DE69803606T2

DE69803606T2 - Verfahren zum vorhersagen der ueberschwingung in einem steuerungssystem

Info

Publication number: DE69803606T2
Application number: DE69803606T
Authority: DE
Inventors: Frank Lynch
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2018-11-14
Also published as: JP2001527231A; CN1131466C; AU1587599A; DE69803606D1; CN1285058A; WO1999032946A1; AU743549B2; US5909370A; CA2315637A1; EP1040392A1; EP1040392B1; CA2315637C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft industrielle Prozeßsteuersysteme und insbesondere ein Verfahren zum Unterdrücken des Überschwingens, d. h. des Durchlaufens durch oder Übersteigens eines Steuerungssollwertpunkts.

2. ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die sogenannte Verwendung von Fuzzy Logik ist in der Ausgabe Juni 1996 der Zeitschrift "Plastic Technology" beschrieben worden, wo angemerkt wird: "Fuzzy Logik neigt dazu, daß Steuerungen wie Sie denken" [fuzzy logic tends to make controls think like you do].
Die Fuzzy Logik erfreut sich auf dem Gebiet der industriellen Prozeßsteuerung großer Verbreitung. Sie wird anstelle herkömmlicher Steuerung eingesetzt, da sie einige der Probleme überwinden kann, die typischen Lösungen anhaften. Sie beschäftigt sich insbesondere mit dem Überschwingen oder Unterschwingen von Sollwerten oder Prozeßgrenzen durch eine verbesserte Reaktionszeit. Die Fuzzy Logik findet breite Anwendung bei Prozeßsteuergeräten, da sie sich auf dem Gebiet der Temperatur- oder Drucksteuerung dadurch eignet, da sie sich mit Ereignissen oder Charakteristiken beschäftigt, die die normale Stabilität der üblichen industriellen Steuerstruktur stören. Wenn es aufgrund einer äußeren Quelle zu einer Änderung während des Prozesses kommt, muß irgendwie korrigierend eingegriffen werden.
Es ist bestimmt worden, daß, wenn zum Steuern von Überschwingungs- oder Unterschwingungscharakteristiken Betriebsgrenzen zu löse gesetzt werden, ein System in der Regel zu langsam reagiert. Wenn die Standards jedoch strenger formuliert werden, kann das System schneller reagieren und danach ein erheblicheres Überschwingen verursachen. Die Fuzzy Logik beschäftigt sich soweit mit diesem Problem, indem sie die sogenannte, menschliche Sprache" adaptiert, etwa "zu heiß", "zu kalt", "zu langsam" oder, zu schnell". Die Fuzzy Logik definiert einfach gesagt Prozeßgrenzen mit typischen linguistischen Ausdrücken, bei denen es sich um keine strikten mathematischen Ausdrücke handelt. Im Grunde werden verarbeitete Werte miteinander verglichen, wobei jedem Wert unterschiedliche Wichtigkeitsgrade zugeordnet sind und Entscheidungen aufgrund derartiger Vergleiche getroffen werden. Falls beispielsweise die Geschwindigkeit zu groß ist, dann wäre es wünschenswert, beispielsweise die Geschwindigkeit auf "langsam" zu setzen.
Von mehreren Herstellern sind Einzelschleifensteuerungssysteme mit einem darin enthaltenen Überschwingungsunterdrückungsmerkmal offenbart worden. Eines von diesen ist aus einem Referat mit dem Titel "A Proportional Integral Derivative (PID) Controller with Overshoot Suppression Algorithm" von Yasuda, Mano, Mori, Azegami und Crotty aus den Proceedings of the ISA90 International Conference and Exhibition - S. 1849-1857 - bekannt. Dieses Referat lehrt ein Verfahren zum Unterdrücken eines Prozeßüberschwingens unter Verwendung einer Fuzzy-Logik-Steuertechnik.
Die Überschwingungsunterdrückung ist in einer Proportional-Integral-Differenziersteuerung als ein Satz von Fuzzy-Regeln auf Wissensbasis eingebettet, die den inneren Steuerungssollwert derart modifizieren, daß die gesteuerte Variable auf einer beabsichtigten oder vorgeschlagenen Reaktionskurve bleibt, ohne daß es beim Vorliegen von Prozeßänderungen zu einem Überschwingen kommt. Dieses Design erfordert ein vorheriges Setzen eines Parameters, "der effektiven Prozeßtotzeit", die durch den Auto-Tuner der Steuerung gesetzt wird. Dieses Design funktioniert bei Systemen mit einer relativ langsamen dynamischen Reaktion. Es wird berichtet, daß für den Fall, daß die Schleife ein sehr schnelles Überschwingen aufweist, die Unterdrückung nicht funktioniert und die Schleife sogar instabil machen könnte.
Eine Fuzzy-Temperatursteuerung von Omron wird als eine Fuzzy-Temperatursteuerung in ihrem Model ESAF offenbart. Diese Ein-Viertel-DIN-Steuerung kombiniert zur schnellen Reaktion zum Verarbeiten von Störungen Fuzzy- und Proportional-Integral-Differenziersteuerungen. Bei dem offenbarten System sorgt eine fortgeschrittene PID-Steuerung mit einer Mitkopplungsschaltung für eine optimale Reaktion beim Anlaufen und im eingeschwungenen Zustand. Die enthaltene Fuzzy- und PID-Steuerung korrigieren zusammen schnell eine Prozeßstörung mit minimalem Überschwingen. Durch die Anordnung können Fuzzy-Parameter geändert werden, um die Auswirkung der Fuzzy-Steuerung auf den Prozeß einzuregeln. Es wird eine Genauigkeit von ± 0,3% des Sollwerts beansprucht. Aus dem Design von Omron geht hervor, daß das System ein vorheriges Setzen von drei Parametern durch den Benutzer erfordert: Fuzzy- Intensität, Fuzzy-Skala 1 und Fuzzy-Skala 2. Wenn diese falsch gesetzt werden oder wenn die dynamische Reaktion des Systems zu langsam ist, kann das System möglicherweise instabil werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend in der Beschreibung eines Verfahrens zum Vorhersagen eines Überschwingens in einem industriellen Prozeßsteuersystem, damit das Steuersystem entsprechend korrigierend eingreifen kann, um ein derartiges Überschwingen zu reduzieren oder zu eliminieren.

KURZE DARSTELLUNG ERFINDUNG

Prozeßsteuersysteme, in die eine Überschwinganalyse integriert ist, sind aus den folgenden veröffentlichten Dokumenten bekannt:
B. FREISLEBEN ET AL: "A LEARNING FUZZY SYSTEM FOR PREDICTING OVERSHOOTINGS IN PROCESS CONTROL" INTERNATIONAL CONFERENCE; 5TH FUZZY DAYS, 28. April 1997, Seiten 554-555, XP002095089 DEUTSCHLAND V. PAVLICA ET AL: "THE PID-FUZZY. HYBRID CONTROLLER" PROCEEDINGS OF THE 12TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON CAD/CAM ROBOTICS AND FACTORIES OF THE FUTURE, 14. August 1996, Seiten 375-380, XP002095090 GROSSBRITANNIEN
S. ISAKA: "FUZZY TEMPERATURE CONTROLLER AND ITS APPLICATIONS" PROCEEDINGS OF SPIE, APPLICATIONS 0F FUZZY LOGIK TECHNOLOGY, Band 2061, 8. September 1993, Seiten 59-65, XP002095092 USA
Die vorliegende Erfindung stellt: ein Verfahren bereit, wie es im folgenden Anspruch 1 definiert ist.
Das Verfahren kann die Merkmale eines beliebigen oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 8 umfassen.
Bei vielen typischen industriellen Prozeßsteuersystemen wird es als höchst unerwünscht angesehen, wenn die Prozeßvariable bei der Reaktion auf eine Änderung des Sollwerts oder bei der Erholung von einer Störung in dem System überschwingt oder den Sollwert der Steuerung durchläuft oder übersteigt. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Vorhersagen eines derartigen Überschwingens, wodurch das Steuersystem korrigierend eingreifen kann, um es zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Vorhersage wird dadurch erzielt, daß die Wellenform der Prozeßvariablen beobachtet wird.
Dieses Verfahren der Beobachtung der Prozeßvariablen funktioniert bei Systemen, die einen großen Bereich von Dynamikeigenschaften aufweisen, bei denen kein Konfigurationsparameter gesetzt werden muß und bei denen keinerlei vorheriges Lernender Systemdynamik erforderlich ist. Bei den hier offenbarten vorliegenden Verfahren der Überschwingungsunterdrückung müssen keine Parameter festgelegt werden, und es ist über einen sehr großen Bereich von Systemdynamikeigenschaften hinweg stabil. Es stellt sich heraus, daß dies gilt, weil das Verfahren darauf basiert, daß nur die Form der Prozeßvariablenwellenform ohne Berücksichtigung einer Zeit- oder Amplitudenskala erfolgt.
Bei einem System ohne Unterdrückung für den Sollwert führt ein Überschwingen zu einer wesentlichen Zunahme oder einem wesentlichen Anstieg über den Sollwert, bevor nach einem Zeitraum nach der Stabilisierung ein Abklingen auf den Sollwert stattfindet.
Wenn eine Überschwingungsunterdrückung auf ein derartiges System angewendet wird, wird der Sollwert anfänglich unterdrückt. Während des Anstiegs des Prozeßwerts (PV) zu dem unterdrückten Sollwert erfolgt eine Vorhersage, daß es zu einem Überschwingen kommen wird. Somit wird der Sollwert dann auf dem unterdrückten Pegel gehalten, bis dia Prozeßvariable mit der Abflachung beginnt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Unterdrückung reduziert, um die Prozeßvariable auf eine "weiche Landung" zu bringen, ohne daß es bei dem vollen Sollwertpegel zu einem Überschwingen kommt. Bei einem System, wo kein Überschwingen existiert, wird offensichtlich keine Unterdrückung verwendet und es tritt keine Änderung auf. Bei Überschwingungsunterdrückung jedoch kann der Sollwert anfänglich unterdrückt werden. Sobald jedoch die Vorhersage auf der Grundlage der Form der Wellenform angestellt wird, daß es keine Überschwingung geben wird, wird die Unterdrückung reduziert, wodurch die Prozeßvariable in der Regel ohne Verlust an Beruhigungszeit auf den vollen Sollwertpegel gebracht wird. Der Vorgang der Überschwingungsunterdrückung, wie er hier beschrieben ist, erfordert die Fähigkeit, während
des Anstiegs der Wellenform der Prozeßvariablen vorhersagen zu können, daß sie überschwingen wird. Das hier offenbarte Verfahren zur Durchführung dieser Vorhersage führt diese Vorhersage über einen großen Bereich von, Prozeßdynamikbedingungen hinweg durch, ohne daß ein vorheriges Wissen der Prozeßdynamik erforderlich wäre. Dieses Verfahren bedient sich der Beobachtung, daß bei Fehlen des Überschwingens sich die Prozeßvariable dem Sollwert ungefähr exponentiell annähert, und wenn es zu einem Überschwingen kommen soll, dies linearer tut. Die Beobachtung wurde angestellt, indem empirische Testdaten aus einem großen Bereich von Systemreaktionen untersucht wurden. Somit würde es zu keinem Überschwingen kommen, falls es, wenn die Abweichung nach Null abnimmt, mit der Zeit exponentiell abklingt. Sollte es andererseits zu einem Überschwingen kommen, liegt die Abweichungswellenform näher an einer linearen Wellenform.
Die Form der Abweichungskurve, ob sie exponentiell, linear, usw. ist, wird dadurch ausgewertet, daß Zeitintervalle gemessen werden, über die die Abweichung um einen festen Anteil abklingt. Das Verhältnis jedes Paars aufeinanderfolgender Zeitwerte wird als ein Maß für die Krümmung oder Exponentialität der Wellenform verwendet. Die Abweichungskrümmung wird dazu verwendet, um vorherzusagen, ob es zu einem Überschwingen kommen wird oder nicht. Eine Abweichungskrümmung bei oder in der. Nähe einer Zahl 0,8 gibt an, daß es zu einem Überschwingen kommen wird. Ein Wert bei oder in der Nähe von 1,0 gibt kein Überschwingen an. Das Abweichungskrümmungssignal ist unabhängig von der Amplitude und der Zeitskala der Abweichung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Steuersystems, das eine Fuzzy Logik enthält, wie sie gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 eine grafische Darstellung, aus der die Messung der Abweichungskrümmung hervorgeht, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Fuzzy-Logik-Moduls, wie es bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
Fig. 4 ein vereinfachtes Zustandsdiagramm, das eine Abweichungskrümmungsberechnung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen wird das Prozeßsteuersystem gezeigt, das die Fuzzy Logik gemäß dem von der vorliegenden Erfindung gelehrten. Verfahren verwendet. Wie zu sehen ist, kann die Fuzzy Logik wie erforderlich bei einem Schalter 12A aufgenommen oder getrennt werden. Das gezeigte System ist eines vom Typ UDC bzw. Universal Distributed Control. Es enhält Einrichtungen 11 zum Herstellen eines Sollwerts zur Verwendung beim Festlegen eines Sollwerts für den zu steuernden Prozeß 15. Zwischen dem Sollwert und dem Prozeß und einer direkten Route ist eine Verbindung angeschlossen zwischen dem Sollwert und einer Proportional-Integral-Differenziereinheit, deren Ausgang an dem zu steuernden Prozeß angeschlossen ist, In der Mitte zwischen der Sollwertfeststellungseinrichtung 12 und der PID-Einrichtung 14 befindet sich ein Schalterpunkt 12, wo das Fuzzy-Logik-Modul 13 durch einen Schalter 12A in die Schaltung eingefügt werden kann, wodurch eine Verbindung über die Fuzzy Logik von der Sollwerteinrichtung 11 zu der PID-Einrichtung 14 hergestellt wird. Eine Rückkopplung eines bearbeiteten Werts über eine Leitung 16 ist sowohl an die Fuzzy Logik 13 als auch die PID-Einrichtung 14 angeschlossen. Es wird erwartet, daß das Fuzzy-Logik-Modul 13 ein Überschwingen über einen Bereich von Werten hinweg reduziert, ohne daß Parameter festgelegt werden müssen und ohne daß eine vorherige Abstimmung oder ein vorheriges Lernen erforderlich sind. Die einzige benötigte Konfiguration ist die Auswahl von "Ein" oder "Aus" für die Fuzzy-Überschwingungsunterdrückung. Bei jeder stabilen Schleife, bei der sich ein Überschwingen zeigt, wird dieses Überschwingen durch die Verwendung des vorliegenden Verfahrens reduziert oder eliminiert. Jede Schleife ohne Überschwingen wird auch weiterhin kein Überschwingen aufweisen, und in keinem Fall wird das Überschwingen wesentlich erhöht sein. Bei den meisten Schleifen mit oder ohne Überschwingen wird erwartet, daß die mittlere Ausklingzeitänderung negativ ist.
Zur Lösung der obigen Aufgaben ist es notwendig, früh genug zu erfassen, ob es zu einem Überschwingen kommen wird oder nicht, damit die erforderliche Aktion ergriffen werden kann, um ein derartiges Überschwingen zu verhindern und es ist wichtig, daß dies ohne vorheriges Wissen der Prozeßdynamik geschieht. Um dies zu erzielen, wird bei dem Design die Beobachtung verwendet, daß, wenn kein Überschwingen auftritt, sich der Prozeßwert ungefähr exponentiell dem Sollwert nähert, und wenn ein Überschwingen auftritt, er sich dem Sollwert mehr linear nähert. Diese Beobachtung wird angestellt, indem zahlreiche Mengen empirischer Testdaten aus einem großen Bereich von Systemreaktionen untersucht werden, einschließlich solchen von Prozessen mit Mehrfachverzögerungen und Todzeit.
Es ist festgestellt worden, daß es zu keinem Überschwingen kommt (das heißt die Größe des Sollwerts minus dem Prozeßwert), falls die Abweichung nach Null abnimmt und mit der Zeit exponentiell abklingt. Wenn ein Überschwingen auftritt, liegt die Abweichungswellenform näher an linear. Am anderen Extrem, falls die Reaktion träge sein soll, ist die Reaktion weit größer als die der exponentiellen Kurve. Die Lösung des Problems wird teilweise durch eine Messung der Krümmung einer derartigen Kurve bestimmt. Die Form der Abweichung der Kurve dahingehend, ob sie exponentiell, linear usw. ist, wird bewertet, indem Zeitintervalle gemessen werden, über die die Abweichung um einen festen Anteil abklingt. Das heißt, das Verhältnis jeden Paars aufeinanderfolgender Zeitwerte wird als ein Maß für die Krümmung oder die Exponentialität der Wellenform verwendet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist zu sehen, daß Messungen zu einem Zeitpunkt vorgenommen werden, dann einem anderen Zeitpunkt plus eins und dann einem Zeitpunkt plus zwei, Zeitpunkt plus drei usw. Es muß bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt die Abweichung den Pegel des Abklingens minus dem Schwellwert erreicht und wo das zu Abklingen minus dem Schwellwert bei einer Messung von 0,8 konstant vorliegt.
Das Verhältnis zwei aufeinanderfolgender Zeitintervalle, wie in Fig. 2 gesehen, wird äls die Abweichungskrümmung bezeichnet. Falls die Krümmung exponentiell ist, ist die Abweichungskrümmung eins. Analog, sollte die Kurve linear sein, ist die Abweichungskrümmung 0,8. Angesichts des oben gesagten kann die Vorhersage des Überschwingens bestimmt werden.
Wenn der Sollwert geändert wird, mit der Fuzzy-Überschwingungsunterdrückung in durch Betätigung des Schalters 12A zum Enthalten der Fuzzy Logik 13, bewegt sich der unterdrückte Sollwert (SSP) nur 80% der Strecke zu dem neuen Sollwert. Der Prozeßwert wird dann auf den unterdrückten Sollwert gesteuert. Wenn sich der Prozeßwert dem unterdrückten Sollwert annähert, muß die Fuzzy Logik vorhersagen können, ob es zu einem Überschwingen kommen wird. Falls es zu keinem Überschwingen kommen wird, wird die Unterdrückung auf Null reduziert, ansonsten hält die Fuzzy Logik die Unterdrückung länger fest, um das Überschwingen zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren. Diese Vorhersage erfolgt auf der Basis des Werts der Abweichungskrümmung. Es ist festgestellt worden, daß es zu einer deutlichen Trennung zwischen den Abweichungskrümmungswerten der Prozesse mit Überschwingen und solchen ohne kommt, wenn sich der Prozeßwert dem unterdrückten Sollwert annähert.
Wenn ein Sollwertschritt angewendet wird, wird die Unterdrückung anfänglich auf 20% der Schrittgröße gesetzt, so daß sich der unterdrückte Sollwert 80% der Strecke zudem neuen Sollwertpegel bewegt. Zu dem Zeitpunkt, wenn sich der Prozeßwert etwa dreiviertel des Wegs zu dem unterdrückten Sollwert bewegt hat, hat die Fuzzy Logik bestimmt, daß es zu keinem Überschwingen kommen wird, und beginnt damit, die Unterdrückung zu reduzieren. Wenn die Fuzzy Logik die Unterdrückung auf Null reduziert, nähert sich der Prozeßwert dem Sollwert an, in der Regel ohne Änderung der Ausklingzeit.
Um den Prozeß zu verstehen, wenn ein Überschwingen vorliegt, wird der Unterdrückungssollwert anfänglich auf 80% des Sollwerts gesetzt, und wenn der Prozeßwert ansteigt, bestimmt die Fuzzy Logik, daß es zu einem Überschwingen kommen wird und hält die Unterdrückung auf dem gleichen Pegel. Wenn der Prozeßpegel mit dem Abflachen beginnt, reduziert die Fuzzy Logik somit die Unterdrückung, um den Prozeßwert auf eine "weiche Landung" bei dem Sollwertpegel zu bringen.
Die Funktionsweise und Schaltungseinzelheiten des Fuzzy-Maschinen-Logik-Moduls, wie in Fig. 3 dargelegt, bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung; es ist vielmehr lediglich erforderlich, daß diese Blöcke wie angegeben und hier erörtert funktionieren. Die jeweiligen Designeinzelheiten einschließlich Definition der Fuzzy-Regelsätze wurden entwickelt anhand von Arbeiten in einer interaktiven Umgebung unter Verwendung der Simulation des Systems wie im folgenden beschrieben in einer geschlossenen Schleife.
In dem Nachverarbeitungsmodul 35, wie in Fig. 3 gezeigt, empfängt das Nachverarbeitungsmodul einen Deltaunterdrückungswert als seine Eingabe von der Fuzzy-Maschine und erhöht oder senkt den Wert der Unterdrückung entsprechend. Falls die Deltaunterdrückung positiv ist, wird die Unterdrückung erhöht.
Sollte die Deltaunterdrückung negativ sein, wird die Unterdrückung nach Null reduziert. Die Nullrate wird durch Vorverarbeiten mit dem Wert von "tscale" skaliert, so daß, wenn der Wert der Deltaunterdrückung gesenkt wird die Unterdrückung mit einer Rate abklingt, die ungefähr gleich der Prozeßzeitkonstanten ist.
Wieder unter Bezugnahme auf Fig. 3, wo ein Blockschaltbild des Fuzzy-Logik-Moduls gezeigt wird. Es wird erwartet, daß die Überschwingungsunterdrückung, wie sie durch das vorliegende Verfahren gesteuert wird, in einer Schleife mit zwei Verzögerungen und Todzeit über einen Bereich von Prozeßverzögerungen von 10 Sekunden bis zu 8 Stunden mit einer Todzeit von bis zu einem Maximum von 15 Minuten arbeitet. Es wird weiterhin erwartet, daß sie für den Sollwertschritt oder eine störungsinduzierte Abweichung in einem Amplitudenbereich von 1% des Bereichs zu dem ganzen Bereich arbeitet.
Es wird erwartet, daß die Fuzzy Logik des vorliegenden Verfahrens ein Überschwingen über diesen Bereich von Werten reduziert, wobei keine Parameter im voraus gesetzt werden müssen, wie im Stand der Technik, und ohne daß eine Vorabstimmung oder ein Lernen erforderlich wäre. Die einzige erforderliche Konfiguration ist die Auswahl von "Ein" oder "Aus" für eine Fuzzy-Überschwingungsunterdrückung, wie in Fig. 1 gezeigt. Bei jeder stabilen Schleife mit Parametern in dem obigen Bereich, die eine Überschwingung aufweist, wird diese Überschwingung durch Verwendung des vorliegenden Verfahrens reduziert oder eliminiert. Jede Schleife ohne Überschwingung wird weiterhin keine Überschwingung aufweisen, und in keinem Fall wird das Überschwingen wesentlich erhöht werden.
Die bei der Funktionsweise der Fuzzy-Maschine von Fig. 3 verkörperten Regeln sind in Tabelle A gezeigt, wo Informationen über die Abweichungskrümmung gezeigt sind, wobei die Abweichungskrümmung ansteigt, schnelles Abklingen, exponentielles Abklingen oder langsames Abklingen oder Unterdrückung bei vier Pegeln von größer als fünffachen der Unterdrückungsrate auf eine Unterdrückungsrate von Null oder eine negative Unterdrückungsrate.
Das in Fig. 3 gezeigte Vorverarbeitungsmodul 31 empfängt den aktuellen Wert des Sollwerts und Prozeßwerts als Eingaben und liefert aktualisierte Werte der relativen Abweichung und Abweichungskrümmung zu der Fuzzy-Maschine, die aus Eingabe-Fuzzy-Sätzen 32, Regel- Modul 33 und Ausgabe-Fuzzy-Sätzen 34 besteht. Das Vorverarbeitungsmodul dividiert die Abweichung (Sollwert minus Prozeßwert) durch den aktuellen Wert der Unterdrückung mit der Vorkehrung, daß, falls die Unterdrückung Null ist, eine Division durch Null vermieden wird. Es klemmt dann das Ergebnis auf einen Wert zwischen 0 und 6 und skaliert die Ausgabe auf den von der Fuzzy-Maschine erforderlichen Pegel. Das Verfahren zur Berechnung der Abweichungskrümmung wurde oben umrissen. Diese Berechnung wurde durchgeführt, während die Abweichung abnahm, doch muß auch das Verhalten definiert werden, wenn sich die Abweichung in irgendeinem anderen Zustand befindet, etwa ansteigend, flach oder Null.
In dem in Fig. 4 gezeigten vereinfachten Zustandsdiagramm wird der Wert von "Elatch" (Abklingen minus den Schwellwert) hochgeschraubt, wenn die Abweichung ansteigt, und dann, wenn sie abnimmt, wird es als der Rastwert der Abweichung wie in Fig. 4 gezeigt verwendet, um die Abweichungskrümmung zu berechnen. Man beachte, daß "tscale" proportional zu der Abklingrate gesetzt ist, die während der Umkehrung gemessen ist, und dazu verwendet wird, die Abklingrate der Unterdrückung zu bestimmen. Die Einzelheiten sind für die verschiedenen Zustände und Ereignisse mit der resultierenden Aktion und gefolgt von dem resultierenden Zustand in Tabelle B gezeigt.

Claims

1. Verfahren zum Unterdrücken des Überschwingens einer Prozeßvariablen PV in einem Prozeßsteuersystem über einen vorbestimmten Prozeßwert-Sollwert (11), mit den folgenden Schritten:

Vorhersagen des Überschwingens durch Beobachten der mit der Prozeßvariablen PV verbundenen Wellenform, wodurch das

Vorhersagen des Überschwingens während des Anstiegs der Prozeßvariablenwellenform auftritt und basierend darauf

kein Überschwingen auftritt, falls sich die Prozeßvariable expohentiell dem Sollwert nähert, und daß

das Überschwingen auftritt, falls sich die Prozeßvariable linear dem Sollwert nähert;

wobei die Beobachtung der mit der Prozeßvariablen verbundenen Wellenform ohne Berücksichtigung einer Zeitskala oder alternativ einer Amplitudenskala erfolgt;

Einschalten des Systems, um eine Korrektur auszuführen, um das Überschwingen zu reduzieren oder alternativ zu eliminieren;

Verwenden eines Fuzzy-Logik-Moduls (13) mit einer Proportional-Integral-Differenziersteuerung (14), um die Korrektur der Prozeßvariablen (PV) auszuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sollwert (11) anfänglich unterdrückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bestimmung einer Form der Wellenform durch Messen des Zeitintervalls erfolgt, über das die Abweichung um einen festen Anteil abklingt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis jedes Paars aufeinanderfolgender Zeitwerte die Exponentialität der Wellenform ist und das Verhältnis aus zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen eine Abweichungskrümmung ergibt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Abweichungskrümmung ein Maß dahingehend ist, ob ein Überschwingen existieren wird oder nicht.

6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Prozeßvariable an dem unterdrückten Sollwert durch die Fuzzy-Logik gesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei Fehlen eines Überschwingens die Fuzzy-Logik den unterdrückten Sollwert auf Null reduziert.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei, falls ein Überschwingen auftreten sollte, die Fuzzy-Logik die Unterdrückung auf einem Pegel beibehält, der niedriger ist als die Prozeßvariable, bis die Prozeßvariable abflacht, wonach die Fuzzy-Logik die Unterdrückung reduziert, um die Prozeßvariable auf den Sollwert für den Prozeßpegel zu bringen.