FI115325B - Procedure and control arrangements for controlling a paper web manufacturing process - Google Patents
Procedure and control arrangements for controlling a paper web manufacturing process Download PDFInfo
- Publication number
- FI115325B FI115325B FI20021047A FI20021047A FI115325B FI 115325 B FI115325 B FI 115325B FI 20021047 A FI20021047 A FI 20021047A FI 20021047 A FI20021047 A FI 20021047A FI 115325 B FI115325 B FI 115325B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- control
- value
- actuator
- measure
- proposals
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 229
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 184
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 57
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 2
- 230000006735 deficit Effects 0.000 claims 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 44
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 11
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 11
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 9
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000011028 process validation Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 229930091051 Arenine Natural products 0.000 description 1
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241001523162 Helle Species 0.000 description 1
- 229910010068 TiCl2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000012884 algebraic function Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 235000008429 bread Nutrition 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 1
- 239000013643 reference control Substances 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000011122 softwood Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- ZWYDDDAMNQQZHD-UHFFFAOYSA-L titanium(ii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ti+2] ZWYDDDAMNQQZHD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Paper (AREA)
Abstract
Description
115325115325
Menetelmä ja ohjausjärjestely rainanvalmistusprosessin ohjaamiseksiA method and control arrangement for controlling the web production process
Keksinnön alaField of the Invention
Keksinnön kohteena on menetelmä rainanvalmistusprosessin oh-5 jäämiseksi ja menetelmän mukaan toimiva rainanvalmistusprosessin ohjaus-järjestely.The invention relates to a method for controlling the web production process and to a control arrangement for the web production process operating according to the method.
Keksinnön taustaBackground of the Invention
Valmistuvan rainan (sheet) laatua mitataan tavallisesti rainan poikki käyttäen poikkisuunnan (cross direction, CD) mittauksia ja muita mittauksia. 10 Tyypillisiä poikkisuunnan mittauksissa mitattavia suureita ovat kosteus, paksuus, neliömassa ja tuhkapitoisuus. Muita tyypillisiä rainan laatua kuvaavia mittauksia, jotka voivat olla myös muita kuin CD-mittauksia, ovat väri, opasiteetti, kiilto ja sileys. Mittaustuloksia verrataan asetusarvoihin ja muodostetaan virhe-profiili, joka kuvaa mittaustulosten ja asetusarvojen välistä poikkeamaa. Tiede-15 tään, että asetusarvoja vastaavassa tilassa oleva prosessi tuottaa halutun laatuista rainaa, ja prosessi pyritäänkin siksi pitämään mahdollisimman tarkasti asetusarvoja vastaavassa tilassa. Virheprofiilin ja prosessin nominaalin mallin avulla säädin muodostaa ohjauskäskyn yhdelle tai useammalle toimielimelle, jotka muuttavat prosessia käskyn mukaisesti. Prosessin muuttaminen aiheut-:·. 20 taa muutoksen rainan CD- tai muissa ominaisuuksissa, ja tämä muutos tapah-The quality of the sheet is typically measured across the web using cross direction (CD) measurements and other measurements. 10 Typical quantities for transverse measurements are moisture, thickness, basis weight and ash content. Other typical web quality measurements, which may be other than CD measurements, include color, opacity, gloss, and smoothness. The measurement results are compared with the setpoints and an error profile is created which describes the deviation between the measurement results and the setpoints. It is known that a process in a state corresponding to the set values produces a web of the desired quality, and therefore the process is intended to be kept as closely as possible in the state corresponding to the set values. By means of the error profile and the process nominal model, the controller generates a control command for one or more actuators that change the process according to the command. Changing the process caused: ·. 20 changes in the CD or other properties of the web, and this change
* « I* «I
' tuu aikatasossa (time domain, TD) tietyllä tavalla. Nominaali prosessimalli ku- vaa TD:n ja/tai CD:n ja/tai muita prosessivasteen piirteitä toimielimelle. Erityi-*···’ sesti paperinvalmistuksessa toimieliminä voidaan käyttää materiaalin määrää [ tai kokonaisosuutta tai rainaan prosessin aikana kohdistettua mekaanista 25 kuormaa tai lämpöä. Valmistuvan paperin laadun pitämiseksi hyvänä toi-mielimiä käytetään muuttamaan tai pitämään mittaussuureita ennallaan. Kutakin toimielimen ja rainan mitatun ominaisuuden yhdistelmää varten prosessi-: malli käsittää joitakin tai kaikki seuraavista: (i) CD-kohdistus (mapping), (ii) CD- w': vaste, (iii) TD-kohdistus, (iv) TD-vaste, (v) prosessin vahvistus; näiden lisäksi 30 prosessi voi käsittää myös muita piirteitä. Yhtä tällaista rainanvalmistusjärjes-telmää on kuvattu patenttijulkaisussa US 5,539,634, joka otetaan tähän viit-teeksi. Termit "kohdistus" ja "vaste" ovat sinänsä tunnettuja alan ammattimie-; . helle, mutta ne määritellään myöhemmin tässä esityksessä.'comes in a time domain (TD) in a certain way. The nominal process model describes the TD and / or CD and / or other process response features for the actuator. In particular, in paper making, actuators may be the amount of material [or the total amount] or the mechanical load or heat applied to the web during the process. In order to maintain the quality of the paper being produced, the authorities are used to change or maintain the measured quantities. For each combination of actuator and web measured property, the process model comprises some or all of the following: (i) CD mapping, (ii) CD-w 'response, (iii) TD targeting, (iv) TD- response, (v) process validation; in addition to these, the process may comprise other features. One such web production system is described in U.S. Patent No. 5,539,634, which is incorporated herein by reference. The terms "targeting" and "response" are known per se to those skilled in the art; . helle, but they will be defined later in this presentation.
.: Säätimen käyttämä prosessimalli on kuitenkin aina jonkin verran 35 epätarkka. Korkeasti kehittynyt säädin voi toimia erittäin hyvin tarkan proses- 115325 2 simallin kanssa, mutta haittana on se, että säädin toimii huonosti epätarkan mallin kanssa. Ohjaustoiminnan huonontuminen riippuu mallin epätarkkuuden luonteesta ja säätimen reagointiherkkyydestä tuollaiseen virheeseen..: However, the process model used by the controller is always somewhat inaccurate. A highly advanced controller can work very well with a precision 115325 2 model, but the disadvantage is that the controller does not work well with an inaccurate model. Deterioration of the control function depends on the nature of the model's inaccuracy and the sensitivity of the controller to such an error.
Keksinnön lyhyt selostus 5 Keksinnön tavoitteena on siten toteuttaa menetelmä ja menetelmän toteuttava ohjausjärjestely siten, että prosessia kyettäisiin ohjaamaan hyvin myös epätarkan nominaalin prosessimallin avulla. Tätä tavoitetta varten menetelmä ja järjestely käsittävät vikasietoisen eli robustin säätimen. Tämän tavoitteen saavuttaa johdannossa esitetty menetelmä ohjata rainanvalmistuspro-10 sessia, jossa valmistetaan haluttuja arvoja vastaavaa rainaa, jossa menetelmässä: mitataan prosessin tilaa, jolloin saadaan yksi tai useampi prosessin tilaa kuvaava mittausarvo; verrataan kutakin mittausarvoa vastaavaan haluttuun arvoon; muodostetaan vertailun perusteella virhe, joka edustaa ainakin yhtä mittausarvon ja halutun arvon välistä poikkeamaa toisistaan; muodostetaan ai-15 nakin kahden prosessimallin avulla, joista ainakin yksi on poikkeutettu prosessimalli, ainakin kaksi ohjaustoimenpide-ehdotusta, jotka perustuvat virheeseen; muodostetaan ohjaustoimenpide-ehdotusten avulla yksi ohjaustoimenpide, jolla ohjataan rainanvalmistusprosessia tuottamaan haluttuja arvoja vastaavaa rainaa.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the invention is thus to provide a method and a control arrangement implementing the method so that the process can be well controlled also by means of an inaccurate nominal process model. For this purpose, the method and arrangement comprise a fail-safe or robust controller. This object is achieved by the method disclosed in the introduction for controlling a web-making process for producing a web of desired values, comprising: measuring a process state to obtain one or more process values; comparing the desired value corresponding to each measured value; generating, by comparison, an error representing at least one deviation between the measured value and the desired value; generating, by means of two process models, of which at least one is a deflected process model, at least two control action suggestions based on the error; generating, by means of control action proposals, a single control action controlling the web production process to produce a web of desired values.
20 Keksinnön kohteena on myös ohjausjärjestely ohjata rainanvalmis- tusprosessia, joka on sovitettu valmistamaan haluttuja arvoja vastaavaa rai-naa, joka järjestely käsittää: mittausyksikön mitata prosessin tila, jolloin saa-daan yksi tai useampi prosessin tilaa kuvaava mittausarvo; vertailijan verrata I · kutakin mittausarvoa vastaavaan haluttuun arvoon ja muodostaa virhe, joka * ’ 25 edustaa ainakin yhtä mittausarvon ja halutun arvon välistä poikkeamaa toisis- taan; ohjausyksikön, joka on sovitettu käyttämään hyväksi ainakin kahta pro-sessimallia, joista ainakin yksi on poikkeutettu prosessimalli, ja ohjausyksikkö on sovitettu muodostamaan ainakin kaksi ohjaustoimenpide-ehdotusta, jotka f: perustuvat virheeseen; prosessointiyksikön muodostaa ohjaustoimenpide-eh- 30 dotuksista yksi ohjaustoimenpide, jolla ohjausjärjestely on sovitettu ohjaamaan . rainanvalmistusprosessia tuottamaan haluttuja arvoja vastaavaa rainaa.The invention also relates to a control arrangement for controlling a web production process adapted to produce a web corresponding to the desired values, comprising: a measuring unit for measuring the process state, thereby obtaining one or more measurement values describing the process state; the comparator comparing I · to the desired value corresponding to each measured value and generating an error which represents at least one deviation between the measured value and the desired value; a control unit adapted to utilize at least two process models, at least one of which is a deflected process model, and the control unit adapted to generate at least two control action proposals based on: error; the processing unit is formed by one control operation from which the control arrangement is adapted to control. a web production process to produce a web corresponding to the desired values.
Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.Preferred embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.
.. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja järjestelmällä saavutetaan • 35 useita etuja. Yksi tärkeä etu on se, että robusti säädin sietää hyvin prosessi malleissa esiintyviä virheitä siten myös toimii hyvin, jopa silloin, kun sen pro- 115325 3 sessimallissa on (pienehköjä) virheitä. Säädin toimii hyvin, koska sen toimenpiteet on muodostettu sellaisista prosessimalleista, jotka yksittäistä nominaa-lia mallia suuremmalla todennäköisyydellä sisältävät todellisen prosessimallin.The method and system of the invention provide several advantages. One important advantage is that the robust controller is well tolerated by errors in process models, so it also works well, even when its process model has (minor) errors. The controller works well because its operations are made up of process models that are more likely to contain the actual process model than a single nominal model.
5 Kuvioiden lyhyt selostus5 Brief Description of the Drawings
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 esittää toimielimen toimenpiteen virhettä prosessimallin virheen funktiona, 10 kuvio 2 esittää prosessin ohjausta, kuvio 3 esittää prosessin ohjausta, jossa käytetään useita prosessimalleja, kuviot 4A - 4C esittävät prosessin käyttäytymistä erilaisilla ohjaustoimenpiteillä, 15 kuvio 5A esittää vahvistusprosessin ja kohdistusprosessin yhteis ten ohjaustoimenpide-ehdotusten muodostusta, kuvio 5B esittää vahvistusprosessin ja kohdistusprosessin yhteisten ohjaustoimenpide-ehdotusten muodostusta, kuvio 5C esittää vahvistusprosessin ja kohdistusprosessin yhteis- 20 ten ohjaustoimenpide-ehdotusten muodostusta, \‘.im kuvio 5D esittää vahvistusprosessin ja kohdistusprosessin yhteis- .:, ten ohjaustoimenpide-ehdotusten muodostusta, kuvio 6A esittää prosessin käyttäytymistä tarkan ohjauksen yhteydessä, kun nominaalissa mallissa on eri tasoisia virheitä, ’ ’ 25 kuvio 6B esittää prosessin käyttäytymistä kohtalaisen robustin oh- jauksen yhteydessä, kun nominaalissa mallissa on eri tasoisia virheitä, ja kuvio 6C esittää prosessin käyttäytymistä erittäin robustin ohjauksen yhteydessä, kun nominaalissa mallissa on eri tasoisia virheitä.The invention will now be described in more detail in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 illustrates an actuator error as a function of process model, Fig. 2 illustrates process control, Fig. 3 illustrates process control using multiple process templates, Figures 4A-4C Fig. 5A illustrates the generation of common control action suggestions for the validation process and the alignment process, Fig. 5B shows the generation of common control action suggestions for the validation process and the alignment process, Fig. 5C shows the generation of common control action suggestions for the validation process and generating alignment process proposals, FIG. 6A illustrates process behavior in the context of precise control when the nominal model has different levels errors, '' Figure 6B shows process behavior with moderate robust control when the nominal model has different levels of error, and Figure 6C shows process behavior with very robust control when the nominal model has different levels of error.
I ·I ·
Keksinnön yksityiskohtainen selostus 30 Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan soveltaa erityisesti rainan- valmistusprosessissa, kuten esimerkiksi paperin ja kartongin valmistuksessa sekä muovikalvojen valmistuksessa, näihin kuitenkaan rajoittumatta.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The solution of the invention is particularly applicable to, but not limited to, the process of forming a web, such as paper and board, and plastic films.
Perehdytään aluksi prosesseihin yksinkertaisten kaavojen avulla.Initially, let's get to know the processes through simple formulas.
, ..: Prosessin nominaali malli R voidaan määritellä seuraavasti: 115325 4 ΘΑ ’ missä θΡοη prosessin osittaisdifferentiaalinen muutos suhteessa toimielimen osittaisdifferentiaaliseen muutokseen ΘΑ. Yleensä P on proses-siarvojen vektori ja A on toimielinarvojen vektori, joka voi olla eri pituinen kuin 5 P. Tässä tapauksessa R on matriisi, jonka koko määräytyy P:n ja A:n pituuksien mukaan. Tämä relaatio voidaan ilmaista myös muunnostiloissa käyttäen esimerkiksi Laplacen muunnosta P:n P(s), A:n A(s), ja R:n R(s), joissa differen-tiaalitoiminto on korvattu algebrallisella toiminnolla: R(s)=P(s)/A(s). Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa sekä muunnostiloissa että suorissa 10 laskutoimituksissa, mutta se on tässä selvyyden vuoksi esitetty ilman muun-, ..: The nominal model R of a process can be defined as: 115325 4 ΘΑ 'where θΡοη is the partial differential change of process relative to the partial differential change of the actuator ΘΑ. Generally, P is a vector of process values and A is a vector of actuator values which may be of different lengths than 5 P. In this case, R is a matrix whose size is determined by the lengths of P and A. This relation can also be expressed in transform modes using, for example, Laplace's transform P of P (s), A of A (s), and R of R (s), where the differential function is replaced by an algebraic function: R (s) = P (p) / A (s). The method according to the invention can be applied both in conversion modes and in direct calculations 10, but for the sake of clarity it is shown without modification.
AA
nosta. Prosessin nominaalia mallia R estimoidaan kokemusperäisesti aiempien mittausten avulla, joissa estimointi voi olla toistuvaa, tai nominaalia mallia voidaan estimoida käyttämällä hyväksi käytössä olevaa tietoa prosessista, kuten esimerkiksi laitteiston kokoa ja siinä suoritettavien fyysisten prosessien 15 luonnetta. Näin tarvittava toimielimen differenssimuutos Δ A kullakin ajanhet-kellä voidaan laskea mitattujen prosessiolosuhteiden differenssipoikkeaman ΔΡ ja estimoidun nominaalin mallin R avulla seuraavasti: Δ A = R '1ΔΡ, 20 ·' " missä ΔΡ on ΔΡ = Ph - Pm, Ph on prosessin haluttu tila, Pm on prosessin mitattu * Λ ···: tila ja R'1 on prosessin nominaalin mallin estimaatin käänteismatriisi. ΔΡ^ :: voidaan kutsua myös virhesignaaliksi.lift. The nominal model R of the process is empirically estimated from previous measurements, which can be repeated, or the nominal model can be estimated using available information about the process, such as the size of the equipment and the nature of the physical processes it performs. The required actuator difference change ΔA at each time point can be calculated from the difference of the measured process conditions ΔΡ and the estimated nominal model R as follows: ΔA = R '1ΔΡ, 20 ·' "where ΔΡ is ΔΡ = Ph - Pm, Ph is the desired state of the process, Pm is the measured * Λ ···: state of the process and R'1 is the inverse matrix of the process nominal model estimate ΔΡ ^ :: can also be called an error signal.
Kuvio 1 esittää toimielimen toiminnassa esiintyvää virhettäFigure 1 shows an error in the operation of the actuator
* ♦ Λ A* ♦ Λ A
· : 25 A A-AA, missä ΔΑ on toimielimen muutos, joka perustuu prosessin nomi-·: 25 A A-AA, where ΔΑ is an institutional change based on the process name
I I · AI I · A
naaliin malliin R, ja ΔΑ on toimielimen muutos, joka perustuu todelliseen pro-sessimalliin R nominaalin prosessimallin R ja todellisen prosessimallin R väli- * · '·. sen eron funktiona. Mitä suurempi estimoidussa prosessimallissa esiintyvä vir he on suhteessa todelliseen prosessimalliin, sitä enemmän toimielimen toi-30 minta poikkeaa halutusta toiminnasta. Tällainen virhe johtaa nopeasti proses- .. * sin täysin väärään tilaan ja valmistettavan tuotteen laadun huonontumiseen.mallΑ is an institutional change based on the true process model R between the nominal process model R and the actual process model R * · '·. as a function of its difference. The greater the error in the estimated process model relative to the actual process model, the more the operation of the institution deviates from the desired operation. This type of error quickly leads to a completely incorrect process and a deterioration in the quality of the product being manufactured.
Tarkastellaan nyt sinänsä tunnettua rainanvalmistusprosessia ku-vion 2 avulla. Prosessin tilaa mitataan mittaamalla poikkisuunnassa rainan 100 ominaisuuksia N mittapäällä mittausyksikössä 102, missä N on positiivinen ko- 115325 5 konaisluku. Vaihtoehtoisesti rainan traversoimiseen (poikkisuunnassa mittaamiseen) voidaan käyttää pienempää määrää mittapäitä, jolloin näiden mitta-päiden mittauksista saadaan mittaukset N paikassa rainan poikki. Mittausyksikön 102 mittaustulokset Pm ja lohkosta 104 saadut halutut arvot Ph syötetään 5 vertailijaan 106, jossa muodostetaan virhesignaali ΔΡ haluttujen arvojen ja mitattujen arvojen välisistä eroista. Virhesignaalin ja lohkosta 110 saadun prosessimallin R avulla ohjausyksikössä 108 muodostetaan ohjaussignaali, jolla Λ on tarkoitus saada aikaan tarvittava muutos A toimielimen toiminnassa. Toimielimet 112, joita on V kappaletta, missä V on positiivinen kokonaisluku, joka 10 voi olla muu kuin N, toimivat ohjaussignaalin mukaisesti ja vaikuttavat siten rainanvalmistusprosessiin ja rainan laatuun.Referring now to Figure 2, a web production process known per se is considered. The process state is measured by transversely measuring the properties of the web 100 at N probes in the measuring unit 102 where N is a positive integer. Alternatively, a smaller number of probes may be used for traversing the web (measuring in the transverse direction), whereby measurements of these probes are obtained at N locations across the web. The measurement results Pm of the measuring unit 102 and the desired values Ph from the block 104 are supplied to the comparator 106, where an error signal ΔΡ is generated from the differences between the desired values and the measured values. By means of the error signal and the process model R obtained from block 110, the control unit 108 generates a control signal which Λ is intended to bring about the necessary change A in the operation of the actuator. The actuators 112, of which there are V, where V is a positive integer 10, which may be other than N, operate in accordance with the control signal and thus influence the web production process and the web quality.
Rainanvalmistuslaitteistossa käytetään tavallisesti useita toimielimiä 112 säätelemään yhtä tai useampaa ominaisuutta rainan poikkisuunnassa. Esimerkiksi paperikoneen laimennusperälaatikkoon syötettävät höyryt voidaan 15 yhdistää eri suhteissa kussakin eri paikassa perälaatikon yli käyttämällä ohjattavia venttiileitä, jolloin perälaatikkoon syötettävän yhdistetyn aineksen ominaisuuksia voidaan muokata poikkisuunnassa. Samoin paperikoneen perälaati-kossa voi olla karoja, jotka on kiinnitetty perälaatikon huuleen useasta kohtaa perälaatikon poikki, jolloin huuliaukon muotoa voidaan muokata poikkisuun-20 nassa, jolloin virtauskuviota voidaan muokata perälaatikon poistoaukon kohdalla. Muut poikkisuunnan toimielimet 112, kuten esimerkiksi höyrylaatikot, uu-delleenkastelulaitteistot, päällystyskoneen kaapimet, kalanteritelat, kuormitet-tavat kengät, vyöhykkeittäin ohjattavat telat jne., joissa kussakin on useita omia säädettäviä elementtejä, voivat sijaita puristimissa, kuivattimissa, pääl-25 lystyskoneissa, kalentereissa ja muissa paperinvalmistusprosessin yksiköissä.Multiple actuators 112 are typically used in a web production apparatus to control one or more properties across the web. For example, the vapors fed to the dilution headbox of a papermaking machine may be combined in different proportions at each location over the headbox using controlled valves, whereby the properties of the combined material fed to the headbox can be modified in the transverse direction. Likewise, the headbox of the papermaking machine may have spindles that are attached to the headbox lip at multiple locations across the headbox, allowing the shape of the lip opening to be modified in the transverse direction, allowing the flow pattern to be modified at the headbox outlet. Other transverse actuators 112, such as steam boxes, re-irrigation equipment, coating machine scrapers, calender rolls, load-bearing shoes, zone-controlled rolls, etc., each with a plurality of its own adjustable elements, can be located in presses, other units in the papermaking process.
'*,* Muissa rainanvalmistus- tai rainankäsittelyprosesseissa 100, kuten ”·. esimerkiksi muovikalvon tai -kerroksen suulakepursottimissa tai laminointi- tai'*, * In other web production or web processing processes 100 such as' ·. for example, plastic film or layer extruders or laminators
i * Ii * I
jalostuslaitteissa tai painopuristimissa, on yleensä välineet säätöjen tekemi-seksi poikkisuunnassa. Nämä välineet käsittävät suulakepursottimien pultit, !’, 30 kuormitettavat puristimet, erilaiset suuttimet, lämmittimet, kostuttimet ja kiristi- met, ja ne suorittavat paperikoneelle kuvatuttuja toimintoja vastaavia toimin-: '· toja.processing equipment or printing presses, there are generally means for making transverse adjustments. These means comprise extruder bolts, '', load presses, various nozzles, heaters, humidifiers, and tensioners, and perform functions similar to those described for a paper machine.
: Rainan ominaisuuksia mitataan yleensä useasta paikasta rainan poikki, jolloin mittauspaikkoja on normaalisti saman verran tai enemmän kuin ’ 35 toimielimiä 112. Mittausyksikössä 102 rainan poikki suoritettujen ominaisuuden mittausten joukkoa kutsutaan yleensä kyseessä olevan ominaisuuden profii- 115325 6 liksi. Profiileja voidaan mitata rainan poikki kulkevilla antureilla, tai kiinteästi rainan yli sijoitetuilla anturiryhmillä. Rainan ominaisuudet saadaan yleensä mitattua radioaktiivisiin, elektromagneettisiin, termisiin tai mekaanisiin mekanismeihin perustuvilla antureilla, ja ne ovat ilmeisiä alan ammattimiehelle. Pa-5 perinvalmistuksen kannalta tärkeitä ominaisuuksia ovat neliöpaino, kosteus- ja tuhkapitoisuus, paksuus, kiilto, väri, opasiteetti, kuituorientaatiojakauma, vetolujuus, sileys jne.: The properties of a web are generally measured at multiple locations across the web, normally having the same number of locations or more than '35 actuators 112. The set of property measurements performed across the web 102 is generally referred to as the profile of the property in question. Profiles can be measured with transducers across the web, or with groups of transducers fixed over the web. The properties of the web are generally measured by sensors based on radioactive, electromagnetic, thermal or mechanical mechanisms, and will be apparent to one skilled in the art. Important properties for the Pa-5 core fabrication are basis weight, moisture and ash content, thickness, gloss, color, opacity, fiber orientation distribution, tensile strength, smoothness, etc.
Toimielinelementin vaikutusta mitattuun rainan ominaisuusprofiiliin kutsutaan toimielimen poikkisuunnan vasteeksi. Esimerkiksi huuliaukon yhden 10 karan siirtämisestä aiheutuva neliöpainon muutos on karan CD-neliöpaino-vaste. Kukin toimielin voi vaikuttaa useampaan kuin yhteen ominaisuuteen niin, että karojen liikkuminen voi myös aiheuttaa kosteus-ja paksuusvasteita poikkisuunnassa. Sitä poikkisuunnan paikkojen joukkoa, johon poikkisuunnan toimielinelementtien vasteet keskittyvät, kutsutaan toimielinten 112 CD-koh-15 distukseksi (mapping).The effect of the actuator element on the measured web property profile is called the transverse response of the actuator. For example, the change in basis weight caused by moving one lip of the lip opening is the CD basis weight response of the mandrel. More than one property can be affected by each actuator so that movement of the spindles can also cause transverse moisture and thickness responses. The set of transverse locations on which the responses of the transverse actuator elements are concentrated is called the CD 112 mapping of the interlocutors 112.
Yleensä CD-vaste ei esiinny silmänräpäyksellisesti, vaan se kehittyy tietyllä tavalla tietyn ajan kuluessa. Tätä kutsutaan sen TD-vasteeksi. TD-vaste ei myöskään yleensä ala välittömästi, vaan vasta prosessin kuolleen ajan jälkeen erilaisten prosessin viiveiden seurauksena jne. CD-kohdistusta vastaa-20 valla tavalla tätä viivettä kutsutaan toimielimen TD-kohdistukseksi.Generally, a CD response does not occur instantaneously, but develops in a specific manner over time. This is called its TD response. Also, the TD response usually does not start immediately, but only after the dead time of the process due to various process delays, etc. In a manner similar to CD alignment, this delay is called the TD TD of the actuator.
Tarkastellaan nyt hieman keksinnön taustaa. Prosessin mallissa on erilaisia virheitä eri ominaisuuksille tai parametreille, ja ne vaikuttavat eri ta-voilla prosessin toimintaan. Alla olevassa taulukossa on esitetty yhteenveto odotettavissa olevasta mallivirheestä, tavanomaisissa säätimissä käytetyistä • 25 CD- ja TD-algoritmien herkkyydestä ja tarvittavasta robustisuudesta. Taulukko ,· on ensisijaisesti tarkoitettu laimennusperälaatikon CD-ohjausta varten, mutta muut CD-prosessit ovat samanlaisia.Let us now examine the background of the invention. The process model has different errors for different properties or parameters and affects the operation of the process in different ways. The table below summarizes the expected model error, the sensitivity of the • 25 CD and TD algorithms used in conventional controls, and the robustness required. The table, · is primarily intended for dilution headbox CD control, but other CD processes are similar.
Odotetta- CD- TD-algoritmin Tarvittava ro- !. * vissa oleva optimoijan herkkyys bustisuus « ;·’ _mallivirhe herkkyys___ CD-kohdistus_suuri_suuri_vähäinen suuri_ CD-vaste_keskisuuri keskisuuri vähäinen keskisuuri TD-kohdistus keskisuuri keskisuuri keskisuuri keskisuuri * f -.1,,,.11., ; TD- vaste_keskisuuri vähäinen vähäinen vähäinen *Waiting- CD-TD Algorithm Required Ro- !. * inbound optimizer sensitivity bust «; · '_model error sensitivity___ CD targeting_size_size_small_cd response_small medium to medium minor TDs to medium to medium to medium to medium * f -.1 ,,,. 11.,; TD Response_medium minor minor minor *
Prosessin vahvistus keskisuuri vähäinen vähäinen vähäinen 115325 7Process Confirmation Medium Low Minor Low Minor 115325 7
Ei-CD-prosessien ohjaus ei luonnollisestikaan sisällä CD-vastetta eikä CD-kohdistusta, eikä täten myöskään herkkyyttä CD-kohdistuksessa tai CD-vasteessa esiintyvien virheiden suhteen. CD-piirteiden lisäksi tai niiden sijaan voi kuitenkin esiintyä muita nominaalin prosessimallin piirteitä, ja jon-5 kinasteista robustisuutta tarvitaan myös näissä nominaalin prosessimallin piirteissä esiintyvien virheiden suhteen. Yleensä prosesseilla on aina TD-vasteet ja TD-kohdistus, ja joillakin prosesseilla on erittäin suuri herkkyys TD-kohdis-tuksessa esiintyvien virheiden suhteen.Of course, the control of non-CD processes does not include CD response or CD alignment, and thus is not sensitive to errors in CD alignment or CD response. However, there may be other features of the nominal process model in addition to or in place of the CD features, and ion-kinetic robustness is also required with respect to errors in these features of the nominal process model. Generally, processes always have TD responses and TD targeting, and some processes have a very high sensitivity to errors in TD targeting.
Koska CD-säätimien herkkyys CD-kohdistuksessa esiintyvien vir-10 heiden suhteen on suuri ja kohdistuksen suhteen esiintyy melkoista epävarmuutta, CD-kohdistuksesta kannattaa tehdä robustinen. Herkkyys vasteen muodon suhteen on vähäisempi, edellyttäen että näytteenottovirheet vältetään. Kuolleen ajan korjainta käyttävällä säätimellä voi olla suuri herkkyys kuolleen ajan (TD-kohdistuksen) virheiden suhteen. Herkkyys hetkellisille (TD-vasteen) 15 virheiden suhteen on vähäisempi. Tasapainotilassa olevan säätimen herkkyys TD:ssä esiintyvien virheiden suhteen on vähäinen. Herkkyys prosessin vahvistuksessa esiintyvien virheiden suhteen on vähäinen, ja prosessin vahvistuksessa voi esiintyä suhteellisen suuriakin virheitä. Tyypillisiä ylärajoja ovat: 20 CD-kohdistus ± 0.25 * toimielimen vyöhykkeen leveys CD-vaste ± 0.1 * mallin vasteen leveys TD-kohdistus ±1.0* ohjauskertojen väli .! Γ TD-vaste ± 2.0 * ohjauskertojen väliBecause of the high sensitivity of CD controls to errors in CD alignment and the high degree of uncertainty in alignment, it is advisable to make the CD alignment robust. The sensitivity to the shape of the response is less, provided that sampling errors are avoided. A dead-time adjuster can have a high sensitivity to dead-time (TD focus) errors. The sensitivity to transient (TD response) 15 errors is lower. The equilibrium controller has low sensitivity to TD errors. The sensitivity to errors in process validation is low and relatively large errors can occur in process validation. Typical upper limits are: 20 CD Alignment ± 0.25 * Actuator Zone Width CD Response ± 0.1 * Model Response Width TD Alignment ± 1.0 * Spacing of Controls! Γ TD response ± 2.0 * control interval
Prosessin vahvistus ± 0.2 * mallin prosessivahvistus.Process Confirmation ± 0.2 * Model Process Confirmation.
"· 25"· 25
Tarkastellaan nyt yleisellä tasolla keksinnön mukaista menetelmää kuvion 3 avulla. Rainaa 100 mitataan samalla tavalla kuin kuvion 2 tapauksessa lohkossa 102. Samalla tavoin kuin kuvion 2 tapauksessa, mittaustulok-. siä ja mittausyksikössä 104 saatavia haluttuja arvoja verrataan vertailijassa 30 106 ja muodostetaan virhesignaali. Tämän jälkeen alkaa keksinnön kannalta ’ ; ‘ tärkeä osa. Nominaalin prosessimallin poikkeutetuista prosessimalleista muo- i dostetaan prosessimallien joukko lohkossa 110. Prosessimallien joukko voi- daan muodostaa ennalta ja tallentaa lohkoon 110. Keksinnön kannalta ei ole tärkeää, muodostetaanko prosessimallien joukko lohkossa 110 vai muodoste-’ 35 taanko se dynaamisesti lohkossa 110 vai talletetaanko se lohkoon 110. Tär keää sen sijaan on se, että prosessimallien joukko on ohjausyksikön 108 käy- 115325 8 tettävissä. Säädinyksikkö 108 toteuttaa kunkin näistä prosessimalleista, joista ainakin yksi on poikkeutettu (perturbed) prosessimalli, ja laskee ohjaustoimenpide-ehdotuksen kullekin mallille.Let us now generally examine the method according to the invention with reference to Figure 3. The web 100 is measured in the same manner as in Figure 2 at block 102. In the same way as in Figure 2, the measurement result and the desired values obtained in the measuring unit 104 are compared in the comparator 30 106 and an error signal is generated. Thereafter, starting with the invention, '; ' important part. The offset process models of the nominal process model are formed into a set of process models in block 110. The set of process models can be pre-formed and stored in block 110. It is irrelevant to the invention whether the process set in block 110 is generated or dynamically stored in block 110. 110. What is important, on the other hand, is that the set of process models is available to the control unit 108. The control unit 108 implements each of these process models, at least one of which is a perturbed process model, and computes a control action proposal for each model.
Ohjausyksikkö 108 toimii seuraavasti esimerkiksi kohdistuksella ja 5 vasteella mallinnetussa prosessissa. Kutakin poikkeutetun kohdistuksen mapj ja poikkeutetun vasteen respj yhdistelmää varten lasketaan virheprofiilista sinänsä tunnetulla tavalla ohjaustoimenpide-ehdotus käyttämällä esimerkiksi op-timoijaa: 10 toimenpidej = optim(mapj, respj, virhe), j = 1, ..., m missä mapj, respj, virhe kuvaavat prosessimallia ja ainakin yhden profiilin virhettä, ja toimenpidej on ohjaustoimenpide-ehdotus. Poikkeutettu vaste voi sisältää sekä vahvistuksen poikkeutukset että vasteen muodon poik-15 keutukset. Optimoija laskee normaalisti ohjaustoimenpide-ehdotuksen, joka minimoi virheprofiilin 2-normin tai äärettömyysnormin. Optimointiin voidaan kuitenkin sisällyttää myös muita tavoitteita käyttämällä painotuskertoimia yhdistämään eri päämäärät yhdeksi optimointitavoitteeksi. Esimerkiksi ohjaus-toimenpiteen tai ohjaustoimenpiteen tai toimielimen johdannaisten 2-normi tai 20 äärettömyysnormi tai muita virhe- tai toimielinprofiiliin perustuvia funktionaaleja voidaan myös minimoida. Tässä esimerkissä ohjaustoimenpide-ehdotukset ” laskettiin käyttämällä optimoijaa, mutta myös muita laskentatekniikoita voidaan ...T käyttää, voidaan esimerkiksi käyttää neuroverkkoja tai sumeaa logiikkaa eri- laisten mahdollisten erilaisten ohjaustavoitteiden yhteydessä. Yksi tapa muo-·;·· 25 dostaa ohjaustoimenpide-ehdotukset on sellainen, että yksittäinen säädin las- kee peräkkäin ohjaustoimenpide-ehdotukset kullekin prosessimallille. Toinen .···. tapa muodostaa ohjaustoimenpide-ehdotukset on sellainen, että ohjausyksikkö käsittää säädinlohkoja, ja kukin säädinlohko laskee yhden ohjaustoimenpide-ehdotuksen. Tällä tavoin voidaan erilaisten prosessimallien kanssa käyttää 30 erilaisia ohjausalgoritmeja. Tämä on erityisen hyödyllistä, jos erilaiset proses-simallit ovat rakenteiltaan tai kompleksisuudeltaan erilaisia ja ovat muutenkin * i erilaisia kuin ainoastaan tavanomaisella rakenteella varustettujen mallien pa- rametrien arvojen suhteen. Malleilla voi esiintyä erilaisia rakenteita esimerkiksi jos prosessia kuvataan Fourier-tason poikkisuunnan mallina, jolloin myös käy-’’ 35 tetään poikkisuunnan mallia, joka projisoi ortogonaalisiin polynomeihin, tai jostakin muusta syystä niin, että yhden mallirakenteen parametreillä ei väittä- 115325 9 mättä ole merkitystä toiselle mallirakenteelle. Ohjaustoimenpide-ehdotusten joukko (toimenpidei, toimenpide2, .... toirnenpidem) sievennetään yhdeksi yhdistetyksi toimenpiteeksi prosessointiyksikössä 111: 5 ohjaustoimenpide-ehdotus = yhdistetty(toimenpidei, toimenpide2, toirnenpidem).The control unit 108 operates as follows, for example, in a process modeled by alignment and 5 response. For each combination of deflected alignment mapj and deflected response respj, a control action proposal is calculated from the error profile in a manner known per se using, for example, an optimizer: 10 stepsj = Optim (mapj, respj, error), j = 1, ..., m where mapj, respj, the error describes the process model and at least one profile error, and the action is a control action proposal. The offset response may include both gain offsets and offset response offsets. The optimizer normally calculates a control action proposal that minimizes a 2-margin or an infinity standard for the error profile. However, other goals can be included in the optimization by using weighting factors to combine the different goals into one optimization goal. For example, a 2-norm or an infinity norm of a control measure or control measure or an institution derivative or other functions based on an error or an institutional profile can also be minimized. In this example, control suggestions "were calculated using the optimizer, but other computational techniques can also be used, such as neural networks or fuzzy logic for various possible control purposes. One way to formulate control suggestions is to have the individual controller sequentially calculate the control suggestions for each process model. Another. ···. the way in which the control action proposals are generated is such that the control unit comprises control blocks, and each control block counts one control action proposal. In this way, 30 different control algorithms can be used with different process models. This is particularly useful if the different process models have different structures or complexities and are otherwise different from the values of the parameters of the models with the conventional structure only. Models can have different structures, for example, if the process is described as a Fourier plane cross-sectional model, which also uses a cross-sectional model that projects to orthogonal polynomials, or for some other reason such that the parameters of one model structure are irrelevant to the other. model structure. The set of control measure proposals (measure, measure2, .... toirnenpidem) is reduced to a single combined measure in processing unit 111: 5 control measure proposal = combined (measure, measure2, toirnenpidem).
Tämä ohjaustoimenpide syötetään toimielimille 112.This control operation is supplied to the actuators 112.
Tarkastellaan seuraavaksi tarkemmin keksinnön mukaista mene-10 telmää. Robustiin CD-säätimeen viedään ja siihen tallennetaan vähintään kaksi erilaista prosessimallia, jotka käsittävät ainakin yhden poikkeutetun prosessimallin ja mahdollisesti nominaalin mallin. Vaihtoehtoisesti nominaali malli ja mallin yhteen tai useampaan parametriin sisältyvät epävarmuusennusteet (tai odotettavissa olevan virheen yläraja) viedään robustille CD-säätimelle. Jäl-15 kimmäisessä tapauksessa robusti säädin muodostaa ainakin kaksi erilaista prosessimallia poikkeuttamalla nominaalia mallia siten, että ainakin yksi variantti on poikkeutettu malli ja yksi variantti on valinnaisesti nominaali malli. Robusti säädin on säädin, jonka suorituskyky huononee asteittain siten, että sen prosessimallissa alkaa esiintyä erilaisia virheitä, mutta joka kykenee pitä-20 mään yllä varmaa suorituskykyä huolimatta siitä, että mallissa esiintyy tietyn tyyppisiä ja -kokoisia virheitä.Let us now examine the process of the invention in more detail. At least two different process models are exported to and stored in the Robust CD Controller, comprising at least one offset process model and possibly a nominal model. Alternatively, the nominal model and the uncertainty predictions (or upper limit of expected error) contained in one or more parameters of the model are exported to a robust CD controller. In the latter case, the robust controller generates at least two different process models by deflecting the nominal model such that at least one variant is a deflected model and one variant is optionally a nominal model. A robust controller is a controller that gradually degrades in performance so that its process model begins to exhibit various errors, but is capable of maintaining robust performance despite the model's specific types and sizes of errors.
*' Poikkeutuksen suuruus lasketaan saadusta ominaisuudesta tai pa- ,Y rametrien epävarmuuksista. Kutakin erilaista mallia voidaan poikkeuttaa vain yhden tai useamman parametrin suhteen. Kutakin poikkeutettua parametria ··: 25 voidaan poikkeuttaa yksittäisellä määrällä tai useilla eri määrillä. Kunkin para- metrin poikkeutusmäärien joukko ja eri parametrien poikkeutusmäärien yhdis-··. telmät kussakin erilaisessa mallissa voidaan laskea automaattisesti robustilla CD-säätimellä tai ne voidaan muodostaa robustille CD-säätimelle viedyn mää-. . rätyn variaatiokuvion mukaan. Kaikilla erilaisilla malleilla ei tarvitse olla sama 30 rakenne, ja malleilla, joilla on eri rakenteet, ei tarvitse olla samaa parametri-joukkoa. Erilaisia malleja voidaan luonnollisesti poikkeuttaa vain niissä olevien ;*“! parametrien suhteen. Näin muodostuu joukko alustavia prosessimalleja, jotka :" ‘: voivat sisältää nominaalin prosessimallin.* 'The magnitude of the deviation is calculated from the property obtained or from the uncertainties of the parameter, Y. Each different model can only be deviated with respect to one or more parameters. Each deflected parameter ··: 25 can be deflected by a single quantity or by several quantities. The set of deflection rates for each parameter and the sum of deflection rates for different parameters. In each of the different models, the methods can be automatically calculated with the robust CD controller, or they can be generated by the amount exported to the robust CD controller. . according to the rag pattern. Not all different models need to have the same structure, and models with different structures need not have the same set of parameters. Naturally, different models can only be deviated from; * “! parameters. This generates a set of preliminary process templates which: "': may include a nominal process template.
Robusti säädin laskee ei-robustin ohjaustoimenpideprofiilin kullekin Ί 35 näistä alustavista prosessimalleista saatua virheprofiilia tai saatuja virheprofii-The robust controller calculates the non-robust control action profile for each Ί 35 error profiles obtained from these initial process models or
• ‘ I I• 'I I
leita varten. Näin saadaan joukko ohjaustoimenpide-ehdotusprofiileja. Robusti 115325 10 ohjaustoimenpideprofiili muodostetaan ohjaustoimenpide-ehdotusprofiilien joukon yhdistelmänä tai konsensuksena. CD-säädinten robustisuus voi olla monen tyyppistä: ne voivat olla robusteja CD-vasteessa esiintyvien virheiden suhteen, CD-kohdistuksessa esiintyvien virheiden suhteen, TD-vasteessa 5 esiintyvien virheiden suhteen, TD-kohdistuksessa esiintyvien virheiden suhteen tai prosessin vahvistuksessa esiintyvien virheiden suhteen. Koska CD-säädinten herkkyys CD-kohdistuksessa oleville virheille on suuri ja kohdistuksessa esiintyy melkoista epävarmuutta, kannattaa CD-säätimistä tehdä robusteja pelkästään CD-kohdistuksen suhteen.for breads. This provides a set of control suggestion profiles. The robust 115325 10 control action profile is formed as a combination or consensus of a set of control action proposal profiles. The robustness of CD controllers can be of many types: they may be robust to errors in the CD response, to errors in CD alignment, to errors in TD response, to errors in TD alignment, or to errors in process validation. Because of the high sensitivity of CD controls to errors in CD alignment and the high degree of uncertainty in alignment, it is a good idea to make the CD controls robust with respect to CD alignment alone.
10 Kuvioissa 4A - 4C on esitetty erilaisia ennustekäyriä prosessin käyttäytymisestä alkuhetken T0 jälkeen, kun prosessia ohjataan kolmella erilaisella ohjaustoimenpide-ehdotuksella. Kukin ennuste perustuu säätimen käyttämiin erilaisiin prosessimalleihin. Vaakasuora katkoviiva esittää asetusarvoa. Risti tarkoittaa hetkellä Ti olevaa eri tilavaihtoehtojen keskiarvoa. Keskiarvon 15 muodostaminen eri vaihtoehdoista johtaa yleensä melko hyvään säätöön. Kuvion 4A tapauksessa kaikki kolme erilaista ohjaustoimenpidettä johtavat samaan prosessin tilaan hetkellä T^. Tällöin prosessointiyksikön muodostama mikä tahansa ohjaustoimenpide ohjaa prosessin ennusteen mukaiseen tilaan. Kuvion 4B tapauksessa eri ohjaustoimenpide-ehdotusten aiheuttamat proses-20 sin tilat ovat samassa suunnassa, mutta eri etäisyyksillä asetusarvosta hetkellä Ti. Eri ohjaustoimenpide-ehdotusten keskiarvolla päädytään myös melko kauas asetusarvosta. Kuviossa 4C eri ohjaustoimenpide-ehdotusten aiheutta-mat prosessin tilat hetkellä Ti ovat kaukana toisistaan ja eri puolilla asetusar-voa. Vaikka eri ohjaustoimenpide-ehdotusten keskiarvo ei olisikaan kaukana :··· 25 asetusarvosta, yksittäiset toimenpide-ehdotukset ovat vastakkaisissa suun- '. j nissa. Yksi rainanvalmistusprosessia ohjaava ohjaustoimenpide muodostetaan ···. täten käyttämällä ohjaustoimenpide-ehdotusten yksinkertaista keskiarvoa.Figures 4A-4C show different prediction curves for process behavior after initial T0 when the process is controlled by three different control action suggestions. Each prediction is based on the different process models used by the controller. The horizontal dashed line represents the setpoint. The cross represents the average of the various space alternatives at the moment Ti. Generating an average of 15 from the various options generally results in a fairly good adjustment. In the case of Figure 4A, all three different control operations result in the same process state at time T 1. In this case, any control operation formed by the processing unit will direct the process to the prediction state. In the case of Fig. 4B, the process-20 states resulting from different control measures proposals are in the same direction, but at different distances from the setpoint at time Ti. The average of the various control suggestions also reaches quite far from the setpoint. In Fig. 4C, the process states caused by different control measure proposals at time Ti are far apart and at different points in the setpoint. Even if the average of the various control proposals is not far: ··· 25 setpoints, the individual control proposals are in opposite directions. j nissa. One control process controlling the web making process is created ···. thus using a simple average of the control measure proposals.
Tätä tilannetta voidaan edelleen parantaa käyttämällä keskiarvois- , , tusta tehokkaampaa ohjaustoimenpiteen muodostamista. Se, miten ohjaustoi- ;·/ 30 menpide muodostetaan, ei ole oleellista, kunhan vain muodostetun ohjaustoi- * · ;·' menpiteen ja muodostettujen ohjaustoimenpide-ehdotusten välillä on jokin i tunnettu riippuvuus. Ohjaustoimenpide voidaan valita ohjaustoimenpide-eh- dotusten joukosta tai se voidaan muodostaa ohjaustoimenpide-ehdotuksista jonkinlaisena yhdistelmänä, konsensuksena, kompromissina, keskiarvona, '[ 35 funktiona tms. Ohjaustoimenpiteen muodostamisessa voidaan käyttää hyväksi tunnettuja suodatusmenetelmiä ja kohdella ohjaustoimenpide-ehdotusjoukkoa 115325 11 eräänlaisena signaalin näytejoukkona tai monimuuttujaisen signaalin näyte-joukkona. Ohjaustoimenpide-ehdotukset voidaan järjestää tietyllä tavalla peräkkäin niin, että niitä voidaan käsitellä jonkin signaalin näytteinä (järjestyksen ei tarvitse olla sama joka kerta, kun säädintä käytetään), tai ohjaustoimenpide-5 ehdotukset voidaan laittaa satunnaiseen tai valesatunnaiseen järjestykseen.This situation can be further improved by using a more average control measure. How the control action is formed is not critical, as long as there is some known relationship between the control action that is formed and the control action suggestions that are generated. The control measure can be selected from the control measure proposals, or it can be formed from the control measure proposals as some combination, consensus, compromise, average, '[35 function, etc.]. as a signal sample set. The control measure suggestions can be arranged in a certain way so that they can be processed as samples of a signal (the order need not be the same every time the controller is used), or the control measure suggestions can be arranged in random or pseudorandom order.
On olemassa erilaisia yhdistelmämenetelmiä, joissa käytetään alan kirjallisuudessa (kuten esimerkiksi Ifeachor & Järvisin teoksessa Digital Signal Processing, Addison Wesley) esiintyvien tunnettujen suodatusmenetelmien kaltaisia digitaaliseen signaalinkäsittelyyn liittyviä kaavoja, mutta joita sovelle-10 taan ennemminkin diskreettiin joukkoon kuin jatkumosta saatuihin näytteisiin.There are various combinatorial methods employing digital filter processing formulas such as those known in the art (such as those of Ifeachor & Järvis in Digital Signal Processing, Addison Wesley), but applied to discrete sets rather than continuous samples.
Toinen tapa muodostaa yhdistetty ohjaustoimenpide on käyttää ohjaustoimenpide-ehdotusten painotettua keskiarvoisesta: m yhdistettytoimenpide = weight toimenpide (1) j=l 15 missä weightj on painotuskerroin. Painotuskertoimien yhteenlaskettu summa on yleensä yksi. Ideaalitapauksessa kunkin painokertoimen tulisi olla se suhteellinen todennäköisyys, jolla siihen liittyvä erilainen malli kuvaa prosessia. Käytännössä näitä todennäköisyyksiä ei yleensä tiedetä, mutta liki-20 määräisiä ennusteita voi olla saatavilla.Another way to form a composite control measure is to use the weighted average of the control measure proposals: m combined measure = weight measure (1) j = l 15 where weightj is the weighting factor. The sum total of the weighting factors is usually one. Ideally, each weight factor should be the relative probability at which the different model associated with it describes the process. In practice, these probabilities are not usually known, but near-20 predictions may be available.
Toinen yksinkertainen yhdistelmämenetelmä on valita ohjaustoi-menpide-ehdotus, jolla on pienin 2-normi tai pienin äärettömyysnormi. Toisin sanoen valitaan sellainen ohjaustoimenpide-ehdotus, jonka tekijöiden neliöi-den summa on pienin, tai valitaan ohjaustoimenpide-ehdotus, jonka minkä ta-. ’. _: 25 hansa tekijän suurin absoluuttinen arvo on pienin.Another simple combination method is to select a control measure proposal that has the lowest 2-norm or the lowest infinity norm. In other words, a control action proposal having the least sum of squares of its authors is selected, or a control action proposal is selected which '. _: The highest absolute value of the 25 Hansen factor is the lowest.
,···) Yleistyksenä tästä menetelmästä voidaan käyttää biasoitua normia,, ···) A biased standard can be used to generalize this method,
• I• I
jolloin valitaan se ohjaustoimenpide-ehdotus, joka on lähimpänä referenssitoi-, , menpidettä. Toisin sanoen valitaan ohjaustoimenpide-ehdotus, jonka referens-whereby the control action proposal closest to the reference action is selected. In other words, a control measure proposal is selected whose reference
► « I► «I
•;;t: sitoimenpiteestä poikkeaman 2-normi tai äärettömyysnormi on pienin. Refe- ’;*· 30 renssitoimenpide voi olla nolla (jolloin saadaan yksinkertainen menetelmä), tai v j se voidaan saada ulkopuolisella logiikalla. Referenssitoimenpide voi esimer- . ; kiksi olla toimenpide, joka johtaa toimielimet johonkin turvalliseen tilaan tai mi- nimikustannustilaan.• ;; t: Minimum deviation 2 or infinity norm for binding. Refe '; * · 30 the operation of the reference may be zero (giving a simple method), or it may be obtained by external logic. The reference operation may, for example. ; why not be a measure that leads the institutions to a safe space or a minimum cost.
: ’* Yksi erityisen tehokas tapa muodostaa yhdistetty ohjaustoimenpide ' : 35 on seuraavanlainen. Sääntöpohjainen yhdistelmämenetelmä saa prosessin 115325 12 toimimaan ylivaimennetusti. Menetelmä on tässä yhteydessä esitetty profii-linohjaustoimenpiteiden yhdistelmämenetelmänä, mutta sitä voidaan luonnollisesti soveltaa myös muihin monimuuttujaisiin ohjaustoimenpiteisiin tai yksi-muuttujaisiin ohjaustoimenpiteisiin.: '* One particularly effective way to create a composite control action:: 35 is as follows. The rule-based composite method causes process 115325 12 to operate in an over-damped manner. The method is disclosed herein as a composite method of profile line control measures, but of course it can also be applied to other multivariate control measures or single-variable control measures.
5 Joukolle m kappaletta ohjaustoimenpidekandidaatteja toimenpidej, ottaen referenssiohjaustoimenpide ref huomioon, muodostetaan yhdistetty ohjaustoimenpide seuraavan kolmen säännön avulla: j=m Sääntö 1: Jos ^[{toimenpidej >ref) on totta, niin >1 yhdistettytoimenpide = ref + min{toimenpidej -ref} 10 Säännön 1 mukaan, jos kaikki m ohjaustoimenpide-ehdotusta ovat suurempia kuin referenssitoimenpide, yhdistetty toimenpide on pienimmän re-ferenssitoimenpiteen yli jäävän toimenpide-ehdotusten määrän verran suurempi kuin referenssitoimenpide.5 For a set of m control candidate candidates, taking the reference control ref into account, a composite control is formed by the following three rules: j = m Rule 1: If ^ [{measurej> ref) is true, then> 1 combined measure = ref + min {measurej -ref} According to Rule 1, if all m of the control measures are larger than the reference measure, the combined measure is larger by the smallest number of draft measures remaining than the reference measure.
j-m Sääntö 2: Jos ^{toimenpide; <ref} on totta, niin ./=1 15 yhdistettytoimenpide - ref - minjre/ - toimenpidej} Säännön 2 mukaan, jos kaikki m ohjaustoimenpide-ehdotusta ovat pienempiä kuin referenssitoimenpide, yhdistetty toimenpide on pienimmän re-ferenssitoimenpiteen alle jäävän toimenpide-ehdotusten vajeen verran pie-nempi kuin referenssitoimenpide.j-m Rule 2: If ^ {action; <ref} is true, then ./=1 15 combined action - ref - minjre / - action} Rule 2 states that if all m control measures are smaller than the reference action, the combined action is the smallest number of measures under the reference action. less than the reference measure.
^ 20 Sääntö 3: Jos kumpaakaan sääntöä 1 tai 2 ei ole aktivoitu, niin • ·' yhdistettytoimenpide = ref » » » [ Säännön 3 mukaan, jos ohjaustoimenpide-ehdotusten joukko ei ’: täytä joko säännön 1 tai säännön 2 aktivoimiselle asetettuja ehtoja, yhdistetty :: toimenpide on referenssitoimenpide.^ 20 Rule 3: If neither Rule 1 or Rule 2 is activated, then · · 'combined action = ref »» »[Rule 3, if no set of control action suggestions': meets the conditions for either Rule 1 or Rule 2, combined :: operation is a reference operation.
25 Sääntö 1 ja sääntö 2 ovat selkeästi toisensa pois sulkevia, ja sääntö 3 täydentää näitä molempia. Nämä kolme sääntöä eivät täten koskaan ole ristiriidassa, ja ne kattavat kaikki mahdolliset skenaariot. Näiden sääntöjen ‘ . erilaiset laskutehtävät (komparaatiot, yhteenlaskut, vähennyslaskut, sijoitus) 5 .' l : * toteutetaan tekijä tekijältä suoritettavina laskutehtävinä, joissa kukin yhdisteyn 30 toimenpiteen V tekijästä saadaan näistä säännöistä muista tekijöistä riippu-mattomasti. Useasta ohjaustoimenpide-ehdotuksesta näiden kolmen säännön . : mukaisesti laskettua ohjaustoimenpidettä kutsutaan konsensustoimenpiteeksi.25 Rule 1 and Rule 2 are clearly mutually exclusive, and Rule 3 complements both. Thus, these three rules are never in conflict and cover all possible scenarios. These Rules'. various calculations (comparisons, additions, subtractions, positions). l: * is accomplished by factor-by-factor calculations where each of the factors in the operation 30 of the compound is derived from these rules independently of other factors. Of the several control measures, these three rules. : A control measure calculated in accordance with this is called a consensus measure.
115325 13115325 13
Yleensä referenssitoimenpidearvo sen kaikissa tekijöissä on nolla. Jotkut referenssitoimenpiteen tekijöistä tai kaikki sen tekijät voivat kuitenkin olla nollasta eroavia ja ne voidaan saada ulkopuolisella logiikalla. Esimerkiksi ohjausinterventioalgoritmi voi yrittää biasoida säätimen tulosta reagoimaan ul-5 koisiin tapahtumiin. Toisena esimerkkinä voidaan mainita, että referenssitoi-menpide voi olla toimenpide, joka palauttaa toimielimet minimikustannustilaan, kuten esimerkiksi tilaan, jossa energian tai materiaalin kulutus on pienintä.Generally, the value of a reference measure in all its factors is zero. However, some or all of the authors of a reference operation may be non-zero and may be obtained by external logic. For example, the control intervention algorithm may attempt to bias the result of the controller to respond to ul-5 events. As another example, the reference operation may be a measure that returns the actuators to a minimum cost state, such as a state with the lowest energy or material consumption.
Vaihtoehtoisesti nominaalin prosessimallin avulla laskettua ohjaustoimenpide-ehdotusta voidaan käyttää referenssitoimenpiteenä. Tässä tapauk-10 sessa vain poikkeutettujen prosessimallien avulla laskettuihin ohjaustoimenpide-ehdotuksiin sovelletaan yllä mainittuja sääntöjä.Alternatively, the control measure proposal calculated using the nominal process model can be used as a reference measure. In this case, the control rules suggestions calculated using only deviated process models are subject to the above rules.
Kuvioissa 5A - 5D on esitetty esimerkkejä menetelmistä muodostaa joukko erilaisia malleja, joihin liittyy kahden parametrin poikkeutus, kohdistus ja vahvistus. Kohdistuksessa käytetään kolmea parametrivariaatiota: nominaa-15 lista kohdistusta ja kahta poikkeutettua kohdistusta M1 ja M2. Myös vahvistuksessa käytetään kolmea parametrivariaatiota: nominaalista vahvistusta ja kahta poikkeutettua vahvistusta G1 ja G2. Kuviossa 5A käytetään kaikkia näiden parametrivariaatioiden permutaatioita, jolloin saadaan yhdeksän erilaisen mallin joukko, joista malleista yksi on nominaali malli. Kuviossa 5B on viisi eri-20 laista mallia, joista yksi on nominaali malli ja neljä on poikkeutettuja malleja, joissa molemmat parametrit on poikkeutettu samanaikaisesti. Kuviossa 5C on • " myös viisi erilaista mallia, joista yksi on nominaali malli ja neljä on poikkeutet- tuja malleja, joissa kussakin ainoastaan yksi parametri on poikkeutettu. Kuvi-:...·* ossa 5D on kuusi erilaista mallia, joista yksikään ei ole nominaali malli. Kuvion ·.·*: 25 5D erilaisista malleista kaksi yhdistää nominaalin vahvistuksen poikkeutettuihin kohdistuksiin ja loput neljä mallia yhdistää poikkeutukset samanaikaisesti mo- * · lemmissa parametreissä. Yleensä jos W parametria poikkeutetaan ja kutakin parametria varten käytetään nominaalitilaa ja kahta poikkeutusta (kuten esi-; merkiksi lisäystä tai vähennystä nominaalitilaan verrattuna), mahdollisten eri- [!!.* 30 laisten mallien kokonaismäärä on 3W. Tämä on tilanne kuviossa 5A, missä ‘ W=2, jolloin erilaisia malleja on siis yhdeksän. Yleensä mahdollisten erilaisten : mallien kokonaismäärä on kunkin poikkeutetun parametrin erilaisten tilojen lu- , kumäärän tulo. Toisin sanoen, jos kullakin parametrilla parm, on K, erilaista ti- . ‘ laa (joista yksi voi olla parametrin nominaalitila), mahdollisten erilaisten mallien : '*· w , , : 35 kokonaismäärä on . Jos siis W on suuri luku tai jos yksikin luvuista K, on i=l suuri, voidaan päätyä erittäin suureen määrään mahdollisia erilaisia malleja.Figures 5A-5D illustrate examples of methods for forming a plurality of different patterns involving two-parameter deflection, alignment, and gain. Three parameter variations are used for alignment: nominee-15 alignment and two deflected alignments M1 and M2. There are also three parameter variations in the gain: nominal gain and two deviated gain G1 and G2. In Fig. 5A, all permutations of these parameter variations are used, resulting in a set of nine different models, one of which is a nominal model. Figure 5B shows five different types of models, one of which is a nominal model and four are deflected models, where both parameters are deflected simultaneously. Figure 5C also shows "five different models, one of which is a nominal model and four are deflected models, each with only one parameter deflected. Figure -: ... · * In section 5D there are six different models, none of which are Nominal model In Figure ·. · *: 25 of the 5D models, two combine the nominal gain with the offset alignment and the remaining four models combine the offset simultaneously in both parameters. Usually if the W parameter is offset and the nominal mode and two offsets are used for each parameter -; to indicate an increase or decrease compared to the nominal state), the total number of possible different models is 3 W. This is the case in Fig. 5A, where 'W = 2, so there are nine different models. is the product of the number of different states of each deviated parameter, that is, if akin with the parameter parm, is K, different thi. 'Laa (one of which may be the nominal state of the parameter), the possible different models are:' * · w,,: 35 is the total. Thus, if W is a large number, or if one of the numbers K, i = 1 is large, a large number of possible different models can be found.
115325 14115325 14
Jos käytetään useampaa kuin yhtä mallirakennetta, mahdollisten mallien kokonaismäärä riippuu kussakin mallirakenteessa poikkeutettavien parametrien määrästä ja kunkin parametrin erilaisten tilojen määrästä.If more than one model structure is used, the total number of possible models depends on the number of parameters to be offset in each model structure and the number of different states of each parameter.
Robustin säätimen käyttämässä erilaisten mallien joukossa olevien 5 erilaisten mallien määrää, ja täten siis ohjaustoimenpide-ehdotusten määrää, voidaan kuitenkin vähentää. Yleensä ei ole tarpeellista käyttää kaikkia mahdollisia erilaisia malleja, kuten kuviossa 5A. Mahdollisten erilaisten mallien joukon osajoukko yleensä riittää robustisuuden takaamiseksi, ja usein harvakin osajoukko riittää, kun joillakin parametreillä on monta parametria tai monta mah-10 dollista tilaa. Jos esimerkiksi kullakin W parametrilla on nominaalitila ja kaksi poikkeutettua tilaa eikä parametrien poikkeutuksia ole yhdistetty, saadaan 2W+1 erilaista mallia (joista yksi on nominaali malli), kuten kuviossa 5C. Kuviossa 5B on kuvattu samanlainen tilanne, paitsi että parametreja poikkeutetaan lineaarisesti riippumattomissa yhdistelmissä, jolloin myös päädytään 2W+1 15 käytössä olevaan erilaiseen malliin. Kuvioissa 5B ja 5C on siis havainnollistettu kahta yksinkertaista tapaa näytteistää mahdollisten erilaisten mallien joukko. Monet muut tavat ovat myös mahdollisia, riippuen siitä, miten paljon poikkeu-tuksien välinen vuorovaikutus vaikuttaa eri parametreihin. Kuviossa 5D on esimerkiksi havainnollistettu erilaista osajoukkoa, jossa ei ole lainkaan koh-20 distusta varten nominaalitilaa sisältäviä erilaisia malleja.However, the number of 5 different models among the various models used by the Robust controller, and thus the number of control measures proposed, can be reduced. Generally, it is not necessary to use all possible different designs, such as in Figure 5A. A subset of the possible different models is usually sufficient to ensure robustness, and often a few subsets are sufficient when some parameters have many parameters or many mah-10 dollars. For example, if each W parameter has a nominal state and two deflected states and the parameter deflections are not combined, 2W + 1 different models (one of which is a nominal model) will be obtained, as in Figure 5C. Figure 5B illustrates a similar situation except that the parameters are linearly offset in independent combinations, which also results in a different model used in 2W + 1. Figures 5B and 5C thus illustrate two simple ways of sampling a set of possible different designs. Many other ways are also possible, depending on how much the interaction between the exceptions affects the various parameters. For example, Figure 5D illustrates a different subset that does not have different designs with nominal space for targeting at all.
Kaikkien mahdollisten erilaisten mallien osajoukko voidaan määri-’* teliä näytteistyskuvioksi tai näytteistysalgoritmiksi. Jos käytetään useampaa kuin yhtä mallirakennetta, näytteistysmenetelmän ei tarvitse olla sama kaikille mallirakenteille. Jos on olemassa apriorista tietoa, joka koskee poikkeutuksien :··· 25 välisten vuorovaikutusten vaikutuksia eri parametreihin, näytteistyskuvio voi- : *,· daan määritellä etukäteen. Parametreja voidaan esimerkiksi poikkeuttaa yksi- .·*·. telien, kuten kuviossa 5C, tai tietyissä yhdistelmissä, kuten kuviossa 5B. Jos parametreja poikkeutetaan yhdistelminä, yhdistelmien ei tarvitse olla lineaari-; /t sesti riippumattomia. Jos poikkeutuksien välisten vuorovaikutusten vaikutukset 30 eri parametreihin ovat riippuvaisia kontrolloitavan prosessin senhetkisestä ti- • · ’ lasta (tai vastaavasti senhetkisestä nominaalista prosessimallista), näytteistys *:·*: voidaan määrittää algoritmina. Jos tällaista apriorista tietoa ei ole, voidaan : ‘' ’: käyttää satunnaista näytteistystä, joka voi vaihdella ohjauskerrasta toiseen.A subset of all possible different models can be defined as a sampling pattern or sampling algorithm. If more than one model structure is used, the sampling method need not be the same for all model structures. If there is a priori information about the effects of the differences: ··· 25 interactions on different parameters, the sampling pattern can be: *, · predefined. For example, the parameters can be offset by one. · * ·. bogies, as in Figure 5C, or in certain combinations, as in Figure 5B. If the parameters are offset by combinations, the combinations need not be linear; / t independent. If the effects of the interactions between exceptions on 30 different parameters depend on the current state of the process being controlled (or · respectively the current nominal process model), the sampling *: · *: can be determined as an algorithm. If such a priori information is not available, '' ': random sampling may be used, which may vary from one control to another.
Satunnainen näytteistys voi noudattaa määrättyä tilastollista ja-’ 35 kaumaa. Kaikkien mahdollisten poikkeutuksien koko joukolle voidaan käyttää esimerkiksi yhtenäistä todennäköisyystiheyttä, tai sillä voi olla eri tiheyksiä joi- 1 1 5325 15 denkin parametrien suhteen. Satunnaisnäytteistyksessä voidaan vaihtoehtoisesti käyttää monimuuttujaisen normaalin todennäköisyystiheyttä tai muuta yleisesti tunnettua tilastollista jakaumaa. Kunkin tietyn parametrijoukon tulisi luonnollisesti esiintyä korkeintaan kerran käytössä olevassa vaihtuvien mallien 5 joukossa, joten näytteistys suoritetaan korvauksia tekemättä.Random sampling can follow a prescribed statistical pattern. For example, a uniform probability density may be used for the whole set of possible exceptions, or it may have different densities for some parameters. Alternatively, random probability density or other commonly known statistical distribution can be used for random sampling. Naturally, each particular set of parameters should occur at most once in the set of variable models 5 in use, so that sampling is performed without compensation.
Kuviossa 6A on esitetty perinteisen minimivarianssisen CD-sääti-men simuloitua toimintaa, jossa säätimessä käytetään pienimpien neliösummien optimointia varianssin, ja täten virheen ΔΡ keskihajonnan, minimoimiseksi. CD-toimielimessä on 70 elementtiä, joista kukin on 6 cm leveä, kun taas 10 virheessä on 421 elementtiä, joista kukin on keskimäärin 1 cm leveä rainan osa. Selvyyden vuoksi ainoastaan ohjausalgoritmin CD-osuus otetaan huomioon, ja prosessin otaksutaan pääsevän nopeasti tasapainotilaan TD:ssä. Nominaali prosessimalli koostuu nominaalista poikkisuunnan vasteesta ja Λ nominaalista CD-kohdistuksesta, jotka yhdistetään vastematriisiksi R, jossa on 15 421 riviä ja 70 saraketta. Kussakin vastematriisin R sarakkeessa on yksit täisen toimielimen nominaalivaste koko virheen suhteen, jolloin sen vaste keskittyy riville, joka edustaa tämän toimielimen nominaalikohdistuksen paikkaa profiilissa. Vastaavasti kukin vastematriisin R sarake osoittaa kunkin toimielimen vaikutuksen asteen virheessä esiintyvään yksittäiseen elementtiin.Fig. 6A illustrates a simulated operation of a conventional minimal variance CD controller, which uses optimization of least squares to minimize variance, and hence error standard deviation ΔΡ. The CD actuator has 70 elements, each 6 cm wide, while 10 errors have 421 elements, each an average of 1 cm wide web. For the sake of clarity, only the CD portion of the control algorithm is taken into account and the process is expected to rapidly reach equilibrium in the TD. The nominal process model consists of a nominal transverse response and a Λ nominal CD alignment, which are combined into a response matrix R with 15,421 rows and 70 columns. Each column of the response matrix has a nominal response of an individual institution relative to the entire error, so that its response is centered on a row representing the position of that institution's nominal alignment in the profile. Similarly, each column of the response matrix R indicates the effect of each actuator on the individual element in the error.
20 Optimaalinen, varianssin minimoiva ohjaustoimenpide ΔΑ muodostetaan siis seuraavasti: Λ λΝ-1 ΛΤ :· AA = |R RJ R ΔΡ '** Kuviossa 6A on esitetty, kuinka virheen keskihajonta muuttuu alku- • < « arvosta, joka on hieman vähemmän kuin yksi, kun tätä minimivarianssista CD-! 25 standardisäädintä käytetään kymmenen kertaa peräkkäin ja kun prosessi on täysin reagoinut kuhunkin toimenpiteeseen ennen seuraavan toimenpiteen laskemista. Alimmainen viiva 600 esittää suorituskykyä, kun nominaali proses- Λ · simalli R on täysin sama kuin todellinen prosessimalli. Sen asymptoottinen .* arvo (useamman ohjauskerran jälkeen) on 0.6713. Kaksi seuraava viivaa 602, : 30 604 alhaalta päin kuvaavat vastaavasti suorituskykyä, kun nominaalikohdistuk- t sessa on 1 cm:n ja 2 cm:n suuruinen virhe todelliseen prosessikohdistukseen : · ‘ verrattuna (kun nominaalivaste siirtyy poikkisuunnassa vastaavasti 1 cm ja 2 . cm todelliseen prosessivasteeseen verrattuna). Mallien suorituskyky on kaiken • kaikkiaan vielä oikein hyvä (asymptoottiset arvot 0.6743 ja 0.6872 vastaavasti), 35 vaikka suorituskyky onkin hieman huonompi tarkan prosessimallin suoritusky- 115325 16 kyyn verrattuna. Seuraava viiva 606 esittää suorituskykyä, kun nominaalikoh-distuksessa on 3 cm:n suuruinen virhe. Tässä tapauksessa, vaikka ensimmäiset kaksi ohjaustoimenpidettä saavatkin aikaan paremman tuloksen, säädin aiheuttaa prosessin tasaisen huonontumisen. Ylin viiva 608 esittää suoritusky-5 kyä, kun nominaalikohdistuksessa on 4 cm:n suuruinen virhe. Ensimmäinen ohjaustoimenpide tuottaa hieman paremman tuloksen, mutta sen jälkeen seuraa nopea ja jatkuva huonontuminen siten, että kolmen toimenpiteen jälkeen suorituskyky on huonompi kuin alkutilassa ja se huononee yhä nopeutuvalla vauhdilla. Kahdessa jälkimmäisessä tapauksessa (kohdistuksessa esiintyvä 10 virhe 3 cm ja 4 cm) säätimestä on tullut epävakaa, jolloin virhevarianssi kasvaa rajattomasti (käytännössä prosessi rajoittaisi virhevarianssin kasvua, kun virhevarianssi on kasvanut tarpeeksi suureksi). Kolmessa ensimmäisessä tapauksessa säädin on vakaa ja toimii hyväksyttävästi. Tästä voidaan päätellä, että tämä tietty minimivarianssinen säädin on luonnostaan robustinen kohdistuk-15 sessa esiintyvien noin 2 cm:n suuruisten virheiden suhteen tätä tiettyä prosessia ohjatessaan.20 The optimal control for minimizing variance, ΔΑ, is thus formed as follows: Λ λΝ-1 ·: · AA = | R RJ R ΔΡ '** Figure 6A shows how the standard deviation of error changes from an initial value of less than one. , with this minimal variation CD! The 25 standard controls are used ten times in a row and once the process has fully responded to each operation before calculating the next operation. The bottom line 600 represents the performance when the nominal process model Λ · R is exactly the same as the actual process model. Its asymptotic. * Value (after multiple controls) is 0.6713. The following two lines 602,: 30 604 from the bottom, respectively, represent the performance when the nominal alignment has an error of 1 cm and 2 cm for the actual process alignment: · '(when the nominal response moves 1 cm and 2 cm respectively in the transverse direction) process response). Overall, model performance is still quite good (asymptotic values of 0.6743 and 0.6872, respectively), 35 even though performance is slightly inferior to the exact process model 115325 16. The following line 606 represents performance with a nominal alignment error of 3 cm. In this case, although the first two control operations produce a better result, the controller causes a steady process deterioration. Top line 608 represents performance-5 with a nominal alignment error of 4 cm. The first control operation produces a slightly better result, but is followed by a rapid and continuous deterioration such that after three operations the performance is lower than in the initial state and deteriorates at an ever accelerating rate. In the latter two cases (10 errors of 3 cm and 4 cm in alignment), the controller has become unstable, thus increasing the error variance indefinitely (in practice, the process would limit the increase of error variance when the error variance has increased sufficiently). In the first three cases, the controller is stable and operates satisfactorily. From this it can be inferred that this particular minimum variance regulator is inherently robust with respect to errors of about 2 cm in targeting when controlling this particular process.
Tässä simulaatiossa käytetyt toimielinvaste ja alkuperäinen profiili on otettu oikeasta paperikoneesta, mutta selvyyden vuoksi kohdistusta yksinkertaistettiin hieman. Käytännössä nominaali malli ei ole koskaan täysin tarkka, 20 ja monissa tai jopa kaikissa toimielimissä on kohdistuksessa esiintyviä virheitä. Kohdistuksessa esiintyvät virheet eivät ole kuitenkaan yhtäläisiä koko profiilin : '·· suhteen, ja ne vaihtelevat ajallisesti. Kohdistuksessa esiintyvät paikalliset vir- heet ovat yleensä suurempia kuin 2 cm. Monilla toimielimillä voi joskus esiintyä kohdistuksessa 2 cm:ä suurempiakin virheitä, erityisesti silloin, kun prosessi ·:··· 25 liikkuu edestakaisin tasapainoisten toimintatilojen välillä. Tämä on tyypillistä oi- : keille prosesseille, joissa rainan leveys voi olla enemmän kuin 1000 cm ja ,·· ! joissa voi olla enemmän kuin 300 toimielintä, jolloin on hankalaa ja kallista jat kuvasti kohdistaa jokaisen toimielimen kohdistus 2 cm:n sisäpuolelle. On huomioitava, että käyrät ja numeeriset tulokset on tarkoitettu kaksinkertaiselle kes-·-;/ 30 kihajonnalle eivätkä niinkään normaalille keskihajonnalle tai varianssille. Tämä on yleinen tapa esittää poikkisuunnan vaihtelun määrää profiilissa.The actuator response and original profile used in this simulation are taken from a real paper machine, but for the sake of clarity the alignment was slightly simplified. In practice, the nominal model is never completely accurate, 20 and many, if not all, institutions have misalignments. However, targeting errors are not the same for the entire profile: '··, and vary over time. Local errors in alignment are generally greater than 2 cm. Many actuators can sometimes have misalignments larger than 2 cm, especially when process ·: ··· 25 moves back and forth between balanced modes. This is typical for correct processes where the width of the web can be more than 1000 cm and, ··! which can have more than 300 actuators, making it difficult and costly to focus each institution within 2 cm. It should be noted that the curves and numerical results are for double mean · ·; / 30 curl and not so much for standard deviation or variance. This is a common way of expressing the amount of transverse variation in a profile.
• Kuviossa 6B on esitetty saman minimivarianssisen ohjausalgoritmin ; simuloitua toimintaa, jota on muunnettu esillä olevan keksinnön mukaiseksi.Figure 6B shows the same minimum variance control algorithm; simulated operation modified in accordance with the present invention.
Simulaatiossa käytetään samoja vaste- ja kohdistustietoja, joten nominaali ’ 35 malli R on samanlainen ja se käyttää samaa alkuperäistä virhettä ΔΡ. Tässä tapauksessa kohdistuksessa käytetään ±1 cm:n suuruisia poikkeutuksia joh- 115325 17 tamaan kaksi poikkeutettua mallia, joiden vastematriisit voidaan esittää Λ Λ muodossa R+5Ri ja R+6R2- Poikkeutuksia tehdään ainoastaan nominaali-kohdistukseen, ei nominaalivasteeseen. Kullakin ohjauskerralla virheestä ΔΡ muodostetaan täten kolme ohjaustoimenpide-ehdotusta, jolloin ΔΑ0 käyttää 5 nominaalia prosessimallia ja ΔΑ, ja ΔΑ2 käyttävät kahta poikkeutettua prosessimallia: Λ / Λ T AN”1 λΤ ΔΑ0=Ι R RJ R ΔΡThe simulation uses the same response and alignment information, so the nominal '35 model R is similar and uses the same original error ΔΡ. In this case, alignment deviations of ± 1 cm are used to derive two deflected patterns whose response matrices can be represented as + Λ in the form R + 5Ri and R + 6R2. Exceptions are made only to the nominal alignment, not to the nominal response. Thus, for each control, three control suggestions are generated from the error ΔΡ, where ΔΑ0 uses 5 nominal process models and ΔΑ, and ΔΑ2 uses two deviated process models: Λ / Λ T AN ”1 λΤ ΔΑ0 = Ι R RJ R ΔΡ
AA^R+ÖR.^R+SR,)) (R+6R,)TAPAA ^ R + ÖR. ^ R + SR,)) (R + 6R,) TAP
Λ / Λ Λ \ -1 ΛΛ / Λ Λ \ −1 Λ
AA2=[(R+5R2)t(R+6R2)J (R+5R2)tAPAA2 = [(R + 5R2) t (R + 6R2) J (R + 5R2) tAP
10 Näistä toimenpide-ehdotuksista muodostetaan sitten yhdistetty toi menpide. Tämän esimerkin yhdistelmämenetelmässä käytetään kolmea yllä selostettua sääntöä, joissa referenssitoimenpiteen kaikki tekijät ovat nolla, jolloin kolmesta ohjaustoimenpide-ehdotuksesta muodostuu konsensustoimen-pide.10 These proposals for action are then combined into a joint action. The combination method of this example employs the three rules described above, where all the factors of the reference operation are zero, whereby the three control action proposals form a consensus action.
15 Kuviossa 6B on esitetty, kuinka virheen keskihajonta muuttuu alku- peräisarvosta, joka on hieman vähemmän kuin yksi, kun tätä robustia CD-sää-dintä käytetään useamman kerran peräkkäin ja kun prosessi on täysin reagoinut kuhunkin toimenpiteeseen ennen seuraavan toimenpiteen laskemista. AlinFigure 6B shows how the standard deviation of error changes from an initial value of slightly less than one when this robust CD controller is used several times in succession and when the process has fully responded to each operation before calculating the next operation. Lowest
» A»A
" viiva 610 esittää suorituskykyä, kun nominaali prosessimalli R on täysin sama < I · 20 kuin todellinen prosessimalli. Sen asymptoottinen arvo on 0.6776. Kolme seu-raavaa viivaa 612, 614, 616 alhaalta päin esittävät vastaavasti suorituskykyä, : kun nominaalikohdistuksessa on virheet, joiden suuruus on 1 cm, 2 cm ja 3 cm todelliseen prosessikohdistukseen verrattuna. Asymptoottiset arvot ovat " 0.6793, 0.6858 ja 0.7077 vastaavasti, vaikka suorituskyky onkin hieman huo- 25 nompi verrattuna tarkan prosessimallin sisältävän minimivarianssisen standar-: , . disäätimen suorituskykyyn. Näissä neljässä tapauksessa suorituskyky on kai- ] ’ [ ken kaikkiaan vielä oikein hyvä. Erityisesti järjestelmä on vakaa ja toimii varsin hyvin kohdistuksessa esiintyvän 3 emin suuruisen virheen suhteen, joka epä-: stabilisoi perinteisen säätimen toiminnan. Ylin viiva 618 esittää suorituskykyä, ,! 30 kun nominaalikohdistuksessa on 4 cm:n suuruinen virhe. Kaksi ensimmäistä ohjaustoimenpidettä tuottaa hieman paremman tuloksen, mutta sen jälkeen . seuraa asteittainen huonontuminen kohti asymptoottista arvoa 17.65. Vaikka säädin onkin vakaa, sen suorituskyky on huono 4 cm:n suuruisen virheen I » 115325 18 suhteen. Voidaan päätellä, että kun kohdistuksessa esiintyvät parametrivariaa-tiot ovat 1 cm:n suuruisia, robusti säädin on noin 1 cm:n verran robustimpi kuin perinteinen säädin kohdistuksessa esiintyvien virheiden suhteen."line 610 represents performance when the nominal process model R is exactly the same <I · 20 as the true process model. It has an asymptotic value of 0.6776. The following three lines 612, 614, 616 represent the bottom, respectively, when the nominal alignment has errors size is 1 cm, 2 cm and 3 cm compared to the actual process alignment. Asymptotic values are "0.6793, 0.6858 and 0.7077, respectively, although performance is slightly lower compared to the minimal variance standard with the exact process model. controller performance. In these four cases, performance is still] '[overall] very good. In particular, the system is stable and performs quite well with a 3 em error in alignment, which does not: stabilize the operation of a conventional controller. The top line 618 represents the performance,,! 30 when the nominal alignment has a 4 cm error. The first two control measures will produce a slightly better result, but after that. followed by a gradual decline towards the asymptotic value of 17.65. Although the regulator is stable, its performance is poor for a 4 cm error I »115325 18. It can be concluded that when the parametric variations in alignment are 1 cm, the robust control is about 1 cm more robust than the conventional control in terms of misalignment.
Kuviossa 6C on esitetty robustin minimivarianssisen ohjausalgorit-5 min simuloitua toimintaa käyttäen samaa robustista minimivarianssista ohjaus-algoritmia, samoja prosessitietoja ja samaa nominaalia prosessimallia kuin kuviossa 6B. Tässä tapauksessa ±2 cm:n suuruisia kohdistuksessa esiintyviä poikkeutuksia käytetään kuitenkin johtamaan kaksi poikkeutettua mallia. Muutoin toimitaan samalla tavalla kuin kuviossa 6B.Figure 6C shows a simulated operation of the Robust Minimum Variance Control Algorithms-5 min using the same robust minimum variance control algorithm, the same process data, and the same nominal process model as in Figure 6B. However, in this case, the alignment deviations of ± 2 cm are used to derive two deflected patterns. Otherwise, the procedure is the same as in Figure 6B.
10 Kuviossa 6C on esitetty, kuinka virheen keskihajonta muuttuu alku- peräisarvosta, joka on hieman vähemmän kuin yksi, kun tätä robustia minimi-varianssista CD-säädintä käytetään monta kertaa peräkkäin ja kun prosessi on täysin reagoinut kuhunkin toimenpiteeseen ennen seuraavan toimenpiteen laskemista. Alin viiva 620 esittää suorituskykyä, kun nominaali prosessimalli R 15 on täysin sama kuin todellinen prosessimalli. Sen asymptoottinen arvo on 0.6894. Kaksi seuraavaa viivaa 622, 624 alhaalta päin esitettävät vastaavasti suorituskykyä, kun nominaalikohdistuksessa on 1 cm:n ja 2 cm:n suuruiset virheet todelliseen prosessikohdistukseen verrattuna (kun nominaalivaste siirtyy poikkisuunnassa vastaavasti 1 cm ja 2 cm todelliseen prosessivasteeseen ver-20 rattuna). Asymptoottiset arvot ovat 0.6906 ja 0.6933 vastaavasti. Suorituskyky heikkenee hieman verrattuna tarkan prosessimallin sisältävän minimivarianssi-: ’·· sen standardisäätimen suorituskykyyn, mutta kaiken kaikkiaan suorituskyky on vielä oikein hyvä näissä kolmessa tapauksessa. Seuraava viiva 626 esittää suorituskykyä, kun nominaalikohdistuksessa esiintyy 3 cm:n suuruinen virhe.Figure 6C shows how the standard deviation of the error changes from an initial value of slightly less than one, when this robust minimum variance CD controller is used several times in succession and when the process is fully responsive to each operation before the next operation is calculated. The lowest line 620 represents performance when the nominal process model R 15 is exactly the same as the actual process model. It has an asymptotic value of 0.6894. The next two lines 622, 624 from the bottom show the performance, respectively, with nominal alignment errors of 1 cm and 2 cm relative to the actual process alignment (when the nominal response shifts 1 cm and 2 cm, respectively, to the actual process response ver-20). Asymptotic values are 0.6906 and 0.6933, respectively. Performance is slightly reduced compared to the minimum variance of the exact process model: '·· its standard controller, but overall performance is still very good in these three cases. The following line 626 represents performance when a nominal alignment error of 3 cm occurs.
•: · : 25 Vaikka suorituskyky huononeekin, ohjaus on vakaa, ja potentiaalinen parannus toteutuu melkein kokonaan, jolloin asymptoottinen arvo 2*sigmalla on 0.7055. .··*, Ylin viiva 628 esittää suorituskykyä, kun nominaalikohdistuksessa on 4 cm:n suuruinen virhe. Tällöin ohjaus on vakaa, ja asymptoottinen arvo on 0.7243.•: ·: 25 Although performance is degraded, control is stable and the potential improvement is almost complete with an asymptotic value of 2 * sigma of 0.7055. ·· *, Top line 628 represents performance with a nominal alignment error of 4 cm. In this case, the control is stable and the asymptotic value is 0.7243.
. . Järjestelmä on vakaa ja toimii varsin hyvin jopa 4 cm:n suuruisen kohdistuk- 30 sessa esiintyvän virheen yhteydessä, joka siis sai perinteisen säätimen toimin-nan epästabilisoitumaan nopeasti. Voidaan päätellä, että kun kohdistuksessa ; esiintyvät parametrivariaatiot ovat 2 cm:n suuruisia, robusti säädin on noin 2 cm:n verran robustimpi kuin perinteinen säädin kohdistuksessa esiintyvien virheiden suhteen.. . The system is stable and performs quite well with a misalignment of up to 4 cm, thus causing the traditional controller to become unstable rapidly. It can be concluded that when targeting; the parametric variations occurring are about 2 cm, the robust control is about 2 cm more robust than the traditional control for alignment errors.
‘ 35 Säätimen suorituskyky esitetään tavallisesti Harris-tyyppisenä in deksinä. Tällaisen indeksin voidaan tässä määritellä olevan tarkkaa prosessi- 115325 19 mallia käyttävän minimivarianssisen ohjauksen simuloidun suorituskyvyn ja kunkin omaa prosessimalliaan käyttävän säätimen simuloidun suorituskyvyn välinen suhde sadalla kerrottuna. Ideaalinen indeksi on 100, jolloin tätä pienemmät arvot tarkoittavat huonompaa suorituskykyä; nolla tarkoittaa siis täy-5 dellistä epävakaisuutta. Kuvioissa 6A, 6B ja 6C esitettyjen simulaatioiden tulosten yhteenveto on esitetty seuraavassa taulukossa:'35 Controller performance is usually represented by a Harris-type index. Such an index can be defined herein as the exact ratio of the simulated performance of the minimum variance control using the 115325 19 model to the simulated performance of each controller using its own process model, multiplied by 100. An ideal index is 100, with values lower than this indicating lower performance; so zero means full-5 instability. The results of the simulations shown in Figures 6A, 6B and 6C are summarized in the following table:
Virhe nominaalissa Oem 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm kohdistuksessa______Error in nominal Oem 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm alignment______
Standardinmukaisen 100 99.55 97.68 0.0 0.0 säätimen nominaali kohdistus______Nominal Alignment of the Standard 100 99.55 97.68 0.0 0.0 Controller______
Robustin säätimen 99.07 98.82 97.89 94.86 3.80 nominaali kohdistus ±1 cm______Robust Control 99.07 98.82 97.89 94.86 3.80 Nominal Alignment ± 1 cm______
Robustin säätimen 97.37 97.21 96.83 95.15 92.68 nominaali kohdistus ±2 cm______97.37 97.21 96.83 95.15 92.68 Robust Adjuster Nominal Alignment ± 2 cm______
Esillä olevasta keksinnöstä saatava hyöty on selvästi nähtävillä.The benefits of the present invention will be readily apparent.
10 Robustin säätimen suorituskyky kärsii vain hieman vähäisten mallivirheiden ’’ yhteydessä, mutta se on vakaa kun kyseessä ovat suuremmat mallivirheet. Li- :* säksi robustilla säätimellä saavutetaan lähes sama suorituskyky niin suurten kuin pientenkin mallivirheiden yhteydessä. Lisäksi robustin säätimen robusti-”! suuden kasvu ei-robustiin säätimeen verrattuna saadaan robustin säätimen • : 15 erilaisissa malleissa käytetystä poikkeutuksen määrästä.10 Robust controller performance suffers only slightly with minor model errors, but it is stable for larger model errors. In addition, the robust controller achieves almost the same performance with both large and small model errors. In addition, the robust controller “! • The increase in robustness compared to a non-robust controller is obtained by: • the amount of deflection used in the • robust controller.
On huomioitava, että ideaalista tilannetta, jossa kohdistuksessa esiintyvä virhe on nolla, ei käytännössä esiinny juuri koskaan.Note that, in practice, the ideal situation with zero misalignment will hardly ever occur.
: Tarkastellaan nyt lyhyesti rainanvalmistusprosessissa käytettyjä * ‘ toimielimiä. Toimielimiä käytetään yleisesti rainanvalmistusprosessiin syötettä- ; 20 vän materiaalin valmistuksessa. Esimerkiksi eri raaka-aineiden keskinäisiä suhteita voidaan muuttaa siten, että saadaan rainalle halutut ominaisuudet.: Let's now briefly look at the * 'bodies used in the webmaking process. The actuators are commonly used in the web production process for feed-; 20 material. For example, the relationship between the various raw materials may be altered so as to obtain the desired properties of the web.
; Paperinvalmistuksessa lehtipuumassan ja havupuumassan suhteita, tai hart- ’ sien tai kaoliinien määriä, voidaan muuttaa siten, että saadaan rainalle halutut mekaaniset tai koostumukselliset ominaisuudet, kuten esimerkiksi sileys tai 25 tuhkapitoisuus. Samoin prosessiin syötettäviin virtoihin voidaan annostella li- 115325 20 säaineita, kuten esimerkiksi väriaineita tai pigmenttejä, jolloin saadaan vaikutettua valmistettavan rainan väriin tai opasiteettiin.; In papermaking, the ratios of hardwood pulp to softwood pulp, or the amounts of resins or kaolins, can be varied to provide the desired mechanical or compositional properties to the web, such as smoothness or ash content. Likewise, additives such as dyes or pigments may be added to the streams fed into the process, thereby affecting the color or opacity of the web being produced.
Optisia ja koostumuksellisia ominaisuuksia mitataan yleensä spektroskooppisilla antureilla, kuten esimerkiksi röntgen-, ultravioletti-, infrapuna- tai 5 mikroaaltoalueella tai näkyvällä alueella esiintyvillä imeytymis-, heijastus-, emissio- tai fluorenssispektreillä, tai käyttämällä tällaisten menetelmien jonkinlaista yhdistelmää. Tällaiset mittaukset voidaan tehdä yhdestä paikasta poikki-suunnassa, jolloin saadaan mittaus, jonka oletetaan edustavan rainan koko leveyttä. Vaihtoehtoisesti spektraalimittaukset voidaan tehdä useammasta koh-10 taa rainan poikki, jolloin saadaan spektrien profiili tai yhdeksi keskiarvoiseksi spektriksi yhdistetty spektri antureiden näytteistämää rainan määrää varten.Optical and composition properties are generally measured by spectroscopic sensors such as absorption, reflectance, emission or fluorescence spectra in the X-ray, ultraviolet, infrared, microwave or visible regions, or by some combination of such methods. Such measurements can be made in one transverse location to provide a measurement that is assumed to represent the entire width of the web. Alternatively, spectral measurements may be made at multiple locations across the web to provide a spectral profile or a combined average spectrum for the amount of web sampled by the sensors.
Spektroskooppiset ja spektrofotometriset mittaukset ovat tunnettuja siitä, että ne tehdään kullakin useasta aallonpituusalueesta, minkä vuoksi niitä kutsutaan aallonpituustason (wavelength domain, WD) mittauksiksi. Tällöin 15 mikä tahansa ominaisuus, joka mitataan suoraan spektroskooppisena spektrinä, on WD-mittaus. Koska ominaisuudet, joita mitataan WD-mittauksina, kuten esimerkiksi heijastus- tai läpäisykyky, voivat muuttua myös aikatasossa tai niitä voidaan mitata spektrien profiileina, näillä ominaisuuksilla voi olla myös aikatason ja poikkisuunnan piirteitä.Spectroscopic and spectrophotometric measurements are known for being made at each of several wavelength ranges, which is why they are called wavelength domain (WD) measurements. Here, any property that is directly measured as a spectroscopic spectrum is a WD measurement. Because properties measured as WD measurements, such as reflectance or transmittance, can also change over time or can be measured as spectral profiles, these properties may also have time-domain and cross-directional characteristics.
20 Mikä tahansa ominaisuus, joka on yhdestä tai useammasta spektro skooppisesta mittauksesta epäsuorasti mitattu mutta jota ei välttämättä ole il-: ’ · maistu spektrinä, on siis esillä olevan keksinnön yhteydessä aallonpituustason ominaisuus. Esimerkiksi väri on WD-ominaisuus, joka mitataan epäsuorasti « » · spektroskooppisista näkyvän alueen heijastuskyvyn mittauksista ja joka voi-*:·*: 25 daan ilmaista missä tahansa useasta ei-spektraalissa koordinaatistossa, kuten esimerkiksi CIELAB- tai tristimulus-koordinaatistossa. Samoin infrapunan .···. imeytymisspektreistä tai röntgenfluorenssispektreistä johdetut yhdistelmämitta- ukset ovat myös WD-ominaisuuksia, vaikka ne ilmaistaankin usein massan ; _.t fraktiona. Spektrofotometrisen värinmittauksen ja spektroskooppisen kvantita- ;,: 30 tiivisen analyysin tekniikat ovat sinänsä hyvin tunnettuja, joten niitä ei selosteta > enempää tässä yhteydessä.Any characteristic that is indirectly measured from one or more spectroscopic measurements, but is not necessarily a spectral, is thus a characteristic of the wavelength plane in the context of the present invention. For example, color is a WD property that is indirectly measured by spectral measurements of visible area reflectivity and can be expressed in any of several non-spectral coordinates, such as CIELAB or tristimulus. Similarly infrared ···. composite measurements derived from absorption spectra or X-ray fluorescence spectra are also WD properties, although they are often expressed as mass; _.t fraction. Techniques for spectrophotometric color measurement and spectroscopic quantitation are well known per se and will not be further discussed herein.
: Toimielimen vaikutusta spektroskooppiseen mittaukseen kutsutaan toimielimen WD-vasteeksi. Esimerkiksi punaisen väriaineen määrän kasvattaminen syöttömateriaalissa saa rainan heijastuskyvyn vähenemään sinisessä, [ 35 vihreässä ja keltaisessa aallonpituusalueessa, jolloin rainasta tulee punai- 115325 21 sempi. Heijastuskyvyssä tapahtuvan muutoksen muoto on punaisen väriaineen WD-heijastuskyvyn vaste.A: The effect of an institution on spectroscopic measurement is called the WD response of the institution. For example, increasing the amount of red dye in the feed material causes the web's reflectivity to decrease in the blue, [green and yellow] wavelength range, making the web reddish. The shape of the change in reflectance is the response of the red toner to the WD reflectance.
Vastaavalla tavalla kuin prosessissa, jossa ohjataan profiilia, voi esiintyä epävarmuutta TD- ja CD-mallien suhteen, myös sellaisessa proses-5 sissa, jossa säädetään WD-ominaisuutta, voi esiintyä epävarmuutta prosessin WD-mallin suhteen. Paperinvalmistuksessa, esimerkiksi värin säätämisessä, prosessiin syötettävään, paperin muodostavaan massaan annostellaan yhtä tai useampaa väriainetta tai pigmenttiä. WD-vaste väriaineisiin paperin imeytymistä! hajaspektreissä muuttuu kasvualustan ominaisuuksien muutosten mukaan.Similar to the process of controlling the profile, there may be uncertainty about the TD and CD models, as well as the process of adjusting the WD property, there may be uncertainty about the WD model of the process. In papermaking, for example color adjustment, one or more dyes or pigments are fed to the paper forming pulp fed to the process. WD response to dyes paper absorption! the spread spectra change with changes in substrate characteristics.
10 Esimerkiksi hajaspektrin pigmenttivasteen muoto ja suuruus riippuu kuitujen geometriasta (halkaisija, karheus jne.) ja rainassa olevan täyteaineen (kaoliinin, liitukiven, saostetun CaCCV.n, TiCV.n jne.) määrästä. Se voi riippua myös annostelupaikan kohdalla vallitsevasta lämpötilasta ja tämän kohdan kemiallisesta ympäristöstä (pH, anionien ja kationien läsnäolo). Joissakin tapauksissa 15 spektroskooppisen vasteen muoto ei ole selvästi virheellinen, vaan siirtynyt aallonpituudessa, vastaavalla tavalla kuin kohdistuksessa esiintyvä virhe profiilissa.For example, the shape and magnitude of the pigment response of the spread spectrum depends on the geometry of the fibers (diameter, roughness, etc.) and the amount of filler (kaolin, chalk, precipitated CaCCV, TiCl2, etc.) in the web. It may also depend on the temperature at the site of administration and the chemical environment (pH, presence of anions and cations) at the site. In some cases, the shape of the spectroscopic response is not clearly erroneous, but shifted at wavelength, similar to the misalignment in the profile.
Esillä olevaa keksintöä voidaan täten edullisesti soveltaa WD- ominaisuuksien, kuten esimerkiksi värin ja koostumuksen, ohjaukseen. WD- mitta-20 uksia käyttävää värin säädintä ja WD:n nominaalia prosessimallia on selostettu Shakespearen & Shakespearen artikkelissa "An Optimizing Color Controller", : *·· TAPPI Journal 81(9), s. 171-179, syyskuu 1998. WD-säädin saadaan robus- timmaksi sen nominaalissa prosessimallissa esiintyvien virheiden suhteen käyttämällä vähintään kahta erilaista prosessimallia, joista ainakin yksi on no-·:··· 25 minaalin prosessimallin poikkeutus. WD-säätimien nominaalin prosessimallin poikkeutukset voidaan muodostaa käyttämällä yhtä tai useampaa poikkeutus- • » .···. ta, joka esiintyy tai jotka esiintyvät yhdessä tai useammassa WD-prosessi- mallin parametrissä.The present invention is thus advantageously applicable to the control of WD properties such as color and composition. A color control using WD gauges and a nominal process model of WD is described in "An Optimizing Color Controller" by Shakespeare & Shakespeare: * ·· TAPPI Journal 81 (9), pp. 171-179, September 1998. WD- the controller is made more robust to errors in its nominal process model by using at least two different process models, at least one of which is a deviation of the 25: 1 minimum process model. WD controllers nominal process model offsets can be generated using one or more offset • ». ···. occurring in one or more WD process model parameters.
. On selvää, että vaikka keksinnöllistä ajatusta on kuvattu pääasialli- ;:,: 30 sesti sellaisen ohjauksen yhteydessä, jossa käytetään CD-piirteitä hyödyntäviä ·* prosessimalleja, sitä voidaan yhtä hyvin soveltaa ohjaukseen, jossa käytetään i WD-piirteitä hyödyntäviä prosessimalleja huolimatta siitä, onko CD-piirrettä saatavilla vai ei. Spektrien korvaaminen profiileilla tekee WD:n ja CD:n ohjaukseen liittyvistä ongelmista samanarvoisia. Vaikka esimerkeissä ja vaatimuk-’ 35 sissa robustisuus esitetään pääasiallisesti CD-säätimien yhteydessä, niiden tulee tulkita viittaavan myös WD-säätimien robustisuuteen.. It is clear that although the inventive idea has been described primarily in the context of control using CD-based process models, it can equally be applied to control using i-WD process models, regardless of whether: CD features available or not. Replacing the spectra with profiles makes the control problems of WD and CD the same. Although the examples and claims show robustness primarily in connection with CD controllers, they should also be construed as referring to the robustness of WD controllers.
22 115325 CD- ja WD-prosessit ovat erikoistapauksia monimuuttujaisissa prosesseissa. Täten mittausvektoreiden korvaaminen profiileilla tekee tavalliseen monimuuttujaiseen säätimeen liittyvistä ongelmista ja CD-säätimeen liittyvistä ongelmista samanarvoisia. Vaikka esimerkki kohdistuksesta ei olekaan tässä 5 oleellinen, prosessin rakenne voidaan ilmaista samassa matriisimuodossa kuin CD-prosessi, ja monimuuttujaisen säätimen robustisuutta voidaan parantaa sisällyttämällä variaatioita prosessimalliin esillä olevan keksinnön mukaisesti. Vaikka esimerkeissä ja vaatimuksissa robustisuus esitetään pääasiallisesti CD-säätimen yhteydessä, niiden tulee tulkita viittaavan myös yleisen moni-10 muuttujaisen säätimen robustisuuteen.22 115325 CD and WD processes are special cases of multi-variable processes. Thus, the replacement of measurement vectors with profiles renders the problems of the ordinary multivariate controller and the problems of the CD controller equal. Although an example of alignment is not essential here, the process structure can be expressed in the same matrix form as the CD process, and the robustness of the multivariate controller can be improved by incorporating variations in the process model according to the present invention. Although the examples and claims show robustness primarily in connection with a CD controller, they should also be construed as referring to the robustness of a general multi-10 variable controller.
Robustisuus voidaan saada aikaan myös yhdistämällä ohjauksen WD- ja TD piirteitä, ohjauksen WD- ja CD-piirteitä, ohjauksen CD- ja TD-piir-teitä tai ohjauksen CD-, TD- ja WD-piirteitä. Esillä olevan keksinnön soveltaminen näihin yhdistelmiin on ilmeistä CD- tai TD- tai WD-ohjauksessa tavan-15 omaiset taidot omaavalle, ja tällaiset sovellukset kuuluvat esillä olevan keksinnön piiriin.Robustness can also be achieved by combining WD and TD features of control, WD and CD features of control, CD and TD features of control, or CD, TD, and WD features of control. The application of the present invention to these combinations will be apparent to those of ordinary skill in the art of CD or TD or WD control, and such applications are within the scope of the present invention.
Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän 20 keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.Although the invention has been described above with reference to the example of the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited thereto, but that it can be modified in many ways within the scope of the inventive concept of the claims.
» t * 4 * » • *»T * 4 *» • *
Claims (32)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20021047A FI115325B (en) | 1999-12-01 | 2002-05-31 | Procedure and control arrangements for controlling a paper web manufacturing process |
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/452,397 US6421575B1 (en) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | Method and control arrangement for controlling sheet-making process |
US45239799 | 1999-12-01 | ||
FI0001049 | 2000-11-30 | ||
PCT/FI2000/001049 WO2001040806A1 (en) | 1999-12-01 | 2000-11-30 | Method and control arrangement for controlling sheet-making process |
FI20021047A FI115325B (en) | 1999-12-01 | 2002-05-31 | Procedure and control arrangements for controlling a paper web manufacturing process |
FI20021047 | 2002-05-31 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20021047L FI20021047L (en) | 2002-07-12 |
FI115325B true FI115325B (en) | 2005-04-15 |
Family
ID=26161316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20021047A FI115325B (en) | 1999-12-01 | 2002-05-31 | Procedure and control arrangements for controlling a paper web manufacturing process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI115325B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8206554B2 (en) | 2006-12-01 | 2012-06-26 | Metso Paper, Inc. | Method and a system for controlling the manufacturing or finishing process of a fiber web |
-
2002
- 2002-05-31 FI FI20021047A patent/FI115325B/en active IP Right Grant
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8206554B2 (en) | 2006-12-01 | 2012-06-26 | Metso Paper, Inc. | Method and a system for controlling the manufacturing or finishing process of a fiber web |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20021047L (en) | 2002-07-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6421575B1 (en) | Method and control arrangement for controlling sheet-making process | |
US7650195B2 (en) | Automated tuning of large-scale multivariable model predictive controllers for spatially-distributed processes | |
Nisi et al. | Tuning of a PID controller using evolutionary multi objective optimization methodologies and application to the pulp and paper industry | |
KR100824443B1 (en) | Adaptive Sampling Method and Apparatus for Improved Control of Semiconductor Manufacturing | |
US20080264591A1 (en) | Apparatus and method for controlling product grade changes in a paper machine or other machine | |
CN1816779A (en) | Model predictive controller for coordinated cross direction and machine direction control | |
CN104254759B (en) | System and method for correcting caliper measurements of sheet products in sheet manufacturing or processing systems | |
US20130325148A1 (en) | Efficient quadratic programming (qp) solver for process control and optimization | |
US10429800B2 (en) | Layered approach to economic optimization and model-based control of paper machines and other systems | |
FI115325B (en) | Procedure and control arrangements for controlling a paper web manufacturing process | |
US5397514A (en) | Process for producing flat and annular-cross-section extrudates and device for implementing the process | |
Young et al. | A comparison of multiple linear regression and quantile regression for modeling the internal bond of medium density fiber-board | |
AU615852B2 (en) | Paper machine controller and method of controlling the same | |
Boyle | Control of cross‐direction variations in web forming machines | |
FI114049B (en) | Method for analyzing cross-sectional profile of a continuously producing material web | |
Huang et al. | Development of a self-tuning fuzzy logic controller | |
US5507870A (en) | Optical coatings having a plurality of prescribed properties and methods of fabricating same | |
CA2795472C (en) | Method of modeling the coloring process in moving web manufacturing | |
US7663766B2 (en) | Incorporating film optical property measurements into scatterometry metrology | |
US8352394B2 (en) | Validation of laboratory test data based on predicted values of property-of-interest | |
Qin et al. | Stable Lasso for model structure learning of inferential sensor modeling | |
Shan et al. | Multivariable dimension-reduction and synergic control strategy for cross-directional basis weight of papermaking process | |
Mäenpää | Robust model predictive control for cross-directional processes | |
CN110637261B (en) | Method and apparatus for designing model-based controls | |
Zhou et al. | Decoupling control method of paper cross‐directional basis weight based on sparse decomposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: METSO AUTOMATION OY |
|
FG | Patent granted |
Ref document number: 115325 Country of ref document: FI |