a reference vibration characteristic stored in the control device 5 and assigned to the disturbance vibration class, that the detected vibration 25 is caused by an external disturbance.
  • the controller device 5 carries out a controller parameter adjustment of the at least one controller parameter depending on the vibration class into which vibration 25 is classified.
  • the controller device 5 is designed to carry out the controller parameter adjustment in order to reduce or eliminate the oscillation.
  • the controller device 5 expediently adapts several controller parameters, in particular several controller gains, in particular depending on the detected vibration class.
  • each vibration class is assigned a respective controller parameter adjustment.
  • Controller parameter adjustments that are assigned to different vibration classes expediently differ from one another.
  • one or more controller parameter adjustments are defined in controller parameter adjustment information, in particular in association with the respective vibration classes.
  • the controller parameter adjustment information is stored, for example, in the controller device 5.
  • the controller device 5 is designed to carry out the controller parameter adjustment that is assigned to the respective detected vibration class.
  • the controller device 5 is designed to carry out the controller parameter adjustment as a function of a vibration characteristic, for example a spectrum, in particular a frequency, and/or an amplitude, of the detected vibration 25.
  • a vibration characteristic for example a spectrum, in particular a frequency, and/or an amplitude
  • the control device 5 is preferably designed in response to a detection of at least one vibration class and/or depending on the Vibration characteristics, for example in particular the frequency, and/or the A detected vibration 25 do not require any adjustment of the controller parameters.
  • the controller device 5 is designed to recognize on the basis of the vibration class and/or the vibration characteristics that a controller parameter adjustment would not reduce (or even increase) the oscillation of the controlled variable, and in this case not to carry out any controller parameter adjustment.
  • the controller device 5 is designed to carry out a controller parameter adjustment in response to a detection of a first vibration class, and not to perform a controller parameter adjustment in response to a detection of a second vibration class.
  • the controller device 5 is preferably designed not to carry out the controller parameter adjustment in response to a detection that the detected oscillation 25 is caused by the setpoint oscillation.
  • the controller device 5 is preferably designed not to carry out the controller parameter adjustment in response to a detection that the detected vibration 25 is caused by the sensor noise.
  • the controller device 5 is designed to carry out the controller parameter adjustment according to the stability reserve vibration class in response to a detection that the detected vibration 25 is caused by an insufficient stability reserve of the control system.
  • the controller device 5 is designed to reduce at least one controller gain, optionally several controller gains, when adjusting the controller parameters according to the stability reserve vibration class. With vibrations The stability reserve vibration class is usually set too high, so that d must be reduced.
  • the control device 5 is preferably designed in
  • the controller parameter adjustment is carried out in accordance with the disturbance vibration class.
  • the controller device 5 is designed to increase at least one controller gain, optionally several controller gains, during the controller parameter 0 adjustment according to the disturbance oscillation class.
  • the controller is usually set too weak, so that the controller gain needs to be increased.
  • the controller device 5 is designed to define a controller parameter adjustment range for the desired value and/or the controlled variable value (the controlled variable 18) on the basis of the particular setpoint value and/or the controlled variable value (the controlled variable 18) at which the controller device 5 has detected the oscillation 25 inate.
  • the controller device 5 is designed to define the controller parameter adjustment range, in particular its size, depending on the detected vibration class of the detected vibration 25. 5
  • the controller device 5 is designed to store the controller parameter adjustment range in response to the detected vibration 25.
  • the controller parameter adjustment range is, for example, a continuous value range or a tolerance range in which the setpoint and/or the controlled variable value at which the oscillation 25 occurred lies.
  • the control device 5 is expediently designed to use the at least one controller parameter adapted according to the controller parameter adjustment for the controlled variable 18 for setpoints and/or which lie within the controller parameter adjustment range 26.
  • the controller device 5 is designed to detect (in particular one after the other) several oscillations of the controlled variable 18 at different setpoints and/or different controlled variable values and to define different controller parameter adaptation ranges for these setpoints and/or controlled variable values.
  • each controller parameter adjustment range is assigned a respective vibration class and/or a respective controller parameter adjustment.
  • the controller device 5 is preferably designed to define a normal range 27, which lies outside the controller parameter adjustment range 26, and for the further regulation of the controlled variable 18 for setpoints and/or controlled variable values that lie within the normal range 27, one not in accordance with the controller parameters -Adjustment to use at least one controller parameter.
  • the at least one controller parameter that is not adjusted according to the controller parameter adjustment is, for example, a standard controller parameter.
  • the controller parameter adapted according to the controller parameter adjustment is expediently different from the standard controller parameter.
  • the controller device 5 uses a standard controller parameter set with several controller parameters for the normal range 27 and an adapted controller parameter set with several controller parameters adapted in accordance with the controller parameter adaptation for the controller parameter adaptation area 26.
  • the controller device may carry out an operating point-dependent intervention in the controller parameters.
  • the operating point is, for example, the setpoint and/or the controlled variable value at which the oscillation 25 occurs.
  • the controller device 5 represents in particular an adaptive controller.
  • the controller device 5 is designed to reduce several controller gains at the operating point in response to the detected vibration 25 .
  • the controller device 5 reduces one or more controller gains for setpoints close to an exhaust air pressure.
  • the control device 5, in particular an algorithm of the control device 5 expediently stores this reduction for a next setpoint specification, which corresponds to the setpoints close to the exhaust air pressure and/or is adjacent to these setpoints.
  • the control device expediently does not carry out the reduction for a regular working range - for example the normal range 27 - and carries out the control in this regular working range on the basis of one or more non-reduced controller gains.
  • Figure 3 shows a diagram with a time course of the controlled variable 18 and a time course of the setpoint signal 15. The time is plotted on the horizontal axis and the value of the controlled variable 18 and the setpoint signal 15 on the vertical axis.
  • the setpoint signal 15 specifies a first setpoint 28 .
  • the controller device 5 regulates the controlled variable 18 to the first setpoint 28, in particular using the standard controller parameter.
  • the controller device 5 detects no oscillation of the controlled variable 18 for the first setpoint 28 and accordingly does not classify a detected oscillation and/or no controller parameter adjustment and/or no definition of a controller parameter by .
  • the setpoint signal 15 specifies a second setpoint 29 .
  • the controller device 5 attempts to regulate the controlled variable 18 to the second setpoint 29, in particular initially using the standard controller parameter.
  • the oscillation 25 of the controlled variable 18 occurs.
  • the control device 5 detects this vibration 25 and classifies the vibration
  • the control device 5 adapts the at least one control parameter and continues the control to the second setpoint 29 based on the adapted control parameter. As a result, the vibration 25 is reduced, in particular eliminated.
  • the controller device 5 expediently defines the controller parameter adjustment range 26 for the second setpoint 29 at which the oscillation 25 occurred, so that the second setpoint 29 is in the controller parameter adjustment range
  • the controller parameter adjustment range is in particular a continuous value range for the setpoint signal 15.
  • the setpoint signal 15 specifies a further setpoint 30, which can also be referred to as a third setpoint.
  • the controller device 5 checks whether the further setpoint 30 lies within the controller parameter adjustment range 26. In response to the fact that the controller device 5 recognizes that the further setpoint 30 is not within the controller parameter adjustment range 26 (and expediently not within another controller parameter adjustment range), the controller device 5 uses the standard Controller parameters to regulate the controlled variable 18 to setpoint 30.
  • the setpoint signal 15 specifies a further setpoint 31, which can also be referred to as a fourth setpoint.
  • the controller device 5 checks whether the further setpoint 31 lies within the controller parameter adjustment range 26. In response to the fact that the controller device 5 recognizes that the further setpoint 30 lies within the controller parameter adjustment range 26, the controller device 5 uses the adapted controller parameter specified for this controller parameter adjustment range 26 in order to regulate the controlled variable 18 to the further setpoint 30. Due to the use of the adapted controller parameter, no or only a reduced oscillation of the controlled variable 18 occurs.
  • Figure 4 shows a flowchart of a method for operating the control device 5 or the control device 2.
  • the method includes a step Sl, in which the controller device 5 provides control of the controlled variable 18 to the setpoint based on the at least one controller parameter.
  • the method further includes a step S2, in which the control device 5 detects the oscillation 25 of the controlled variable 18.
  • the method further includes a step S3, in which the control device 5 classifies the detected vibration 25 into one of several vibration classes.
  • step S3 In response to the fact that in the third step S3 the detected vibration 25 is divided into a first vibration class, For example, the stability reserve Sch and/or the disturbance vibration class k, the method continues with a step S4, in which the controller device 5 carries out the controller parameter adjustment of the at least one controller parameter according to the vibration class of the detected vibration 25.
  • the controller device 5 expediently defines the controller parameter adjustment range in step S4.
  • the method continues with a step S5 in which the control device 5 is not carries out the controller parameter adjustment and/or does not define the controller parameter adjustment range.
  • a second vibration class for example the setpoint vibration class and/or the sensor noise vibration class
  • the method further includes a step S6, in which the controller device 5 checks for a changed setpoint whether the setpoint lies within a/the defined controller parameter adjustment range.
  • step S6 In response to the fact that the controller device 5 determines in step S6 that the changed setpoint lies in a/the controller parameter adjustment range, the method continues with step S7, in which the controller device 5 adjusts the controller parameter for the controller parameter adapted according to the controller parameter adjustment Control of the controlled variable 18 to the changed setpoint is used.
  • step S6 determines that the changed setpoint is not within a controller parameter adjustment range, uses the Controller device 5 adjusts the standard controller parameter to the changed variable. Preferably, the method then continues with step S2.
  • the control device 5 is preferably operated outside of its specification. If an oscillation occurs (particularly outside the specification), it can be reduced or eliminated by adjusting the controller parameters.
  • the regulator device 5 expediently represents a universal regulator, in particular a universal pressure regulator, with an extended working range.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reglereinrichtung (5) für die Automatisierungstechnik, zur Ansteuerung einer Ventileinrichtung (6), um eine Regelung einer Regelgröße (18) auf einen Sollwert eines Sollwert-Signals (15) bereitzustellen, wobei die Reglereinrichtung (5) über wenigstens einen Reglerparameter, beispielsweise eine Reglerverstärkung, verfügt, auf dessen Basis die Regelung erfolgt, und wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, während der Regelung eine Schwingung (25) der Regelgröße (18) zu erfassen, die erfasste Schwingung (25) in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassifizieren und in Abhängigkeit der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung klassifiziert ist, eine Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchzuführen, um die Schwingung (25) zu reduzieren oder eliminieren.

Description

Festo SE & Co . KG, Ruiter Str . 82 , 73734 Esslingen am Neckar
Reglereinrichtung, Reglergerät und Verfahren
Die Erf indung betrif f t eine Reglereinrichtung für die Automatisierungstechnik , zur Ansteuerung einer Ventileinrichtung, um eine Regelung einer Regelgröße auf einen Sollwert eines Sollwert - Signals bereitzustellen, wobei die Reglereinrichtung über wenigstens einen Reglerparameter , beispielsweise eine Reglerverstärkung, verfügt , auf dessen Basis die Regelung erfolgt , und wobei die Reglereinrichtung ausgebildet ist , während der Regelung eine Schwingung der Regelgröße zu erfassen .
Die EP 2 356 522 Bl beschreibt ein Verfahren zum Regeln eines Regelsystems , das von einer Regelvorrichtung geregelt wird, wobei die Regelvorrichtung den Regeleingang zu mindestens einer Regeleinheit in dem System, z . B . einem Ventil , liefert . Das Verfahren umfasst ein Detektieren des Oszillationspegels in dem Regeleingang in die Regeleinheit und ein Verstärken des Regeleingangs um einen Multiplikationsf aktor auf der Basis des detektierten Oszillationspegels .
Eine Aufgabe der Erf indung besteht darin, eine f lexibel einsetzbare Reglereinrichtung bereitzustellen . Die Aufgabe wird gelöst durch eine Reglereinrichtung gemäß Anspruch 1 . Die Reglereinrichtung ist ausgebildet , die erfasste Schwingung in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassif izieren und in Abhängigkeit der Schwingungsklasse , in die die erfasste Schwingung klassif iziert Reglerparameter-Anpassung des wenigstens Reglerparameters durchzuführen, um die Schwingung zu reduzieren oder eliminieren .
Auf diese Weise wird es möglich, die Reglereinrichtung für Anwendungen einzusetzen, bei denen verschiedene Ursachen für Schwingungen der Regelgröße - und damit verschiedene Schwingungsklassen - auf treten können, und die Schwingung - falls erforderlich - durch die Reglerparameter-Anpassung gemäß der j eweiligen Ursache für die Schwingung ef fektiv zu reduzieren oder zu eliminieren . Abhängig von den Ursachen für die Schwingungen können verschiedene Reglerparameter- Anpassungen erforderlich sein, um eine Reduzierung oder Eliminierung der Schwingungen zu erzielen . Ferner ist es möglich, dass eine oder mehrere Ursachen für eine Schwingung keine Reglerparameter-Anpassung erfordern, z . B . dann, wenn die Schwingung vorgegeben ist oder wenn die Schwingung auch durch eine Reglerparameter-Anpassung nicht reduziert oder eliminiert werden kann . Durch die Klassif izierung der erfassten Schwingung in eine der mehreren Schwingungsklassen wird es möglich, zielgerichtet - und damit ef fektiv - auf die j eweils vorliegende Ursache der erfassten Schwingung zu reagieren .
Da die Reglereinrichtung eine auf tretende Schwingung reduzieren oder eleminieren kann, ist es grundsätzlich nicht erforderlich die Regelung über den gesamten Sollwertbereich stabil auszulegen - was typischerweise erfordern würde , dass die Regelung defensiv, also langsam, ausgelegt wird oder dass der Sollwertbereich begrenzt wird . Die Regelung kann also über einen großen Sollwertbereich schnell ausgelegt werden . Sofern dann für einen bestimmten Sollwert eine Instabilität der Regelung - also eine Schwingung - auf tritt , kann diese durch eine ( insbesondere für diesen Sollw Reglerparameter-Anpassung reduziert oder insbesondere ohne dass die Regelung für den übrigen Sollwertbereich ( in dem keine Schwingung auf tritt ) angepasst , beispielsweise defensiver eingestellt , wird .
Vorteilhaf te Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die Erf indung betrif f t ferner ein Reglergerät , umfassend die Reglereinrichtung und die Ventileinrichtung .
Die Erf indung betrif f t ferner ein Verfahren zum Betreiben der Reglereinrichtung oder des Reglergeräts , umfassend die Schritte : Bereitstellen der Regelung der Regelgröße auf den Sollwert auf Basis des wenigstens einen Reglerparameters , Erfassen einer Schwingung der Regelgröße , Klassif izieren der erfassten Schwingung in eine von mehreren Schwingungsklassen, und in Abhängigkeit von der Schwingungsklasse , in die die erfasste Schwingung klassif iziert ist , Durchführen der Reglerparameter-Anpassung .
Weitere exemplarische Details sowie beispielhaf te Ausführungs formen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert . Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Systems ,
Figur 2 ein Blockdiagramm eines Regelkreises ,
Figur 3 ein Schaubild mit einem zeitlichen Verlauf einer
Regelgröße und einem zeitlichen Verlauf eines Sollwert - Signals , Figur 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrt einer Reglereinrichtung .
Die Figur 1 zeigt ein System 1 , das ein Reglergerät 2 und einen f luidischen Aktor 3 umfasst . Optional umfasst das System 1 ferner eine übergeordnete Steuerung 4 . Das Reglergerät 2 umfasst eine Reglereinrichtung 5 und zweckmäßigerweise ferner eine Ventileinrichtung 6 . Alternativ kann die Ventileinrichtung 6 außerhalb des Reglergeräts 2 bereitgestellt sein . Das System stellt eine exemplarische Anwendungsumgebung für das Reglergerät 2 , insbesondere die Reglereinrichtung 5 , dar . Das Reglergerät 2 , insbesondere die Reglereinrichtung 5 , kann auch für sich genommen - also insbesondere ohne die anderen Komponenten des Systems 1 - bereitgestellt sein .
Das Reglergerät 2 ist beispielsweise als Universalregelventil ausgeführt . Das Reglergerät 2 kann insbesondere als Druckregelventil , Massenstromregelventil , Kraf tregelventil und/oder Ventil mit integriertem Positionieralgorithmus ausgeführt sein und/oder betrieben werden . Das Reglergerät 2 kann als Einzelventil , als Ventil auf einer Ventilinsel , oder als Ventilinsel ausgeführt sein . Ferner kann das Reglergerät 2 als Positioner ausgeführt sein .
Das Reglergerät 2 verfügt zweckmäßigerweise über Einstellmöglichkeiten durch den Benutzer , beispielsweise durch eine Auswahl von Parametersets und/oder durch die Einstellung einzelner Parameter , auf die der Benutzer Zugrif f hat , insbesondere mittels einer Benutzerschnittstelle .
Das Reglergerät 2 verfügt zweckmäßigerweise über ein Gehäuse 7 . In dem Gehäuse 7 ist exemplarisch die Reglereinrichtung 5 und/oder die Ventileinrichtung 6 untergebracht . Exemplarisch umfasst das System 1 eine Se Die Sensoreinrichtung 8 umfasst exemplari Drucksensoreinheit 9 und/oder eine Positionssensoreinheit 10. Die Drucksensoreinheit 9 dient insbesondere dazu, einen Druck einer Druckkammer 11 des fluidischen Aktors 3 zu erfassen. Exemplarisch ist die Drucksensoreinheit 9 Teil des Reglergeräts und ist insbesondere im Gehäuse 7 untergebracht. Die Positionssensoreinheit 10 dient insbesondere dazu, eine Position eines Aktorglieds 12 des fluidischen Aktors 3 zu erfassen. Die Positionssensoreinheit 10 ist zweckmäßigerweise an dem fluidischen Aktor 3 angeordnet.
Die übergeordnete Steuerung 4 ist beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung - also als SPS - ausgeführt. Die übergeordnete Steuerung 4 ist zweckmäßigerweise mit dem Reglergerät 2 über eine Kommunikationsverbindung 13, beispielsweise einen Bus, insbesondere einen Feldbus, kommunikativ verbunden. Die übergeordnete Steuerung 4 dient zweckmäßigerweise dazu, dem Reglergerät 2 ein Sollwertsignal 15 bereitzustellen, gemäß dem das Reglergerät 2 eine Regelung des fluidischen Aktors 3 durchführt .
Der fluidische Aktor 3 ist exemplarisch als Antriebszylinder ausgeführt. Der fluidische Aktor 3 ist insbesondere ein pneumatischer Aktor. Der fluidische Aktor 3 verfügt über das fluidisch betätigbare Aktorglied 12, das insbesondere als Kolben ausgeführt ist. Der fluidische Aktor 3 verfügt über die Druckkammer 11, die mit einem Druckfluid, insbesondere Druckluft, beaufschlagbar ist, um das Aktorglied 12 zu betätigen. Exemplarisch ist der fluidische Aktor 3 als einfachwirkender fluidischer Aktor ausgeführt und verfügt über ein Federelement 32, das auf das Aktorglied 12 wirkt. Der fluidische Aktor 3 kann ferner als doppeltwirkender f luidischer Aktor ausgeführt sein . Ferner Aktor als Ventilantrieb oder als Ventil a f luidische Aktor 3 , insbesondere die Druckkammer 11 , ist zweckmäßigerweise über eine Fluidleitung 14 , insbesondere einen Schlauch, mit dem Reglergerät 2 , insbesondere der Ventileinrichtung 6 , f luidisch verbunden .
Die Reglereinrichtung 5 umfasst zweckmäßigerweise einen Mikrocontroller oder ist als Mikrocontoller ausgeführt . Die Reglereinrichtung 5 stellt das Sollwertsignal 15 bereit . Beispielsweise empfängt die Reglereinrichtung 5 das Sollwertsignal 15 , insbesondere von der übergeordneten Steuerung 4 , oder die Reglereinrichtung 5 berechnet das Sollwertsignal 15 selbst . Auf Basis des Sollwertsignals 15 berechnet die Reglereinrichtung 5 ein Ansteuersignal 16 zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 6 . Das Ansteuersignal 16 vorzugsweise ein elektrisches Ansteuersignal .
Die Ventileinrichtung 6 ist vorzugsweise als elektrof luidischer , insbesondere elektropneumatischer , Wandler ausgeführt oder umfasst einen elektrof luidischen, insbesondere elektropneumatischen, Wandler . Die Ventileinrichtung 6 umfasst ein Ventilglied 17 und ist zweckmäßigerweise ausgebildet , auf Basis des Ansteuersignals 16 das Ventilglied 17 zu betätigen, insbesondere zu positionieren . Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung 6 ausgebildet , gemäß dem Ansteuersignal 16 ein Fluidsignal bereitzustellen, das exemplarisch der Druckkammer 11 zugeführt wird .
Die Reglereinrichtung 5 , insbesondere das Reglergerät 2 , dient zweckmäßigerweise zum Einsatz in der Automatisierungstechnik , insbesondere der Industrieautomatisierung . Beispielsweise wird eine industrielle Anlage bereitgestellt und di 5 , insbesondere das Reglergerät 2 , Vorzug ist Teil der industriellen Anlage .
Die Reglereinrichtung 5 dient zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 6 , um eine Regelung einer Regelgröße 18 auf einen Sollwert des Sollwert - Signals 15 bereitzustellen . Die Regelgröße 18 umfasst beispielsweise einen Druck , einen Massenstrom, eine Kraf t und/oder eine Position . Vorzugsweise umfasst die Regelgröße 18 den Druck der Druckkammer 11 und/oder die Position des Aktorglieds 12 .
Die Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines exemplarischen Regelkreises , gemäß dem die Regelung erfolgen kann .
Zweckmäßigerweise wird die Regelgröße 18 mit der Sensoreinrichtung 8 , insbesondere der Drucksensoreinheit 9 und/oder der Positionssensoreinheit 10 , gemessen und als Rückführungsgröße 19 der Reglereinrichtung 5 zugeführt . Die Reglereinrichtung 5 umfasst zweckmäßigerweise ein Subtraktionsglied 20 , das eine Regelabweichung 21 als Dif ferenz zwischen dem Sollwertsignal 15 und der Rückführungsgröße 19 berechnet . Die Reglereinrichtung 5 umfasst zweckmäßigerweise eine Reglereinheit 22 , die auf Basis der Regelabweichung 21 das Ansteuersignal 16 berechnet . Das Subtraktionsglied 20 und/oder die Reglereinheit 22 sind zweckmäßigerweise in Sof tware implementiert . Die Reglereinheit 22 verfügt vorzugsweise über wenigstens ein Proportionalglied zur Berechnung des Ansteuersignals 16 . Die Reglereinheit 22 ist beispielsweise als PID-Regler oder als PI -Regler ausgeführt oder umfasst ( zur Berechnung des Ansteuersignals 16 ) einen PID-Regler und/oder einen PI - Regler . Ferner kann die Reglereinheit 22 ein Reglermodell zur Berechnung des Ansteuersignals 16 umfassen . Das Ansteuersignal 16 dient zweckmäßigerw für eine Regelstrecke 23 , die exemplarisc Ventileinrichtung 6 und/oder den Aktor 3 umfasst . Gemäß dem Ansteuersignal 16 und/oder einer Störgröße 24 stellt sich bei der Regestrecke 23 die Regelgröße 18 ein .
Die Reglereinrichtung 5 verfügt über wenigstens einen Reglerparameter auf dessen Basis die Regelung erfolgt . Zweckmäßigerweise verfügt die Reglereinrichtung 5 über mehrere Reglerparameter , auf deren Basis die Regelung erfolgt . Die Reglereinrichtung 5 berechnet unter Verwendung des einen oder der mehreren Reglerparameter das Ansteuersignal 16 auf Basis des Sollwertsignals und der Rückführungsgröße 19 . Der wenigstens eine Reglerparameter ist beispielsweise ein Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds . Der eine oder die mehreren Reglerparameter sind beispielsweise Reglerparameter des PID-Reglers , PI -Reglers und/oder des Reglermodells der Reglereinheit 22 . Beispielsweise sind der eine oder die mehreren Reglerparameter Reglerverstärkungen der Reglereinheit 22 .
Die Reglereinrichtung 5 ist ausgebildet , während der Regelung eine Schwingung 25 der Regelgröße 18 zu erfassen . Mit dem Erfassen der Schwingung 25 ist insbesondere ein Erkennen der Schwingung 25 durch die Reglereinrichtung 5 gemeint . Die erfasste Schwingung 25 kann auch als erkannte Schwingung 25 bezeichnet werden . Zweckmäßigerweise erfasst die Reglereinrichtung 5 die Schwingung 25 auf Basis eines von der Sensoreinrichtung 8 , insbesondere der Drucksensoreinheit 9 und/oder der Positionssensoreinheit 10 , bereitgestellten Sensorsignals , das die Regelgröße 18 abbildet . Das Sensorsignal stellt beispielsweise die Rückführungsgröße 19 dar . Bei der Schwingung 25 handelt es sich insbesondere um eine periodische Schwingung . Die Reglereinrichtung 5 verfügt zweckmäßigerweise über eine Schwingungser die Schwingung 25 zu erkennen . Beispielsw Reglereinrichtung 5 ausgebildet , eine Frequenzanalyse , beispielsweise eine Fourier-Transformation, durchzuführen, insbesondere auf Basis der Regelgröße 18 , der Rückführungsgröße 19 und/oder der Regelabweichung 21 , um die Schwingung 25 zu erkennen . Die Reglereinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet , auf Basis der erkannten Schwingung 25 eine Schwingungsinformation bereitzustellen, die die erkannte Schwingung 25 anzeigt .
Die Schwingung 25 ist insbesondere eine ungewollte Schwingung . Beispielsweise tritt die Schwingung 25 in einem Randbereich ( insbesondere der Regelgröße 18 ) und/oder bei einem Sonderfall - beispielsweise bei besonderen Umgebungsbedingungen - auf . Die Schwingung 25 tritt insbesondere bei einem konstanten Sollwert des Sollwertsignals 15 auf , also insbesondere bei einer konstanten Sollwert -Vorgabe .
Die Reglereinrichtung 5 erfasst (und insbesondere erkennt ) die Schwingung 25 zweckmäßigerweise online - also insbesondere in einem Normalbetrieb der Reglereinrichtung 5 . Im Normalbetrieb führt die Reglereinrichtung 5 die Regelung zu einem anderen Zweck als der reinen Erfassung der Schwingung 25 durch . Beispielsweise führt die Reglereinrichtung 5 die Regelung im Normalbetrieb zum Zwecke eines industriellen Prozesses , insbesondere eines industriellen Fertigungsprozesses , durch .
Vorzugsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , die Schwingung 25 in einem stationären Zustand des Sollwertsignals 15 - also bei einem konstanten Sollwert - zu erkennen . Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , die Schwingung 25 nur in dem des Sollwer signals 15 zu erkennen . Beisp Reglereinrichtung 5 , ob der stationäre Zustand des Sollwertsignals 15 vorliegt , und führt die Erkennung der Schwingung 25 nur durch, wenn der stationäre Zustand vorliegt . Der stationäre Zustand ist insbesondere dann gegeben, wenn seit der letzten Änderung des Sollwerts eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist .
Die Reglereinrichtung 5 ist ferner ausgebildet , die erfasste Schwingung 25 in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassif izieren . Diej enige Schwingungsklasse , in die die Reglereinrichtung 5 die erfasste Schwingung 25 klassif iziert , soll auch als vorliegende Schwingungsklasse oder als detektierte Schwingungsklasse der erfassten Schwingung 25 bezeichnet werden . Die mehreren Schwingungsklassen sind zweckmäßigerweise in der Reglereinrichtung 5 def iniert . Die mehreren Schwingungsklassen unterscheiden sich zweckmäßigerweise in der Ursache der Schwingungen und/oder in einer Art einer Reglerparameter-Anpassung zur Reduzierung oder Eliminierung der Schwingungen . Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , auf Basis der detektierten Schwingungsklasse der Schwingung 25 eine Schwingungsinformation bereitzustellen, die die detektierte Schwingungsklasse anzeigt .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , die Klassif izierung der erfassten Schwingung 25 auf Basis einer Schwingungscharakteristik der erfassten Schwingung 25 vorzunehmen, beispielsweise auf Basis eines Spektrums , insbesondere einer Frequenz , einer Phase und/oder einer Amplitude der erfassten Schwingung 25 . Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, bei der Klassif izierung der erfassten Schwingung 25 eine (beispielsweise in der Reglereinrichtung 5 hinterlegte) Referenz Schwingungscharakteristik zu berücksichti ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , für die Klassif izierung der erfassten Schwingung 25 die Schwingungscharakteristik der erfassten Schwingung 25 mit einer oder mehreren Referenz - Schwingungscharakteristiken (die zweckmäßigerweise in der Reglereinrichtung 5 hinterlegt sind) zu vergleichen . Beispielsweise ist für j ede def inierte Schwingungsklasse eine j eweilige Referenz - Schwingungscharakteristik in der Reglereinrichtung 5 hinterlegt . Vorzugsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , für die Klassif izierung der erfassten Schwingung 25 das Sollwertsignal 15 zu berücksichtigen, insbesondere eine Schwingungscharakteristik des Sollwertsignals 15 , beispielsweise ein Spektrum, insbesondere eine Frequenz , eine Phase und/oder eine Amplitude des Sollwertsignal 15 . Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , für die Klassif izierung der erfassten Schwingung 25 die Schwingungscharakteristik der erfassten Schwingung 25 mit einer Schwingungscharakteristik des Sollwertsignals 15 zu vergleichen .
Exemplarisch umfassen die Schwingungsklassen eine Sollwert - Schwingungsklasse , eine Sensorrauschen- Schwingungsklasse , eine Stabilitätsreserve- Schwingungsklasse und/oder eine Störungs - Schwingungsklasse .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer Sollwert - Schwingung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung 25 in die Sollwert - Schwingungsklasse zu klassif izieren . Beispielsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet eine Sollwert - Schwingung des Sollwertsignals 15 zu erfassen und auf Basis eines Vergleichs der erfassten Schwingung 25 mit der Sollw detektieren, dass die erfasste Schwingung Sollwert - Schwingung verursacht wird, insbesondere in Ansprechen darauf , dass eine Frequenz der Sollwert - Schwingung gleich einer Frequenz der erfassten Schwingung 25 ist .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einem Sensorrauschen verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung 25 in die Sensorrauschen- Schwingungsklasse zu klassif izieren . Beispielsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , anhand einer Amplitude der erfassten Schwingung 25 zu detektieren, dass die erfasste Schwingung von dem Sensorrauschen verursacht wird, insbesondere in Ansprechen darauf , dass die Amplitude geringer ist als ein vorbestimmter Amplituden- Schwellenwert . Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, unter Berücksichtigung einer ( insbesondere in der Reglereinrichtung 5 ) hinterlegten Sensorrauschen-Charakteristik , beispielsweise einem Sensorrauschen- Spektrum, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von dem Sensorrauschen verursacht wird, insbesondere indem die Reglereinrichtung die Sensorrauschen Charakteristik mit einer Schwingungscharakteristik , insbesondere einem Spektrum, der erfassten Schwingung 25 vergleicht .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , zu detektieren, dass die erfasste Schwingung von einer zu geringen Stabilitätsreserve der Regelung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung in die Stabilitätsreserve- Schwingungsklasse zu klassif izieren . Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , die Stabilitätsreserve der Regelung zu ermitteln, beispielsweise auf Basis eines oder mehrerer der Reglerparameter , insbesondere Reglerverstärkungen, der Reg der Reglereinheit 22 . Zweckmäßigerweise i Reglereinrichtung 5 ausgebildet , die Stabilitätsreserve mit einem Stabilitätsreserve- Schwellenwert zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer zu geringen Stabilitätsreserve verursacht wird, insbesondere dann, wenn die Stabilitätsreserve geringer als der Stabilitätsreserve- Schwellenwert ist . Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, auf Basis einer in der Reglereinrichtung 5 hinterlegten Referenz - Schwingungscharakteristik , die der Stabilitätsreserve- Schwingungsklasse zugeordnet ist , zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer zu geringen Stabilitätsreserve verursacht wird .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer externen Störung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung 25 in die Störungs - Schwingungsklasse zu klassif izieren . Beispielsweise klassif iziert die Reglereinrichtung 5 die erfasste Schwingung 25 in Ansprechen darauf in die Störungs - Schwingungsklasse , dass die Reglereinrichtung 5 detektiert , dass die erfasste Schwingung 25 nicht in eine , mehrere oder sämtliche der anderen Schwingungsklassen, beispielsweise der Sollwert - Schwingungsklasse , Sensorrauschen- Schwingungsklasse und/oder Stabilitätsreserve- Schwingungsklasse gehört . Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, auf Basis einer in der Reglereinrichtung 5 hinterlegten Referenz - Schwingungscharakteristik , die der Störungs - Schwingungsklasse zugeordnet ist , zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer externen Störung verursacht wird . Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 aus Abhängigkeit der Schwingungsklasse , in di Schwingung 25 klassif iziert ist , eine Reglerparameter- Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchzuführen . Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , die Reglerparameter-Anpassung durchzuführen, um die Schwingung zu reduzieren oder eliminieren . Zweckmäßigerweise passt die Reglereinrichtung 5 bei der Reglerparameter-Anpassung mehrere Reglerparameter , insbesondere mehrere Reglerverstärkungen, an, insbesondere in Abhängigkeit von der detektierten Schwingungsklasse .
Beispielsweise ist j eder Schwingungsklasse eine j eweilige Reglerparameter-Anpassung zugeordnet . Reglerparameter- Anpassungen, die verschiedenen Schwingungsklassen zugeordnet sind, unterscheiden sich zweckmäßigerweise voneinander . Beispielsweise sind eine oder mehrere Reglerparameter- Anpassungen in einer Reglerparameter-Anpassungsinformation def iniert , insbesondere in Zuordnung zu den j eweiligen Schwingungsklassen . Die Reglerparameter-Anpassungsinformation ist beispielsweise in der Reglereinrichtung 5 hinterlegt . Die Reglereinrichtung 5 ist ausgebildet , diej enige Reglerparameter-Anpassung durchzuführen, die der j eweils detektierten Schwingungsklasse zugeordnet ist .
Optional ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , die Reglerparameter-Anpassung ferner in Abhängigkeit von einer Schwingungscharakteristik , beispielsweise einem Spektrum, insbesondere einer Frequenz , und/oder einer Amplitude , der erfassten Schwingung 25 durchzuführen .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , in Ansprechen auf eine Detektion wenigstens einer Schwingungsklasse und/oder in Abhängigkeit der Schwingungscharakterist ik , beispielsweise insbesondere der Frequenz , und/oder der A erfassten Schwingung 25 keine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen . Beispielsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , auf Basis der Schwingungsklasse und/oder der Schwingungscharakteristik zu erkennen, dass eine Reglerparameter-Anpassung die Schwingung der Regelgröße nicht reduzieren (oder sogar verstärken) würde , und in diesem Fall keine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen . Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , in Ansprechen auf eine Detektion einer ersten Schwingungsklasse eine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen, und in Ansprechen auf eine Detektion einer zweiten Schwingungsklasse keine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , in Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von der Sollwert - Schwingung verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung nicht durchzuführen .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , in Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von dem Sensorrauschen verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung nicht durchzuführen .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , in Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von einer zu geringen Stabilitätsreserve der Regelung verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve - Schwingungsklasse durchzuf ühren . Vorzugsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , bei der Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve- Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung, optional mehrere Reglerverstärkungen, zu reduzieren . Bei Schwingungen der Stabilitätsreserve - Schwingungsklasse der Regel zu stark eingestellt , so dass d zu reduzieren ist .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet in
5 Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von einer externen Störung verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Störungs - Schwingungsklasse durchzuführen . Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , bei der Reglerparameter-0 Anpassung gemäß der Störungs - Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung, optional mehrere Reglerverstärkungen, zu erhöhen . Bei Schwingungen der Störungs - Schwingungsklasse ist der Regler in der Regel zu schwach eingestellt , so dass die Reglerverstärkung zu erhöhen ist .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , auf Basis desj enigen Sollwerts und/oder desj enigen Regelgrößenwerts (der Regelgröße 18 ) , bei dem die Reglereinrichtung 5 die Schwingung 25 erfasst hat , einen Reglerparameter- Anpassungsbereich für den Sollwert und/oder den 0 Regelgrößenwert zu def inieren . Optional ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , den Reglerparameter- Anpassungsbereich, insbesondere dessen Größe , in Abhängigkeit von der detektierten Schwingungsklasse der erfassten Schwingung 25 zu def inieren . 5 Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , in Ansprechen auf die erfasste Schwingung 25 den Reglerparameter-Anpassungsbereich zu speichern . Der Reglerparameter-Anpassungsbereich ist beispielsweise ein kontinuierlicher Wertebereich oder ein Toleranzbereich, in0 dem der Sollwert und/oder der Regelgrößenwert liegt , bei dem die Schwingung 25 aufgetreten ist . Die Reglereinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet , für di der Regelgröße 18 für Sollwerte und/oder die innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegen, den gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden . Optional ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , ( insbesondere nacheinander) mehrere Schwingungen der Regelgröße 18 bei verschiedenen Sollwerten und/oder verschiedenen Regelgrößenwerten zu erfassen und für diese Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte verschiedene Reglerparameter- Anpassungsbereiche zu def inieren . Optional ist j edem Reglerparameter-Anpassungsbereich eine j eweilige Schwingungsklasse und/oder eine j eweilige Reglerparameter- Anpassung zugeordnet .
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , einen Normalbereich 27 zu def inieren, der außerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegt , und für die weitere Regelung der Regelgröße 18 für Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte , die innerhalb des Normalbereichs 27 liegen, einen nicht gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden . Der nicht gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepasste wenigstens eine Reglerparameter ist beispielsweise ein Standard- Reglerparameter . Der gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepasste Reglerparameter ist zweckmäßigerweise von dem Standard-Reglerparameter verschieden . Optional verwendet die Reglereinrichtung 5 für den Normalbereich 27 einen Standard- Reglerparameter- Satz mit mehreren Reglerparametern und für den Reglerparameter-Anpassungsbereich 26 einen angepassten Reglerparameter- Satz mit mehreren gemäß der Reglerparameter- Anpassung angepassten Reglerparametern . Zweckmäßigerweise ist die Reglereinrichtu einen arbeitspunktabhängigen Eingrif f in Reglerparameter durchzuführen . Der Arbeitspunkt ist beispielsweise der Sollwert und/oder der Regelgrößenwert , bei dem die Schwingung 25 auf tritt . Die Reglereinrichtung 5 stellt insbesondere einen adaptiven Regler dar . Exemplarisch ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet , in Ansprechen auf die erfasste Schwingung 25 mehrere Reglerverstärkungen am Arbeitspunkt zu reduzieren . Beispielsweise reduziert die Reglereinrichtung 5 für Sollwerte nahe eines Abluf tdrucks eine oder mehrere Reglerverstärkungen . Zweckmäßigerweise speichert die Reglereinrichtung 5 , insbesondere ein Algorithmus der Reglereinrichtung 5 , diese Reduktion für eine nächste Sollwert -Vorgabe , die den Sollwerten nahe des Abluf tdrucks entspricht und/oder an diese Sollwerte angrenzt . Zweckmäßigerweise führt die Reglereinrichtung die Reduktion für einen regulären Arbeitsbereich - beispielsweise den Normalbereich 27 - nicht durch und führt die Regelung in diesem regulären Arbeitsbereich auf Basis eines oder mehrerer nicht - reduzierter Reglerverstärkungen durch .
Die Figur 3 zeigt ein Schaubild mit einem zeitlichen Verlauf der Regelgröße 18 und einem zeitlichen Verlauf des Sollwert - Signals 15 . Auf der horizontalen Achse ist die Zeit aufgetragen und auf der vertikalen Achse der Wert der Regelgröße 18 und des Sollwert - Signals 15 .
Das Sollwert - Signal 15 gibt einen ersten Sollwert 28 vor . Die Reglereinrichtung 5 regelt die Regelgröße 18 auf den ersten Sollwert 28 , insbesondere unter Verwendung des Standard- Reglerparameters . Die Reglereinrichtung 5 erfasst für den ersten Sollwert 28 keine Schwingung der Regelgröße 18 und führt dementsprechend keine Klassif izierung einer erfassten Schwingung und/oder keine Reglerparameter-Anpassung und/oder keine Def inition eines Reglerparameter-An durch .
Das Sollwert - Signal 15 gibt einen zweiten Sollwert 29 vor . Die Reglereinrichtung 5 versucht die Regelgröße 18 auf den zweiten Sollwert 29 zu regeln, insbesondere zunächst unter Verwendung des Standard-Reglerparameters . Bei der Regelung auf den zweiten Sollwert 29 tritt die Schwingung 25 der Regelgröße 18 auf . Die Reglereinrichtung 5 erfasst diese Schwingung 25 und führt eine Klassif izierung der Schwingung
25 in eine der Schwingungsklassen durch . Gemäß der Klassif izierung der Schwingung 25 passt die Reglereinrichtung 5 den wenigstens einen Reglerparameter an und führt die Regelung auf den zweiten Sollwert 29 auf Basis des angepassten Reglerparameters fort . Dadurch wird die Schwingung 25 reduziert , insbesondere eliminiert . Zweckmäßigerweise def iniert die Reglereinrichtung 5 für den zweiten Sollwert 29 , bei dem die Schwingung 25 auf getreten ist , den Reglerparameter-Anpassungsbereich 26 , so dass der zweite Sollwert 29 in dem Reglerparameter-Anpassungsbereich
26 liegt . Der Reglerparameter-Anpassungsbereich ist insbesondere ein kontinuierlicher Wertebereich für das Sollwertsignal 15 .
Das Sollwert - Signal 15 gibt einen weiteren Sollwert 30 vor , der auch als dritter Sollwert bezeichnet werden kann . Die Reglereinrichtung 5 prüf t , ob der weitere Sollwert 30 innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegt . In Ansprechen darauf , dass die Reglereinrichtung 5 erkennt , dass der weitere Sollwert 30 nicht innerhalb des Reglerparameter- Anpassungsbereichs 26 (und zweckmäßigerweise nicht innerhalb eines anderen Reglerparameter-Anpassungsbereichs) liegt , verwendet die Reglereinrichtung 5 den Standard- Reglerparameter , um die Regelgröße 18 auf Sollwert 30 zu regeln .
Das Sollwert - Signal 15 gibt einen weiteren Sollwert 31 vor , der auch als vierter Sollwert bezeichnet werden kann . Die Reglereinrichtung 5 prüf t , ob der weitere Sollwert 31 innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegt . In Ansprechen darauf , dass die Reglereinrichtung 5 erkennt , dass der weitere Sollwert 30 innerhalb des Reglerparameter- Anpassungsbereichs 26 liegt , verwendet die Reglereinrichtung 5 den für diesen Reglerparameter-Anpassungsbereich 26 vorgegebenen angepassten Reglerparameter , um die Regelgröße 18 auf den weiteren Sollwert 30 zu regeln . Aufgrund der Verwendung des angepassten Reglerparameters tritt keine oder nur eine reduzierte Schwingung der Regelgröße 18 auf .
Die Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der Reglereinrichtung 5 oder des Reglergeräts 2 .
Das Verfahren umfasst einen Schritt Sl , bei dem die Reglereinrichtung 5 auf Basis des wenigstens einen Reglerparameters eine Regelung der Regelgröße 18 auf den Sollwert bereitstellt .
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S2 , bei dem die Reglereinrichtung 5 die Schwingung 25 der Regelgröße 18 erfasst .
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S3 , bei dem die Reglereinrichtung 5 die erfasste Schwingung 25 in eine von mehreren Schwingungsklassen klassif iziert .
In Ansprechen darauf , dass bei dem dritten Schritt S3 die erfasste Schwingung 25 in eine erste Schwingungsklasse , beispielsweise die Stabilitätsreserve- Sch und/oder die Störungs - Schwingungsklasse k fährt das Verfahren mit einem Schritt S4 fort , bei dem die Reglereinrichtung 5 gemäß der Schwingungsklasse der erfassten Schwingung 25 die Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchführt . Zweckmäßigerweise def iniert die Reglereinrichtung 5 im Schritt S4 ferner den Reglerparameter -Anpassungsbereich .
In Ansprechen darauf , dass bei dem dritten Schritt S3 die erfasste Schwingung 25 in eine zweite Schwingungsklasse , beispielsweise die Sollwert - Schwingungsklasse und/oder die Sensorrauschen- Schwingungsklasse klassif iziert wird, fährt das Verfahren mit einem Schritt S5 fort , bei dem die Reglereinrichtung 5 nicht die Reglerparameter-Anpassung durchführt und/oder nicht den Reglerparameter- Anpassungsbereich def iniert .
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S6 , bei dem die Reglereinrichtung 5 für einen geänderten Sollwert prüf t , ob der Sollwert innerhalb eines/des def inierten Reglerparameter- Anpassungsbereichs liegt .
In Ansprechen darauf , dass die Reglereinrichtung 5 im Schritt S6 feststellt , dass der geänderte Sollwert in einem/ dem Reglerparameter-Anpassungsbereich liegt , fährt das Verfahren mit dem Schritt S7 fort , in dem die Reglereinrichtung 5 den gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten Reglerparameter für die Regelung der Regelgröße 18 auf den geänderten Sollwert verwendet .
In Ansprechen darauf , dass die Reglereinrichtung 5 im Schritt
S6 feststellt , dass der geänderte Sollwert nicht in einem Reglerparameter-Anpassungsbereich liegt , verwendet die Reglereinrichtung 5 den Standard-Reglerpa Regelung der Regelgröße auf den geänderte Vorzugsweise fährt das Verfahren dann mit dem Schritt S2 fort . Bevorzugt wird die Reglereinrichtung 5 außerhalb ihrer Spezif ikation betrieben . Sofern eine Schwingung ( insbesondere außerhalb der Spezif ikation) auf tritt , kann diese durch die Reglerparameter-Anpassung reduziert oder eliminiert werden .
Zweckmäßigerweise stellt die Reglereinrichtung 5 einen Universalregler , insbesondere einen Universaldruckregler , mit einem erweiterten Arbeitsbereich dar .

Claims

Ansprüche
1. Reglereinrichtung (5) für die Automatisierungstechnik, zur Ansteuerung einer Ventileinrichtung (6) , um eine Regelung einer Regelgröße (18) auf einen Sollwert eines Sollwert - Signals (15) bereitzustellen, wobei die Reglereinrichtung (5) über wenigstens einen Reglerparameter, beispielsweise eine Reglerverstärkung, verfügt, auf dessen Basis die Regelung erfolgt, und wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, während der Regelung eine Schwingung (25) der Regelgröße (18) zu erfassen, die erfasste Schwingung (25) in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassifizieren und in Abhängigkeit der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung klassifiziert ist, eine Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchzuführen, um die Schwingung (25) zu reduzieren oder eliminieren.
2. Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Sollwert-Schwingungsklasse umfassen, und die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung von einer Sollwert- Schwingung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung (25) in die Sollwert- Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparamter- Anpassung nicht durchzuführen.
3. Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Sensorrauschen- Schwingungsklasse umfassen, und die Regle ausgebildet ist, zu detektieren, dass die von einem Sensorrauschen verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung in die Sensorrauschen-Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparameter-Anpassung nicht durchzuführen.
4. Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse umfassen, und die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung (25) von einer zu geringen Stabilitätsreserve der Regelung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung (25) in die Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve -Schwingungsklasse durchzuf ühren .
5. Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 4, wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, bei der Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve- Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung zu reduzieren .
6. Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Störungs - Schwingungsklasse umfassen, und die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung (25) von einer externen Störung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung (25) in die Störungs- Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Störungs - Schwingungsklasse durchzuführen.
7. Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 6, Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, be Reglerparameter-Anpassung gemäß der Störungs- Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung zu erhöhen .
8. Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, auf Basis desjenigen Sollwerts und/oder desjenigen Regelgrößenwerts der Regelgröße, bei dem die Reglereinrichtung (5) die Schwingung
(25) erfasst hat, einen Reglerparameter-Anpassungsbereich
(26) für den Sollwert zu definieren, und für die weitere Regelung der Regelgröße (18) für Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte, die innerhalb des Reglerparameter- Anpassungsbereichs (26) liegen, den gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden.
9. Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, einen Normalbereich (27) zu definieren, der außerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs (26) liegt, und für die weitere Regelung der Regelgröße (18) für Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte, die innerhalb des Normalbereichs (27) liegen, einen nicht gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden.
10. Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Regelgröße (18) einen Druck, einen Massenstrom, eine Kraft und/oder eine Position umfasst.
11. Reglergerät (2) , umfassend eine Reglereinrichtung (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche und die Ventileinrichtung (6) .
12. Verfahren zum Betreiben einer Regiere einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eines R Anspruch 11, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen (Sl) der Regelung der Regelgröße (18) auf den Sollwert auf Basis des wenigstens einen Reglerparameters,
- Erfassen einer Schwingung (25) der Regelgröße (18) ,
- Klassifizieren der erfassten Schwingung (25) in eine von mehreren Schwingungsklassen,
- in Abhängigkeit von der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung (25) klassifiziert ist, Durchführen der Reglerparameter-Anpassung .
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