DE69509311T2

DE69509311T2 - Vorhersagemethoden und unscharfe Logik verwendende Methode und Vorrichtung zur Regelung eines Parameters innerhalb eines zulässigen Bereichs

Info

Publication number: DE69509311T2
Application number: DE69509311T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Beauchene; Meriam Chebre
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2015-07-08
Also published as: FR2722310B1; DE69509311D1; GR3030711T3; US5831850A; EP0692751B1; ES2133687T3; EP0692751A1; CA2153547C; FR2722310A1; JPH0844405A; CA2153547A1

Description

GEBIET DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren, das darin besteht, daß man den Wert einer Störungen unterworfenen geregelten physikalischen Größe durch Abänderung einer Wirkungsgröße zwischen zwei Grenzwerten hält. Gemäß diesem Verfahren berechnet man den Wert der Wirkungsgröße durch Verwendung der Momentanwerte der geregelten physikalischen Größe, einer ermittelten sekundären Variablen, die für die Abänderung der geregelten physikalischen Größe eingesetzt wird, und einer Kontextvariablen, die aus einer Kombination von Nachweisvariablen berechnet wurde, die für die Ursachen der Störung der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Sie findet in sämtlichen Industriezweigen, in Laboratorien und Fabriken Anwendung, in denen Produktionsanlagen zum Einsatz gelangen, in denen Kreisläufe zur Regelung physikalischer Größen zur Aufrechterhaltung zwischen zwei Grenzwerten wirksam sind, auch wenn diese Störungen unterworfen sind, und man die geringstmögliche Wirkungsgröße zur Stabilisierung des beförderten Produktflusses zwischen zwei Produktionsabschnitten auslösen möchte. Die Erfindung betrifft insbesondere die Erdölindustrie, die chemische und petrochemische Industrie, die Papierindustrie, Energie- und Papiererzeugungsanlagen, Zementfabriken und Glashütten.
Als Beispiele für geregelte physikalische Größen können Flüssigkeitsspiegel in Tanks, Behältern und Kolonnensümpfen sowie die Gasdrücke am Kopf von Destillationskolonnen und in Verteilungsnetzen genannt werden.

STAND DER TECHNIK

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung von physikalischen Größen zum Halten einer geregelten physikalischen Größe auf einem Wert im Bereich eines konstanten Ein stellwerts durch Modifizierung des Werts einer Wirkungsgröße. Ist der Prozeß, an dem die Regelungsvorrichtung beteiligt ist, gestört, stellt man fest, daß die Wirkungsvariable starken S- chwankungen unterworfen ist, was die Störung des Betriebs der stromabwärts angeordneten Vorrichtungen zur Folge hat, was deren Betriebsfähigkeit stark einschränkt.
Bekannt ist außerdem, daß man bei der Regelung einer gestörten physikalischen Größe die Werte der meßbaren Störungen berücksichtigen kann, um die Schwankungsbreite der geregelten physikalischen Größe zu begrenzen, was jedoch sehr starke Schwankungen der Wirkungsvariablen bei denselben Nachteilen nach sich zieht.
Zur Verbesserung der Funktionsweise konventioneller Regelungen und insbesondere zur Erleichterung ihrer Durchführung mit Hilfe von empirischen Erkenntnissen, die komplexe Simulierungen ersetzen können, wurden Methoden unter Verwendung von Mechanismen der annähernden Schlußfolgerung vorgeschlagen. Eines dieser Verfahren wird im Artikel SIMPLIFY FUZZY CONTROL IMPLEMENTATION von K.E. STOLL, P.A.S. RALSTON und S. RAMAGANESAN, erschienen in der Zeitschrift HYDROCARBON PROCESSING, Juli 1993, veröffentlicht.
Das in diesem Artikel beschriebene Verfahren besteht darin, daß man eine geregelte physikalische Größe bei einem konstanten Einstellwert entsprechend hält, indem man auf eine Wirkungsgröße einwirkt. Bei zahlreichen Verfahren stellt man fest, daß die Schwankungsbreite der Wirkungsgröße sehr erheblich ist, und zwar aufgrund der Tatsache, daß man zu einer möglichst geringen Abweichung zwischen der geregelten physikalischen Größe und dem Einstellwert zu gelangen sucht.
Außerdem ist dieses Regelungsverfahren sehr empfindlich gegenüber Störungen infolge von Schwankungen der physikalischen Größen stromaufwärts in der Produktionskette, was ebenfalls starke Schwankungen in der Wirkungsgröße nach sich zieht.
Diese starken Schwankungen stören ihrerseits den Betrieb der stromabwärts angeordneten Abschnitte von Produktionseinheiten und machen sie funktionsunfähig, was schließlich zu Produktionsverlusten und zu einer starken Arbeitsüberlastung des Bedienungspersonals führt.

WESEN DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die Beseitigung dieser Nachteile und insbesondere die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Halten des Werts einer Störungen unterworfenen geregelten physikalischen Größe zwischen zwei Grenzwerten durch Modifizierung des Steuerwerts eines Wirkgliedes, das auf eine Wirkungsgröße einwirkt. Dank diesem Verfahren und dieser Vorrichtung werden die Schwankungen der Wirkungsgröße infolge der Störungen auf für die Einrichtungen stromabwärts vom Wirkglied akzeptable Werte vermindert.
Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Regelung des Wertes einer physikalischen Größe vor, die für den Betrieb einer Produktionsanlage kennzeichnend ist und von einer Wirkungsgröße abhängt, die den Wert der Öffnung eines Ventils zur Regelung des Durchsatzes eines in dieser Anlage strömenden Fluids darstellt, wobei diese physikalische Größe Störungen unterworfen ist und wobei das Verfahren darin besteht, daß man den Wert der Wirkungsgröße, der durch Verwendung des Momentanwerts der geregelten physikalischen Größe ermittelt wurde, modifiziert, um zwischen den beiden Grenzwerten beiderseits eines Nominalwertes den Wert der geregelten physikalischen Größe aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem zur Regelung die Werte einer ermittelten zweiten Variablen, die für die Abänderung der geregelten physikalischen Größe eingesetzt wird, und die Werte einer Kontextvariablen verwendet, die aus wenigstens einer Nachweisvariablen oder einer Kombination von Nachweisvariablen erhalten wurde, die für physikalische Größen am Ausgangspunkt der Störungen der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind, und man die Regelung durchführt, indem man einen Betriebsbereich und eine Reihe von kennzeichnenden Betriebsklassen mit Mittelwert- und Extremwertklassen für die geregelte physikalische Größe, die sekundäre Variable, die Kontextvariable sowie die Wirkungsgröße definiert, dann ein Spiel von Entscheidungsregeln definiert, wobei jede Regel darin besteht, daß eine Klasse des Wertes der geregelten physikalischen Größe, eine Klasse der sekundären Variablen sowie eine Klasse der Kontextvariablen mit einer Klasse der Wirkungsvariablen verbunden wird, und man ausgehend von den Werten der geregelten physikalischen Größe, der sekundären Variablen und der Kontextvariablen eine annähernde Schlußfolgerung über das Spiel der Entscheidungsregeln zieht, um zum Wert der Wirkungsgröße zu gelangen.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß man die sekundäre Variable durch Ableitung in bezug auf die Dauer der geregelten physikalischen Größe erhält.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß man die sekundäre Variable durch Anwendung der Formel
E&sub2; = (DN)³/ DN
erhält, worin
E&sub2; die sekundäre Variable,
DN das Derivat in bezug auf die Dauer der geregelten physikalischen Größe und
DN den absoluten Wert von DN bedeuten.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kontextvariablen darin besteht, daß man zuerst den Wert jeder Nachweisvariablen ermittelt, dann jeden dieser Werte einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft und schließlich die auf diese Weise erhaltenen Werte linear kombiniert, indem man ihnen einen entsprechenden Bewertungsfaktor zuordnet.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kontextvariablen darin besteht, daß man zuerst den Wert jeder Nachweisvariablen ermittelt, dann jeden dieser Werte einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft, dann jede gefilterte Nachweisvariable in Form einer annähernden Variablen beschreibt, die in einem Spiel von Entscheidungsregeln erhaltenen annähernden Variablen kombiniert und bezüglich dieses Regelspiels eine annähernde Schlußfolgerung zieht, um zur Kontextvariablen zu gelangen.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß man die geregelte physikalische Größe, die sekundäre Variable, die Kontextvariable und die Nachweisvariablen in Form von annähernden Variablen mit Betriebsprofilen für die Zugehörigkeit zu Dreiecksklassen, wobei diese in jedem Betriebsbereich gleichmäßig verteilt sind, beschreibt.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale(n) Klasse(n), die den Bereichen des Nominalbetriebs der geregelten physikalischen Größe entspricht (entsprechen), mit Hilfe von Betriebsprofilen für die Zugehörigkeit zu Trapezoidklassen beschrieben werden.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der Extremwertklassen für die geregelte physikalische Größe so modifizierbar sind, daß das Verhalten der Regelung in der gestörten Phase in der Nachbarschaft der Grenzen der geregelten physkalischen Größe angepaßt wird.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsregeln, bei denen die Mittelwertklassen für die sekundäre Variable und die Kontextvariable verwendet werden, modifiziert werden, um eine geregelte Neuzentrierung um den Nominalwert der im nicht gestörten Betriebszustand geregelten physikalischen Größe zu gewährleisten.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsregeln, bei denen die Extremwertklassen der geregelten physikalischen Größe verwendet werden, modifiziert werden, um eine unbedingte Neuzentrierung der geregelten physikalischen Größe innerhalb ihres Betriebsbereichs zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist ferner eine Regelvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Störungen ausgesetzten geregelten physikalischen Größe zwischen zwei Grenzwerten, indem man auf eine Wirkungsgröße einwirkt, von der die geregelte physikalische Größe abhängt, wobei die Vorrichtung
- einen Fühler für die Messung der geregelten physikalischen Größe, der an einem Ausgang ein Meßsignal liefert, das den Momentanwert der Größe darstellt,
- Fühler für die Messung der Nachweisvariablen, die für die Ursachen der Störung des Wertes der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind, wobei die Fühler an den Ausgängen Meßsignale der Variablen liefern,
- ein steuerbares Stellglied, das einen Steuereingang und einen mit einem Glied für die Regelung der Wirkungsgröße verbundenen Ausgang umfaßt,
- einen Meßkreis, der mit dem Ausgang des Fühlers für die Messung der geregelten physikalischen Größe und den Ausgängen der Meßfühler für die Nachweisvariablen verbunden ist und an einem Ausgang Signale liefert, die für die geregelte physikalische Größe und die Nachweisvariablen repräsentativ sind,
- eine Verarbeitungseinheit, die mit dem Ausgang des Meßkreises verbunden ist und an einem Ausgang ein Signal liefert, das für den berechneten Wert der Wirkungsgröße repräsentativ ist,
- Dialogmittel, die mit der Verarbeitungseinheit verbunden sind und
- einen Steuerkreis, der einen Eingang, der mit dem Ausgang der Verarbeitungseinheit verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, der mit dem Steuereingang des steuerbaren Stellgliedes verbunden ist,
umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verarbeitungseinheit einerseits Speicherungsmittel, die wenigstens eine Tafel für Entscheidungsregeln und ein Programm zur Berechnung der Wirkungsgröße, ausgehend vom Wert der geregelten physikalischen Größe, dem Wert einer ermittelten sekundären Größe, die für die Abänderung der geregelten physikalischen Größe eingesetzt wird, und dem Wert einer Kontextvariablen, der ausgehend von einer Kombination von Nachweisvariablen, die für die physikalischen Größen am Ausgangspunkt der Störungen der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind, berechnet wurde, enthalten, wobei das Programm Mechanismen der annähernden Schlußfolgerung verwendet, und andererseits einen Prozessor für die Ausführung des Rechenprogramms umfaßt.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung vor, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherungsmittel ein Verarbeitungsprogramm umfassen, das darin besteht, daß man die Kontextvariable berechnet, indem man den Wert jeder Nachweisvariablen einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft und dann die auf diese Weise erhaltenen Werte linear miteinander kombiniert, indem man ihnen einen Bewertungsfaktor zuordnet.
Gemäß einem anderen Merkmal schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung vor, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherungsmittel ein Verarbeitungsprogramm umfassen, das darin besteht, daß man die Kontextvariable berechnet, indem man den Wert jeder Nachweisvariablen einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft und die auf diese Weise erhaltenen Werte in einem Spiel von Entscheidungsregeln entsprechend den Mechanismen der annähernden Schlußfolgerung verwendet.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis, der Steuerkreis und die Verarbeitungseinheit zusammen eine autonome Regelvorrichtung bilden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis und der Steuerkreis Teile eines numerischen Systems zur Steuerungskontrolle einer Produktionsanlage, die Verarbeitungsseinheit ein mit dem numerischen System zur Steuerungskontrolle verbundener Rechner und die Dialogmittel ein mit dem Rechner verbundener Monitor sind.
Gemäß einer dritten Ausführungsform ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis, der Steuerkreis, der Dialogmonitor und die Verarbeitungseinheit Teile eines numerischen Systems zur Steuerungskontrolle einer Produktionsanlage sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, worin
Fig. 1 einen Regler entsprechend der Erfindungsbeschreibung schematisch darstellt,
Fig. 2 eine Anlage zur atmosphärischen Destillation von Rohöl, bei der das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung angewandt wurden, schematisch darstellt,
Fig. 3 die Klassenprofile in bezug auf den Benzinspiegel, der die geregelte physikalische Größe im beschriebenen Beispiel ist, darstellt,
Fig. 4 das Klassenprofil in bezug auf die sekundäre Variable E&sub2;, die KONTEXT-Variable und die Schwankung DF der Wirkungsgröße F für das beschriebene Beispiel darstellt,
Fig. 5 die Entscheidungstafeln für das beschriebene Beispiel darstellt,
Fig. 6 den Mechanismus des zeitlichen Filters in bezug auf die Nachweisvariablen darstellt und
Fig. 7 den MIN/MAX-Operator für die Prämissenaggregation, den PRODUKT-Operator in bezug auf die Regelschlußfolgerungen und die SCHWERPUNKT-Methode für die "Defuzzifizierung" darstellt.

Ausführliche Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden ganz allgemein zur Aufrechterhaltung des Werts einer Störungen ausgesetzten geregelten physikalischen Größe zwischen zwei Grenzwerten durch Einwirkung auf eine Wirkungsgröße verwendet, um auf diese Weise die Schwankungen der Wirkungsgröße auf ein Minimum herabzusetzen.
Die erfindungsgemäße, in Fig. 1 dargestellte Regelungsvorrichtung umfaßt folgendes:
- einen Fühler 1 für die Messung der geregelten physikalischen Größe, der an einem Ausgang 4 ein für die geregelte physikalische Größe repräsentatives elektrisches Signal liefert,
- eine Vielzahl von Fühlern 2 zur Messung der physikalischen Größen, die zur Ermittlung der Nachweisvariablen verwendet werden, die für die Ursachen der Störung der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind, und die an einer Vielzahl von Ausgängen 5 für Nachweisvariable repräsentative elektrische Signale liefern,
- einen Meßkreis 7, der mit dem Ausgang 4 des Meßfühlers 1 und mit der Vielzahl von Ausgängen 5 der Vielzahl der Meßfühler 2 verbunden ist und mit einem Ausgang 8 ausgestattet ist, der in digitaler Form ein elektrisches Signal liefert, das für die Werte der geregelten physikalischen Größe und die Nachweisvariablen repräsentativ ist,
- eine Verarbeitungseinheit 9, die mit dem Ausgang 8 des Meßkreises 7, der Speicherungsmittel 11 und einen Ausführungsprozessor 10 umfaßt, verbunden ist und mit einem Ausgang 13 ausgestattet ist, der ein für den Wert der Wirkungsgröße repräsentatives elektrisches Signal liefert,
- einen Steuerkreis 14, der mit einem mit dem Ausgang 13 der Verarbeitungseinheit verbundenen Eingang und einem Ausgang 15 ausgestattet ist,
- ein steuerbares Stellglied 16, das mit einem mit dem Ausgang 15 des Kreises 14 verbundenen Steuereingang ausgestattet ist und
- Dialogmittel 18, die über die Leitung 19 mit dem Ausführungsprozessor verbunden sind.
Der Meßfühler 1 und die Vielzahl der Meßfühler 2 liefern analoge elektrische Signale, die für den Wert der geregelten physikalischen Größe bzw. der physikalischen Größen am Aus gangspunkt der Störungen der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind.
Der Meßkreis 7 wandelt die vom Meßfühler 1 und von der Vielzahl der Meßfühler 2 gelieferten analogen elektrischen Signale in digitale elektrische Signale um.
Der Prozessor 10 für die Ausführung der Verarbeitungseinheit 9 empfängt über die Leitung 8 die vom Meßkreis 7 ausgesandten digitalen elektrischen Signale.
Zur Erzielung des Werts des Ausgangs 13 führt der Prozessor 10 periodisch das in den Speicherungsmitteln 11 enthaltene Programm aus.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wert der Wirkungsgröße aufgrund folgender Werte ermittelt:
- die Momentanwerte der mit Hilfe des Fühlers 1 gemessenen geregelten physikalischen Größe,
- die mit Hilfe des Prozessors 10 berechneten Werte einer ermittelten sekundären Variablen, die für die Abänderung der geregelten physikalischen Größe eingesetzt wird, und
- die Werte einer Kontextvariablen, die mit Hilfe des Prozessors 10 ausgehend von den von der Vielzahl von Fühlern 2 gelieferten Messungen erhalten wurden und für physikalische Größen am Ausgangspunkt der Störungen der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind.
Mit Hilfe der Dialogmittel 18 definiert man für die geregelte physikalische Größe, die sekundäre Variable, die Kontextvariable und die Wirkungsgröße einen Betriebsbereich, d. h. ein Intervall, das für jede dieser Größen, innerhalb dessen sie sich entwickeln können, geeignet ist.
Man definiert außerdem mit Hilfe eines in Fig. 1 nicht eigens dargestellten Dialogmittels eine Serie von kennzeichnenden Betriebsklassen und ein Spiel von Entscheidungsregeln. Bei jeder dieser Regeln werden eine Klasse des Werts der geregelten physikalischen Größe, eine Klasse der sekundären Variablen und eine Klasse der Kontextvariablen mit einer Klasse der Wirkungsvariable verbunden.
Um dieses Spiel von Entscheidungsregeln zu erhalten, beginnt man mit der Beschreibung des Betriebs ohne die Störung des Reglers mit Hilfe eines ersten Regelspiels, bei dem die Klassen der Momentan- und Sekundärvariablen mit der Wirkungsvariablen kombiniert werden.
Das auf diese Weise erhaltene Regelspiel wird dann mit der Klasse der dem störungsfreien Betrieb entsprechenden Kontextvariablen verbunden.
Ausgehend davon, daß die Wirkungsgröße dem Gesetz der stabilisierenden Regelung der geregelten physikalischen Größe folgt, wird die Richtung der Wirkung immer so gewählt, daß sie die von der sekundären Größe gemessene Entwicklung kompensiert, d. h. daß die von der Wirkungsgröße induzierte Richtung der Entwicklung der gemessenen Größe immer so gewählt wird, daß sie derjenigen entgegengesetzt ist, die von der sekundären Größe vorgegeben wird.
Man erhält die übrigen mit den anderen Klassen der Kontextvariablen verbundenen Spiele von Entscheidungsregeln, die dem gestörten Betrieb entsprechen, indem man dieses erste Regelspiel durch Anpassung der verwendeten Wirkungsklassen so modifiziert, daß man die Schwankungsbreite der Wirkungsgröße abschwächt, sofern die von der Kontextvariablen vorgesehenen Wirkungen denen des Werts der geregelten momentanen physikalischen Größe oder derjenigen der sekundären Variablen entgegengesetzt sind. Die mit den Werten der geregelten physikalischen Größe verbundenen Wirkungen sind dazu bestimmt, eine Neuzentrierung der geregelten Größe um ihren Nominalwert zu begünstigen.
Auf diese Weise gelangt man zu einer Wirkungsstrategie, die auf einer Dissymmetrie der Wirkungsbreite in Abhängigkeit von der von der sekundären Größe vorgegebenen Richtung der Entwicklung der geregelten physikalischen Größe beruht, was die Entwicklung der geregelten physikalischen Größe in der von der Kontextvariablen vorgesehenen, der zu erwartenden Störung entgegengesetzten Richtung begünstigt, wobei die Aufrechterhaltung der geregelten physikalischen Größe im zulässigen Bereich gewährleistet ist.
Dank der auf diese Weise gebildeten Regelspiele entwickelt sich die geregelte physikalische Größe innerhalb der beiden feststehenden Grenzwerte, wodurch die Wirkungen der gemessenen Störungen auf die Schwankungen der Wirkungsgröße verglichen mit der traditionellen Regelung stark abgeschwächt werden.
Sämtliche diesen Spielen von Entscheidungsregeln entsprechenden Tafeln sind in den Speicherungsmitteln gespeichert. Der Prozessor 10 verfügt am Ausgang 8 des Eingangskreises 7 über die Werte der vom Fühler 1 gemessenen geregelten physikalischen Größe und über die von der Vielzahl von Fühlern 2 gemessenen Werte der Nachweisvariablen.
Der Prozessor 10 führt das in den Speicherungsmitteln gespeicherte Programm aus, dank dem er unter Anwendung angepaßter Algorithmen zuerst den Wert der sekundären Variablen und dann den der Kontextvariablen ermittelt und dann eine annähernde Schlußfolgerung in bezug auf das Spiel der Entscheidungsregeln zieht, um zum Wert der Wirkungsvariablen zu gelangen.
Danach überträgt der Prozessor 10 den codierten Wert der Wirkungsgröße auf den Steuerkreis 14. Dieser wandelt den codierten Wert der Wirkungsgröße in ein elektrisches Steuersignal um, das das Stellglied 16 aktiviert.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die sekundäre Variable, die an der Ermittlung des Werts der Wirkungsgröße teilnimmt, durch Ableitung im Hinblick auf die Dauer des Werts der geregelten physikalischen Größe erhalten, was die Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit der sich diese Größe entwickelt, ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die sekundäre Variable, die an der Ermittlung des Werts der Wirkungsgröße teilnimmt, durch Anwendung der Formel
E&sub2; = (DN)³/ DN
erhalten, worin
E&sub2; den Wert der sekundären Variablen,
DN den Wert des Derivats in bezug auf die Dauer der geregelten physikalischen Größe und
DN den absoluten Wert von DN bedeuten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Kontextvariable dadurch erhalten, daß man den Wert jeder Nachweisvariablen ermittelt, dann jeden dieser Werte einer zeitlichen Filterfunktion unterwirft und schließlich die auf diese Weise erhaltenen Werte linear kombiniert, indem man ihnen einen entsprechenden Bewertungsfaktor zuordnet.
Die Funktion der zeitlichen Filtration einer Nachweisvariablen wird realisiert, indem man die Variable bei der Berechnung der Kontextvariablen aktiviert, sobald die spezifischen Bedingungen für die Aktivierung der Einfrierung erfüllt sind sowie während einer vorgegebenen Zeitdauer, in deren Verlauf die Nachweisvariable den im Augenblick der Aktivierung der Einfrierbedingungen erhaltenen Wert beibehält.
Die Einfrierdauer wird experimentell ermittelt. Sie ist für jede Nachweisvariable kennzeichnend und für jede Anwendung spezifisch. Dasselbe gilt auch für den Zuordnungsfaktor und die Aktivierungsbedingungen.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal wird die Kontextvariable wie folgt ermittelt: Man bestimmt zuerst den Wert jeder Nachweisvariablen, unterwirft dann jede Nachweisvariable einer zeitlichen Filtrationsfunktion und beschreibt schließlich jede der filtrierten Nachweisvariablen in Form einer annähernden Variablen.
Man kombiniert die auf diese Weise erhaltenen annähernden Variablen in einem Spiel von Entscheidungsregeln, in bezug auf das man dann eine annähernde Schlußfolgerung zieht.
Dank diesem Erfindungsmerkmal stellt man dann progressierend das Verhalten der Regelung in Abhängigkeit von dem zu erwartenden Kontext ein.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die geregelte physikalische Größe, die sekundäre Variable, die Kontextvariable, die Nachweisvariablen und die Wirkungsvariable in Form von annähernden Variablen mit Betriebsprofilen für die Zugehörigkeit zur Dreiecksklasse, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt sind, beschrieben, wobei die Klassen im Betriebsbereich für jede Variable gleich verteilt sind.
In Fig. 3 und 4 bedeuten die eingegrenzten Felder CE die Extremwertklassen der annähernden Variablen, CC die Mittelwertsklassen und VN den Nominalwert der geregelten physikalischen Größe.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die zentrale(n) Klasse(n), die dem (den) Bereich(en) des Nominalbetriebs der geregelten physikalischen Größe entsprechen, mit Hilfe von Betriebsprofilen für die Zugehörigkeit zu Trapezoidklassen beschrieben.
Ersetzt man das Profil der zentralen Dreiecksklasse durch ein Trapezoidprofil, erhält man für die geregelte physikalische Größe eine progressive Abschwächung der Schwankungsbreite der Wirkungsvariablen in parametrierbarer Nachbarschaft um den Nominalbereich der geregelten physikalischen Größe. Zu dieser Parametrierung gelangt man durch Einstellung der Länge der Trapezbasis der Trapezoidklassen.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die den Extremwertklassen eigenen Grenzen des Werts der geregelten physikalischen Größe so modifiziert, daß das Verhalten der Regelung in der Störphase dann, wenn sich die geregelte physikalische Größe den für sie festgelegten Grenzwerten nähert, verbessert wird.
Dank diesem Merkmal und aufgrund der bei der Feststellung einer Störung aus den Tafeln ausgewählten Wirkungsklassen kann man die geregelte physikalische Größe dazu bringen, sich von ihrem Nominalwert zu entfernen, um zu einer besseren Positionierung zu gelangen, aufgrund deren die infolge der ermittelten Störung zu erwartenden Wirkungen abgeschwächt werden können. Zur Erzielung dieses Ergebnisses schränkt man die Entwicklung der geregelten physikalischen Größe in einer Zone ein, deren Grenzen innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs eingestellt werden, indem die Grenzen der Extremwertklassen der geregelten Variablen modifiziert werden.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die Entscheidungsregeln, die bei den Mittelwertsklassen für die sekundäre Variable und für die Kontextvariable verwendet werden, modifiziert, um eine geregelte Neuzentrierung um den Nominalwert der geregelten physkalischen Größe im ungestörten Betrieb zu gewährleisten. Diese Modifizierung der Regeln besteht in einer Modifizierung der Klassen der Wirkungsgröße, so daß die Schwankungsbreite der Wirkungsvariablen entsprechend der Annäherung an die Betriebsgrenzen der geregelten physikalischen Größe zunimmt. Im ungestörten Betrieb ist somit die geregelte physikalische Größe in der Nachbarschaft ihres Nominalwertes angeordnet und ist damit im Hinblick auf spätere Störungen bestens positioniert.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die Entscheidungsregeln, bei denen die Extremwertklassen der geregelten physikalischen Größen verwendet werden, modifiziert, um eine unbedingte Neuzentrierung der geregelten physikalischen Größe innerhalb ihres Betriebsbereichs nahe den Grenzen zu gewährleisten. Diese Modifikationen der betreffenden Regeln bestehen darin, daß man sich der von der sekundären Variablen unabhängigen Extremwertklassen der Wirkungsgröße bedient.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Regelungsvorrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, bilden der Eingangskreis 7, die Verarbeitungseinheit 9, die Dialogmittel 18 und der Steuerkreis 14 eine unabhängige Einheit.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung stellen der Eingangskreis 7 und der Steuerkreis 14 Elemente eines numerischen Systems zur Steuerungskontrolle einer Produktionseinheit dar, wobei die Verarbeitungseinheit 9 ein mit dem numerischen System zur Steuerungskontrolle verbundener Rechner ist.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung stellen der Meßkreis 7, der Steuerkreis 14, die Dialogmittel 18 und die Verarbeitungseinheit 9 Elemente eines numerischen Systems zur Steuerregelung dar.

Beispiel für die Anwendung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wurden zur Regelung des Flüssigkeitsspiegels im Behälter am Kopf einer Kolonne für die atmosphärische Destillation von Rohöl verwendet.
Die Anlage umfaßt folgende in Fig. 2 dargestellte Bestandteile:
- eine Rohrleitung 11 für die Rohölzufuhr;
- einen Fühler 113 für die Messung des Durchsatzes an zugeführtem Rohöl, der an einem Ausgang 5a ein für den Durchsatz repräsentatives elektrisches Signal liefert;
- einen Ofen 114 für die Vorwärmung des Rohöls;
- eine Vielzahl 112 von Brennern;
- einen Fühler 115 zur Messung der Temperatur des Rohöls am Ausgang des Ofens 114, der am Ausgang 5b ein für die Temperatur repräsentatives elektrisches Signal liefert;
- eine Säule 116 für die Destillation des Rohöls;
- eine Leitung 117 für die Ableitung am Kopf der Kolonne 116;
- einen Rückflußbehälter 118 am Kopf der Kolonne;
- eine Rückflußpumpe 119;
- eine Leitung 120 für die Ableitung der Dämpfe aus dem Behälter 118;
- eine über die Leitung 120 gespeiste Batterie 121 von Luftkühlmitteln;
- eine Austrittsleitung 122 der Luftkühlmittelbatterie 121;
- einen Meßfühler 121a für den Zustand "Betrieb/Stillstand" der Luftkühlmittel, wobei diese Zustände für die Kühlleistung der Batterie 121 repräsentativ sind;
- einen Behälter 123;
- zwei Abgriffstellen 124 und 125 zur Messung des Benzinspiegels 126 im Behälter 123;
- einen Fühler 1 zur Messung des Benzinspiegels 126 im Behälter 123, der an einem Ausgang 4 ein für den Spiegel repräsentatives elektrisches Signal liefert;
- eine Leitung 127 für das Abziehen von Benzin aus dem Behälter 123;
- eine Pumpe 128 für das Abziehen des Benzins 126;
- eine Druckleitung 129 der Pumpe 128;
- einen Fühler 130 zur Messung des Benzindurchsatzes in der Leitung 129;
- einen Regler 17, der mit Eingängen ausgestattet ist, mit denen der Ausgang des Fühlers 1 zur Messung des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 123, der Ausgang 5a des Fühlers 113 zur Messung des Rohöldurchsatzes, der Ausgang 5b des Fühlers 115 zur Messung der Temperatur und der Ausgang 5c des Fühlers 121a zur Ermittlung der Betriebszustände der Luftkühlmittel, die für die Kühlleistung repräsentativ sind, verbunden sind. Außerdem liefert der Regler 17 an einem Eingang 15 ein für den Wert der Wirkungsgröße repräsentatives elektrisches Signal und
- ein Stellglied 16 zur Steuerung eines Ventils 16a zur Regelung des Benzindurchsatzes in der Leitung 129, dessen Eingang mit dem Ausgang 15 des Reglers 17 verbunden ist.
Der Regler 17 umfaßt einen Eingangskreis 7, einen Steuerkreis 14, der seinerseits Elemente des numerischen Systems zur Steuerregelung der Einheit zur atmosphärischen Destillation von Rohöl, einen mit einem Prozessor 10 ausgestatteten Rechner und Speicherungsmittel 11 sowie eine Dialogeinheit 18 umfaßt.
Vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde die Regelung des Benzinspiegels im Behälter 123 mit Hilfe eines konventionellen algorithmischen Reglers durchgeführt. Diese Regelung bestand in der Stabilisierung des Spiegels in einem zulässigen Bereich durch Betätigung des Ventils 16a zur Regelung des Benzindurchsatzes in der Leitung 129.
Die Schwankungsbreite DF der auf das Ventil 16a ausgeübten Wirkung wurde periodisch nach folgender Formel ermittelt:
worin die nachfolgend genannten Symbole folgende Bedeutungen haben:
N = Benzinspiegel
NLIM = oberer oder unterer Grenzwert von N
DN = Schwankung von N zwischen dem Moment der laufenden Probennahme und dem Moment der vorhergehenden Probennahme
DT = Dauer der Probennahme
K = Konstante.
NMAX und NMIN bedeuten die Extremwerte von NLIM:
SiDN > 0 DF (NMAX) > 0
SiDN < 0 DF (NMIN) < 0
SiDN = 0 DF = 0
Bei diesem Algorithmus ist die Wirkungsgröße proportional zum Quadrat der Ableitung des Spiegels und umgekehrt proportional zur Abweichung in bezug auf die ins Auge gefaßte Grenze. Der Regelungszuwachs ist somit nicht linear und entsprechend der Richtung der Entwicklung des Spiegels dissymmetrisch.
Außerdem muß in der Nachbarschaft der Grenzen eine Korrektur der Wirkung der Maximalschwankung und der adäquaten Richtung so durchgeführt werden, daß eine Neuzentrierung des Spiegels innerhalb des zulässigen Bereichs gewährleistet wird.
Die dabei erzielten Ergebnisse waren besser als die mit einem Algorithmus vom Typ PID erzielten, aber dennoch noch unzureichend. Es wurden sehr starke Schwankungen im Benzindurchsatz in der Leitung 129 festgestellt, was den Betrieb der Einheiten stromabwärts störte und die Qualität der hergestellten Produkte beeinträchtigte.
Am Ausgangspunkt dieser Schwankungen fand man Unterschiede im Zuspeisungsdurchsatz an Rohöl, Unterschiede in der Rohölzusammensetzung, in der Rohöltemperatur am Ausgang des Ofens 114, was z. B. durch den Ausfall eines Brenners verursacht war, sowie Unterschiede in der von der Batterie 121 der Luftkühlmittel erzeugten Kühlleistung.
Traten Störungen auf, wurden die Grenzen, innerhalb deren man Schwankungen des Benzinspiegels im Behälter 123 zuließ, sehr rasch erreicht, was zu Öffnungen des Regelkreises an Ort und Stelle unter automatischem Umschalten zu einer proportional-integralen Regelung im Hinblick auf den dem Nominalwert entsprechenden festen Einstellwert und damit zu einer Verstärkung der Schwankungen im Benzindurchsatz am Ausgang führte.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wurden zur Vermeidung von Öffnungen des Regelkreises des Benzinspiegels im Behälter 123 und zur Verminderung der Schwankungen im Benzindurchsatz in der Leitung 129 unter Vorwegnahme der Schwankungen am Ausgangspunkt der Störungen und unter Behandlung mit Mechanismen der annähernden Schlußfolgerung verwendet.
Für diesen speziellen Verwendungszweck stellen die geregelte physikalische Größe den mit dem Fühler 1 gemessenen Benzinspiegel im Behälter 123 und die Wirkungsgröße die Position des Ventils 16a zur Regelung des mit Hilfe des Fühlers 130 gemessenen Benzindurchsatzes in der Leitung 129 dar.
Die Nachweisvariablen, die für die physikalischen Größen am Ausgangspunkt der Störungen des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 123 repräsentativ sind, werden ausgehend von den folgenden Parametern ermittelt:
- dem mit Hilfe des Fühlers 113 gemessenen Durchsatz an Rohöl, mit dem der Ofen 114 gespeist wird,
- der Zusammensetzung des Rohöls, dargestellt durch die Benzinausbeute aus dem Erdöl, ermittelt im Labor und eingegeben in die Speicherungsmittel 11 mit Hilfe der Dialogeinheit 18,
- der mit Hilfe des Fühlers 115 gemessenen Rohöltemperatur am Ausgang des Ofens 114,
- der Kühlleistung der Batterie 121, dargestellt durch die Zahl der in Betrieb befindlichen Luftkühlmittel, wobei die Kühlleistung mit Hilfe des Fühlers 121a ermittelt wird, der die Betriebszustände der Motoren für die Luftkühlmittelzufuhr berücksichtigt.
Die vier oben genannten Daten wurden kombiniert, um nach einer nachfolgend genannten Formel zur Kontextvariablen zu gelangen.
Zuvor werden die folgenden Betriebsbereiche definiert:
- für die geregelte physikalische Größe der Benzinspiegel N im Behälter 123 : 0 bzw. 100%, was 25 bzw. 75% der physikalischen Skala entspricht,
- für die sekundäre Variable das Derivat DN des Spiegels N über die Zeit: -100% bzw. +100%,
- für die Kontextvariable: -100% bzw. +100% und
- für die Schwankung DF der Wirkungsgröße F die Position des Regelventils 16a: -100% bzw. +100%.
Danach wird eine Serie von kennzeichnenden Klassen definiert:
- 5 gleichverteilte Dreiecksklassen für den Benzinspiegel im Behälter 113, wie in Fig. 3 dargestellt, wobei die Mittelwertklasse CC punktiert dargestellt ist und gegebenenfalls Trapezoidform aufweisen kann und
- 7 gleichverteilte Dreiecksklassen für die sekundäre Variable E&sub2; die für die Richtung der Schwankung des Benzinspiegels eingesetzt ist, für die Kontextvariable und für die Variable DF, die für Schwankungen der Wirkungsgröße F repräsentativ ist, was in Fig. 4 dargestellt ist.
Definiert wird ferner ein Spiel von Entscheidungsregeln in Form einer dreidimensionalen Tafel, die 7 zweidimensionale Tafeln, wie in Fig. 5 dargestellt, umfaßt.
Für jede Klasse der Kontextvariablen definiert man eine Tafel von Klassen der Variablen DF, d. h. 7 Tafeln. Jede der 7 Tafeln hat zwei Eingänge, die den 5 Klassen des Spiegels N bzw. den sieben Klassen der sekundären Variablen E&sub2; entsprechen, die für die Schwankung des Spiegels eingesetzt ist.
In Fig. 5 sind die 7 Tafeln dargestellt. Die Tafel T0 entspricht der Klasse 0 der Kontextvariablen, die den Nominalkontext darstellt, d. h. die Abwesenheit von Störungen.
Die Tafeln T1, T2 und T3 entsprechen den Klassen 1, 2 und 3 der Kontextvariablen. Sie stellen die Vorwegnahme des Spiegelanstiegs dar.
Die Tafeln T4, T5 und T6 stellen die Vorwegnahme der Spiegelsenkung dar.
Jedem Kästchen einer Tafel entspricht eine Entscheidungsregel.
Beispiel:
Gehört die Kontextvariable der Klasse 0 an (Tafel T0, Nominalkontext) und der Spiegel der Klasse -1 (ziemlich tiefer Spiegel) und die sekundäre Variable E&sub2; der Klasse 2 (etwas ansteigender Spiegel), dann gehört die Korrektur der Wirkungsvariablen DF der Klasse 2 an (die Korrektur des Durchsatzes ist im Mittel positiv).
Das dieser Regel entsprechende Kästchen ist in Tafel T0 von Fig. 5 mit 5 bezeichnet, was dem Betrieb im Nominalkontext entspricht.
Die Kontextvariable wird mit Hilfe der folgenden Formel ermittelt:
KONTEXT = Σ Bi*Eint (Ci, Di, Ti),
worin die einzelnen Symbole folgende Bedeutungen haben:
Bi = relative Gewichtung der nachgewiesenen Abweichungen,
Ci = Bedingungen für die Aktivierung der Abweichungsanteile,
Eint = Abweichungen bezüglich der Nachweisvariablen,
Ti = Zeitpunkte des Beginns des Nachweises von Abweichungen und
Di = spezifische Dauer der zeitlich angepaßten Filtration/Einfirerung der Aktivierung der Nachweise.
In unserem Beispiel rufen wir die physikalischen Größen am Ausgangspunkt der Störungen ab:
RDT = die Benzinausbeute aus dem Rohöl, die für die Zusammensetzung des Rohöls repräsentativ ist,
FBR = Rohöldurchsatz,
TFOUR = Temperatur des Rohöls am Ausgang des Ofens,
AERO = Kühlleistung der eingesetzten Luftkühlmittel und
DRDT = Abweichung in der Benzinausbeute zwischen dem Rohöl im Verlaufe der Verarbeitung und dem vorgängig behandelten Rohöl.
DBFRDTFOUR stellen die gemessenen Abweichungen vom Sollwert der Größen FBR und TFOUR dar, die im übrigen durch konventionelle Regler vom Typ P,I geregelt wurden.
DAERO bedeutet die Differenz zwischen der Zahl der eingesetzten Luftkühlmittel zum gegenwärtigen Zeitpunkt und zum Zeitpunkt der vorangegangenen Probennahme.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Werte für die einzelnen Parameter angegeben.
In dieser Tabelle bedeutet "F Rohöl SP" den Einstellwert des Rohöldurchsatzreglers am Eingang der Destillationsanlage, "Schwellwert DFBR" den Wert DFBR und "Schwellwert DTFOUR" den Wert DTFOUR, jenseits welcher die Nachweisvariablen aktiviert werden.
Die Änderungen des Rohöls werden durch den Operator für das Verhalten der Anlage für die atmosphärische Destillation bestätigt.
Die Zahl der in Betrieb befindlichen Luftkühlmittel beträgt 16.
Die Bi- und Di-Werte werden experimentell ermittelt.
Wird die Bedingung für die Aktivierung Ci nicht verifiziert, ist der Anteil Eint an der Berechnung des Kontextes gleich Null. Wird Ci jedoch verifiziert, wird die Abweichung Eint, wie in Fig. 6 dargestellt, berücksichtigt.
Der Wert des Anteils Eint ist an den Wert gebunden, der zu Beginn des Nachweises Ti während der Dauer Di gemessen wird.
Wenn im Verlaufe dieser Dauer ein bedeutenderes Derivat als der fixierte Wert Eint ab dem Zeitpunkt Ti nachgewiesen wird, wird der Anteil Eint auf seinen neuen Wert aktualisiert, der dann seinerseits während einer Zeitdauer Di eingefroren wird.
Zur Gewährleistung einer um den Nominalwert des Flüssigkeitsspiegels N im Behälter im ungestörten Zustand geregelten Neuzentrierung werden die Entscheidungsregeln, bei denen die Mittelwertklassen für das Derivat des Spiegels und die Kontextvariable verwendet werden, modifiziert.
Diese Modifikationen erscheinen in den Kästchen 21, 22 und 23 der Tafel T0 in Fig. 5, welche die Werte -1, 9 bzw. 1 enthalten. Wird nicht modifiziert, werden diese Werte gleich Null.
Anschließend wird auf folgende Weise eine annähernde Schlußfolgerung gezogen:
- Der Operator für die Prämissenaggregation der zur Kombination der Bedingungen einer aktiven annähernden Regel ausgewählt wird ist der Operator MIN/MAX. Dieser Operator ermöglicht die Wahl des kleinsten Grades der Zugehörigkeit zu den aktiven Eingangsklassen, und zwar dann, wenn die Bedingungen für die Prämissen der Regeln aneinander gekoppelt sind, und des größten Grades der Zugehörigkeit, wenn die Prämissen für die Regeln Bedingungen darstellen, die nicht aneinander gekoppelt sind.
- Man ermittelt die Anteile in bezug auf den Ausgang, indem man das Klassenprofil für die Schlußfolgerung bezüglich der Regeln dadurch modifiziert, daß man die Funktion der Klassenzugehörigkeit mit dem mit Hilfe des Operators für die Prämissenaggregation erhaltenen Zugehörigkeitsgrad multipliziert.
- Als Methode der Defuzzifikation wurde die Schwerpunktmethode gewählt, die es erlaubt, ausgehend von den erhaltenen unterschiedlichen Klassenprofilen für die Schlußfolgerung aus den Regeln den Wert der Wirkungsgröße zu berechnen.
- Die Verarbeitung der in Fig. 5 mit 24 bezeichneten Regel unter Verwendung der Operatoren MIN und PRODUKT ist in Fig. 7 dargestellt.
In unserem Beispiel wird die sekundäre Variable aus dem Derivat in bezug auf die Dauer des Benzinspiegels nach der Formel
E&sub2; = (DN)³/ DN
erhalten, in der die einzelnen Symbole folgende Bedeutung haben:
E&sub2; = sekundäre Variable,
DN stellt das Derivat in bezug auf die Dauer des Benzinspiegels N im Behälter und
DN den absoluten Wert von DN dar.
Die mit dem erfindungsgemäßen Regler erzielten Ergebnisse sind folgende:
- Während der Änderungen der Qualität des aus der Destillationsanlage zugespeisten Rohöls kommt es zu keiner Öffnung des Regelkreises.
- Die maximale Schwankungsbreite der Korrektur des Benzindurchsatzes ist bei dem Benzindurchsatz von 90 bis 220 t/Stunde von 1 t/min auf 300 kg/min herabgesetzt.
Beispiel für das erzielte Ergebnis:

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Wertes einer physikalischen Größe, die für den Betrieb einer Produktionsanlage kennzeichnend ist und von einer Wirkungsgröße abhängt, die den Wert der Öffnung eines Ventils zur Regelung des Durchsatzes eines in dieser Anlage strömenden Fluids darstellt, wobei diese physikalische Größe Störungen unterworfen ist und wobei das Verfahren darin besteht, daß man den Wert der Wirkungsgröße, der durch Verwendung der Momentanwerte der geregelten physikalischen Größe ermittelt wurde, modifiziert, um zwischen den beiden Grenzwerten beiderseits eines Nominalwertes den Wert der geregelten physikalischen Größe aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem zur Regelung die Werte einer ermittelten zweiten Variablen, die für die Abänderung der geregelten physikalischen Größe eingesetzt wird, und die Werte einer Kontextvariablen verwendet, die aus wenigstens einer Nachweisvariablen oder einer Kombination von Nachweisvariablen erhalten wurde, die für physikalische Größen am Ausgangspunkt der Störungen der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind, und man die Regelung durchführt, indem man einen Betriebsbereich und eine Reihe von kennzeichnenden Betriebsklassen mit Mittelwert- und Extremwertklassen für die geregelte physikalische Größe, die sekundäre Variable, die Kontextvariable sowie die Wirkungsgröße definiert, dann ein Spiel von Entscheidungsregeln definiert, wobei jede Regel darin besteht, daß eine Klasse des Wertes der geregelten physikalischen Größe, eine Klasse der sekundären Variablen sowie eine Klasse der Kontextvariablen mit einer Klasse der Wirkungsvariablen verbunden wird, und man ausgehend von den Werten der geregelten physikalischen Größe, der sekundären Variablen und der Kontextvariablen eine annähernde Schlußfolgerung über das Spiel der Entscheidungsregeln zieht, um zum Wert der Wirkungsgröße zu gelangen.

2. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die sekundäre Variable durch Ableitung in bezug auf die Dauer der geregelten physikalischen Größe erhält.

3. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die sekundäre Variable durch Anwendung der Formel

E&sub2; = (DN)³/ DN

erhält, worin

E&sub2; die sekundäre Variable,

DN das Derivat in bezug auf die Dauer der geregelten physikalischen Größe und

DN den absoluten Wert von DN bedeuten.

4. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kontextvariablen darin besteht, daß man zuerst den Wert jeder Nachweisvariablen ermittelt, dann jeden dieser Werte einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft und schließlich die auf diese Weise erhaltenen Werte linear kombiniert, indem man ihnen einen entsprechenden Bewertungsfaktor zuordnet.

5. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kontextvariablen darin besteht, daß man zuerst den Wert jeder Nachweisvariablen ermittelt, dann jeden dieser Werte einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft, dann jede gefilterte Nachweisvariable in Form einer annähernden Variablen beschreibt, die in einem Spiel von Entscheidungsregeln erhaltenen annähernden Variablen kombiniert und bezüglich dieses Regelspiels eine annähernde Schlußfolgerung zieht, um zur Kontextvariablen zu gelangen.

6. Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die geregelte physikalische Größe, die sekundäre Variable, die Kontextvariable und die Nachweisvariablen in Form von annähernden Variablen mit Betriebsprofilen für die Zugehörigkeit zu Dreiecksklassen, wobei diese in jedem Betriebsbereich gleichmäßig verteilt sind, beschreibt.

7. Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale(n) Klasse(n), die den Bereichen des Nominalbetriebs der geregelten physikalischen Größe entspricht (entsprechen), mit Hilfe von Betriebsprofilen für die Zugehörigkeit zu Trapezoidklassen beschrieben werden.

8. Regelungsverfahren nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der Extremwertklassen für die geregelte physikalische Größe so modifizierbar sind, daß das Verhalten der Regelung in der gestörten Phase in der Nachbarschaft der Grenzen der geregelten physikalischen Größe angepaßt wird.

9. Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsregeln, bei denen die Mittelwertklassen für die sekundäre Variable und die Kontextvariable verwendet werden, modifiziert werden, um eine geregelte Neuzentrierung um den Nominalwert der im nicht gestörten Betriebszustand geregelten physikalischen Größe zu gewährleisten.

10. Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsregeln, bei denen die Extremwertkassen der geregelten physikalischen Größe verwendet werden, modifiziert werden, um eine unbedingte Neuzentrierung der geregelten physikalischen Größe innerhalb ihres Betriebsbereichs zu gewährleisten.

11. Regelvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Störungen ausgesetzten geregelten physikalischen Größe zwischen zwei Grenzwerten, indem man auf eine Wirkungsgröße einwirkt, von der die geregelte physikalische Größe abhängt, wobei die Vorrichtung

- einen Fühler für die Messung der geregelten physikalischen Größe, der an einem Ausgang ein Meßsignal liefert, das den Momentanwert der Größe darstellt,

- Meßfühler, welche die Ermittlung der Nachweisvariablen, die für die Ursachen der Störung des Wertes der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind, ermöglichen und an den Ausgängen Meßsignale der Variablen liefern,

- ein steuerbares Stellglied, das einen Steuereingang und einen mit einem Glied für die Regelung der Wirkungsgröße verbundenen Ausgang umfaßt,

- einen Meßkreis, der mit dem Ausgang des Fühlers für die Messung der geregelten physikalischen Größe und den Ausgängen der Meßfühler der Nachweisvariablen verbunden ist und an einem Ausgang Signale liefert, die für die geregelte physikalische Größe und die Nachweisvariablen repräsentativ sind,

- eine Verarbeitungseinheit, die mit dem Ausgang des Meßkreises verbunden ist und an einem Ausgang ein Signal liefert, das für den berechneten Wert der Wirkungsgröße repräsentativ ist,

- Dialogmittel, die mit der Verarbeitungseinheit verbunden sind und

- einen Steuerkreis umfaßt, der einen Eingang, der mit dem Ausgang der Verarbeitungseinheit verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, der mit dem Steuereingang des steuerbaren Stellgliedes verbunden ist,

und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verarbeitungseinheit einerseits Speicherungsmittel, die wenigstens eine Tafel für Entscheidungsregeln und ein Programm zur Berechnung der Wirkungsgröße, ausgehend vom Wert der geregelten physikalischen Größe, dem Wert einer ermittelten sekundären Größe, die für die Abänderung der geregelten physikalischen Größe eingesetzt wird, und dem Wert einer Kontextvariablen, der ausgehend von einer Kombination von Nachweisvariablen, die für die physikalischen Größen am Ausgangspunkt der Störungen der geregelten physikalischen Größe repräsentativ sind, berechnet wurde, enthalten, wobei das Programm Mechanismen der annähernden Schlußfolgerung verwendet, und andererseits einen Prozessor für die Ausführung des Rechenprogramms umfaßt.

12. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherungsmittel ein Verarbeitungsprogramm umfassen, das darin besteht, daß man die Kontextvariable berechnet, indem man den Wert jeder Nachweisvariablen einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft und dann die auf diese Weise erhaltenen Werte linear miteinander kombiniert, indem man ihnen einen Bewertungsfaktor zuordnet.

13. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherungsmittel ein Verarbeitungsprogramm umfassen, das darin besteht, daß man die Kontextvariable berechnet, indem man den Wert jeder Nachweisvariablen einer zeitlich angepaßten Filterfunktion unterwirft und die auf diese Weise erhaltenen Werte in einem Spiel von Entscheidungsregeln entsprechend den Mechanismen der annähernden Schlußfolgerung verwendet.

14. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis, der Steuerkreis und die Verarbeitungseinheit zusammen eine autonome Regelvorrichtung bilden.

15. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis und der Steuerkreis Teile eines numerischen Systems zur Steuerungskontrolle einer Produktionsanlage, die Verarbeitungseinheit ein mit dem numerischen System zur Steuerungskontro le verbundenen Rechner und die Dialogmittel ein mit dem Rechner verbundener Monitor sind.

16. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis, der Steuerkreis, der Dialogmonitor und die Verarbeitungseinheit Teile eines numerischen Systems zur Steuerungskontrolle einer Produktionsanlage sind.