ES2276050T3 - Procedimiento y regulador para la regulacion adaptable de al menos un componente de una instalacion tecnica. - Google Patents
Procedimiento y regulador para la regulacion adaptable de al menos un componente de una instalacion tecnica. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la regulación de al menos un componente de una instalación técnica por medio de un regulador PI, que comprende como parámetros de regulación un factor de amplificación (Kp) y un tiempo de reajuste (Tn), caracterizado por las siguientes etapas: a) se predetermina el tiempo de reajuste (Tn), b) se predetermina un valor inicial (Ko0) del factor de amplificación (Kp), c) se predetermina al menos un valor teórico (S) de una variable de regulación del componente, y d) durante el funcionamiento de la instalación técnica se determina de una manera continua el valor real (I) de la variable de regulación y se modifica el factor de amplificación (Kp) en función del comportamiento temporal del valor real (I), hasta que el valor real (I) de la variable de regulación permanece dentro de una banda de tolerancia (Tb) con respecto al valor teórico (S), siendo reducido el factor de amplificación (Kp), cuando el desarrollo temporal del valor real (I) presenta un tiempo de residencia (T11),durante el cual el valor real (I) adopta un valor por debajo de la banda de tolerancia, que es menor que un primer periodo de tiempo (T1) predeterminado.
Description
Procedimiento y regulador para la regulación
adaptable de al menos un componente de una instalación técnica.
La invención se refiere a un procedimiento para
la regulación de al menos un componente de una instalación técnica
así como a un regulador correspondiente.
El punto de partida es en este caso un concepto
de regulación convencional, de acuerdo con el cual se puede mantener
una variable de regulación de un componente de la instalación
técnica, por medio de un regulador, de la mejor manera posible en un
valor teórico de la variable de regulación. El regulador PI calcula
en este caso, a partir de la diferencia del valor teórico y del
valor real de la variable de regulación (desviación de la
regulación) una intervención de ajuste sobre un actuador que está
asociado al componente, de manera que la variable de regulación
alcanza el valor teórico deseado, por una parte, de la manera más
rápida y exacta posible y, por otra parte, se aleja en la menor
medida posible de este valor teórico en el transcurso de la
regulación. En particular, debe impedirse que el valor real de la
variable de regulación presente una oscilación demasiado fuerte, de
manera que el sistema de regulación, que está constituido por el
componente de la instalación técnica, y por el regulador, tienda
donde sea posible a inestabilidades.
En el caso de la regulación de componentes de
centrales eléctricas, se conoce, por ejemplo, regular parámetros de
regulación de un regulador PI empleado para la regulación,
especialmente el factor de amplificación y el tiempo de reajuste, en
cada caso con anterioridad a un valor constante y no modificarlo ya
en el transcurso del proceso de regulación durante el funcionamiento
de la instalación. Esto tiene la ventaja de que en el caso de
utilización de un regulador PI, solamente deben regularse pocos
parámetros, en particular los parámetros de regulación mencionados
con anterioridad y de que durante el proceso de regulación no deben
realizarse con frecuencia ya otros ajustes.
No obstante, la utilización de valores de
parámetros regulados una vez con anterioridad para el regulador PI,
especialmente en el caso de la regulación de instalaciones de
centrales eléctricas, no siempre es óptima, puesto que en el
transcurso del tiempo durante el funcionamiento de la central
eléctrica se puede modificar el comportamiento dinámico de un
proceso técnico de procedimiento, llevado a cabo a través del
componente de la instalación técnica. Por lo tanto, los parámetros
de regulación ajustados una vez con anterioridad no son ya óptimos
después de una modificación de este tipo del comportamiento dinámico
del componente para el caso de funcionamiento nuevo que está ahora
presente y, en determinadas circunstancias, conducen incluso a un
fallo de la regulación, de manera que no se puede conseguir ya un
resultado de la regulación deseado una vez. Por ejemplo, después de
una modificación del comportamiento dinámico del trayecto de
regulación (componente) y, por lo tanto, del circuito de regulación,
que está formado por el componente y por el regulador PI, puede
suceder que el valor real de la variable de regulación tienda,
durante el proceso de regulación, a oscilaciones no deseadas, lo que
puede conducir a una inestabilidad del trayecto regulado. Para
fortalecer una regulación de este tipo de nuevo para el empleo
durante el funcionamiento de la instalación técnica, es necesario en
la mayoría de los casos poner fuera de servicio al menos el
componente afectado de la instalación técnica, reajustar los
parámetros de regulación de una manera correspondiente al
comportamiento dinámico del trayecto de regulación -lo que hace
necesario posiblemente ciclos de prueba extensivos antes de la nueva
puesta en servicio- y poner a continuación de nuevo en
funcionamiento el componente, incluido su regulador.
Aparte de que un circuito de regulación
inactivado en cuanto a la función de la instalación técnica puede
conducir a una amenaza de peligro para las máquinas y para el
personal de servicio -especialmente cuando un circuito de regulación
se ha vuelto inestable, genera un número mucho mayor de
intervenciones de ajuste y/o un número mucho mayor de valores reales
de la variable de regulación-, debido al tiempo de inactividad
necesario de una manera forzosa para la puesta en marcha de la
regulación, es inevitable en la práctica un fallo de la producción
de la instalación técnica. Cuando en la instalación técnica se trata
de una central eléctrica, un fallo de un componente de la
instalación técnica puede conducir, por ejemplo, a que se ponga en
peligro el abastecimiento con energía eléctrica de una región.
La utilización de valores constantes para el
regulador PI conduce a problemas, especialmente en el caso de la
utilización para la regulación en centrales eléctricas con un
proceso de vapor, puesto que en una central de este tipo, los
trayectos de regulación a controlar presentan con frecuencia un
comportamiento no lineal. Un conjunto de valores de parámetros para
el regulador PI, que se puede considerar como óptimo pata un estado
de funcionamiento del componente a regular, puede proporcionar para
otro caso de funcionamiento de este componente unos resultados de la
regulación que solamente se puede utilizar al menos con condiciones,
debido a las no linealidades existentes. Por lo tanto, si se
desplaza el punto de trabajo de un componente no lineal a regular
de la instalación técnica durante el funcionamiento de la
instalación técnica -lo que sucede de forma forzosa- entonces los
parámetros de regulación ajustados una vez no son ya adecuados
posiblemente para el nuevo punto de funcionamiento (punto de
trabajo) del componente que está presente ahora, con el fin de
conseguir un resultado deseado de la regulación. Esto puede conducir
incluso a que un regulador PI presente un comportamiento de
regulación óptimo para un punto de funcionamiento del componente, en
cambio proporciona resultados de regulación totalmente insuficientes
o incluso peligrosos en el caso de transición a un punto de
funcionamiento nuevo.
La publicación US 3.798.426 muestra un sistema
para la regulación de procesos, en el que se utiliza un regulador
adaptable, cuya porción proporcional se puede adaptar. El tiempo de
reajuste de la parte integral está predeterminado. Después de una
modificación del valor de regulación, se modifica la parte
proporcional hasta el punto de que el valor real de la variable
regulada del proceso se encuentra dentro de una banda de tolerancia,
que se da a través de la definición de un valor límite, que se
encuentra por encima del valor teórico, o bien de un valor límite
que se encuentra por debajo del valor teórico.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
indicar un procedimiento mejorado así como un regulador para la
regulación de al menos un componente de una instalación técnica. En
este caso, deben solucionarse especialmente los inconvenientes
descritos del estado de la técnica. Además, un procedimiento de
regulación de acuerdo con la invención así como un regulador de
acuerdo con la invención deben reducir el gasto para la regulación
de los parámetros de regulación. Además, un procedimiento de acuerdo
con la invención así como un regulador de acuerdo con la invención
deben posibilitar una puesta en servicio especialmente sencilla de
un componente a regular.
En lo que se refiere al procedimiento, el
cometido se soluciona de acuerdo con la invención a través de un
procedimiento para la regulación de al menos un componente de una
instalación técnica por medio de un regulador PI, que comprende como
parámetros de regulación un factor de amplificación y un tiempo de
reajuste, con las siguientes etapas:
- 1.
- Se predetermina el tiempo de reajuste.
- 2.
- Se predetermina un valor inicial del factor de amplificación.
- 3.
- Se predetermina al menos un valor teórico de una variable de regulación del componente.
- 4.
- Durante el funcionamiento de la instalación técnica se determina de una manera continua el valor real de la variable de regulación y se modifica el factor de amplificación en función del comportamiento temporal del valor real, hasta que el valor real de la variable de regulación permanece dentro de una banda de tolerancia con respecto al valor teórico.
La invención parte en este caso de la
consideración de que los parámetros de regulación se pueden
establecer especialmente bien cuando se observa el comportamiento
del trayecto regulado, es decir, la colaboración del regulador PI y
del componente a regular, durante el funcionamiento de la
instalación técnica y se modifica, de acuerdo con el comportamiento
del valor real de la variable de regulación, el factor de
amplificación del regulador PI durante el funcionamiento de la
instalación técnica de una manera automática hasta que el valor real
de la variable de regulación se encuentra en la banda de tolerancia
mencionada con respecto al valor teórico predeterminado y permanece
en ella. Por lo tanto, las modificaciones del factor de
amplificación no se llevan a cabo de una manera continua, sino
solamente hasta que el valor real de la variable de regulación
muestra, con relación a la banda de tolerancia, un comportamiento
deseado, por lo tanto se mueven en cuanto al valor dentro de la
banda de tolerancia durante el funcionamiento de la instalación
técnica. Cuando se somete ahora en el transcurso del funcionamiento
el componente regulado a una modificación con relación a su
comportamiento dinámico, por ejemplo provocado por desgaste del
material y/o deposición de substancias de funcionamiento o
substancias auxiliares del componente, o debido al envejecimiento de
partes del componente, entonces solamente se modifica de nuevo el
factor de amplificación durante el procedimiento de acuerdo con la
invención cuando el valor real de la variable de regulación se aleja
en cuanto al valor fuera de la banda de tolerancia. Esta nueva
modificación continua del factor de amplificación solamente se lleva
a cabo hasta que el valor real penetra de nuevo en la banda de
tolerancia y permanece en ella.
A través del procedimiento de acuerdo con la
invención se realiza un procedimiento para la adaptación automática
del factor de amplificación del regulador PI, siendo modificado de
una manera automática el factor de amplificación durante el
funcionamiento de la instalación técnica en función del
comportamiento del valor real de la variable de regulación hasta que
conduce a un comportamiento de regulación deseado del componente
regulado. Solamente se lleva a cabo una nueva modificación del
factor de amplificación cuando el valor real de la variable de
regulación se aleja de nuevo en cuanto al valor fuera de la banda de
tolerancia. La modificación continua del factor de amplificación se
puede llevar a cabo, por ejemplo, por medio de una modificación paso
a paso del valor actual del factor de amplificación en la medida del
valor absoluto establecido.
El parámetro de regulación del tiempo de
reajuste se establece de antemano en el procedimiento de acuerdo con
la invención, por lo que no se modifica de una manera continua
durante el funcionamiento de la instalación técnica.
Las investigaciones de trayectos regulados han
mostrado que un ajuste previo del parámetro de regulación del tiempo
de reajuste es la mayoría de las veces suficiente para conseguir un
comportamiento de regulación deseado nuevo del trayecto regulado.
Por lo tanto, no es necesario modificar de una manera continua
también el parámetro de regulación del tiempo de reajuste para la
consecución de un buen resultado de la regulación durante el
funcionamiento de la instalación técnica. Esto tiene, entre otras
cosas, la ventaja de que se puede describir y modelar de una manera
más sencilla la dinámica del trayecto de regulación, por ejemplo,
para investigaciones amplias y para fines de ensayo, puesto que el
comportamiento dinámico del regulador PI no se modifica debido al
tiempo de reajuste establecido una vez con antelación y se puede
indicar y manipular con facilidad una descripción correspondiente,
por ejemplo matemática del trayecto de regulación.
De una manera ventajosa, se determina el tiempo
de reajuste a partir de constantes de tiempos de trayectos,
especialmente a partir de la suma de las constantes de tiempos de
trayectos del componente a regular.
Las constantes de tiempos de trayectos de un
trayecto a regular tienen una influencia sobre la velocidad, con la
que el trayecto reacciona a una modificación de al menos una de sus
señales de entrada con una modificación de al menos una de sus
señales de salida. Cada todos los trayectos de regulación que están
presentes en la práctica están afectados por un llamado retardo, por
lo que en su equiparación de modelos matemáticos correspondientes,
comprende al menos una constante de tiempo de trayectos. Por
ejemplo, un trayecto de regulación, que se puede describir a través
de una equiparación de modelos matemáticos de tercer orden,
comprende tres constantes de tiempo de trayectos. Un conocimiento de
los valores de las constantes de tiempo de trayectos para un
trayecto de regulación considerado posibilita una buena estimación
del retardo del trayecto de regulación.
Es especialmente ventajoso que se forme la suma
de las constantes de tiempo de regulación del trayecto a regular y
se determine el tiempo de reajuste por medio de esta suma y en
particular como un múltiplo de esta suma. De forma ventajosa, este
múltiple se mueve en el intervalo entre 0,1 y 2,5.
En muchos casos que se producen en la práctica,
los ensayos han mostrado que un múltiplo con un valor de
aproximadamente 1,5 conduce a buenos resultados, es decir, que el
tiempo de reajuste se puede ajustar en estos casos de una manera
ventajosa a un valor que corresponde a 1,5 veces la suma de las
constantes de tiempo del trayecto. Por lo demás, los múltiplos con
un valor de aproximadamente 0,7 conducen de la misma manera a buenos
resultados, por lo que el tiempo de reajuste del regulador PI se
puede ajustar en tales casos de una manera ventajosa a un valor que
corresponde al 70% de la suma de las constantes de tiempos de los
trayectos. No obstante, en este caso hay que tener en cuenta que a
medida que se incrementa el valor para dicho múltiplo, se reduce la
actuación cada vez en mayor medida de la porción I del regulador
PI.
En otra configuración ventajosa de la invención,
el factor de amplificación se reduce en la etapa 4 del procedimiento
de acuerdo con la invención cuando el desarrollo temporal del valor
real presenta un tiempo de residencia, durante el cual el valor real
presenta un valor dentro de la banda de tolerancia, que es menor que
un primer periodo de tiempo predeterminado.
En esta forma de realización, deben reconocerse
especialmente las oscilaciones en el comportamiento temporal del
valor real, que se ponen de manifiesto especialmente cuando el valor
real adopta, en efecto, durante el proceso de regulación un valor
dentro de la banda de tolerancia, que abandona, sin embargo, la
banda de tolerancia de nuevo y sólo posteriormente entra otra vez en
la banda de tolerancia y sale de nuevo. Ahora se determina el tiempo
de residencia, durante el cual el valor real oscilante se encuentra
dentro de la banda de tolerancia, antes de que salga de nuevo fuera
de ésta. Cuanto más corto es el tiempo de residencia, tanto más
rápidamente se modifica el valor real en el transcurso del tiempo,
de manera que en tal caso se puede reducir el factor de
amplificación del regulador PI para dejar el valor real durante el
funcionamiento de la instalación técnica en la banda de tolerancia.
Si el tiempo de residencia es menor que el primer periodo de tiempo
predeterminado, entonces se parte de una oscilación demasiado fuerte
del valor real (el valor real pasa "demasiado rápido" a través
de la banda de tolerancia) y se reduce el factor de amplificación,
de manera que se impide una sobre oscilación de este tipo, no
tolerable, del valor real más allá de los límites de la banda de
tolerancia.
El primer periodo de tiempo predeterminado se
puede determinar, por ejemplo, en función de los valores de las
constantes de tiempo de los trayectos, especialmente en función del
valor de la suma de las constantes de tiempos de los trayectos. De
esta manera, en la comparación mencionada anteriormente, el tiempo
de residencia del valor real se coloca en una relación técnicamente
conveniente con respecto al retardo del trayecto de regulación
(descrito a través de las constantes de tiempos de los trayectos),
puesto que no se puede indicar una definición absoluta sobre lo que
es una oscilación demasiado fuerte. Por ejemplo, una modificación de
la temperatura dentro de algunos minutos puede designar un proceso
rápido, en cambio una modificación de la presión dentro de algunos
minutos caracteriza la mayoría de las veces, en cambio, un proceso
inerte.
De una manera ventajosa, en la etapa 4 solamente
se reduce el factor de amplificación cuando adicionalmente una
primera velocidad de modificación del valor real es mayor que una
segunda velocidad de modificación del valor teórico.
En esta configuración de la invención, se tiene
en cuenta el hecho de que el valor teórico no sólo puede comprender
una magnitud constante, sino también una magnitud variable, es
decir, cambiante y/u oscilante. Tales valores variables del valor
teórico durante el proceso de regulación conducirían, de la misma
manera que un valor ajustado erróneamente del factor de
amplificación, a variaciones y/u oscilaciones del valor real de la
variable de regulación. No obstante, tales variaciones y/u
oscilaciones del valor real son incluso deseables en el caso de que
exista igualmente un valor variable u oscilante del valor teórico
correspondiente, puesto que el valor real de la variable de
regulación debe ser lo mejor posible al valor teórico de la variable
de regulación durante el proceso de regulación.
Para impedir en tal caso una reducción (no
deseada) del factor de amplificación, provocada por un valor real
oscilante, está previsto en esta forma de realización calcular una
primera velocidad de modificación del valor real así como una
segunda velocidad de modificación del valor real, con el fin de
establecer finalmente a partir de la comparación de estas dos
velocidades entonces si el factor de amplificación debe reducir o
no.
Cuando el valor real se modifica más rápidamente
que el valor teórico (la primera velocidad de modificación es en
este caso mayor que la segunda velocidad de modificación), entonces
hay que reducir el factor de amplificación, puesto que en este caso
las oscilaciones del valor real no están condicionadas solamente por
un valor teórico oscilante, sino por un factor de amplificación
ajustado con un valor demasiado grande.
En otro caso, en el que el valor del valor real
se modifica menos rápidamente que el valor del valor teórico,
entonces no se reduce el factor de amplificación, puesto que se
puede partir de que las oscilaciones del valor real están provocadas
principalmente en este caso por oscilaciones del valor teórico y,
por lo tanto, no es necesaria una reducción del valor de
amplificación y tampoco es útil para el resultado de la
regulación.
En otra configuración ventajosa de la invención
se eleva el factor de amplificación en la etapa 4 del procedimiento
de acuerdo con la invención cuando el desarrollo temporal del valor
real presenta un tiempo de subida, que comprende el periodo de
tiempo desde el comienzo de una modificación del valor teórico hasta
la consecución de un valor momentáneo del valor real dentro de la
banda de tolerancia, que es mayor que un segundo periodo de tiempo
predeterminado.
En esta forma de realización, se incrementa el
factor de amplificación cuando la reacción del trayecto de
regulación a una modificación del valor teórico es demasiado lenta.
A tal fin, determina dicho tiempo de subida del valor real, que
corresponde al periodo de tiempo entre una modificación del valor
teórico y una consecución por primera vez de un valor dentro de la
banda de tolerancia a través del valor real. Por lo tanto, el tiempo
de subida es una medida de la rapidez con la que el valor real del
trayecto de regulación reacciona a una modificación del valor
teórico, especialmente a una modificación repentina y alcanza un
valor (deseado) dentro de la banda de tolerancia con respecto al
valor teórico. El segundo periodo de tiempo predeterminado sirve
como criterio cuando el tiempo de reacción del valor real se
considera demasiado grande y la reacción del trayecto de regulación
a una modificación del valor teórico se considera, por lo tanto,
demasiado lenta. De una manera ventajosa, este segundo periodo de
tiempo predeterminado se determina a partir de las constantes de
tiempo de los trayectos del componente a regular, especialmente a
partir de la suma de las constantes de tiempos de los trayectos. De
esta manera, se coloca el tiempo de subida en relación con el
retardo del trayecto de regulación, de manera que se puede colocar
una definición de la que se considera como reacción demasiado lenta
del trayecto de regulación, en una relación técnica conveniente con
el retardo del trayecto de regulación.
La invención se refiere, además, a un regulador
para la regulación de al menos un componente de una instalación
técnica, que está configurado como regulador PI y que comprende como
parámetros de regulación un factor de amplificación y un tiempo de
reajuste, donde el regulador presenta al menos los siguientes
componentes de regulación:
- 1.
- una primera entrada de regulación, por medio de la cual se puede impulsar el regulador con un valor predeterminado para el tiempo de reajuste,
- 2.
- una segunda entrada de regulación, por medio de la cual se puede impulsar el regulador con el factor de amplificación,
- 3.
- una tercera entrada de regulación, por medio de la cual se puede impulsar el regulador con un valor teórico de una variable de regulación del componente, y
- 4.
- una unidad de adaptación, por medio de la cual se puede determinar durante el funcionamiento de la instalación técnica de una manera continua el valor real de la variable de regulación y por medio de la cual se puede modificar de una manera continua el factor de amplificación en función del comportamiento temporal del valor real, hasta que el valor real de la variable de regulación permanece dentro de una banda de tolerancia con respecto al valor teórico.
De una manera ventajosa, el tiempo de reajuste
se determina a partir de las constantes de tiempos de los trayectos,
especialmente a partir de la suma de las constantes de tiempos de
trayectos, del componente a regular.
En otra configuración ventajosa, el factor de
amplificación se reduce por medio de la unidad de adaptación, cuando
la curva de tiempo del valor real presenta un tiempo de residencia,
durante el cual el valor real adopta un valor dentro de la banda de
tolerancia, que es menor que un primer periodo de tiempo
predeterminado.
De una manera ventajosa, el factor de
amplificación solamente se reduce por medio de la unidad de
adaptación cuando adicionalmente una primera velocidad de
modificación del valor real es mayor que una segunda velocidad de
modificación del valor
teórico.
teórico.
En otra configuración ventajosa de la invención,
el factor de amplificación se eleva por medio de la unidad de
adaptación, cuando la curva de tiempo del valor real presenta un
tiempo de subida, que comprende el periodo de tiempo desde el
comienzo de una modificación del valor teórico hasta la consecución
de un valor momentáneo del valor real dentro de la banda de
tolerancia, que es mayor que un segundo periodo de tiempo
predeterminado.
Las explicaciones e instrucciones realizadas con
relación a la representación del procedimiento de acuerdo con la
invención así como las ventajas representadas se pueden aplicar de
una manera conveniente a un regulador de acuerdo con la invención
así como a sus formas de realización y no se repiten, por lo tato,
en este lugar.
A continuación se explica en detalle un ejemplo
de realización de la invención.
En este caso:
La figura 1 muestra una representación gráfica
de una curva ejemplar para el valor teórico, estando indicados para
la aplicación en la invención como variables características un
tiempo de retardo así como un primer periodo de tiempo
predeterminado.
La figura 2 muestra curvas ejemplares del valor
teórico y del valor real, presentando ambas variables una oscilación
y se muestran para la aplicación en la invención unas variables
características para la determinación de la velocidad de
modificación del valor teórico y del valor real.
La figura 3 muestra otra curva de tiempo
ejemplar del valor real, en la que se indican para la aplicación en
la invención como variables características un tiempo de subida así
como un segundo periodo de tiempo predeterminado, y
La figura 4 muestra un regulador de acuerdo con
la invención.
En la figura 1 se representa a modo de ejemplo
la curva de tiempo de un valor real I, que presenta una oscilación y
que no se aproxima en una medida suficientemente buena a un valor
teórico S predeterminado tampoco durante un periodo de tiempo más
prolongado, es decir, que no se mueve dentro de una banda de
tolerancia Tb.
La representación de la figura 1 muestra el
comportamiento de tiempo del valor teórico y del valor real de un
componente regulador de una instalación técnica. En el instante t =
50 (por ejemplo t = 50 segundos), el valor teórico S se modifica de
forma repentina de S = 0 a S = 1 y permanece constante a partir de
este instante t = 50. En un sistema regulado, hay que procurar que
el valor real I de la variable de regulación correspondiente siga de
la mejor manera posible la curva de tiempo del valor teórico S,
debiendo alcanzarse lo más rápidamente posible, por una parte, el
valor teórico S, pero debiendo evitarse también, por otra parte, una
oscilación excesiva o una oscilación escasa demasiado fuertes del
valor real I con respecto al valor teórico S, con el fin de obtener
un sistema regulado estable. En particular, hay que evitar que el
valor real I presente oscilaciones que no se atenúen en el
transcurso del tiempo y/o cuya amplitud presenta valores que no se
encuentran dentro de la banda de tolerancia Tb o que se proyectan
incluso fuera de ella. La banda de tolerancia Tb se puede adaptar al
campo de aplicación concreto respectivo y debe reproducir una
desviación admisible del valor real I con respecto al valor teórico
S deseado durante el proceso de regulación.
Los límites de la banda de tolerancia Tb no
tienen que ser simétricos en este caso con respecto al valor teórico
S; en su lugar se pueden adaptar más bien a las necesidades de un
caso de aplicación concre-
to.
to.
En el ejemplo de la figura 1, a partir del
comportamiento temporal del valor real I se puede deducir que el
factor de amplificación Kp del componente regulado que sirve de base
ha sido seleccionado demasiado grande, es decir, que el regulador PI
empleado reacciona especialmente a una desviación de regulación,
determinada a través de la diferencia del valor teórico y del valor
real, con una amplificación proporcional demasiado grande, lo que
conduce a la oscilación no deseada del valor real I, ilustrada a
modo de ejemplo en la figura 1.
Para obtener una regulación estable,
especialmente para poder cumplir el requerimiento de la curva de
tiempo del valor real con relación a la banda de tolerancia Tb, es
necesario y está previsto en la invención modificar el factor de
amplificación Kp de una manera continua, hasta que el valor real U
de la variable de regulación permanece dentro de la banda de
tolerancia Tb. En el presente ejemplo, hay que reducir el factor de
amplificación Kp. Esto se representa especialmente porque un tiempo
de residencia T11 es menor que un primer periodo de tiempo T1
predeterminado. Esto se puede interpretar en el sentido de que el
valor real I pasa durante su curva de tiempo "demasiado
rápido" a través de la banda de tolerancia Tb, lo que permite
deducir una oscilación no deseada del valor real. El periodo de
tiempo comparativo (primer periodo de tiempo T1 predeterminado) se
calcula en este caso de una manera ventajosa por medio de las
constantes de tiempos de os trayectos del componente a regular, de
manera que se puede tener en cuenta el hecho de que el concepto
mencionado anteriormente "demasiado rápido" debería definirse
con relación al retardo condicionado por el sistema del componente a
regular.
La reducción continua del factor de
amplificación Kp se termina tan pronto como la curva de tiempo del
valor real se mueve en la banda de tolerancia Tb y permanece en esta
banda. De una manera alternativa o complementaria, la reducción del
factor de amplificación Kp se puede realizar a través de
multiplicación por un valor constante entre 0 y 1 y, en concreto,
cada vez que el valor real actual a pasado a través de la banda de
tolerancia.
En la figura 2 se representan las curvas de
tiempo del valor teórico D y del valor real I, presentando el valor
teórico S una oscilación, es decir, en particular a diferencia de la
figura 1, que no presenta una curva constante.
Por lo tanto, también el valor real I, que debe
seguir de la mejor manera posible la curva de tiempo del valor
teórico S, presenta un comportamiento oscilante.
En este ejemplo, a partir de la oscilación del
valor real I no se puede deducir forzosamente que el factor de
amplificación Kp del regulador PI empleado esté ajustado demasiado
grande y, por lo tanto, se provoca la oscilación del valor real I.
Una reducción del factor de amplificación Kp en tal caso podría
conducir a un comportamiento de regulación totalmente
insuficiente.
En su lugar, hay que comprobar si el valor
ajustado en ese momento del factor de amplificación Kp es
responsable de la oscilación del valor real I o si la oscilación del
valor real I solamente está provocada por las consecuencias deseadas
del valor real I con relación al valor teórico S oscilante en el
ejemplo de la figura 2.
El factor de amplificación Kp solamente debe
reducirse cuando el valor real I se modifica más rápidamente que el
valor teórico S.
Para la determinación de las velocidades de
modificación deseadas del valor teórico S y del valor real I se
representan en la figura 2 a modo de ejemplo, con relación al
periodo de tiempo de referencia \Deltat, la modificación \DeltaS
del valor teórico durante el periodo de tiempo de referencia
\Deltat así como la modificación \DeltaL del valor real I . El
cociente de \DeltaS y \Deltat o bien de \DeltaI y \Deltat
posibilitas una determinación de dichas velocidades de modificación
del valor real I y del valor teórico S.
En el ejemplo de la figura 2, la velocidad de
modificación del valor real (primera velocidad de modificación) es
menor que la velocidad de modificación del valor teórico S (segunda
velocidad de modificación). Por lo tanto, se puede deducir que las
oscilaciones del valor real I se pueden atribuir a oscilaciones del
valor teórico S, de manera que en el presente caso no hay que
reducir el factor de amplificación Kp del regulador PI empleado.
En la figura 3 se representa a modo de ejemplo
la curva de tiempo del valor real I, donde éste alcanza el valor
teórico S predeterminado solamente con relativa lentitud.
En el caso de un comportamiento de tiempo de
este tipo del valor real I se puede deducir que el factor de
amplificación Kp del regulador PI empleado está ajustado demasiado
pequeño, es decir, que el regulador PI reacciona con una
amplificación proporcional demasiado pequeña a la diferencia entre
el valor teórico y el valor real (desviación de la regula-
ción).
ción).
Para determinar si la curva de tiempo del valor
real I sigue de una manera demasiado lenta el valor teórico S y, por
lo tanto, debe elevarse el factor de amplificación Kp, en el ejemplo
de la figura 3 se representan variables características, a saber, un
tiempo de subida T22 y un segundo periodo de tiempo predeterminado
T2.
El tiempo de subida T22 comprende en este caso
el periodo de tiempo desde el comienzo de una modificación del valor
teórico S hasta la consecución de un valor momentáneo del valor real
I dentro de la banda de tolerancia. Cuando este tiempo de subida T22
es mayor que el segundo periodo de tiempo T2 predeterminado,
entonces el componente regulado por medio de un regulador PI
reacciona de una manera demasiado lenta a una modificación del valor
teórico y debe elevarse el factor de amplificación Kp.
De una manera ventajosa, el segundo periodo de
tiempo T2 predeterminado se calcula a partir de las constantes de
tiempo de los trayectos del componente a regular, de manera que en
función del retardo condicionado por el sistema del componente a
regular (trayecto de regulación) se puede evaluar de una manera
correcta desde el punto de vista técnico si el tiempo de subida T22
del valor real I es demasiado grande y, por lo tanto, debe elevarse
el factor de amplificación Kp.
La elevación continua del factor de
amplificación Kp en el caso de la figura 3 se leva a cabo hasta que
el valor real I permanece dentro de la banda de tolerancia Tb.
La figura 4 muestra un regulador R de acuerdo
con la invención.
El regulador R sirve para la regulación de al
menos un componente de una instalación técnica y está configurado
como regulador PI.
El regulador R comprende como parámetros de
regulación un factor de amplificación Kp y un tiempo de reajuste
Tn.
Una primera entrada del regulador E1 puede ser
impulsada con un tiempo de reajuste Tn predeterminado.
A una segunda entrada del regulador E2 se puede
alimentar el factor de amplificación Kp y una tercera entrada del
regulador E3 sirve para la detección de un valor teórico S de una
variable de regulación del componente.
El regulador R presenta, además, una unidad de
adaptación A, por medio de la cual se puede determinar durante el
funcionamiento de la instalación técnica de forma continua el valor
real I de la variable de regulación y se puede modificar el factor
de amplificación Kp en función del comportamiento temporal del valor
real I hasta que el valor real I de la variable de regulación
permanece dentro de una banda de tolerancia Tb con respecto al valor
teórico S.
Al comienzo del proceso de regulación se impulsa
la entrada E2 con un valor inicial Kp0 para el factor de
amplificación Kp. Este valor inicial Kp0 es modificado durante el
proceso de regulación de una manera continua en función del
comportamiento de tiempo del valor real hasta que el valor real I de
la variable de regulación permanece dentro de una banda de
tolerancia Tb con respecto al valor teórico S. El regulador R
comprende, además, una salida del regulador Y, que suministra una
variable de regulación, por medio de la cual se activa el componente
a regular, para conseguir un comportamiento deseado del valor real
I.
Hay que indicar que los conceptos de entrada del
regulador (E1, E2, E3) no están concebidos en sentido de limitación,
en el sentido de que en un regulador de acuerdo con la invención
debe estar presente una conexión física, a la que deben aplicarse
las variables mencionadas.
El concepto de entrada del regulador debe
comprender más bien todos los medios, a través de los cuales se
puede alimentar el regulador PI con las variables mencionadas.
En el caso de una realización analógica del
regulador PI, por ejemplo por medio de amplificadores de
operaciones conectados, el concepto de entrada del regulador debe
comprender todas las posibilidades de conexión del amplificador de
operaciones por medio de componentes electrónicos, que realizan en
su interconexión un valor determinado para al menos una de las
variables Tn y Kp.
En el caso de una realización digital del
regulador PI, por ejemplo en un ordenador digital, el concepto de
entrada del regulador debe comprende todas las zonas de la memoria,
en la que se escriben valores para los parámetros de regulación Tn y
Kp y/o a partir de la que se leen estos valores.
Claims (8)
1. Procedimiento para la regulación de al menos
un componente de una instalación técnica por medio de un regulador
PI, que comprende como parámetros de regulación un factor de
amplificación (Kp) y un tiempo de reajuste (Tn),
caracterizado por las siguientes etapas:
- a)
- se predetermina el tiempo de reajuste (Tn),
- b)
- se predetermina un valor inicial (Ko0) del factor de amplificación (Kp),
- c)
- se predetermina al menos un valor teórico (S) de una variable de regulación del componente, y
- d)
- durante el funcionamiento de la instalación técnica se determina de una manera continua el valor real (I) de la variable de regulación y se modifica el factor de amplificación (Kp) en función del comportamiento temporal del valor real (I), hasta que el valor real (I) de la variable de regulación permanece dentro de una banda de tolerancia (Tb) con respecto al valor teórico (S), siendo reducido el factor de amplificación (Kp), cuando el desarrollo temporal del valor real (I) presenta un tiempo de residencia (T11), durante el cual el valor real (I) adopta un valor por debajo de la banda de tolerancia, que es menor que un primer periodo de tiempo (T1) predeterminado.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el tiempo de reajuste
(Tn) se determina a partir de constantes de tiempo de recorrido (K1,
K2,..., K3), especialmente a partir de la suma de las constantes del
tiempo de recorrido, del componente a regular.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en la etapa d)
solamente se reduce el factor de amplificación (Kp) cuando
adicionalmente una primera velocidad de modificación (v1) del valor
real (I) es mayor que una segunda velocidad de modificación (v2) del
valor teórico (SO).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en la etapa (d)
se eleva el factor de amplificación (Kp), cuando el desarrollo
temporal del valor real (I) presenta un tiempo de subida (T22), que
comprende el periodo de tiempo desde el comienzo de una modificación
del valor teórico (S) hasta la consecución de un valor momentáneo
del valor teórico (I) dentro de la banda de tolerancia, que es mayor
que un segundo periodo de tiempo (T2) predeterminado.
5. Regulador (R) para la regulación de al menos
un componente de una instalación técnica, que está configurado como
regulador PI y que comprende, como parámetros de regulación, un
factor de amplificación (Kp) y un tiempo de reajuste (Tn),
caracterizado por
- -
- una primera entrada de regulación (E1), por medio de la cual se puede impulsar el regulador (R) con un valor predeterminado para el tiempo de reajuste (Tn),
- -
- una segunda entrada de regulación (E2), por medio de la cual se puede impulsar el regulador (R) con el factor de amplificación (Kp),
- -
- una tercera entrada de regulación (E3), por medio de la cual se puede impulsar el regulador (R) con un valor teórico (S) de una variable de regulación del componente, y
- -
- una unidad de adaptación (A), a la que se alimenta durante el funcionamiento de la instalación técnica de una manera continua el valor real (I) de la variable de regulación (U) y por medio de la cual se puede modificar de una manera continua el factor de amplificación (Kp) en función del comportamiento de tiempo del valor real (I), hasta que el valor real (I) de la variable de regulación permanece dentro de a banda de tolerancia (Tb) con respecto al valor teórico (S), siendo reducido el factor de amplificación (Kp) por medio de unidad de adaptación (A), cuando el desarrollo temporal del valor real (I) presenta un tiempo de residencia (T11), durante el cual el valor real (I) adopta un valor por debajo de la banda de tolerancia, que es menor que un primer periodo de tiempo (T1) predeterminado.
6. Regulador de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizado porque el tiempo de reajuste (Tn) se
determina a partir de constantes de tiempo de recorrido (K1, K2,...,
K3), especialmente a partir de la suma de las constantes del tiempo
de recorrido, del componente a regular.
7. Regulador de acuerdo con la reivindicación 5
ó 6, caracterizado porque solamente se reduce el factor de
amplificación (Kp) por medio de la unidad de adaptación (A) cuando
adicionalmente una primera velocidad de modificación (v1) del valor
real (I) es mayor que una segunda velocidad de modificación (v2) del
valor teórico (S).
8. Regulador de acuerdo con una de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque se eleva el
factor de amplificación (Kp) por medio de la unidad de adaptación
(A), cuando el desarrollo temporal del valor real (I) presenta un
tiempo de subida (T22), que comprende el periodo de tiempo desde el
comienzo de una modificación del valor teórico (S) hasta la
consecución de un valor momentáneo del valor teórico (I) dentro de
la banda de tolerancia, que es mayor que un segundo periodo de
tiempo (T2) predeterminado.
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