减小控制系统中的振荡技术方案

本发明专利技术涉及一种对受控制器控制的闭环控制系统执行控制的方法，其中所述控制器递送控制输入给所述系统中的至少一个控制单元，例如阀门，所述方法包括步骤：－检测到所述控制单元的所述控制输入中的振荡水平，－基于检测到的所述振荡水平采用倍增因子放大所述控制输入。从而，在检测到振荡时控制单元的特性发生变化。从而，振荡被最小化，并且例如降低了控制单元的磨损并获得了改进的控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种对闭环控制系统执行控制的方法和其中存储有用于使处理单元执行这样的方法的指令的计算机可读介质，以及一种被适配为用作控制系统中受控的系统的一部分的控制单元，例如致动器。
技术介绍
PID调节器对工业过程控制来说非常常见，并且提供比例、积分和微分控制。更大范围的过程采用大量这样的调节器。PID调节器作为标准产品以大系列被生产。越来越普遍的是，调节器基于微计算机，因此能够使用更为复杂的控制功能。或者由于PID调节器中参数的不恰当设置，或者由于过程的特性发生变化，在从 PID调节器到受控元件的控制信号中可能发生振荡。这些振荡是不期望的，因为它们引起系统中的受控元件的磨损，所述受控元件是致动器和阀门。另外，这些振荡引起非最优的过程控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述提及的问题。这通过一种对受控制器控制的控制系统执行控制的方法来实现，其中所述控制器递送控制输入给所述系统中的至少一个控制单元，例如阀门，所述方法包括步骤-检测到所述控制单元的所述控制输入中的振荡水平，-基于检测到的所述振荡水平采用倍增因子放大所述控制输入。因此在检测到振荡时控制单元的特性发生变化。因此振荡被最小化，并且例如控制单元的磨损被降低且服务间隔增大。而且，通过最小化控制单元的振荡，降低了控制单元的能量消耗并获得了改进的控制。振荡水平是对到控制单元的输入信号振荡了多少的指示。振荡水平是对控制回路稳定性的指示。高振荡水平指示几乎不稳定的控制系统或者指示该系统非常接近于不稳定。控制单元例如可以是用于阀门的致动器或类似装置。 控制器例如可以是PID控制器、PI控制器或P控制器，或者其它控制器。控制系统可以是闭环控制系统，但是其它控制系统也是相关的。在一实施例中，通过计算衰减比来检测所述振荡水平，其中所述衰减比用于确定所述倍增因子。计算衰减比是确定振荡水平的一种特别的简单方法。在一实施例中，选择一定范围的衰减比作为导致倍增因子为1的最佳衰减比。在一实施例中，低于所述最佳衰减比的衰减比导致大于1的倍增因子。这在例如闭环响应过慢的情况下能够改善控制性能。在一实施例中，高于所述最佳衰减比的衰减比导致小于1的倍增因子。这能够减少闭环配置中的控制单元的超调和振荡行为。在一实施例中，该方法还包括如下步骤基于已确定的所述倍增因子，确定对用于所述控制单元的整个工作范围的控制输入的放大。在一实施例中，确定对整个工作范围的放大的所述方法包括步骤-确定针对表示所述整个工作范围的至少三个预定义工作点的放大值，-对所述放大值进行插值。在一实施例中，对所述控制输入的放大值必须位于最大和最小预设放大之间。否则永久的周期性扰动可能将控制输入放大值朝向0减小。本专利技术还涉及一种计算机可读介质，其所述计算机可读介质中存储有用以使处理单元执行如上所述的方法的指令。本专利技术进一步涉及一种诸如阀门的致动器，其被适配为用作控制系统中受控制器控制的系统的一部分，其中所述控制器将控制输入递送到所述控制单元，所述单元包括-用于检测来自所述控制器的所述控制输入的振荡水平的装置，-用于基于检测到的所述振荡水平采用倍增因子放大所述控制输入的装置。本专利技术进一步涉及一种控制系统，其包括依照权利要求10-12中任一项所述的控制单元。附图简述在下面将参照附图来描述本专利技术的优选实施例，在附图中附图说明图1示出依照本专利技术的控制方法中所包含的步骤和控制回路，图2示出测量的衰减比和倍增因子之间的相关性的示例，图3示出依照本专利技术的控制方法中所包括的其他步骤的实施例和控制回路，图如示出在三个工作点间被插值的作为阀门的控制单元的放大，图4b示出增益减少和阀门输入之间的关系，图5示出在已经检测到振荡后在上面示出的三个工作点处的放大的变化，图6示出检测控制输入中的振荡的方法。具体实施例方式在图1中示出了闭环控制系统100。该系统包括PID控制器101，其接收控制误差 e作为输入，其中控制误差已通过从参考值r中减去过程输出而计算得到。基于控制误差， PID控制器计算控制器输出，所述控制器示出被给予系统103作为控制输入。该控制输入被给予控制单元(CU) 105，例如阀门的致动器，等等，从控制单元(CU) 105能够影响该系统。 控制单元响应于该控制输入并影响过程Gp (s)。如果控制单元是阀门的致动器，则其通过改变阀门的开启或关闭程度而进行响应。依照本专利技术，代替使用控制器101的输出作为到控制单元105的控制输入，控制输入如在流程图109中所示的那样被处理。此处，控制输入在111(F_CI)中被低通滤波，随后在113(0SC)中检测控制输入中是否存在振荡。如果出现振荡，则在115中，利用典型地小于1的倍增因子对控制输入进行放大(A_CI)以衰减到控制单元的控制输入。如果没有检测到振荡，则在117(E)中结束算法。每当执行用于控制所述过程的总体控制程序时执行所描述的算法例如一次，从而作为确定到控制单元的控制输入的完整部分，当振荡发生时检测到振荡。关于检测振荡的出现，还确定振荡的程度并使用振荡的程度以确定倍增因子的值。振荡的衰减比按照如下来计算衰减比(DR)=(峰值1-峰值2) / (峰值3-峰值4)，其中峰值1是最后的峰值，而峰值4是第一个检测到的峰值。衰减比的高值意味着该系统非常振荡并且接近于不稳定。大于1的值指示不稳定的系统。在图2中，示出了经计算的衰减比DR和倍增因子MF之间的相关性的示例。对于衰减比的最优值，选择201从0. 15到0. 25的范围，并且如果所测得的衰减比DR处于该范围内，则倍增因子为1并且控制输入将不会被改变。如果确定了较小的衰减比，则控制输入的衰减太高，因此倍增因子大于1以增大到控制单元的控制输入。当衰减比变得小于0. 15时，倍增因子线性地增大。而且，如果确定了较高的衰减比，则控制输入的衰减太低，因此倍增因子小于1以减小到控制单元的控制输入。当衰减比变得大于0. 25时，倍增因子线性地减小。应注意到，区间0. 15-0. 25仅仅是其中测试已显示出成功结果(良好的追踪和扰动抑制特性)的示例，但是取决于控制系统和控制单元的特性可以选择具有其他大小和位置的其他区间。而且，倍增因子并不需要在该区间周围线性地减小或增大-主要的重点在于振荡通过小于1的倍增因子而被衰减，而过多的衰减则通过大于1的倍增因子被放大。在图3中，示出类似于图1中的控制回路的控制回路301并且其中在控制方法中包括其他的步骤。振荡检测在304中被执行，并且包括在303 (F_CI)中对控制输入进行低通滤波以移除高频噪声。进一步地在305(0SC)中检测在控制输入中是否存在振荡。如果存在振荡，则在307中如上所述的那样计算衰减比(C_DR)。在309中，基于所计算的衰减比，确定相应的倍增因子(D_MF)，并且利用该倍增因子放大控制输入。最后，在311中，计算并使用对用于整个工作范围的控制输入的放大(A_ EW)。如果没有检测到振荡，则在313(E)中结束算法。每当执行用于控制过程的总体控制程序时执行所描述的算法例如一次，从而作为确定到控制单元的控制输入的完整部分，当振荡发生时检测到振荡。在图如中给出了图3中步骤311的示例，其中控制单元是阀门。该阀门的工作范围采用三个点401、403、405来表示-这些点表示阀门处于0本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种对受控制器控制的系统执行控制的方法，其中所述控制器递送控制输入给所述系统中的例如阀门的至少一个控制单元，所述方法包括步骤：－检测到所述控制单元的所述控制输入中的振荡水平；－基于检测到的所述振荡水平采用倍增因子放大所述控制输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·佩特罗维克，
申请(专利权)人：丹福斯有限公司，
类型：发明
国别省市：DK