DK148853B - Selvindstillende regulator - Google Patents

Description

148853

Den foreliggende opfindelse angår en selvindstillende regulator omfattende en lineær, digital regulator, f.eks. af PI- eller PID-ka-rakter, hvor der i regulatoren også indgår et første beregnings- og indstillingsorgan til optimal indstilling af reguleringsparametrene samt 5 et tastningsorgan for reguleringssignaler, og hvor der til regulatoren er sluttet yderligere et beregnings- og indstillingsorgan til styring af tastningsorganet.

En sådan selvindstillende regulator er kendt fra bl.a. Automatics, Vol. 11, pp53-59, Pergamon Press, 1975.

1ø Ved styring af en proces, eksempelvis med trinsvar af den art, som vises i fig. 1, er det vigtigt, at den valgte diskrete løbetid k og den valgte tasttid T står i en sådan relation til dødtiden L, at k · T > L og (k-1)T < L. Ved diskret løbetid forstås antal T, indtil det aftastede forløb starter. Fig. 1 viser et tilladeligt valg af T, 15 når k = 2. Det kan undertiden være problematisk først at vælge tasttid T og fra regulatoren få en ønsket løbetid k til opnåelse af stabil regulering. Det er ud fra et stabilitetssynspunkt farligt at give k for små værdier.

Formålet med opfindelsen er at angive en løsning af disse og 2q andre hermed sammenhængende problemer ved en selvindstillende regulator, og ifølge opfindelsen er det for regulatoren ejendommelige, at en diskret løbetid k er indstillelig i det yderligere beregningsorgan, hvorefter, når denne tid er indstillet, en for systemets stabilitet tilpasset tasttid T er indrettet til at udvælges automatisk, så at 25 k · T> L og (k-1)· T < L, hvor L er dødtiden. Hensigten er altså at finde en passende tasttid for en stabil regulering med udgangspunkt i en fikseret løbetid k, dvs. antallet af tastningsintervaller T, indtil systemet svarer. Man undgår herved risikoen for et ustabilt system, hvor k er for lille.

3q Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er en illustration til opfindelsens baggrund (se ovenfor), og fig. 2 viser et blokdiagram over en udførelsesform for en 35 selvindstillende regulator ifølge opfindelsen.

Den proces, der skal styres med en selvindstillende regulator ifølge opfindelsen, er vist ved 1 (fig. 2). Til regulatoren føres en styreværdi 2.

I anordningen indgår en lineær digital regulator 3 af f.eks.

2 148853 PID-karakter, til hvilken bl.a. føres en referenceværdi 4. Regulatoren er indrettet til at styre processen, og for at gøre den selvind-stiilende er den koblet til et beregnings- og indstillingsorgan 5 til optimal indstilling af reguleringsparametrene, adaption af regulerings- 5 parametrene.

Til regulatoren er også sluttet yderligere et beregnings- og indstillingsorgan 6 til indstilling af passende tasttid (T) ved et tast-ningsorgan 7 til ind- og udkobling af reguleringssignalerne (via 8) (adaption af tasttiden T), 10 Udførelsesrækkefølgen er således, at regulatoren 3 indkobles ved hvert tasttidspunkt, medens adaptionen kan ske efter et af følgende tre alternativer: 1) samme frekvens som regulatoren 3, 2) langsommere frekvens end regulatoren 3, 15 3) ved installation eller kun ved indtruffet hændelse.

Regulatoren ifølge opfindelsen er altså helt selvindstillende, dvs. ingen parametre behøver at justeres manuelt ved tilslutning af regulatoren 3 til processen 1.

Regulatoren med dens adaptionsorganer 5-6 fungerer som et 20 tidsdiskret system, hvor målesignalerne fra processen tastes (T), og tastningsværdierne tilpasses til en model for processen, hensigtsmæssigt indbygget i regulatoren. Med udgangspunkt i modellen vælges et optimalt styresignal.

Til forskel fra tidligere kendte selvindstillende regulatorer behø- 25 ver forholdet mellem tasttid T og diskret løbetid k ved opfindelsen ikke at tilpasses til en model for processen. (Diskret løbetid = antal T, indtil det aftastede forløb starter).

Ifølge en udførelsesform for opfindelsen kan man eksempelvis fiksere den diskrete løbetid k i processen til 2 eller mere (se fig.

30 1). De tasttider, regulatoren vælger mellem, kan illustreres i følgen de formel (rekursiv): TM = _1 · Ti C) 11 k-1 1 35 T = mindste tasttid. o T. er altså de forskellige tasttider. Man begynder med TQ og gir opad, indtil man finder en passende T, hvilket jo sker automatisk i regulatoren.

148853 3

Det kan vises, at der eksisterer nøjagtigt én tasttid af dem, der frembringes af den nævnte formel (1), som passer til processen. Desuden frembringes kun et mindre antal tasttider, der skal prøves. For k - 2, t = 20 msek. behøves kun 13 forskellige tastti-5 der for at dække området 20 msek - 82 sek.

For at finde den korrekte tasttid af de frembragte tasttider ifølge formel (1) under indjusteringen evaluerer regulatoren et tab o, bestående af en vægtet kvadratsum λ af målesignaler y på konsekutive tasttidspunkter.

10 σ-σ(Τκ)= V2 (t) + λ * I y (t-Tk) ] 2 + λ2 [ y (t-2Tk) ] 2 + λ3 [ y (t-3Tk) ] 2+... (2) . 15

Den korrekte tasttid Tk er den, for hvilken følgende gælder: (A) σ har lokalt minimum i 20 Tk, dvs. a(Tk) < min (σ (T^), °(Tk+1)) hvor Tk frembringes af formlen (1).

(B) σ er stationær, dvs.

25 °N (Tk) /σ (Tk} ε (1 / P)/ hvor p vælges som en passende konstant: p = F^_® (N,»)F-forde-30 2 ling, hvis hypoteseprøvning af "regulatoren optimal" med risikoniveau α ønskes.

σΝ ^Tk^ betegner tabet evalueret under de N sidste tasttidspunkter, σ skal altså opfylde disse to betingelser, for at systemet skal 35 være stabilt. Hvis f.eks. kvotienten ifølge B havner udenfor interval- Λ let (- , p) ved hypoteseprøvning, bliver systemet ustabilt.

P

4 148853

Ifølge en anden udførelsesform fikseres den diskrete løbetid k på samme måde som ovenfor til et vilkårligt helt tal k > 2.

Tasttiden tillades at ændres i diskrete tidspunkter t^ ifølge formlerne nedenfor.

5 lN+1 = *N + m * hvor m er et fast vilkårligt helt tal ^ 1, og T er tasttiden bestemt i tidspunktet t^.

En filtreret måleværdi z(t^) dannes som funktion af måleværdi- 10 en i tasttidspunkterne tN-1, tN_^+T(t) ____, t^ som en vægtet sum af følgende størrelser: n > k S^Y (tN) = ™ Υ(ΐΝ-ι+*χΤ (tN.1))y(tN.1+(i-n)xT(tN.1)> i=0 15 k Sqy (tN) = 2 y^N-1+*x T(t^_^))u(t^_^+(i-n)xT (^_·|)) i=0 sY (V = Σ V(tN-1**T (tN-1}) 20 i=0 I ovenstående ligninger er y tilbageføringsværdien (R-værdien), i er index i summerne, x er multiplikationstegn, n er antal T, u er styresignal- eller kontrolsignalværdi, og S er korrelationen mellem 25 u og y ved et bestemt n.

Formlerne vedrører korrelationerne mellem forskellige tilbageføringsværdier ved forskellige værdier af n.

Adaptionsanordningen 6 i fig. 2 udføres som en selvindstillende regulator med samme beregningsmetodik som i den adaptive regulator 30 (3,5) i fig. 2, kun med den forskel at z(t^) betragtes som "målevær di" og T(tN) (tasttiden til tidspunktet t^) som "styreværdi".