DE69823271T2

DE69823271T2 - Verbesserter adaptiver Durchflussregler

Info

Publication number: DE69823271T2
Application number: DE69823271T
Authority: DE
Inventors: Clifford C. Federspiel
Original assignee: Johnson Service Co
Current assignee: Johnson Service Co
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2018-07-04
Also published as: JPH11126101A; US5875109A; EP0889291A2; DE69823271D1; EP0889291A3; EP0889291B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luftstromsteuervorrichtung für ein Klimaregelungssystem. Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein adaptives Regelsystem zur Positionierung von Dämpfersystemen oder Steuerung von Lufteinheiten, die in einem Klimaregelsystem eingesetzt werden.
Klimaregelnetzwerke, Räumlichkeitsmanagementsysteme und Dämpfersysteme kommen zum Einsatz in Bürogebäuden, Fabrikationsräumlichkeiten und Einrichtungen zur Regelung des internen Klimas der Einrichtungen. Beispielsweise werden in einem Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungssystem (HVAC) gesteuerte Lufteinheiten (beispielsweise Behälter mit variablem Luftvolumen (VAV), Einheitseinrichtungen (UNT) oder Dämpfersysteme) in den gesamten Räumlichkeiten angeordnet und stellen klimatisiert geregelte Luft der internen Umgebung oder der Räumlichkeit zur Verfügung. Die geregelte Luft besitzt eine spezielle Temperatur oder Feuchtigkeit, so dass ein komfortables inneres Klima aufgebaut wird. Die Luftströmungsrate der geregelten Luft wird vorzugsweise gemessen in Kubikfuß (metrischer Äquivalentmeter) pro min (CFM).
Die VAV-Behälter werden an einer Luftquelle angekoppelt, die die geregelte Luft den VAV-Behältern über ein Leitungssystem zuführt. VAV-Behälter und Einheitseinrichtungen stellen die geregelte Luft über einen Dämpfer bereit. Der Dämpfer regelt die Menge der geregelten Luft, die der internen Umgebung bereitgestellt wird. Der Dämpfer ist an einem Aktuator angekoppelt, der vorzugsweise den Dämpfer derart positioniert, dass ein entsprechender Luftstrom (in CFM) der internen Umgebung bereitgestellt wird.
Ein Regler ist im allgemeinen mindestens einem Aktuator und Dämpfer zugeordnet. Der Regler empfängt Informationen, die sich auf den Luftstrom und die Temperatur in der internen Umgebung bezieht und positioniert den Aktuator entsprechend, so dass der entsprechende Luftstrom der internen Umgebung zur Verfügung gestellt wird. Der Regler kann einen aufwendigen Rückkopplungsmechanismus umfassen, wie etwa proportionale integrale (PI) Regelalgorhitmen. Aufwendi ge Rückkopplungsmechanismen machen es möglich, dass der Aktuator präziser positioniert wird.
Im einzelnen umfasst der Regler im allgemeinen ein Strömungsregelsystem zum Positionieren des Aktuators derart, dass der Dämpfer die angestrebte Luftströmung bereitstellt. Das Strömungsregelsystem misst typischerweise den aktuellen Luftstrom über den Dämpfer und stellt die Position des Aktuators ein bis die angestrebte Luftströmungsmenge, durch die gesteuerte Lufteinheit bereitgestellt wird. In solchen Systemen ist die Leistungsfähigkeit des Strömungsregelsystems (beispielsweise die Genauigkeit oder Präzision der Position des Systemdämpfers) kritisch im Hinblick auf die Verlässlichkeit, des Energiewirkungsgrades und der Gesamtleistungsfähigkeit des HVAC-Systems und der geregelten Lufteinheit. Schlechte Strömungsregelung führt häufig zu verringerter Temperatursteuerleistungsfähigkeit, geringerem Wirkungsgrad für die gesteuerte Lufteinheit und vorzeitigem mechanischen Versagen des Aktuator- und Dämpfersystems, welches der Einheit zugeordnet ist.
Bislang unterliegen Strömungsregler oder Strömungsregelsysteme in HVAC-Systemen langsamen Ansprechen und einer schlechten Störanfälligkeit aufgrund des inhärenten nicht-linearen Verhaltens und Messgeräusch, welches mit den geregelten Lufteinheiten wie etwa VAV-Behältern verbunden ist. Die Messung des aktuellen Luftstromes wird stark durch Turbulenz beeinflusst. Zusätzlich verkomplizieren Reibung, Hysterese und nicht-lineare Beziehung zwischen der Strömungsrate und der Dämpferposition das Regeln der Dämpfersysteme. Eine traditionelle Näherung zur Lösung dieser Probleme umfasst den Einsatz von proportionalen (P), proportional integralen (PI) oder proportional-integral-derivativen (PID) Positionieralgorithmen für den Dämpfer.
Es ist auch bekannt, eine Vorwärtskopplung mit der traditionelleren Rückkopplungsregelung zu kombinieren (beispielweise P-, PI- oder PID-Regelung). Zum Beispiel beschreibt die US-PS 4 698 745 ein adaptives Regelsystem zur Ausgabe eines PID-Rückkopplungsregelsignals, welches berechnet wird durch Vergleichen und Einstellen eines vorbestimmten Wertes und einer Verfahrensvariablen, sowie ein Vorwärtskopplungsregelsystem zur Abgabe eines Störkompensationssignals durch die Erfassung und Kompensierung und Störung basierend auf einem Vorwärtskopplungsregelmodell. Die Verstärkung des Rückkopplungsregelsignals wird korrigiert in Abhängigkeit von der Größe der Störvariationen und die Verstärkung des Vorwärtsregelmodells wird geregelt durch die Zufuhr eines Korrigiersignals, welches das Störkompensationssignals vergleicht und ausgleicht, und eine manipulierte Variable wird erhalten durch die Addition des Störkompensationssignals und des verstärkungskorrigierten Rückkopplungssignals.
Es besteht dementsprechend ein Bedürfnis hinsichtlich einer Strömungsregelung, die weniger einer Trägheit und einem Schwingungsverhalten ausgesetzt ist. Es besteht darüber hinaus ein Bedürfnis hinsichtlich einer Strömungsregelung, die eingestellt werden kann, damit sie eine Bereitschaftszyklus aufweist und trotzdem eine akzeptable Sollwertfolge bereitstellt. Schließlich ist es erstrebenswert, eine Strömungsregelung bereitzustellen, die rasch zurück- und vorzuschalten vermag zwischen zwei oder mehreren Betriebsmodi, die adaptiv die Sollwertfolgeleistungsfähigkeit regeln.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Klimaregelsystem mit einer Lufteinheit zur Bereitstellung eines Luftstromes zu einer Umgebung, wobei die Lufteinheit betrieblich einem Regler zugeordnet ist und die Menge des Luftstromes regelt in Übereinstimmung mit einem Strömungssollwertsignal von dem Regler und wobei der Regler einen Strömungssensor umfasst, der dem Luftstrom ausgesetzt ist, welcher durch die Einheit bereitgestellt wird, während der Strömungssensor ein Strömungssignal erzeugt, welches repräsentativ ist für eine Menge des Luftstromes, der der Umgebung bereitgestellt wird. Ein Prozessor ist an den Strömungssensor angeschlossen, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um zyklisch das Strömungssignal aufzunehmen und ein Reglerausgangssignal bereitzustellen in Abhängigkeit von dem Strömungssignal und dem Strömungssollwertsignal, wobei das Reglerausgangssignal der Lufteinheit zur Verfügung gestellt wird, um zu bewirken, dass die Lufteinheit einen dem Strömungssollwertsignal entsprechenden Betrag der Luftströmung zur Verfügung stellt, wobei der Prozessor das Reglerausgangssignal in Abhängigkeit von einem Sollwertfehlersignal, einer Proportionalitätskonstante und einer Todzone der Nichtlinearität berechnet, wodurch der Prozessor die Todzone der Nichtlinearität in Abhängigkeit von einer Varianz des Strömungssignals berechnet, wobei der Prozessor den Regler in Abhängigkeit von einem Satz von Bedingungen, welche dem Strömungssollwertsignal zugeordnet sind, zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus hin- und herschaltet, wobei der erste Betriebsmodus der Standardmodus ist, wobei der Prozessor die Proportionalitätskonstante schrittweise von einer ersten vorbestimmten Konstanten zu einer zweiten vorbestimmten Konstante ändert, wodurch augenblicklich das Klimaregelungssystem von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer bestimmten Änderung in dem Sollwertsignal umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal unmittelbar zu folgen, und wobei der Prozessor die Proportionalitätskonstante exponentiell von der zweiten vorbestimmten Konstanten zu der ersten vorbestimmten Konstanten ändert, wodurch das Klimaregelsystem von dem zweiten Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung in dem Strömungssignal graduell umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal normal zu folgen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Regelung zur Verwendung in einem Klimaregelungssystem mit einer Luftleitung, die einen Dämpfer umfasst, welcher mit einem Aktuator zusammenwirkt, wobei der Aktuator den Dämpfer derart positioniert, dass der Dämpfer einer Umgebung eine Luftströmungsrate in Abhängigkeit von einem Aktuatorsteuersignal zur Verfügung stellt, wobei der Aktuator mit dem Regler zusammenwirkt und der Regler folgendes umfasst, nämlich Sensormittel zum Erzeugen eines aktuellen Strömungssignals, welches der über dem Dämpfer zur Verfügung gestellten Luftströmungsrate entspricht, und Prozessormittel, welches zum zyklischen Empfangen des aktuellen Strömungssignals von dem Sensormittel und zum zyklischen Erzeugen des Aktuatorsteuersignals in Abhängigkeit von dem aktuellen Strömungssignal mit dem Sensormittel verbunden ist, wobei das Aktuatorsteuersignal einer gewünschten Rate für die Luftströmungsrate, welche über dem Dämpfer zur Verfügung gestellt wird, zugeordnet ist, wobei das Prozessormittel das Aktuatorssteuersignal gemäß einem Sollwertfehlersignal und einer Todzone der Nichtlinearität berechnet, wobei die tote Zone der Nichtlinearität gemäß einer Abschätzung der Standardabweichung eines den aktuellen Strömungssignal zugeordneten Rauschsignals berechnet wird, wobei das Prozessormittel den Regler in Abhängigkeit von einem Satz von Bedingungen, welche dem Strömungssollwertsignal zugeordnet sind, zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus hin- und hergeschaltet wird, wobei das Prozessormittel die Proportionalitätskonstante schrittweise von einer ersten vorbestimmten Konstanten zu einer zweiten vorbestimmten Konstanten ändert, wodurch augenblicklich der Regler von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung in dem Sollwertsignal zugeordnet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal unmittelbar zu folgen, und wobei das Prozessormittel die Proportionalitätskonstante exponentiell von der zweiten vorbestimmten Konstanten zu der ersten vorbestimmten Konstante ändert, wodurch der Regler von dem zweiten Betriebszustand zu dem ersten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderungen in dem Strömungssignal graduell umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal normal zu folgen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch darüber hinaus auf ein Verfahren zum Regeln einer von einer Einheit zur Verfügung gestellten Strömung zum Zurverfügungstellen einer Fluidströmung, welches in einem Regelsystem enthalten ist, das folgendes umfasst, nämlich einen Regler zum zur Verfügung stellen eines Reglerausgangssignals und einen Strömungssensor zum Zurverfügungstellen eines aktuellen Strömungssignals, wodurch die Einheit mit einer Regelung zusammenwirkt und den Betrag der Strömung gemäß einem Regelungsausgangssignal von der Regelung regelt, wobei der Strömungssensor der von der Einheit zur Verfügung gestellten Strömung ausgesetzt ist, wobei der Strömungssensor das aktuelle Strömungssignal erzeugt, welches den Betrag der zur Verfügung gestellten Strömung repräsentiert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst, nämlich Empfangen des aktuellen Strömungssignals von dem Strömungssensor; Bestimmen eines Sollwertfehlersignals auf der Basis eines Strömungssollwertsignals und dem aktuellen Strömungssignal; Berechnen einer Proportionalitätskonstante zum Umschalten des Regelungssystems zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einem Satz von Bedingungen, die dem Strömungssollwertsignal zugeordnet sind; Berechnen einer Todzone einer Nichtlinearität gemäß einer Varianz des Strömungssignals auf Grund von Rauschen und gemäß der Proportionalitätskonstante; Anwenden der Todzone der Nichtlinearität auf das Sollwertfehlersignal, um das Regelungsausgangssignal zu entwickeln; und Zuführen des Regelungsausgangssignals an die Einheit.
Der Prozessor kann die Regelung schalten zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einem Satz von Bedingungen, die dem Sollwertsignal zugeordnet sind. Der erste Betriebsmodus ist ein Standardmodus. Die Regelung kann ausgelegt sein, um die Proportionalitätskonstante schrittweise von einer ersten vorbestimmten Konstanten auf eine zweite vorbestimmte Konstante zu ändern, wodurch augenblicklich das Klimaregelsystem umgeschaltet wird von dem ersten Betriebsmodus auf den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung innerhalb des Sollwertsignals (um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal eng zu folgen). Zusätzlich kann die Regelung ausgelegt sein, um exponentiell die Proportionalitätskonstante zu ändern von der zweiten vorbestimmten Konstanten zu ersten vorbestimmten Konstanten, wodurch das Klimaregelungssystem von dem zweiten Betriebszustand zum ersten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung in dem Strömungssignal graduell umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal normal zu folgen. Die Todzone der Nichtlinearität kann wirken, um geringe Änderungen am Aktuatorregelsignal zu dämpfen, wodurch der Aktuatorbetriebszyklus reduziert wird.
Die Strömungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert vorteilhafterweise wenig Berechnungen und erfordert keinerlei Abstimmung. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Strömungsregelung an einen Speicher angekoppelt, der die Todzone der Nichtlinearität empfängt und die Todzone der Nichtlinearitätsdaten nach jedem Zyklus neu berechnet. Die Strömungsregelung wird vorzugsweise in ein Softwareprogramm implementiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente identifizieren:
1 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines Klimaregelsystems;
2 ist ein detailliertes schematisches Blockdiagramm einer Regelung sowie eines VAV-Behälters für den Einsatz in dem Klimaregelsystem, welches in 1 illustriert ist;
3 ist ein detaillierteres schematisches Blockdiagramm der Regelung, die in 2 illustriert ist;
4 ist ein Blockdiagramm des Software-basierenden Regelalgorithmus für die Regelung, die in 3 gezeigt ist;
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Berechnung des impulsbreiten Signals basierend auf der Impulsbreitenmodulationsfunktion für die Regelung, die in 3 gezeigt ist;
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Berechnung des Regelfehlersignals basierend auf dem Sollwertfehlersignal und der Todzone der Nichtlinearität für die Regelung, die in 3 gezeigt ist;
7A bis 7B zeigen einen Pseudocode gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Blockdiagramm für den softwarebasierenden Regelalgorithmus, der einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, welche auch kompatibel ist mit der Regelung, die in 3 gezeigt ist;
9A bis 9B zeigen den Pseudocode eines beispielhaften Software-Algorithmus, der den Regelalgorithmus gemäß 8 implementiert entsprechend einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
10 zeigt die graphische Darstellung einer beispielhaften Proportionalitätskonstanten über eine bestimmte Zeit.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf 1 kann die vorliegende Erfindung in einem Klimaregelnetzwerk oder -system 10 eingesetzt werden. Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend beschrieben wird für den Einsatz in einer HVAC-Umgebung, kann die Strömungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung bei jeder Fluidstromanwendung eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Strömungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen in Flüssigkeitsversorgungssystemen wie etwa denjenigen wie sie zum Einsatz kommen bei Erdöl- oder Chemie-Verarbeitungsindustrien oder anderen Strömungsanwendungen, wie diejenigen bei der Nahrungsmittelherstellung, Materialbehandlungsanlagen oder jeglicher Industrie, bei welcher geregelte Materialströmung zum Einsatz kommt.
Das Klimaregelsystem 10 umfasst eine Arbeitsstation 12, eine Station 14, eine Station 16, eine Regelung 20, eine Regelung 24 sowie eine Regelung oder ein Modul 30. Die Regelungen 20, 24 und das Modul 30 sind an die Station 14 angekoppelt über einen Kommunikationsbus 32. Die Arbeitsstation 12, die Station 14 und die Station 16 sind aneinander angekoppelt über einen Kommunikationsbus 18. Die Station 16 ist ebenfalls an einen Kommunikationsbus 17 angekoppelt. Der Kommunikationsbus 17 kann an zusätzlichen Sektionen oder zusätzlichen Regelungen angeschlossen sein, wie auch andere Komponenten, die innerhalb des Klimaregelsystems 10 Verwendung finden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Klimaregelsystem 10 um ein Einrichtungsmanagementsystem wie etwa das Metasys^TM-System, wie es hergestellt wird von Johnson Controls Inc. (JCI) für den Einsatz bei VAV-Behältern 38 und 40. Alternativ kann das System 10 ein Einheitssystem sein, mit Dacheinheiten oder anderen Dämpfersystemen. Die Stationen 14 und 16 sind vorzugsweise eine NCU-Station, hergestellt von JCI und die Regelungen 20 und 24 sind VAV 100-0^TM-Regelungen, hergestellt von JCI oder anderen im Stand der Technik bekannte Regelungen. Der Regler oder das Modul 30 ist vorzugsweise eine Lufthandhabungsregeleinheit (AHU), die etwa eine AHU 102-0^TM-Einheit, hergestellt von JCI zur Überwachung und Betriebsdurchführung einer Lufthandhabung (nicht dargestellt), die Druckluft für das System 10 bereitstellt.
Die Kommunikationsbusse 17 und 32 sind N2-Busse, vorzugsweise umfassend ein verdrehtes Paar von Leitern, und der Kommunikationsbus 18 ist ein LAN (NI)-Bus für Hochniveaukommunikationen. Der Bus 18 ist ein Hochgeschwindigkeitsbus, welcher ein ARCNET^TM oder Ethernet-Protokoll einsetzt. Die Arbeitsstation 12 und die Stationen 14 und 16 umfassen Ethernet- oder ARCNET-Kommunikationshardware. Die Busse 17 und 32 setzen das RS485-Protokoll ein. Die Regler 20 und 24, das Modul und die Stationen 14 und 16 schließen RS485-Kommunikationshardware ein. Vorzugsweise schließen die Regler 20 und 24, die Stationen 14 und 16 und die Arbeitsstation 12 Kommunikationssoftware ein zur Übertragung und zum Empfangen von Daten und Mitteilungen auf den Bussen 17, 18 und 32.
Der Regler 20 ist betrieblich einer geregelten Lufteinheit, wie etwa dem VAV-Behälter 38, zugeordnet und der Regler 24 ist betrieblich einer geregelten Lufteinheit zugeordnet, wie etwa dem VAV-Behälter 40. Der Regler 20 kommuniziert mit der Arbeitsstation 12 über den Kommunikationsbus 32 durch die Station 14 und den Kommunikationsbus 18. Vorzugsweise bündelt die Station 14 Daten über den Kommunikationsbus 32 zum Kommunikationsbus 18. Die Station 14 arbeitet zum Empfang von Daten auf den Kommunikationsbus 32, stellt Daten dem Kommunikationsbus 18 zur Verfügung, empfängt Daten auf dem Kommunikationsbus 18 und stellt den Kommunikationsbus 30 Daten zur Verfügung. Die Station 14 ist vorzugsweise hinsichtlich anderer Funktionen in der Lage, die geeignet sind für ein Klimaregelsystem 10. Die Arbeitsstation 12 ist vorzugsweise jedoch nicht beschränkt auf einen PC-AT-Computer, aber kann auch ein Laptop sein, der an den Kommunikationsbus 18 angeschlossen ist.
Das folgende ist eine detailliertere Beschreibung des Reglers 20 und des AVA-Behälters 38 unter Bezugnahme auf 2. Der Regler 20 ist vorzugsweise ein direkter Digitalregler (DDC), der einen Kommunikationsanschluss 34 umfasst, der an den Kommunikationsbus 32 angeschlossen ist (1). Der Regler 20 schließt vorzugsweise einen Lufteingang 56, einen Temperatureingang 54 und einen Aktuatorausgang 74 ein. Der VAV-Behälter 38 kann vorteilhafterweise Heiz- oder Kühleinheiten einschließen zur Behandlung eines Luftstromes 64. Die Eingänge 54 und 56 sind vorzugsweise Analogeingänge, die empfangen werden von einem (nicht dargestellten) A/D-Konverter im Regler 20. Der Regler 20 schließt vorzugsweise eine Schaltung und Software ein zur Konditionierung und zum Interpretieren der Signale an den Eingängen 54 und 56.
Der VAV-Regelbehälter 38 umfasst vorzugsweise einen Dämpfer 68, einen Luftstromsensor 52 sowie einen Aktuator 72. Der Aktuator 72 positioniert den Dämpfer 68 und ist vorzugsweise ein auf einem elektrischen Motor basierender Aktuator. Viele Regler verwenden synchrone Wechselstrommotoren mit Dualwicklung als Aktuator 72. Alternativ kann es sich bei dem Aktuator 72 und dem Regler 20 um einen Schrittmotor, ein Solenoid, eine pneumatische Einrichtung oder eine Einrichtung anderen Typs handeln zum Regeln und Positonieren des Dämpfers 68. Der Aktuator 72 ist vorzugsweise ein EDA-2040^TM-Motor, hergestellt von JCI mit einer Volltaktzeit (T_stroke) von 1, 2 oder 5,5 min für einen 90°-Takt.
Die Position des Dämpfers 68 regelt die Menge des Luftstromes 64, der der Umgebung 66 zugeführt wird. Die Umgebung 66 ist vorzugsweise ein Raum, eine Halle, ein Gebäude oder ein Teil hiervon oder eine andere interne Umgebung. Der Luftstromsensor 52 stellt vorzugsweise einen Luftstromparameter zur Verfügung über den Leiter 58 zum Luftstromeingang 56. Der Luftstromparameter repräsentiert die Menge an Luftstrom 64, die durch den Dämpfer 68 einer Umgebung 66 zur Verfügung gestellt wird.
Der Regler 20 stellt ein Aktuatorausgangssignal dem Aktuator 72 zur Verfügung von einem Aktuatorausgang 74 über einen Leiter 76. Der Regler 20 empfängt ein Temperatursignal von einem Temperatursensor 50 über einen Leiter 60 bei einem Temperatureingang 54. Der Temperatursensor 50 ist im allgemeinen ein Widerstandssensor, der sich in einer Umgebung 66 befindet.
Der Luftstromsensor 52 ist vorzugsweise ein Differentialdruck (ΔP)-Sensor, der einen ΔP-Faktor bereitstellt, welcher in Bezug steht zum Luftstrom (Volu men/Zeiteinheit, nachfolgend als CFM-Luftstrom) bezeichnet. Der CFM-Luftstrom kann durch die nachfolgende Gleichung berechnet werden:
dabei ist ΔP der Differentialdruck von dem Lufstromsensor 52;
die Behälterfläche ist die Einlaß-Versorgungsquerschnittsfläche in Quadratfuß (metrisch entsprechend Meter) und
K ein CFM-Multiplikator, der die aufgenommene Verstärkung des Luftstromes repräsentiert.
Der Wert K und der Wert der Behälterfläche werden in einem (nicht dargestellten) Speicher innerhalb des Reglers 20 abgespeichert, wenn der Regler 20 initialisiert oder mit einem VAV-Behälter 38 verkoppelt wird. Der Wert der Behälterfläche liegt allgemein im Bereich von 0,0074 bis 0,2919 m² (0,08 bis 3,142 Quadratfuß) und der Wert von K liegt im allgemeinen zwischen 0,58 und 13,08. Der Wert der Behälterfläche und von K können vorteilhafterweise zugeführt werden von dem Regler 20 zur Arbeitsstation 12 derart, dass das Bedienungspersonal diese Werte nicht auf eine andere Weise ermitteln muss von einem Papierblatt und aus Akten. Der Luftstromsensor 56 ist vorzugsweise ein Drucksensor auf Membranbasis.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird der Betrieb des Klimaregelsystems 10 wie folgt beschrieben. Die Regler 20 und 24 sind so konfiguriert, dass sie den Aktuator 72 entsprechend positionieren in Übereinstimmung mit einem zyklisch ausgeführten Regelalgorithmus. Entsprechend dem Algorithmus empfängt der Regler 20 das Luftstromsignal am Eingang 56, das Temperatursignal am Eingang 54 und (zutreffendenfalls) Daten von dem Bus 32 und dem Anschluss 34 bei jedem Zyklus vorzugsweise alle 1,5 s oder alternativ 1,0 s in Abhängigkeit von dem Regelalgorithmus. Der Regler 20 stellt das Aktuatorausgangssignal an dem Aktuatorausgang 74 für jeden Zyklus bereit, um den Dämpfer 68 akkurat zu positionieren, so dass die Umgebung 66 entsprechend geregelt wird (erwärmt, abgekühlt oder in einer anderen Art und Weise konditioniert). Somit spricht der Regler 20 zyklisch auf das Luftstromsignal und das Temperatursignal an und stellt zyklisch das Aktuatorausgangssignal bereit, um die interne Umgebung 66 entsprechend zu regeln.
Vorzugsweise sind die Aktuatorausgangssignale Impulsbreitensignale, die den Aktuator 72 veranlassen sich nach vorn zu bewegen, zurückzubewegen oder in der gleichen Position zu verbleiben und der Regler 20 folgt der Position des Aktuators 72, während dieser sich bewegt. Alternativ kann der Aktuator 72 eine Rückkopplung bereitstellen, die indikativ ist für seine Position, oder das Aktuatorsignal kann die spezielle Position anzeigen, zu welcher der Aktuator 72 hin bewegt werden soll.
Die 3 ist ein detaillierteres Blockdiagramm des Reglers 20 gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Regler 20 umfasst einen Prozessor 100, der an den Aktuatorausgang 74 angekoppelt ist, einen Temperatureingang 54, einen Luftstromeingang 56 sowie einen Kommunikationsanschluss 34. Der Prozessor 100 ist vorzugsweise ein 8OC652-Prozessor und der Kommunikationsanschluss 34 ist an ein verdrehtes Paar von Leitern angekoppelt mit einem Kommunikationsbus 32 (1).
Der Regler 20 umfasst auch einen Speicher 102. Der Speicher 102 kann irgendeine Speichereinrichtung sein einschließlich jedoch nicht beschränkt auf ein Disk-Laufwerk (hard oder floppy) ein RAM, ein EPROM, ein EEPROM, Flashspeicher, statisches RAM oder irgendeine andere Einrichtung zum Abspeichern von Informationen. Vorzugsweise umfasst der Speicher 102 ein RAM und ein EEPROM zum Abspeichern der Luftstromregelalgorithmusdaten. Der Speicher 102 ist an dem Prozessor angekoppelt über einen internen Bus 106.
Beim Betrieb sammelt der Prozessor 100 zyklisch Signale am Temperatureingang 56, am Aktuatorausgang 74 und am Luftstromeingang 56 und führt die mathematischen Berechnungen an diesen Signalen aus. Die mathematischen Berechnungen erzeugen Parameterwerte, die repräsentativ sind für die Signale an den Eingängen 54 und 56 und am Ausgang 74.
Unter Bezugnahme auf 4 wird der Betrieb des Systems 10 in einer dynamischen Umgebung 137 repräsentiert in einem Strömungsregeldiagramm. Der Regler 20 ist derart programmiert, dass er als Strömungsreglerschaltung 125 arbeitet, welche ein Aktuatorausgangssignal u(t) erzeugt, um den Dämpfer 68 zu positionieren (2). Die Schaltung 125 schließt einen Anti-Alialisierungsfilter 128, einen Probennehmer 130, eine Reglerfehlerschaltung 132, eine Reglerausgangsschaltung 134 sowie einen Zeitgeber 136 ein.
Der Strömungssensor 52 (2) erzeugt ein kontinuierliches Zeitmesssignal z(t). Ein Strömungssignal f(t) ist repräsentativ für die Menge des Luftstromes zu der Umgebung 137 und wird typischerweise bestätigt durch Geräusch, welches repräsentiert wird durch n(t). Die Kombination der Messung des Geräuschsignals n(t) und des Strömungssignals f(t) wird repräsentiert durch das kontinuierliche Zeitmesssignal z(t), welches von dem Sensor 52 bereitgestellt wird.
Ein analoges Niedrigpass-Antialialisierungsfilter 128 empfängt und filtert das kontinuierliche Zeitmesssignal z(t), so dass Geräusch bei Frequenzen höher als die Nyquist-Frequenz des Abtasters 130 verworfen wird. Der Abtaster 130 empfängt das gefilterte kontinuierliche Zeitmesssignal z(t) und stellt das gefilterte Signal z(t) der Regelfehlerschaltung 132 als diskretes Luftstromsignal z(k) zur Verfügung, welches das gemessene Luftstromsignal vom Strömungssensor 52 repräsentiert in dem Augenblick kth. Die Reglerfehlerschaltung 132 empfängt das diskrete Luftstromsignal z(k) von dem Abtaster 130 und berechnet ein Regelfehlersignal e_c(k) basierend auf dem zuvor gespeicherten Strömungssollwertsignal f_sp(k), dem diskreten Luftstromsignal z(k) und einer Todzonen-Nichtlinearität.
Die Reglerausgangsschaltung 134 empfängt das Regelfehlersignal e_c(k) von der Reglerfehlerschaltung 132 und berechnet ein Impulssignal τ_d(k) für den Zeitgeber 136 basierend auf einer angestrebten Impulsbreite τ(k), einer minimalen Impulsbreite τ_min, einer maximalen Impulsbreite τ_max, einer Verlustrate ζ, einer Systemverstärkung g_max und dem Regelfehlersignal e_c(k). Das Impulsbreitensignal τ(k) repräsentiert die Änderung der Position für den Aktuator 72. Der Zeitgeber 136 empfängt das Impulsbreitensignal τ(k) und gibt ein Aktuatorausgangssignal u(t) für den Aktuator 72 ab (2). Der Aktuator 72 empfängt das Aktuatoraus gangssignal u(t) von dem Aktuatorausgang 74 über die Leitung 76 und justiert die Position des Dämpfers 68 derart, dass die Umgebung 66 entsprechend geregelt wird.
Der Betrieb der Strömungsregelschaltung 125 wird wie folgt in größerem Detail diskutiert. Der Abtaster 130 konvertiert das kontinuierliche Zeitmesssignal z(t) zu einem diskreten Luftstromsignal z(k). Die Regelsteuerschaltung 132 empfängt das diskrete Luftstromsignal z(k) und berechnet das Regelfehlersignal e_c(k). Die Reglerfehlerschaltung 132 umfasst eine Todzonenschaltung 138, eine Regelfehlersignalschaltung 142 sowie einen Summierer 144. Der Summierer 144 berechnet das Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k) basierend auf der Differenz zwischen dem diskreten Luftströmungssignal z(k) und dem Strömungssollwertsignal f_sp(k). Das Strömungssollwertsignal f_sp(k) steht in Beziehung zu der Position, zu welcher sich der Aktuator 72 hinbewegt haben sollte (die angestrebte Luftströmungsrate) in dem vorangehenden Zyklus, und kann durch die Bedienungsperson eingegeben werden oder berechnet werden durch den Regelalgorithmus oder eine andere Hardware- oder Software-Komponente im System 10. Das Strömungssollwertsignal f_sp(k) wird berechnet in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Strom oder anderen Systemparametern. Im besonderen wird das Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k) berechnet durch den Summierer 144 in der folgenden Weise: esp(k) = fsp(k) – z(k) (2)
Die Todzonenschaltung 138 empfängt ebenfalls ein Luftströmungssignal z(k) und berechnet die Todzone der Nichtlinearität.
Die Todzone der Nichtlinearität ist abhängig von dem Ausmaß, der Varianz und der Standardabweichung des Geräusches im diskreten Luftstromsignal z(k). Sie wird adaptiv berechnet und adaptiv in Beziehung gesetzt zu dem Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k) insoweit als der Speicher 102 die Todzone der Nichtlinearität speichert, die berechnet wurde in dem vorangehenden Zyklus der Strömungsregelschaltung 125. Die Todzone der Nichtlinearität hängt ab von der ausgewählten Systemrückkopplungsverstärkung g_max und der ausgewählten Abklingungsrate ζ für die Schaltung 134.
Die Regelfehlersignalschaltung 142 empfängt das Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k) von dem Summierer 144, die Todzone der Nichtlinearität von der Todzonenschaltung 138 und berechnet das Regelfehlersignal e_c(k) durch das Anlegen der Todzone der Nichtlinearität an das Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k), um das Messgeräusch zu verwerfen. Dementsprechend handelt es sich bei dem Reglerfehlersignal e_c(k) nicht notwendigerweise um den Sollwertfehler. Es ist der Wert, der berechnet wurde durch die Reglerfehlersignalschaltung 142, nachdem das Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k) bearbeitet wurde, um das Geräusch zu eliminieren. Somit kann die Bedienungsperson die Leistungsfähigkeit der Strömungsreglerschaltung 125 einstellen durch die Auswahl eines Parameters, der den Kompromiss zwischen der Folgefähigkeit und der Geräuschverwerfung beeinflusst.
Die Reglerausgangsschaltung 134 empfängt das Reglerfehlersignal e_c(k) von der Reglerfehlersignalschaltung 142 und erzeugt ein neues Impulsbreitensignal τ(k), welches repräsentativ ist für den angestrebten Luftstrom oder die angestrebte Position des Aktuators 72. Die Reglerausgangsschaltung 134 umfasst eine angestrebte Impulsbreitenschaltung 150 sowie eine Impulsbreitenmodulationslogikschaltung 152. Die Impulsbreitenschaltung 150 empfängt das Reglerfehlersignal e_c(k) und berechnet eingangs die angestrebte Impulsbreite τ_d(k) basierend auf der nachfolgenden Gleichung:
wobei g_max die maximale Systemverstärkung repräsentiert.
Der Diskretzeitindikator ist nur stabil, wenn die Systemrückkopplungsverstärkung größer als 0 ist und geringer als in etwa der zweifache Kehrwert der Verstärkung der Strömungsreglerschaltung 125. Dementsprechend wird der bevorzugte Stabilitätsbereich für die Gleichung (5) wie folgt berechnet:
wobei K die proportionale Verstärkung des Reglers 20 ist. Um zu garantieren, dass die Strömungsreglerschaltung 125 unter allen Betriebsbedingungen stabil ist, wird die Systemrückkopplungsverstärkung g_max, die in Gleichung (6) eingesetzt wird, abgeleitet von der schlechtesten (maximalen) Verstärkung des Zeitvariationsintegrator. Vorzugsweise wird die folgende Abschätzung der schlechtesten Systemverstärkung g_max in Gleichung (5) eingesetzt.
Der Faktor 5 trägt den Einflüssen der Position des Aktuators 72 und dem Druckverhältnis auf die Verstärkung Rechnung. Der Begriff f_rated ist die Strömungsrate bei einem statischen Nominaldruck (z. B. 1'' Wasser), wenn der Dämpfer 68 vollständig offen ist. Der Faktor √3 trägt der Tatsache Rechnung, dass der statische Druck, der in der Praxis angetroffen wird, größer sein kann als der statische Nominaldruck mal einem Faktor von 3. Der Begriff T bezeichnet die Taktzeit des Aktuators 72. Typischerweise liegt g_max im Bereich von 5,77 bis 1371 CFM/s.
Die Impulsbreitenmodulationsschaltung 134 empfängt das gewünschte Impulsbreitensignal τ_d(k) und gibt das Impulssignal τ(k) an den Zeitgeber 136 ab, basierend auf der folgenden Beziehung:
dabei ist τ_min die minimale Impulsbreite, τ_max die maximale Impulsbreite und ζ die Abklingungsrate unter schlechtesten Zuständen.
Dementsprechend stellt die Impulsbreitenmodulationsschaltung 134 dem Zeitgeber 136 eine maximale Impulsbreite τ_max zur Verfügung, wenn das Reglerfehlersignal e_c(k) groß ist, die minimale Impulsbreite τ_min, wenn das Reglerfehlersignal e_c(k) klein ist, 0, wenn das Reglerfehlersignal e_c(k) sehr klein ist und die gewünschte Impulsbreite τ_d(k), wenn die gewünschte Impulsbreite τ_d(k) größer ist als die minimale Impulsbreite τ_min und geringer oder gleich ist der maximalen Impulsbreite τ_max. Unter Bezugnahme auf 5 und die Gleichung (6) treibt das Impulsbreitensignal τ(k) den Aktuator 72 zum größten Zeitausmaß, wenn das Reglerfehlersignal e_c(k) sehr groß ist wie, dies repräsentiert wird durch einen τ_max-Punkt 154 (5). Wenn das Reglerfehlersignal e_c(k) klein ist (z. B. τ_min < τ_d(K)I ± τ_max), wird der Aktuator 72 im entsprechenden Zeitausmaß getrieben (z. B. τ(k) = τ_d(k)), wie dies repräsentiert wird durch linearen Teil der Kurve zwischen dem τ_max-Punkt 154 und einem τ_min-Punkt 156. Der Aktuator 72 wird mit einem minimalen Zeitausmaß getrieben, wenn das Reglerfehlersignal e_c(k) kleiner ist als dies repräsentiert wird durch den τ_min-Punkt 156.
Wie zuvor in Verbindung mit dem Reglerfehlersignal 132 beschrieben wurde, ist eine impulsbreitenmodulierte Einrichtung mit einer hochverstärkten Rückkopplung wie etwa ein Konstantratenaktuator 72 empfänglich für Messgeräusch, welches resultiert in einem Anstieg des Durchschnittszyklus des Aktuators 72. Dementsprechend benötigt der Regler 20 eine Fähigkeit, Messgeräusch zu verwerfen.
Während eines jeden Betriebszyklus der Strömungsreglerschaltung 125 wird die Todzone der Nichtlinearität an das Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k) angelegt, um das Messgeräusch zu verwerfen, und führt zum Reglerfehlersignal e_c(k). Die Todzone der Nichtlinearität hängt ab von der Größe des Messgeräusches und der akzeptierbaren Wahrscheinlichkeit, dass der Regler 20 ein Impulsbreitenschaltsignal u(t) abgibt, welches das Strömungssignal f(t) von dem Strömungssollwertsignal f_sp(k) wegführt, wenn das Strömungssignal f(t) genau dem Strömungssollwertsignal f_sp(k) gleich ist. Diese Wahrscheinlichkeit wird repräsentiert durch p. Die Todzone der Nichtlinearität hängt auch ab von der Systemrückkopplungsverstärkung g_max und der Abschwingungsrate ζ in den Gleichungen (5) und (8).
Unter Bezugnahme auf 6 besitzen das Impulssignal τ(k) und die Todzone der Nichtlinearität einen direkten Einfluss auf das Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k). Das minimale Sollwertfolgefehlersignal e_sp(k) bewirkt, dass ein Impuls abgegeben wird durch die Reglerausgangsschaltung 134 und hängt ab von der Todzone der Nichtlinearität, der Systemverstärkung g_max und der Abschwingungsrate ζ. Nimmt man an, dass das Messgeräusch normal verteilt ist und es liegt ein akzeptabler Wert für p vor, berechnet die Todzonenschaltung 138 vorzugsweise die Todzone der Nichtlinearität wie folgt:
wobei
dabei ist Z_p/2 der obere p/2-Prozentsatzpunkt der Standardnormalverteilung, R(k) die Varianz des Messgeräusches und et die minimale Größe des Reglerfehlers derart, dass ein Impuls abgegeben wird. Der Parameter p ist bevorzugt jede Zahl zwischen 0 und 1 und kann spezifiziert werden durch den Benutzer, um einen Kompromiss zu erzielen zwischen Sollwertverfolgung und Arbeitszyklus. Für die Meistanwendungen, bei welchen die Strömungs- und Zonentemperaturregelung involviert ist, ist p (z. B. vorzugsweise 0,01). Es gibt jedoch manche Anwendungen, wie etwa ein Zonenbalancieren, bei welchem der Benutzer p groß macht (z. B. 0,2 bis 0,3), so dass ein rapides Ansprechen mit minimalem Einschwingungsfehler erreicht wird.
Im allgemeinen ändert sich die Varianz des Messgeräusches über die Zeit, so dass sie abgeschätzt wird, während der Regler 20 arbeitet. Die folgende Gleichung schätzt die Varianz des Messgeräusches ab:
wobei w den Filterfaktor repräsentiert, der wie folgt berechnet wird:
dabei ist T die Taktzeit des Aktuators 72 und t_s das Abtastintervall. Der Taktgeber 136 empfängt das Impulssignal τ(k) von der Impulsbreitenmodulationslogikschaltung 152 und gibt das Aktuatorausgangssignal u(t) an den Aktuator 72 ab von dem Aktuatorausgang 74 über den Leiter 76, wodurch die Position des Dämpfers 68 eingestellt wird derart, dass die Umgebung 66 entsprechend geregelt wird. Ein Impulsbreitenschaltsignal von 1,0 oder –1 repräsentiert eine Positivbewegung, keine Bewegung bzw. eine negative Bewegung des Aktuators 72 und wird abgegeben durch den Taktgeber 136 während jedes Betriebszyklus der Strömungsregelschaltung 125. Wie in 4 dargestellt, beginnt dieser zyklische Betrieb des auf Software basierenden Regelalgorithmus, der in der Strömungsregelschaltung 125 eingesetzt wird, dann wieder durch den Luftströmungssensor 52 mit der Erzeugung des kontinuierlichen Zeitmesssignals z(t) basierend auf dem Strömungssignal f(t) und dem Messgeräuschsignal n(t).
Vorzugsweise wird der Regler 20 konfiguriert durch die reglerausgeführte Software. Beispielhaft wird die reglerausgeführte Software in den 7A–B dargestellt und konfiguriert den Regler 20 für die Betriebsweisen, die in Bezugnahme auf die 4–7 diskutiert wurden. Die Software zeigt die grundlegenden Datensammelbetriebe und Signalberechnungen für den Regler 20. Alternativ kann eine Hardwaregeregelte Schaltung oder eine andere Software zum Einsatz kommen, um die Todzone der Nichtlinearität, das Strömungssollwertsignal f_sp(k) und das Aktuatorausgangssignal u(t) für den Aktuator 72 und den Regler 20 zu berechnen.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wurde der Algorithmus, der durch den Regler 20 ausgeführt wird, verbessert, um das Klimaregelsystem 10 zu unterstützen. Diese Verbesserungen werden in den 8 bis 10 repräsentiert, welche die Komponenten der Strömungsreglerschaltung 125' beschreiben. Diese Verbesserungen des Algorithmus schließen das Reduzieren der Anzahl von Variablen ein, die manuell eingestellt werden müssen, und ersetzt diese manuell eingestellten Variablen durch eine Reihe von Funktionen, die zyklisch durchgeführt werden, durch den Algorithmus zur automatischen Auswahl und Aktualisierung dieser Variablen. Diese Verbesserung gestattet es dem Algorithmus, den Regler 20 zurück- und vorzuschalten zwischen einem Modus, der den Strömungsregler sehr rasch in Abhängigkeit von dem Sollwert-Punkten ändert, und einem zweiten Modus, bei welchem der Strömungsregler langsamer eingestellt wird. Der verbesserte Algorithmus stellt auch ein Strömungsreglersystem zur Verfügung mit robusteren Geräuschverwurfsfähigkeiten, wodurch weiterhin die Regelung und der Betrieb des Strömungsreglers 20 unterstützt wird. Schließlich wurde der Algorithmus überarbeitet, um eine bessere und genauere Sollwertverfolgung bereitzustellen, während der Lastzyklus oder die Last, die auf dem Aktuator 72 ruht verringert wird. Der Lastzyklus bezieht sich auf die Bewegung, die durch den Aktuator erforderlich ist, welcher Schrittmotoren, Synchronmotoren oder Solenoide einschließen kann, um einen Dämpfer zu bewegen. Diese Verbesserung dient der Erhöhung der Lebensdauer des Aktuators 72, indem das Ausmaß unerwünschter Bewegung durch den Aktuator reduziert wird in Abhängigkeit von den Änderungen, die verursacht werden durch ein Geräusch im Gegensatz zu der notwendigen Bewegung des Aktuators, um die Strömungsregelung einzustellen. Dementsprechend leuchtet es dem Sachverständigen auf diesem Gebiet ein, dass Vorteile bereitgestellt werden durch die Verbesserungen an dem Strömungsregleralgorithmus der alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie weiter oben diskutiert wurde, implementierte der vorangehende Algorithmus eine mit der Zeit variierende Todzone der Nichtlinearität, welche eine Funktion der Varianz des Messgeräusches ist.
Der frühere Algorithmus stellt eine ausgezeichnete Sollwertverfolgung bereit wie auch ein Störungsverwerfen für Situationen, in welchen ein hoher Aktuatorarbeitszyklus akzeptierbar ist durch die Auswahl höherer Werte für p (p = 0,1–0,5). Darüber hinaus kann eine akzeptierbare Sollwertverfolgungsleistungsfähigkeit und ein Störverwerfen erzielt werden bei einem extrem niedrigen Aktuatorarbeitszyklus, indem signifikant niedrigere Werte für p (p = 0,01) ausgewählt werden. Der frühere Algorithmus verlässt sich ebenfalls auf eine von Hand eingestellte Proportionalitätskonstante, die sich nicht mit der Zeit ändert oder sich ändert in Abhängigkeit von dem Umschalten zwischen verschiedenen Betriebsmodi. Somit stellte der frühere Algorithmus einen Kompromiss dar zwischen der Sollwertverfolgung und dem aktuellen Arbeitszyklus.
Es existieren jedoch Situationen, in welchen eine höhere Sollwertverfolgungsleistungsfähigkeit und ein Störverwerfen erstrebenswert ist zusammen mit einem niedrigen Aktuatorarbeitszyklus. Es ist auch erstrebenswert, ein Klimaregelsystem 10 bereitzustellen, welches in der Lage ist umzuschalten zwischen verschiedenen Betriebsmodi zum Einstellen der Sollwertverfolgungsleistungsfähigkeit. Dementsprechend ist ein Ziel der alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Sollwertverfolgungs- und Störverwerfungsleistungsfähigkeit zu optimieren zusammen mit der Aktuatorarbeitszyklusleistungsfähigkeit anstatt einen Kompromiss zwischen den beiden bereitzustellen. Dies wird erreicht, indem man automatisch die Proportionalitätskonstante ändert und einstellt innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von Werten. Ein solcher optimierter Algorithmus stellt ein signifikant effizienteres Regelsystem zur Verfügung, während auch die Betriebserfordernisse reduziert werden, die auf dem Strömungsregelaktuator 72 lasten.
Die zuvor bevorzugte Ausführungsform macht es erforderlich, dass die Proportionalitätskonstante manuell eingestellt wird als Funktion der Wahrscheinlichkeit p, dass der Regler 20 ein Impulsbreitenschaltsignal u(t) abgibt, welches das Strömungssignal f(t) wegführt von dem Strömungssollwertsignal f_sp(k), wenn das Strömungssignal f(t) genau dem Strömungssollwertsignal f_sp(k) gleich ist. Wie zuvor ausgeführt wurde, ist die Proportionalitätskonstante Z_p/2 der p/2- Prozentsatzpunkt der Standardnormalverteilung. Wie zuvor diskutiert wurde, liegt der bevorzugte feste Wert für Z_p/2 bei 2,58.
Gemäß der alternativen bevorzugten Ausführungsform wurde ein Verfahren zur automatischen Berechnung und Änderung der Proportionalitätskonstanten entwickelt. Bei dieser Ausführungsform wird die Proportionalitätskonstante repräsentiert durch C(k). Dieses Verfahren involviert die Einstellung, dass die Proportionalitätskonstante C(k) gleich 0 ist nach einer substantiellen Änderung des Strömungssollwertsignals f_sp(k), worauf dann die Proportionalitätskonstante C(k) zurückgeführt wird auf eine herkömmliche Einstellung unter Einsatz einer Exponentialfunktion, nachdem das Strömungsratensignal f(t) das Strömungssollwertsignal f_sp(k) überholt hat.
Das Ergebnis dieses Verfahrens liegt darin, dass der Regler 20 zurück- und vorgeschaltet werden kann zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus. Vorzugsweise werden der erste und der zweite Betriebsmodus definiert durch einen konservativen Modus bzw. einen aggressiven Modus. Im einzelnen stellt der Algorithmus eine Funktion bereit, die augenblicklich zu schalten vermag von dem ersten Modus zum zweiten Modus, um aggressiv und akkurater die Sollwertverfolgung zu regeln. Wenn die Logik innerhalb des Algorithmus eine substantielle Änderung des Strömungssollwertsignals f_sp(k) erfasst, wird die Proportionalitätskonstante C(k) auf Null gestellt, wodurch augenblicklich von dem ersten Modus oder dem Fehlermodus in den zweiten Modus umgeschaltet wird. Wenn die Algorithmuslogik erfasst, dass das Strömungsratensignal f(t) das Strömungssollwertsignal f_sp(k) überholt hat, wird die Proportionalitätskonstante C(k) exponentiell erhöht von Null auf einen maximalen Wert, vorzugsweise 2,58, wenn p = 0,01 ist, wodurch allmählich, obwohl exponentiell über die Zeit der Regler 20 umschaltet, von dem zweiten (aggressiven) Betriebsmodus zurück in den ersten (konservativen) Betriebsmodus. Der Algorithmus verbleibt dann in dem ersten (konservativen) Betriebsmodus bis eine substantielle Änderung in dem Strömungssollwertsignal f_sp(k) erfasst wird. Diese exponentielle Änderung der Proportionalitätskonstanten C(k) ist in 10 dargestellt, wobei die Achse 220 den proportionalitätskonstanten Bereich repräsentiert und die Achse 222 die bestimmte Zeit repräsentiert. Die 10 erläutert darüber hinaus beispielhafte Bereiche der graphischen Darstellung, welche den ersten Betriebsmodus 224 und den zweiten Betriebsmodus 226 repräsentiert. Der Algorithmus und die Funktionen, die mit der Einstellung der Proportionalitätskonstanten C(k) assoziiert sind zum Implementieren der automatischen Modusumschaltung werden im größerem Detail nachfolgend diskutiert. Die Vorteile, die durch diese Verbesserung an dem Algorithmus bereitgestellt werden, sind eine schnellere Regleransprechzeit, geringere Aktuatorbewegung, weniger Aktuatorein- und -ausschalten sowie eine Vereinfachung der Benutzerschnittstelle. Diese Vereinfachung wird erzielt, da die Proportionalitätskonstante C(k) nicht manuell eingestellt werden muss, innerhalb des Algorithmus.
Der Aufbau eines Regleralgorithmus sollte das Verhalten des Systems und die angestrebten Leistungsfähigkeitsziele in Betracht ziehen. Beim normalen Betrieb sind die wichtigsten Reglerleistungsfähigkeitsmaßnahmen ein gutes Störungsverwerfen und eine hohe Verlässlichkeit. Während der Inbetriebnahme und manueller Fehlersuche ist jedoch ein rasches Ansprechen auf Sollwertänderungen die wichtigste Reglerleistungsfähigkeitsmaßnahme. Es wurde bereits dargestellt, dass das Strömungssystem moduliert werden kann als reines Integrationssystem. Als solches wird ein Nurproportionalitätsregler empfohlen für reine Integrationssysteme. Der Regleralgorithmus, der nachfolgend beschrieben wird und mit der alternativen bevorzugten Ausführungsform assoziiert wird, ist ein reiner Proportionalitätsregler, der abgestimmt wird, um eine Todzonenreglung bereitzustellen, wenn die Systemverstärkung am größten ist.
Es soll nun auf 8 Bezug genommen werden, die ein modifiziertes Blockdiagramm zeigt, welches die Reglerschaltung 125' illustriert zum Implementieren dieser alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser alternativen Ausführungsform wurde die Reglerschaltung 125' modifiziert, um eine zusätzliche Funktion einzuschließen, die repräsentiert wird durch die Proportionalitätskonstantenschaltung 200, die ein Teil der modifizierten Reglerfehlerschaltung 132' ist und verantwortlich ist für die zyklische Berechnung der Proportionalitätskonstanten C(k). Es ist jedoch herauszustellen, dass während die Proportionalitätskonstantenschaltung 200 eine zusätzliche Funktionalität für die Reglerschaltung 125' bereitstellt, die Todzonenschaltung 138 und die Reglerfehlersignal schaltung 142 der Reglerschaltung 125' im wesentlichen in der gleichen Art und Weise arbeiten wie dies weiter oben beschrieben wurde. Somit wird bei dieser alternativen Ausführungsform der Regler 20 programmiert, so dass er als Strömungsreglerschaltung 125' arbeitet, welche ein Aktuatorausgangssignal u(t) erzeugt, um den Dämpfer 68 zu positionieren (2). Dementsprechend ist herauszustellen, dass die Reglerschaltung 125' auch ein Anti-Alialisierungsfilter 128, einen Abtaster 130, eine Reglerausgangsschaltung 134 sowie einen Taktgeber 136 einschließt, welche im wesentlichen in der gleichen Art und Weise arbeiten, wie die Komponenten der Reglerschaltung 125, die weiter oben beschrieben wurde (unter Bezugnahme auf 4).
Unter weiterer Bezugnahme auf 8 wird das kontinuierliche Zeitmesssignal z(t) zunächst gefiltert durch ein Analogniedrigpassfilter 128, so dass ein Geräusch bei Frequenzen, die höher sind als die Nyquist-Frequenz des Abtasters verworfen wird. Der Abtaster 130 empfängt das gefilterte kontinuierliche Zeitmesssignal z(t) und stellt das gefilterte Signal z(t) der Reglerfehlerschaltung 132' zur Verfügung als ein bestimmtes Zeitluftströmungssignal z(k), welches das gemessene Luftströmungssignal von dem Strömungssensor 52 repräsentiert an dem kth-Augenblick. Der Reglerfehlerschaltkreis 132' empfängt das diskrete Luftströmungssignal z(k) von dem Abtaster 130 und berechnet ein Reglerfehlersignal e_c(k), basierend auf einen zuvor abgespeicherten Strömungssollwertsignal f_sp(h), dem diskreten Luftstromsignal z(k) und einer Todzone der Nichtlinearität.
Als Ausgang des Abtasters 130 wird das diskrete Zeitluftströmungssignal z(k) verglichen mit dem Strömungssollwertsignal f_sp(k) durch den Summierer 144, um das Sollwertfehlersignal e_sp(k) zu erzeugen. Die Proportionalitätskonstante C(k), die den Betriebsmodus des Reglers 20 regelt, wird berechnet während eines jeden Zyklus als Funktion des Strömungssollwertsignals f_sp(k) und des diskreten Zeitluftströmungssignals z(k) durch die Proportionalitätskonstantenschaltung 200. Die Proportionalitätskonstante C(k), die durch die Proportionalitätskonstantenschaltung 200 erzeugt wurde, wird dann eingesetzt durch die Todzonenschaltung 138, um die Todzone der Nichtlinearität zu berechnen, wie dies zuvor beschrieben wurde. Dementsprechend ist die Proportionalitätskonstantenschaltung 200 primär verantwortlich für das Implementieren der Modusschaltlogik, die mit der alternati ven Ausführungsform der vorliegenden Erfindung assoziiert ist. Die Logik und die Funktionen, die durch die Proportionalitätskonstantenschaltung 200 ausgeführt werden, werden im größeren Detail nachfolgend beschrieben.
Der Reglerfehler e_c(k) wird berechnet von dem Sollwertfehler e_sp(k), indem man den Sollwertfehler e_sp(k) durch die Todzone der Nichtlinearität, die durch den Block 138 erzeugt wurde, hindurchführt. Wie zuvor beschrieben wurde, wird diese Berechnung durchgeführt durch die Reglerfehlersignalschaltung 142. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird die Größenordnung der Todzone bestimmt aus einer Abschätzung des absoluten Wertes des Geräusches und der Logik innerhalb des Algorithmus, um eine größere Sollwertänderung zu erfassen. Diese angestrebte Impulsbreite τ_d(k) wird berechnet basierend auf dem Regelfehler durch die Impulsbreitenschaltung 150. Die aktuelle Impulsbreite τ(k) wird berechnet, indem man die angestrebte Impulsbreite τ_d(k) durch die Impulsbreitenmodulationslogikschaltung 152 hindurchführt. Schließlich wird der Aktuator 72 gedreht, indem man den Impulsbreitenbefehl τ(k) zu einem Taktgeber 136 sendet, welcher den Aktuator 72 betätigt (2).
Vor dem Ausführen der Modusschaltlogik und der Berechnung der Proportionalitätskonstanten C(k) muss die Standardabweichung σ(k) des Geräusches berechnet werden. Diese Funktion wird auch vorzugsweise durchgeführt durch die Proportionalitätskonstantenschaltung 200. Wie auch weiter oben ausgeführt wurde, kam in der vorherigen bevorzugten Ausführungsform ein heuristisches Verfahren zur Abschätzung der Varianz des Messgeräusches zum Einsatz (Gleichung (9)). Wie sich aus einem kurzen Rückblick auf die Gleichung (9) ergibt, die einen Teil des früheren Algorithmus bildet, wurde die Standardabweichung bestimmt von der Quadratwurzel eines exponentiell gewichteten Durchschnittes des Quadrates einer Geräuschvariablen. Als eine Verbesserung des Aufbaues des Algorithmus, der mit der alternativen bevorzugten Ausführungsform assoziiert ist, kann jedoch die Standardabweichung abgeschätzt werden direkt aus einem exponentiell gewichteten Durchschnitt des Absolutwertes der gleichen Geräuschvariablen. Der Vorteil dieser Verbesserung liegt in einem geringeren Rechneraufwand und dieses Verfahren stellt eine Robustheit gegenüber äußeren Merkmalen bereit, die in dem Geräuschsignal vorhanden sein können. Der Absolutwert des Geräusches wird berechnet, indem man das Strömungssignal f(t) zunächst durch ein Hochpassfilter führt und dann durch eine Größenordnungs-Nichtlinearität und schließlich durch ein Niedrigpassfilter. Der Hochpassfilter wird wie folgt ausgewählt:
Dieser Filter wird eingesetzt, da die Strömungsrate nahezu linear ansteigt nach einer großen Sollwertänderung, wenn immer t_s << T und dieser Filter hebt ein solches Ansteigen auf. Die Quadratwurzel von 6 führt die Standardabweichung von e_n zur Gleichheit mit der Standardabweichung des Geräusches, wenn das Geräusch keine Abhängigkeit besitzt. Die Standardabweichung des Geräusches wird dann wie folgt abgeschätzt: σ(k) = (1 – w)σ(k – 1) + 1.25w|en(k)| (12)
Der Faktor von 1,25 macht den erwarteten Wert von σ gleich der Standardabweichung von e_n, wenn e_n normal verteilt ist. Der Parameter w ist eine Filtergewichtung, bei welcher es sich um die spezielle Leistungsfähigkeit des individuellen Systems handelt. Die nachfolgende Auswahl macht die Geräuschabschätzung schneller, wenn der Aktuator schneller ist:
wobei t_s die Abtastperiode und T die Taktzeit des Aktuators ist. Dementsprechend wird dieser Wert von σ(k), der das Geräusch innerhalb des gemessenen Strömungssignals f(t) abschätzt, eingesetzt, um die Größenordnung der Todzone der Nichtlinearität zu berechnen, was in größerem Detail nachfolgend diskutiert wird.
Strömungsmessungen, insbesondere Luftströmungsmessungen unterliegen einem hohen Geräuschniveau wegen der Turbulenz. Dementsprechend sollte der Regler 20 Fähigkeiten besitzen, um diese Geräusch zu verwerfen. Ein bevorzugtes Verfahren zum Verwurf von Geräuschen ist der Einsatz einer Todzone der Nichtlinearität innerhalb des Regelalgorithmus. Die Logik für die Todzone der Nichtlinearität ist wie folgt:
wobei Δ die Größenordnung der Todzone der Nichtlinearität ist. Die Auswahl der Todzonengrößenordnung sollte abhängen von dem Absolutwert des Messgeräusches (wie oben berechnet) und der akzeptierbaren Wahrscheinlichkeit p, dass der Regler 20 einen Impuls u(t) abgibt, welcher das Strömungsratensignal f(t) von dem Strömungssollwertsignal f_sp(k) wegführt, wenn die Strömungsrate f(t) genau gleich dem Strömungssollwertsignal f_sp(k) ist.
Die Größenordnung der Todzone Δ sollte ebenfalls moduliert werden nach einer großen Sollwertänderung, so dass sie das Ansprechen nicht behindert, wenn der Regler manuell betätigt wird. Dies wird erreicht, indem man zwischen zwei Regelmodi umschaltet, nämlich vorzugsweise zwischen einem konservativen Modus und einem aggressiven Modus. Der Modus der Schaltlogik entscheidet, dass, wenn eine große Strömungssollwertänderung f_sp(k) vorliegt und wenn diese Änderung zu einem großen Fehler führt, die Größenordnung der Todzone Null ist. Dieser Zustand (Δ = 0) definiert die Umschaltung von dem konservativen Modus zu einem aggressiven Modus. Dieser Zustand dauert fort, bis die Strömungsrate f(t) den Strömungssollwert f_sp(k) überholt. Nachdem die Strömungsrate f(t) den Strömungssollwert f_sp(k) überholt, kehrt die Todzone allmählich, obwohl exponentiell über die Zeit, von Null zu ihrem konservativen dauerhaften Wert zurück. Dieser Zustand definiert die automatische Umschaltung von dem aggressiven Modus zum konservativen Modus. Wie zuvor diskutiert wurde, tritt die automatische Um schaltung von dem aggressiven Modus zum konservativen Modus exponentiell über die Zeit ein, vorzugsweise 15 s. In dem konservativen Modus wird die Größenordnung der Todzone wie folgt berechnet:
Δ(k) = max[C(k)σ(k) – et, 0] (16)wobei
der p/2-Prozentpunkt der Standardnormalabweichung und et der kleinste Wert des Regelfehlers ist, der einen Impuls erzeugt. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist C(k) die Proportionalitätskonstante. In dem Pseudocode, der in den 9A und 9B dargestellt ist, ist die Proportionalitätskonstante C(k) repräsentiert durch Z.
Im aggressiven Modus ist C(k) = 0 und Δ(k) = 0. Das Ereignis, dass eine Änderung in dem Regelalgorithmus hervorruft von dem ersten (konservativen) Betriebsmodus zum zweiten (aggressiven) Betriebsmodus dargestellt:
Diese Änderung vollzieht sich vorzugsweise augenblicklich oder nahezu augenblicklich. Das Ereignis, dass eine Änderung in dem Regelalgorithmus hervorruft von dem zweiten (aggressiven) Modus zu dem ersten (konservativen) Modus wird wie folgt dargestellt: sign[esp(k)] ≠ sign[esp(k – 1)] and |f(k) – f(k – 1)| > |fsp(k) – fsp(k – 1)| (18)
Vorzugsweise tritt diese Änderung exponentiell über die Zeit ein.
Schließlich setzt, wie weiter oben ausgeführt wurde, der Algorithmus der mit der vorangehenden bevorzugten Ausführungsform assoziiert war, einen Grenzfallstabilitätsrahmen ein, der variiert mit dem Regelfehler. Dieser vorangehende bevorzugte Aufbau ist vorteilhaft, wenn der Regler, der hierdurch implementiert wird, eingesetzt wird mit einem synchronen Elektromotor, welcher aktiviert wird mit zwei Richtungsthyristortrioden. In dem Algorithmus, der mit der alternativen bevorzugten Ausführungsform assoziiert ist, wurde dieser Stabilitätsrahmen zu einer Konstanten gemacht für alle Reglerfehler, da der verbesserte Algorithmus vorzugsweise eingesetzt in Verbindung mit einem Schrittmotor. Die Implementierung dieses gleichförmigen Stabilitätsrahmens wird als in Klammern gesetztes Element 210 dargestellt in dem Pseudocode, welcher in 9B gezeigt ist. Der am stärksten signifikante Vorteil dieser Verbesserung des Algorithmus, der dieser alternativen bevorzugten Ausführungsform assoziiert ist, ist eine Vereinfachung der Reglerlogik.
Es ist anzuführen, dass die detaillierten Zeichnungen und die speziellen Beispiele lediglich eine bevorzugte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben und nur der Erläuterung dienen. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die präzisen Details und die beschriebenen Zustände. So können z. B., obwohl eine bestimmte Anwendung diskutiert ist, andere Anwendungen zum Einsatz kommen für den Strömungsregler gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl spezielle Räumlichkeitsmanagementsysteme und -komponenten vorgeschlagen werden, kann das System auch für verschiedene andere HVAC-Systeme konfiguriert werden. Das System kann einfach konfiguriert werden für den Einsatz von metrischen Einheiten. Darüber hinaus können einzelne Linien in den verschiedenen Figuren mehrere Leiter repräsentieren. Verschiedene Änderungen können vollzogen werden an den beschriebenen Details, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert wird.

Claims

Klimaregelungssystem (10) mit einer Lufteinheit (38), welche an eine Umgebung (66) einen Luftstrom liefert, wobei die Lufteinheit betrieblich einem Regler (20) zugeordnet ist und in Abhängigkeit von einem Strömungssollwertsignal des Reglers einen Betrag der Luftströmung einstellt, wobei der Regler folgendes umfasst: einen Strömungssensor (52), welcher dem von der Einheit zur Verfügung gestellten Luftstrom ausgesetzt ist, wobei der Strömungssensor ein Strömungssignal erzeugt, welches einem Betrag der der Umgebung zur Verfügung gestellten Luftströmung entspricht; einen Prozessor (100), welcher mit dem Strömungssensor verbunden ist, wobei der Prozessor zum zyklischen Empfang des Strömungssignals und zum Erzeugen eines Reglerausgangssignales in Abhängigkeit von dem Strömungssignal und dem Strömungssollwertsignal ausgebildet ist, wobei das Reglerausgangssignal der Lufteinheit zur Verfügung gestellt wird, um zu bewirken, dass die Lufteinheit einen dem Strömungssollwertsignal entsprechenden Betrag der Luftströmung zur Verfügung stellt, wobei der Prozessor das Reglerausgangssignal in Abhängigkeit von einem Sollwertfehlersignal, einer Proportionalitätskonstante und einer Totzone der Nichtlinearität berechnet, wodurch der Prozessor die Totzone der Nichtlinearität in Abhängigkeit von einer Varianz des Strömungssignals berechnet; wobei der Prozessor den Regler in Abhängigkeit von einem Satz von Bedingungen, welche dem Strömungssollwertsignal zugeordnet sind, zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus hin und her schaltet, wobei der erste Betriebsmodus der Standardmodus ist; wobei der Prozessor die Proportionalitätskonstante schrittweise von einer ersten vorbestimmten Konstante zu einer zweiten vorbestimmten Konstante ändert, wodurch instantan das Klimaregelungssystem von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer vor bestimmten Änderung in dem Sollwertsignal umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal unmittelbar zu folgen; und wobei der Prozessor die Proportionalitätskonstante exponentiell von der zweiten vorbestimmten Konstanten zu der ersten vorbestimmten Konstanten ändert, wodurch das Klimaregelungssystem von dem zweiten Betriebszustand zu dem ersten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung in dem Strömungssignal graduell umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal normal zu folgen.
Regelung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus ein konservativer Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus ein aggressiver Betriebsmodus ist.
Regelung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollwertfehlersignal mit der Differenz zwischen einem vorhergehenden Strömungssollwertsignal und dem Strömungssignals zusammenhängt.
Regelung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (102) zum Speichern eines software-basierenden Regelalgorithmus vorgesehen ist, welcher von dem Prozessor (100) zum Erzeugen des Strömungssollwertsignals gemäß dem software-basierenden Regelalgorithmus ausgeführt wird.
Regelung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (102) zum Speichern eines software-basierenden Regelalgorithmus vorgesehen ist und der Prozessor (100) zyklisch das Reglerausgangssignal gemäß dem zyklischen Betrieb des software-basierten Regelalgorithmus erzeugt, wobei der vorhergehende Strömungssollwert von dem letzten vorhergehenden Zyklus des Betriebes des Regelalgorithmus ist.
Regelung (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Totzone der Nichtlinearität in dem Speicher (102) gespeichert und bei jedem Betriebszyklus des Regelalgorithmus neu berechnet wird.
Regelung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Totzone der Nichtlinearität durch die Standardabweichung von einem Rauschsignal, welches dem Strömungssignal zugeordnet ist, oder durch die Standardabweichung des Absolutwertes eines Rauschsignals, welches dem Strömungssignal zugeordnet ist, adaptiv eingestellt wird.
Regelung (20) zur Verwendung in einem Klimaregelungssystem (10) mit einer Luftleitung, die einen Dämpfer (68) umfasst, welcher mit einem Aktuator (72) zusammen wirkt, wobei der Aktuator den Dämpfer derart positioniert, dass der Dämpfer einer Umgebung (66) eine Luftströmungsrate in Abhängigkeit von einem Aktuatorsteuersignal zur Verfügung stellt, wobei der Aktuator mit dem Regler zusammen wirkt, wobei der Regler folgendes umfasst: Sensormittel (52) zum Erzeugen eines aktuellen Strömungssignals, welches der über den Dämpfer zur Verfügung gestellten Luftströmungsrate entspricht; und Prozessormittel (100), welches zum zyklischen Empfangen des aktuellen Strömungssignals von dem Sensormittel und zum zyklischen Erzeugen des Aktuatorsteuersignals in Abhängigkeit von dem aktuellen Strömungssignal mit dem Sensormittel verbunden ist, wobei das Aktuatorsteuersignal einer gewünschten Rate für die Luftströmungsrate, welche über den Dämpfer zur Verfügung gestellt wird, zugeordnet ist, wobei das Prozessormittel das Aktuatorsteuersignal gemäß einem Sollwertfehlersignal und einer Totzone der Nichtlinearität berechnet, wobei die tote Zone der Nichtlinearität gemäß einer Abschätzung der Standardabweichung eines dem aktuellen Strömungssignal zugeordneten Rauschsignals berechnet wird; wobei das Prozessormittel den Regler in Abhängigkeit von einem Satz von Bedingungen, welche dem Strömungssollwertsignal zugeordnet sind, zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus hin und her schaltet; wobei das Prozessormittel die Proportionalitätskonstante schrittweise von einer ersten vorbestimmten Konstante zu einer zweiten vorbestimmten Konstante ändert, wodurch instantan der Regler von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer vorbe stimmten Änderung in dem Sollwertsignal umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal unmittelbar zu folgen; und wobei das Prozessormittel die Proportionalitätskonstante exponentiell von der zweiten vorbestimmten Konstanten zu der ersten vorbestimmten Konstanten ändert, wodurch der Regler von dem zweiten Betriebszustand zu dem ersten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung in dem Strömungssignal graduell umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal normal zu folgen.
Regelung (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus ein konservativer Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus ein aggressiver Betriebsmodus ist.
Regelung (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollwertfehlersignal einer Differenz zwischen einem in einem vorhergehenden Zyklus des Betriebes des Prozessormittel (100) erzeugten Strömungssollwertsignal und dem in einem momentanen Zyklus des Betriebes des Prozessormittels empfangenen aktuellen Strömungssignal zugeordnet ist.
Regelung (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (102) zum Speichern eines software-basierenden Regelalgorithmus vorgesehen ist, wobei das Prozessormittel (100) das Aktuatorsteuersignal gemäß dem software-basierenden Regelalgorithmus erzeugt.
Regelung (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (102) zum Speichern eines software-basierenden Regelalgorithmus vorgesehen ist und das Prozessormittel (100) das Strömungsollwertsignal gemäß dem zyklischen Betrieb des software-basierenden Regelalgorithmus zyklisch erzeugt, und wobei der vorhergehende Zyklus der letzte vorhergehende Zyklus des Betriebes des Regelalgorithmus ist.
Regelung (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Totzone der Nichtlinearität einer in einem vorhergehenden Zyklus berechneten Totzone der Nichtlinearität zugeordnet ist.
Regelung (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (102) zum Speichern eines software-basierten Regelalgorithmus vorgesehen ist und der Prozessor (100) zyklisch das Strömungsollwertsignal gemäß dem zyklischen Betrieb des software-basierten Regelalgorithmus erzeugt, wobei die Totzone der Nichtlinearität in dem Speichermittel gespeichert ist und bei jedem Betriebszyklus des Regelalgorithmus neu berechnet wird.
Regelung (20) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Totzone der Nichtlinearität adaptiv der Varianz zugeordnet ist.
Verfahren zum Regeln einer von einer Einheit (38) zur Verfügung gestellten Strömung zum zur Verfügung stellen einer Fluidströmung, welches in einem Regelsystem (10) enthalten ist, das folgendes umfasst, einen Regler (20) zum zur Verfügung stellen eines Reglerausgangssignals und einen Strömungssensor (52) zum zur Verfügung stellen eines aktuellen Strömungssignals, wobei die Einheit mit einer Regelung zusammen wirkt und den Betrag der Strömung gemäß einem Regelungsausgangssignal von der Regelung regelt, wobei der Strömungssensor der von der Einheit zur Verfügung gestellten Strömung ausgesetzt ist, wobei der Strömungssensor das aktuelle Strömungssignal erzeugt, welches den Betrag der zur Verfügung gestellten Strömung repräsentiert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen des aktuellen Strömungssignals von dem Strömungssensor; Bestimmen eines Sollwertfehlersignals auf der Basis eines Strömungssollwertsignals und dem aktuellen Strömungssignal; Berechnen einer Proportionalitätskonstante zum Umschalten des Regelungssystems zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einem Satz von Bedingungen, die dem Strömungssollwertsignal zugeordnet sind; Berechnen einer Totzone einer Nichtlinearität gemäß einer Varianz des Strömungssignals auf Grund von Rauschen und gemäß der Proportionalitätskonstante; Anwenden der Totzone der Nichtlinearität auf das Sollwertfehlersignal, um das Regelungsausgangssignal zu entwickeln; und Zuführen des Regelungsausgangssignals an die Einheit.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus ein konservativer Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus ein aggressiver Betriebsmodus ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (20) die Proportionalitätskonstante schrittweise von einer ersten vorbestimmten Konstante zu einer zweiten vorbestimmten Konstante ändert, wodurch instantan das Regelungssystem (10) von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung in dem Sollwertsignal umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal unmittelbar zu folgen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (20) die Proportionalitätskonstante exponentiell von einer zweiten vorbestimmten Konstanten zu einer ersten vorbestimmten Konstanten ändert, wodurch das Regelungssystem (10) von dem zweiten Betriebszustand zu dem ersten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung in dem Strömungssignal graduell umgeschaltet wird, um Änderungen in dem Sollwertfehlersignal normal zu folgen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Berechnen der Totzone der Nichtlinearität das Berechnen der Standardabweichung des Absolutwertes eines dem Strömungssignal zugeordneten Rauschsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Hochpassfiltern des Strömungssignals vorgesehen ist, um eine dem aktuellen Strömungssignal zugeordnete Neigung linear anzusteigen zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (20) einen Speicher (102) und einem Prozessor (100) umfasst, wobei der Speicher einen software-basierenden Regelalgorithmus enthält und der Prozessor das Aktuatorsteuersignal gemäß dem software-basierten Regelalgorithmus erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Totzone der Nichtlinearität adaptiv berechnet wird, wodurch die Totzone der Nichtlinearität einem vorherigen Wert der Totzone der Nichtlinearität zugeordnet ist.