[发明专利]控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于过程的控制装置，在该控制装置中，将死区元件连接在线性动态控制器之前。

背景技术

由功能手册“过程控制系统PCS7，PSC7 Advanced Process Library V71”03/2009中已知，可将例如PID控制器（其根据设计方案的不同也分别称作P控制器、PI控制器或PD控制器）或者模型预测控制器（其在这里也称作ModPreCon）作为可被用于在控制装置中有死区元件连接在其之前的线性动态控制器。在这里所述的死区元件的传输性能如图2所示。在连接在前面的死区元件中，在控制器上所输出的控制偏差由一个有效的额定值SP与一个过程值PV构成，并且在输出端ER上将所述控制偏差提供给控制器。为了抑制稳定状态中的干扰或者抑制不可避免的测量噪声，可激活死区，并且对死区的下限-D（Deadband）连同死区的上限D一起进行参数化。如果D设定为等于0，死区即被禁用或者说被去激活（deaktiviert），反之，当D不等于0时，则激活（aktiviert）死区。死区的参数由用户参数化并且在运行中保持恒定。其中，在理想状况中，这样来对所述死区进行参数化，使得当控制值已在死区内呈稳定时，调节干预的可能性就低。这就要求合理地选择死区的宽度。

死区的宽度主要取决于在处理技术方面所期望的控制精度，也就是说，取决于最大容许存在的控制偏差，并且或者是，例如当使用接通的调节元件时，则取决于控制值在调节值最小可能的变化的情况下的改变。其中，下述调节准则有利于使调节干预最小化，即：这样来选择死区的宽度，使得例如由于测量噪声或量化噪声而不可避免的控制值的变化不会导致频繁的调节运动：

-假定控制值的数值围绕额定值呈统计学上的正态分布，即将稳定状态中的控制值的标准偏差的两倍至三倍用作为死区的宽度。如果控制装置配有用于确定控制特性的特征值的监测模块，该模块在开头所述的功能手册中也被称作Control Performance Management（CPM：控制性能管理）或ConPerMon，那么，可将在监测模块中所计算出的、实际值的标准偏差用来计算死区宽度。

-如果通过调节值的量化仅能步进地实现控制值的改变，例如由于具有定义的最小脉冲持续时间的脉宽调制、由于具有定义的最小步宽的步进控制器或者当电控气动的位置控制器在气压驱动的填料盒中具有静摩擦时，死区的宽度取决于调节值的量化，其与各个过程增力相乘。例如当温度控制的调节值量化为5%并且过程增量为1.5℃/%时，就只能在

5%·1.5°C/%=7.5°C

的栅格里准确地实现该温度。随后必须这样来选择死区的宽度，使得过程可在其上保持稳定的至少一个栅格点落入死区内。在所述示例中，死区的极限D可被调至大于约3.8℃。

尽管借助宽度恒定的死区已经能够从一定程度上实现调节干预的减少，然而还必须要考虑到一些不足：

-小于死区的控制偏差被控制器忽略，也就是说，即便当控制器无需在前连接的死区也能实现调整时，控制器仍然不会进行这种调整。因而可调节控制值的实际值的稳定状态，其时间上的平均值与额定值之间存在明显偏差。

-如果在死区的边缘区域中调节稳定状态，那么，即便在干扰最小的情况下，也总是会反复导致控制干预。在发生致使离开死区的干扰状况后，控制器会将控制值的实际值仅回调直到死区的各个边缘，如果有其他的干扰，就可能导致重新进行调节干预。因而增加了调节元件的磨损与能耗。

-尤其是在额定值跳跃的情况下，较大的死区会给控制电路的控制特性带来负面作用。其原因在于，例如在正跳跃响应的上升阶段中，控制器会在控制偏差进入死区时首先“调整工作（Arbeit）”。这就可能导致一个蠕变的稳定过程，或者致使只有当实际值由于过调而超过死区的上限时，控制器才会重新激活。

因此，在控制装置中连接在控制器之前的死区元件可以如公知地有助于减少调节元件的运动，并进而降低调节元件的能耗与磨损。这特别适用于机械式调节元件、例如阀门和泵。此外，死区元件也能够避免控制电路中由于调节干预的量化而引起的、作为调节元件的工作运动的持续振荡。