KR20050056881A - 탐색 방법에 의한 준최적 제어 방법 및 장치와 가스 분리,특히 저온 공기 분리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 조종 변수, 제어 변수 및 각각의 경우에 시스템의 외부로부터 제어 변수로 작용하는 방해 변수를 가지는 테크니컬 시스템의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 제 1 물리-수학적 모델은 조종 변수와 제어 변수간의 관계를 설명하고, 제 2 물리-수학적 모델은 방해 변수와 제어 변수간의 관계를 설명하며, 현재 시간 t₀ 및 예측 시간 t_n간의 방해 변수의 향후 시간 진행(course)에 대한 예측, 조종 변수 및/또는 제어 변수에 대한 경계 조건들의 세트, 및 조종 변수에 대한 미리정의된 가능한 이산 변경들의 유한 갯수를 설명한다. 모든 가능한 변경들은 서로 다른 우선순위 값을 갖는다. 탐색 방법에 의해, 현재 시간 t₀ 및 예측 시간 t_n간의 조종된 변수와 제어된 변수의 향후 시간 진행은 경계조건을 만족하고 조종 변수에서 미리정의된 가능한 변경들을 우선순위 값들을 고려할 때 사용하는 것으로 결정된다. 상기 변경에 상응하며 탐색 방법내에서 결정되는 신호는 현재 시간 t₀에서 조종 변수에 출력된다.

Description

탐색 방법에 의한 준최적 제어 방법 및 장치와 가스 분리, 특히 저온 공기 분리를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SUBOPTIMAL CONTROL BY MEANS OF A SEARCH STRATEGY, AND METHOD AND APPARATUS FOR GAS SEPARATION, IN PARTICULAR FOR LOW-TEMPERATURE AIR SEPARATION}

본 발명은 각각 청구항 제 1항 및 제 10항에 따른 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

제어 변수, 조종 변수, 및 상기 변수들 사이에서 수학적으로 작용하는 모델("제 1 모델")에 추가로, 방법내에서 실제로 ("제 2 모델")로 공지된 방식에서 제어 변수로 작용하는 방해 변수가 제공된다.

용어들 "제어 변수", "조종 변수" 및 "방해 변수"는 본 명세서에서 일반적인 의미로 사용된다. 상기 변수들은 단일 파라미터 뿐만 아니라 각 경우에 물리 파라미터들과 같은 둘 또는 그이상의 파라미터들의 세트를 설명할 수 있다. 실제로, 모두 3개의 변수들의 경우에 단 하나의 파라미터를 고려하는 것이 충분하지만, 본 발명은 제어 변수, 조종 변수 및/또는 방해 변수가 하나 이상의 파라미터에 의해 형성되는 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.

제어 방법과 관련하여 결정된 조종 변수의 값은 기계적으로 동작하는 디바이스에 직접 전달될 수 있거나 향후 제어 시스템에 제어 변수로서 아날로그 또는 디지털 신호 형태로 전달될 수 있으며, 상기 향후 제어 시스템은 상기 의미에서 조종된 변수의 적절한 값을 달성하기 위해 향후 물리 파라미터들을 차례로 조절한다.

방해 변수와 관련하여, 적어도 가끔씩 향후 진행을 추측하는데 사용가능한 정보가 제공된다. 실제로, 모든 방해 변수들이 시간에 따른 진행과 관련하여 예측되는 것은 불가능하다. 상기 정보가 완전히 부족한 시간들 또는 시간 간격들에 대하여 방해 변수들은 변경되지 않는것으로 가정되며; 상기 경우에 본 발명의 견지에서 "예측"은 일정한 진행을 갖는다.

추가로, 시스템은 예를 들면 제어 변수의 허용된 값의 범위에 대한 경계 조건들의 세트, 조종 변수의 한계 조절 속도 및 최대 조절 속도 등을 포함한다.

종래의 제어 방법들 및 공지된 모델-지원 방법들(모델 예측 제어-MPC)은 일반적으로 시스템 외부에서 방해 변수의 예측에 의해 표시되는 것과 같이 향후에 예측될 이벤트들에 관한 정보를 고려하지 않는다.

본 발명은 테크니컬 시스템의 특히 유리한 동작을 수행하기 위해 시스템의 제어를 위한 상기 정보들을 사용하는 기본적인 개념에 기초한다.

먼저, 상기 개념은 과거 및 현재에 사용가능한 정보에 추가로 향후에 방해 변수의 예측이 통합되는 최적화 문제이다. 이를 위해, 근본적으로 등식들이 설정될 수 있고 수적으로 계산될 수 있다. 그러나, 이를 위해 요구되는 계산의 노력은 상당하며, 추가로 시스템의 가동은 특정 상황에서 불안정하고 기술자에게 투명하지 못하다.

본 발명에서, 정확히 수학적인 견지에서 "최적인" 제어 및/또는 조종 변수의 진행은 다수의 테크니컬 시스템들에서는 불필요한 것으로 나타난다. 대조적으로, 정확한 최적화는 동작시 본질적으로 원하지 않는 변경이 자주 발생하는 것을 초래한다. 그러므로, 본 발명의 경우에, 제어 변수의 준최적 진행만이 신중하게 의도된다. 조종 변수의 최적값은 발견되지 않지만, 미리정의된 경계 조건의 세트를 초과하지 않는 몇가지 종류의 시간에 걸친 적절한 진행이 발견된다.

제어 변수의 준최적의 향후 진행을 결정하기 위해, 제어 변수의 가능한 변경들에 관한 간단한 가정들이 미리 정의되는 탐색 방법이 사용된다. 상기 가능한 변경들은 유한 세트의 가능한 이산 변경들을 포함하며, 상기 세트의 각 엘리먼트(즉, 각각의 가능한 변경)은 서로다른 우선순위 값으로 할당된다. 상기 가능한 변경들 및 그들의 우선순위 값들은 일반적으로 일정하지만; 원칙적으로 본 발명에 따른 방법은 상기 형태의 시변 파라미터들에 적용될 수 있다.

1차원 조종 변수의 경우에, 가장 간단한 경우의 가능한 변경들은 예를들면, 하기와 같은 3개의 값들에 의해 형성된다:

- 유니트 시간당 조종 변수의 증가분 △+,

- 유니트 시간당 조종 변수의 감소분 △- (예를 들면, △- = - △+), 및

- 값 0(일정한 조종 변수).

우선순위 값들은 예를 들면 긴급 조치들에 대한 기술적인 가능성과 관련하여 결정된다. 상기 긴급 조치들은 가능한 변경들의 사용과 관련하여 제어 변수의 허용가능한 한계값이 초과될 우려가 있는 경우에 사용된다. 만약, 예를 들어, 상한값에 도달할 때 수행될 긴급 조치가 하한값이 초과될 우려가 있는 경우에 사용될 긴급조치보다 비용이 덜 든다면, 증가분 △+은 감소분 △-보다 더 높은 우선순위가 제공된다. 변경 0은 최저 우선순위를 갖는다. 이는 하기와 같이 표로 설명될 수 있다:

가능한 변경 우선순위 값

△+ 2

△- 1

0 0

(상기 예는 1차원 제어 변수에 관한 것이나, 임의의 경우에 우선순위 결정은 상기 견지에서 2열 테이블로의 복귀를 수행하기 때문에 다수-차원의 변수들로 변환 될 수 있다.)

가능한 변경들의 간단한 설명은 탐색 방법을 사용한다. 탐색 방법은 일반적으로 현재의 실제 시간과 동일한 시작 시간 t₀로부터 시작하여, 후속 시간 t_n까지의 조종 변수의 향후 진행, 즉 예측 범위를 결정한다. 상기 탐색 동안, 방해 변수의 진행과 관련하여 시간 t₀에서 사용가능한 정보는 시간 주기 t₀ 부터 t_n까지 내에서 고려된다.

실제 제어를 위해, 시간에 걸쳐 결정된 제어 변수의 향후 진행의 초기값이 고려된다. 상기 초기값은 디지털 또는 아날로그 신호로서 출력되거나 테크니컬 시스템내에 세팅된다.

실제 시간에서 다음 포인트를 위해, 전체 탐색 방법이 반복된다. 상기 경우에, 조종 및 제어 변수들의 현재의 측정값들 및 방해 변수의 향후 시간 진행을 위해 업데이트된 예측은 통합될 수 있다. 원칙적으로, 탐색 방법의 애플리케이션이 갱신되는 동안 실제 시간에서 이전 포인트에서 결정된 제어 변수의 향후 진행 결과가 고려될 수 있지만, 바람직하게 탐색 방법은 현재의 측정값들과 방해 변수의 현재 예측에 기초하여 새로운 예측 범위 까지 완전히 새롭게 수행된다. 일반적으로 실제 시간과 예측 범위간의 시간 간격은 일정하게 유지될 것이지만, 본 발명에 따라 원칙적으로 상기 간격을 변경시키는 것이 가능하다.

탐색 방법이 수행될 때, 현재 시간 t₀ 및 예측 시간 t_n 간의 간격은 이산의, 특히 동일한 간격의 시간 단계들 [t₀, t₁], [t₁, t₂] 부터 [t _n-1, t_n] 까지로 분할되며, 각각의 중간 시간 t₁(i=1,...,n)에 대하여 제어 변수와 조종 변수의 값이 결정된다. 그러므로, 상기 모든 변수들의 예측된 진행이 발생된다. 제어 변수의 현재 조절동안, 일반적으로 상기 예측의 제 1 값만이 사용되지만, 조종 및/또는 제어 변수의 전체 향후 진행은 변화하는 정보를 표시하며, 상기 정보는 상기 목적을 위해 도식적으로 또는 숫자로 출력될 수 있다. 이는 특히 운영 인원(operating personnel) 또는 향후 제어 디바이스들이 향후 진행에 영향을 미칠 수 있는 경우에 유리하다. 예를 들어, 만약 상기 방법이 시스템의 물리적인 한계들을 고려하여 한계값이 초과될 수 있다고 예측하면, 경고 알람을 형성하여 운영 인원에게 공지되어 적절한 조치들을 초기화시키도록 한다.

다수의 경우에, 테크니컬 시스템은 제어 변수들에서 원하는 변경들을 즉시 수행할 수는 없지만, 이를 위해 특정 시간량을 필요로 한다. 상기 동작은 제어 변수에서 변경의 시간 작용에 대한 모델에 의해 설명된다.

방해 변수의 측정이 사용불가능하거나 측정이 부정확하면, 상기 방법은 방해 변수의 추정값 또는 측정 에러를 사용한다.

테크니컬 시스템은 예를 들면, 가스 분리 시스템, 특히 저온 공기 분리 시스템을 가지는 가스 공급 디바이스에 의해 형성될 수 있다. 1차원 변수들의 가장 간단한 경우에, 조종 변수는 예를 들어 가스 분리시 생산되는 유동성 생성물의 유출 량(volume flow)에 의해 형성되고, 제어 변수는 유동성 생성물의 저장기내의 압력에 의해 형성되며, 방해 변수는 유동성 생성물의 소비시 변동량들에 의해 결정된다. 예를 들면, 압력라인(예를 들면, 파이프라인 시스템) 또는 전용 압력 저장기 또는 두가지 모두에 의해 저장기가 형성될 수 있다.

본 발명 및 본 발명의 추가 설명들이 하기의 예시적인 실시예에서 더 상세히 설명될 것이며, 하기의 실시예는 공기 분리 설비의 생산량, 특히 저온 공기 분리 설비의 생산량 제어하는 것과 관련된다.

공기 분리기 자동 조작의 어려운 작업들은 설비들의 생산 레이트들과 전류 소비를 매칭시키키고 예측되는 소비 진행이 고려되는 방식(파이프라인 추적 제어)으로 설비들을 구동시키는 제어 시스템을 포함한다. 하기에서 설명되는 방법은 생산 레이트들의 준최적 진행을 예측하는 숫자적인 탐색 알고리즘에 기초한다. 이와 관련하여, 준최적은 긴급 공급 시스템을 통해 생성물들 또는 공급을 출력하는 효과가 가능하면 회피되는 것으로 이해되지만, 예를 들면, 생산 설비의 최저 가능 에너지 소모의 견지에서 추가의 준최적은 발생하지 않는다.

이론적인 배경

목적

공기 분리기는 유출 부피 F_I("제어 변수")를 가지는 가스상태의 생성물을 파이프라인에 공급한다. 전체적으로 양 F₀을 제거하는 소비자가 파이프라인에 접속된다. 파이프라인 내의 압력("조종 변수")이 향후 시간 t_n에서 계산되며, 다음과 같다:

심볼들은 하기와 같이 사용된다:

P_g 파이프라인에서 측정된 압력

P_p 파이프라인에서 예측된 압력

F_Ip 설비의 예측된 생산량

F_Op 예측된 전체 소비

F_err 부피 측정치에서의 계통적 에러

T_p 파이프라인 압력의 시간 상수

t 시간

t₀ 현재 시간

t_n 향후 시간

하기의 2차 부등식들과 같이 공식화될 수 있는 설비의 연산은 제한될 수 있으며, 즉, 설비의 생산량들 및 조절 레이트가 제한된다:

설비를 동작시키는 목적은 미리정의된 한계치들내에서 파이프라인내의 압력을 유지하기 위한 것이다:

향후 소비량들 F_Op(t)은 예측된 시간 급수("방해 변수의 향후 시간 진행을 위한 예측")로서 제공되고, 상기 예측은 임의의 원하는 시간에서 정정할 수 있어야만 한다. 만약 부피 측정치에서의 계통적인 에러가 거의 일정하면, F_err는 하기와 같이 추정될 수 있다:

심볼들은 하기와 같이 사용된다:

P_g 파이프라인에서 측정된 압력

F_Ip 설비의 측정된 생산량

F_Op 측정된 전체 소비

F_err 부피 측정치에서의 계통적 에러

T_p 파이프라인 압력의 시간 상수

t 시간

t₀ 현재 시간

t_m 과거로부터의 시간

또한, 설비의 생산량이 조절될 수 있는 특징이 제공된다. 이는 정상적으로 로드 변경 프로그램 ALC을 기초로하는 1차의 지연이며, 하기의 서로다른 등식을 갖는다:

심볼들은 하기와 같이 사용된다:

F_I 설비의 생산량

F_S 로드 변경 프로그램으로부터 원하는 부피

f_ALC(F_s) 일반적으로 1차 다항식인 ALC 함수

T_ALC(Fs/dt) ALC 프로그램의 시간 상수

ALC 프로그램의 시간 상수 T_1(Fs/dt)는 변경 방향에 따라 결정될 수 있다:

미리결정된 한계들내에서 파이프라인 압력을 유지할 수 있는 향후 시간 진행 F_s이 발견된다.

시간-이산 형태로의 변환

전술된 문제를 해결하기 위해, 등식들은 먼저 시간-이산 형태로 변환된다(오일러(Euler) 적분).

파이프라인 압력은:

부피 에러는:

ALC 특징은:

심볼들은 하기와 같이 사용된다:

P_s 파이프라인에서 측정된 압력

P_p 파이프라인에서 예측된 압력

F_Ip 설비의 예측된 생산량

F_Op 예측된 전체 소비

F_err 부피 측정치에서의 계통적 에러

F_S 로드 변경 프로그램으로부터 원하는 부피

F'₁ ALC에 의해 계산된 부피

T_p 파이프라인 압력의 시간 상수

T_ALC ALC 로드 변경의 시간 상수

△t 샘플링 시간

i 시간 급수로부터의 지수들

n 예측 범위의 지수

m 평가 번위의 지수, m은 음수

0 현재 시간

최적화 문제

하기의 품질 기준이 최소가되는 시간 급수 F_S(i)가 고려된다:

심볼들은 하기와 같이 사용된다.

P_S 압력 세트포인트

P_p 파이프라인의 예측된 압력

i 시간 급수로부터의 지수들

n 예측 범위

상기 2차 부등식들은 최소/최대량들 및 부피 기울기들과 관련하여 매우 강제적이며(이는 강제적인 물리적 한계들이다) 파이프라인 압력과 관련하여 강제적이지 않다. 압력은 제어 시스템이 압력을 보호할수 없는 경우에 긴급 공급 또는 출력에 의해 하락하거나 상승하는 것이 방지될 수 있다.

지수 n는 예측 범위에 지정된다. 지수 m는 필터 범위 또는 평가 범위의 함수를 갖는다.

문제점: 종래의 최적화 방법이 사용될 때, 대다수의 파라미터들이 최적화되어야만 하며, 즉 시간 급수 F_S(i)의 값들이 최적화되어야만 한다. 하기의 탐색 방법에 의해 제공되는 한가지 방식은 원하는 애플리케이션에 충분한 준최적 해결을 제공한다.

탐색 방법

파이프라인내의 압력을 유지하는 문제를 해결하기 위해, 시간 급수 F_S(i)에 대한 최적의 해답을 발견하는 것은 실제로는 필요하지 않다. 허용된 한계들(제어 변수에 대한 경계 조건들)내에서 파이프라인 압력을 유지할 수 있는 목적으로 임의의 시간 급수를 발견하는 것은 충분하다. 이는 탐색 방법을 사용하여 해결될 수 있다. 프로세스에서, F_S(i+1)의 값들은 F_S(i)와 관련하여 변경되지 않거나 +/-△F _Smax에 의해 변경되며, 즉 +/-△F_S(i)는 0, +△F_Smax, 또는 -△F_Smax이다. 또한, 한방향으로의 변경은 상반되는 방향의 변경 이상의 우선순위를 가지는 것이 가정되며, 예를 들면, 생산시 증가는 감소 이상의 우선순위를 가지고 이는 긴급 공급이 생산 출력보다 더 비용이 많이 들기 때문이다. 가능한 탐색 방법은 하기와 같이 판독한다:

1. 압력이 한계값을 초과할 때까지 파이프라인 압력 P_p(i)의 향후 진행을 계산한다. 최소 한계가 초과되는지, 최대 한계가 초과되는지에 따라, 선행하는 시간에서의 F_S는 증가되거나 감소된다. 상기 선행하는 시간이 획득된다.

2. 시간 급수에서 기껏해야 현재 시간간격 0까지 k개의 시간간격들만큼 되돌아간다. 시간간격들의 갯수 k는 ALC 로드 변경의 시간 상수에 따라 결정된다. 그러나, 탐색은 시간이 F_S(i)의 추가 적응이 최소 또는 최대 한계들을 고려하여 가능하지 못한 경우에 도달하자마자 출력된다. 후자의 경우에 단계 4까지 계속된다.

3. 만약 △F_S(i-n)이 원하는 △F_S와 이미 동일하면, 원하는 △F_S와 동일하지 않은 △F_S(n-1)이 발견될 때까지 이전으로 많아야 현재 시간간격 0까지 되돌아간다.

4. (i-k)에서 시작하여 i까지의 간격(i-k)에서의 탐색은 △F_S와와 동일하지 않은 최인접 △F_S(i-j)이다. 만약 △F_S가 △F_S(i-j)와 상반되는 부호를 가지고 △F_S(i-j)가 △F_S이상의 우선순위를 가지면 탐색이 추가된다.

5. 만약 시간 i까지 F_S의 어떤 적응도 불가능하다면, 다음 시간으로 이동하고 단계 1이 계속된다(즉, 생산 레이트의 추가 적응이 불가능하다).

6. △F_S(i-j)와 △F_S를 교체하고 i=i-j로 세팅한다. 변경된 i를 고려하여 단계 1이 계속된다.

7. 완전한 시간 급수(i=1부터 n까지)가 계산될 때까지 상기 절차를 반복한다.

향후 생산 진행("조종 변수의 향후 시간 진행")에 대한 완전한 시간 급수의 계산은 각각의 시간 단계에서 다시 수행된다. 예측된 소비에서의 변경들 및 측정 에러들은 결과적으로 즉시 고려된다. 예측된 시간 급수들로부터, 오직 제 1 값, 즉 현재 시간에 대하여 요구되는 생산 변경이 사용된다. 시간 급수의 모든 향후값들은 하기의 시간 단계에서 재계산으로 인해 삭제된다.

변경된 탐색 방법들에 의해, 예측 소비량들에서 불확실성들에 대항하기 위해 하기의 추가 특징들을 달성하는 것이 가능하다:

●한계값의 좌측에 인접한 제어 변수를 회피하고 제어 변수(방해로부터 임의의 자극이 결여된)가 평균 세트포인트쪽으로 유도되는 상황을 달성하기 위해, 계산시 사용되는 파이프라인 압력의 한계치들을 조종하는 것 및/또는 조종 변수의 변경들이 수행되는 시간을 조종하는 것이 가능하다.

●파이프라인 압력에 대하여 허용된 대역폭에 의해, 특정 한계치들 내에서 세트포인트 변경의 시간과 관련하여 가능한 변화들이 존재한다. 상기 가능한 변화는 세트포인트 변경들의 우선순위를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를들면, 설명된 애플리케이션에서, 가능하면 빨리 세트포인트를 증가시키고 가능하면 늦게 세트포인트를 감소시키는 것이 편리하며, 이는 파이프라인 압력을 가능하면 높게 유지하는 제어 동작을 유도한다.

본 발명의 목적은 적어도 하나의 조종 변수, 제어 변수 및 시스템의 외부로부터 제어 변수로 작용하는 방해 변수를 가지는 테크니컬 시스템을 제어하는 데 있다.

도 1은 개시된 탐색 방법의 일반적인 애플리케이션 예를 도시한다. 저온 공기 분리 설비(LZA)는 파이프라인 네트워크에 생성물 GOX(가스형태의 산소)를 제공한다. 공기 분리 설비는 로드 변경을 위한 자동화 시스템(ALC-자동 로드 변경)에 의해 관리된다. LZA의 생산량과 파이프라인 네트워크내의 압력은 상대적인 측정 변수들로 사용가능하다. 가능한 경우에, 또다른 변수인 측정된 소비량이 사용될 수 있다. 만약 소비량의 측정치가 사용불가능하면, 이는 측정 에러 F_err를 위해 전술된 등식을 사용하여 추정된다. (측정 에러에 대한 추정식에서, 측정된 전체 소비 F_0g는 0으로 세팅되거나 추정된 전체 소비로 교체된다.)

예측 생산량 제어는 하기의 내용에서 APA(자동 생산 적응화)라 참조되는 개시된 탐색 알고리즘에 기초한다. 탐색 알고리즘은 프로세스 모델로서 압력 저장기 또는 파이프라인의 모델("제 2 모델") 및 ALC에 의해 관리되는 공기 분리기의 동작 모델("제 1 모델")을 포함한다. 따라서, APA의 견지로부터, ALC-관리되는 분리기는 제어될 프로세스의 부분이다.

APA에 대한 입력 변수들은 파이프라인 압력 및 현재 생산량이다. 추가로, 소비량들의 예측은 예를 들면 설비 운영자에 의해 사용될 수 있다. 상기 데이터 를 기초로하여, APA는 원하는 ALC 세트 포인트의 향후 진행을 계산한다. 상기 계산의 2차 산출값은 예측된 소비량들이 유지되고 공기 분리기가 ALC 세트포인트들을 뒤따른다는 가정하에 파이프라인내의 압력 진행의 예측이다.

모든 시간 단계에서, 예를 들면, 15초마다, APA는 예측을 재계산한다. 현재 파이프라인 압력 및 소비량의 예측에서의 변경들은 재계산시 통합되며, 상기 방식에서 예측들의 직접적인 정정을 보장한다.

예측된 소비량들의 진행들, 즉, ALC 세트포인트 및 파이프라인 압력은 설비 운영자에게 가변하는 정보이며 설비 운영자를 위해 방향 곡선(도 2)으로 표시된다.

도 3의 흐름도는 하기의 구체적인 파라미터들을 사용하여 특정 애플리케이션에서의 탐색 방법의 진행을 도시한다:

●예측 범위를 n개의 같은 거리의 시간 단계들로 분할

●△- = -△+인 경우에 3개의 가능한 이산 변경들 0, △+, △-

●우선 순위 값들을 사용:

Prio(0) = 0

Prio(△-) = prio(-1) = 1

Prio(△+) = Prio(1) = 2

●상응하는 인덱스를 가지는 시간들에서 조종 변수의 변경들의 값들에 대한 벡터 △F(i), 상기 i=1,...,n

조종 변수 벡터 △F(i)의 구성 요소들은 초기에 원칙적으로 원하는 바와 같이 예를 들면 값 0으로 미리채워진다. 그후에, 현재 시간으로부터 향후 시간으로 단계적으로, 제어 변수(압력)은 현재 조종 변수 벡터, 즉 현재 공지된 방해 변수 진행 및 물리적-수학적 모델에 기초하여 계산된다.

i=1에서 시작하여, i<n인 각각의 인덱스에 대하여, 제어 변수가 미리결정된 한계값들 중 하나를 초과하였는지의 여부를 알기위한 검사가 수행되며, 초과하는 한계값의 방향 R은 다음과 같이 형성된다:

만약 상한값이 초과되면 R=1이고 하한값이 초과되면 R=-1이다.

원하는 변경 방향 -R은 초과된 상한값의 방향 R과 상반된다.

만약 한계값이 초과되면, 시간 급수는 0과 동일하지 않은 값 △F(i-k)이 발견될 때까지 또는 시간 0(k=1) 또는 역방향 단계들의 갯수에 대하여 미리정의된 최대값 kmax이 도달될 때까지 다시 진행된다. 우선순위값들은 발견된 시간 (i-k)에서 고려된다.

만약 원하는 변경 방향의 우선순위 값 Prio(-R)이 현재 계산된 조종 변수값의 우선순위값 Prio(△F(i-k))보다 높으면, 조종 변수 벡터들의 구성요소는 적절히 변경되고 i는 증분된다.

만약 이 경우가 사실이 아니라면, 향후 이동이 다시 수행되며 우선순위가 원하는 변경 -R의 우선순위보다 낮은 △F(i-k)에 대하여 탐색이 수행되고 원하는 변경이 수행된다. 만약 상기 탐색이 성공적이지 못하면, 상기 포인트에서 초과된 한계값은 미리정의된 경계조건들에서 회피할 수 없으며 조종 변수 벡터가 변경되지 않고 i에 대하여 더 높은 값을 사용하여 계산이 계속된다.

i=n이 달성되면, 현재 시간동안 조종 변수 및 제어 변수의 향후 시간 진행의 계산이 종료되고 계산된 조종 변수 벡터의 제 1 값 △F(1)이 물리적인 제어 시스템에서 미리정의된다. 값 △F(1)은 디지털 또는 아날로그 신호로 출력되거나 테크니컬 시스템내에 세팅된다.

본 발명은 적어도 하나의 조종 변수, 제어 변수 및 시스템의 외부로 부터 제어 변수로 작용하는 방해 변수를 사용하여 테크니컬 시스템을 효율적으로 제어하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 예측 생산량 제어 시스템의 예를 도시한다.

도 2는 부피 및 압력의 예측값들을 표시한다.

도 3은 실제 애플리케이션에서 본 발명에 따른 탐색 방법의 진행을 위한 흐름도를 도시한다.

Claims (10)

1. 테크니컬 시스템의 제어를 위한 방법으로서,

   - 조종 변수,

   - 제어 변수, 및

   - 상기 시스템의 외부로부터 상기 제어 변수로 작용하는 방해 변수를 포함하며, 각 경우에,

   - 상기 조종 변수 및 상기 제어 변수간의 관계를 설명하는 제 1 물리-수학적 모델,

   - 상기 방해 변수 및 상기 제어 변수간의 관계를 설명하는 제 2 물리-수학적 모델,

   - 현재 시간 t₀ 및 예측 시간 t_n사이에 상기 방해 변수의 향후 시간 진행에 대한 예측,

   - 상기 조종 변수 및/또는 상기 제어 변수에 대한 경계 조건들의 세트,

   - 상기 조종된 변수에 대한 유한 갯수의 미리정의된 가능한 이산 변경들, 및

   - 서로다른 우선순위 값들을 가지는 모든 가능한 변경들이 제공되고,

   - 탐색 방법에 의해, 상기 현재 시간 t₀ 및 상기 예측 시간 t_n사이의 상기 조종 변수와 상기 제어 변수의 향후 시간 진행은 상기 경계조건을 만족하고 상기 조종 변수의 상기 미리정의된 가능한 변경들을 그들의 우선순위 값들을 고려할 때 사용하는 것으로 결정되고,

   - 상기 변경에 상응하는 신호는 상기 탐색 방법과 관련하여 결정되어 상기 현재 시간 t₀에 상기 조종 변수에 출력되는 제어 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 테크니컬 시스템의 상기 제어 변수는 상기 출력된 신호에 따라 세팅되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 미리정의된 가능한 변경들의 상황 내에서 상기 제어 변수를 변경시킴으로써 상기 경계조건들을 유지하는 것이 거의 불가능한 경우에 적어도 하나의 긴급 조치가 제공되고, 상기 현재 시간 t₀ 및 상기 예측시간 t_n간의 긴급 조치들을 위한 추가의 요구사항이 상기 탐색 방법에서 제공되며, 운영 인원은 이에 대하여 통지되고, 및/또는 적절한 경우에, 상기 긴급 조치를 활성화시키기 위해 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 실제 시간에서 각각의 새로운 포인트 t₀에 대하여, 적절한 경우에 상기 방해 변수의 향후 시간 진행을 위해 업데이트된 예측을 기초로하여, 및/또는 상기 조종 변수 및/또는 상기 제어 변수의 현재 측정된 값들을 기초로하여 상기 탐색 방법이 다시 수행되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현재 시간 t₀ 및 상기 예측 시간 t_n간의 상기 간격은 이산의, 특히 동일한 간격의 시간 단계들 [t₀, t₁ ], [t₁, t₂] 부터 [t_n-1, t_n]까지로 분할되고, 상기 탐색 방법에서 각각의 중간 시간 t₁(i=1, ..., n)에 대하여, 상기 제어 변수 및/또는 상기 조종 변수에 대한 값이 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 테크니컬 시스템은 상기 조종 변수에서의 변경 및 상기 제어 변수에서의 영향 사이에 시간 응답을 가지며, 상기 시간 응답은 상기 탐색 방법의 프로세스 모델에 의해 고려되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한항에 따른 제어 방법에 의해 제어되며 적어도 하나의 유동성 생성물이 생산되는 가스 분리, 특히 저온 공기 분리를 위한 방법으로서,

   상기 조종 변수는 상기 생산된 유동성 생성물의 양에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 가스 분리 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 방해 변수는 상기 생산된 유동성 생성물의 소비시 변동들에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 분리 방법.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 제어 변수는 상기 생산된 유동성 생성물의 저장기내의 압력에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 분리 방법.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 테크니컬 시스템을 제어하기 위한 장치로서,

    상기 조종 변수 및/또는 상기 제어 변수를 위한 측정 디바이스들;

    상기 탐색 방법이 수행되는 아날로그 또는 디지털 계산 디바이스; 및

    상기 현재 시간 t₀에서 상기 변경에 상응하는 신호를 상기 조종 변수에 출력하기 위한 출력 디바이스를 포함하는 제어 장치.