振蕩的抑制的製作方法

2023-12-02 21:09:46 2

專利名稱：振蕩的抑制的製作方法
振蕩的抑制本發明涉及一種用於抑制設備中的振蕩的方法和裝置，該設備具有 用於操縱一個閘板或閥門的伺服驅動，用於配量氣體或液體體積流，尤其是在HLK、防煙火領域。在實踐中在HLK領域中具有用於閘板和閥門的伺服驅動的調節回 路總是開始再振蕩。這種振蕩可能是短時間的，例如在投入運行期間， 但是也在調節迴路不穩定調節的情況下出現。這導致伺服驅動的提前失 效，它們必需在所期望的使用壽命過去之前維修或更換。因此供應商和 用戶的興趣在於防止這種提前失效。可能產生的振蕩尤其必需滿足兩個條件 -振幅條件整個系統的增益必需至少等於1。 -相位條件在系統中產生的時間延遲必需足夠大。 如果對於至少為1的總增益整個設備的相位移位於360°，則振蕩保 持不變。不期望的振蕩不僅在頻率上而且也在其振幅上。如果在循環中是強 烈非線性的，例如在不利的布置閥門時是這種情況，則通常只在設備的 一定的工作範圍中可能產生振蕩。根據一個不變振蕩的振幅也可以是不 同的。如果一個調節器明顯錯誤地調節， 一個振蕩可能包括調節信號的 整個範圍，直到它通過調節器的有限輸出範圍限制。在這種極限情況下 振蕩也可以矩形地或者幾乎矩形地延伸。在US 6264111 A中提出一個調節器的增益，即所謂的P分量。如 果這個設備如調節器、調節環節、空間和傳感器的增益足夠地小，則失 去振蕩。用於抑制振蕩的措施直接組合在調節器裡面，調節器的輸入和 輸出參數總是已知的。通過不同的措施也包括自適應的措施可以抑制或 克服振蕩，但是它必需容忍部分明顯變壞的調節特性。這種變壞例如可 能通過持續的溫度偏差或者非常遲緩的溫度適應表現出來。本發明的目的是，實現一個上述形式的方法和裝置，通過它們可以 抑制或克服在設備中的振蕩，而不會感到調節特性變差。關於方法的目的按照本發明由此得以實現，通過一個存儲在微處理 器中算法檢測並衰減或抑制由於不利的或者錯誤的調整或調節器配置
和/或由於幹擾影響產生的閘板或閥門的振蕩。本方法的特殊和改進的實 施例是從屬權利要求的內容。按照本發明的算法以下列三個成分為基礎 -振蕩識別 -適應的濾波 -負載突變識別為了識別振蕩、即為了獲得振蕩的頻率可以尋找信號的最小和最大 值並且測量其間的時間間隔(極限值分析)。但是這一點經常導致不準 確甚至錯誤的結果，如果信號同時含有多個頻率的時候。為了避免這種 錯誤的結果導入一個新的方法，稱為微波分析。這個方法由共同發明人 M.Thmllard在世界科學出版社2002年出版的"Wavelets in Soft Computing"中詳細描述。特別粗略的概括涉及非常簡化的傅立葉分析， 它通過數學的基本運算藉助於簡單的微處理器實現目的。在此確定幾個 微少的頻率範圍，由此確定一個粗光柵。微波分析顯示出，在這個光柵 的哪個範圍中插入信號的大多數能量。這一點能夠實現檢驗，開始進行 的極限值分析是否正確。在太大偏差的情況下藉助於微波分析產生一個 用于振蕩頻率的假設並且決定，是否必需激活或者不激活振蕩抑制器。在適應濾波範圍內選擇一個相位下降的環節、 一個所謂的滯後環 節，用於減小系統振蕩的放大率或振幅。對於開始選擇的滯後環節具有 下列特性-在控制信號非常緩慢、低頻變化時不影響系統的放大率。 -在控制信號迅速、高頻變化時降低放大率，衰減信號。 -從控制信號的某個頻率開始振幅在一個最小值上基本保持恆 定，由此使衰減保持在一個最大值。為了圖形地描述適應的濾波器使用 一個專業人員公知的編碼圖，在 其中分別描述一個信號的振幅和角度或者放大率和衰減與頻率的關 系。 一個滯後環節是振蕩抑制器的核心。它必需正確地參數化，在此適 用的是，確定滯後環節的截止頻率，為此必需已知要被衰減的振蕩的頻 率。所述滯後環節通過由編碼圖求得的截止頻率參數化並激活。通常濾 波器現在已經以基本正確的頻率帶工作。如果這個頻率帶還不是最佳 的，則通過繼續運行的振蕩識別檢驗，振蕩是否象以前一樣衰減。如果
不是，則使兩個截止頻率周期地在更低頻率方向上偏移，由此提高對於 振蕩頻率的衰減作用。通過偏移濾波頻率也帶來變化的相位偏移，因此 改變產生振蕩的兩個條件、振幅條件和相位條件，直到不再滿足一個條 件並且使振蕩衰減。因此使算法自適應地工作。所述滯後環節衰減調整信號的快速變化，因此驅動裝置不再在各種 情況下足夠快速地對於所期望的調整信號突變做出反應。如果例如某人 旋轉室溫調整按鈕，必需識別這種突變並且傳遞到驅動裝置上。換言 之，突變識別必需對於所期望的突變斷開滯後環節，由此可以立刻一起 突變。在突變後從前面起動整個算法。也可以選擇使滯後環節暫時在更高頻率的方向上偏移然後再逐漸 返回。按照本發明的算法的優選功能可以概括如下-適應地、優選自適應地濾波系統中的振蕩，其中使用一個在截 止頻率上參數化的滯後環節作為濾波器。-在不象給定地那樣衰減振蕩時使滯後環節的兩個截止頻率在更 低濾波頻率的方向上偏移並由此才是高糹展蕩衰減。-如果識別一個負載突變，則立刻中斷滯後環節或者轉換參數化 並且一起突變。-所述閘板和/或閥門的特性曲線動態地線性化。-識別並衰減或抑制在1至1800秒、優選30至300秒持續時間 範圍中的振蕩。-檢測並衰減或抑制閘板的振蕩直到角度Acp和/或閥門的振蕩直 到最大調整範圍的升程Ah。按照本發明所使用的算法優選軟體編程並且沒有配置需求地運 行。該算法還提供用於分析的振蕩特徵信息、尤其是平均值、振幅和/ 或頻率。用於執行本方法的裝置的目的按照本發明由此得以實現，在伺服驅 動中設置一個具有用于振蕩抑制器和線性化的算法的微處理器。振蕩抑制在伺服驅動中的布置對於所有市場上常見的調節器保證 一個可靠的設備功能。由此克服上述的安置在調節器中的振蕩抑制導致 明顯變差的調節特性的缺陷。下面藉助於在附圖中所示的也是從屬權利要求內容的實施例詳細
描述本發明。附圖中

圖1示出一個在通風管道中的可偏轉的閘板， 圖2示出按照圖1的閘板的未受影響的振蕩， 圖3示出按照圖1的具有振蕩抑制的閘板， 圖4示出按照圖3的閘板的衰減的振蕩， 圖5示出典型的調節迴路， 圖6示出在靜止位置的振蕩抑制， 圖7示出具有接通算法的振蕩抑制， 圖8示出採暖設備，圖9示出通過圖8的鍋爐調節器產生的振蕩。圖1局部地示出一個具有置入的閘板12的通風管道10,該閘板在 電動伺服驅動14的作用下可以偏轉。通過通風管道10吹入一個以箭頭 表示的氣體體積流16、在此為空氣流。按照現有技術構成的閘板以一個 約士15。的角度Acp振蕩，振蕩周期例如為2分鐘。在圖2中示出振蕩18的與角度Acp成比例的振幅與時間t的關係， 其中振幅A(p對應於與平均正常位置N的偏差。該振蕩18基本位於一 個具有平行邊緣的水平帶上。圖3基本對應於圖1，但是對伺服驅動14前置一個振蕩抑制器20。 這個振蕩抑制器20給伺服驅動14 一個控制信號38、也稱為調整參數。 在圖4中示出過程，最前面運行的振蕩與圖2—樣。在時間tx過後伺服 驅動14得到控制信號，它們立刻並有效地衰減振蕩18，使最大振幅偏 轉衰減，直到達到一個正常位置N。由此明顯延長驅動裝置的使用壽命。一個在圖5中所示的調節迴路22具有一個振蕩抑制器20,它同時 作為線性化器設置在伺服驅動14裡面。一個理論值發生器24將給定的控制信號饋入到調節器34的比較環 節26並且同時接收回饋參數35的實際值，它對應於由一個調節對象28 給出的、通過一個信號倒相器30輸送的調節參數32。該調節器34計算 一個調節輸出參數36並將其饋入到適應的濾波器(圖6， 7中的48), 它具有振蕩抑制器20的算法。如果振蕩抑制器20的振蕩檢測器46 (圖 6， 7)確認振蕩，則它對於具有組合的振蕩抑制器20的伺服驅動14產 生一個控制信號38或調整參數，由此使振蕩18立刻衰減(圖4)。按照 一個未示出的變化也可以使振蕩抑制器2 0獨立地設置在伺服驅動14以 外。一個在圖6中示出的振蕩抑制器20、主要是一個微處理器位於靜止 位置。兩個邏輯開關40， 42這樣調整，使信號、調節輸出參數36通過 一個直接的信號路徑44作為調整參數38輸送到伺服驅動14。在同一方 框中的具有負載突變識別50的振蕩檢測器46持續地監控調節器輸出信 號36到可能的振蕩18 (圖2)。斷開一個適應的濾波器48。在振蕩檢測 器46與開關40, 42之間存在一個虛線表示的邏輯連接電路45。在按照圖7的振蕩抑制器20的視圖中振蕩檢測器46確認位於容忍 度以上的設備振蕩。兩個邏輯開關40， 42換接，現在將調節器輸出參 數36輸送到具有算法的適應濾波器48。通過邏輯連接電路52以通過振 蕩檢測器46獲取的濾波參數供給適應濾波器48。該適應濾波器48的算 法在此包括一個滯後環節。由此使用一個振蕩抑制器，它一直持續到克 服幹擾並且使振蕩檢測器轉回到按照圖6的布置。按照一個未示出的實施例可以通過一個常見的分接代替開關40。在圖8中所示的採暖設備54例如用於雙層獨宅，它包括一個鍋爐 56,它具有一個燃燒器58和兩個採暖循環60， 62，它們具有一個/>共 的通向鍋爐的供水管64和回水管66。兩個採暖循環60, 62分別由循環 泵68供熱，通過一個混合閥70可以使一部分回流水混合到相關的採暖 循環62的供水管65裡面。該混合閥70具有一個電伺服驅動14,它由 相關的採暖循環調節器72, 74獲得調整信號38。採暖循環調節器72, 74獲得採暖循環60， 62中的溫度傳感器78、室溫溫度計80和室外溫 度計82的信號。一個兩點鍋爐調節器84調節採暖鍋爐56的水溫，通過一個溫度傳 感器86接通和斷開燃燒器58。在此可能產生不可避免的振蕩。採暖鍋 爐調節器72, 74試圖使波動的鍋爐溫度通過相應的調整信號38補償到 混合閥70的伺服驅動14上。在圖9中以時間的函數示出鍋爐水溫88和用於混合閥70的伺服驅 動14的調整信號38的曲線。振蕩18的周期T可能在一個設備內部根 據氣候強烈變化，該周期通常位於約10分鐘至兩個小時的範圍裡面。 混合閥70的伺服驅動14的調整信號38以一個平均值N (圖2， 4 )往 復運動，其中不期望極度的突變。對於地板採暖允許伺服驅動14保持在中間行程，而不有損舒適性。
對於輻射式採暖總是可以確定輻射器溫度的微小變化。對於空氣採暖器必需使混合閥70的伺服驅動14執行一個修正運動，因為否則可能導致 不舒服的、可感覺到的溫度波動。在按照圖8的採暖設備54中的其它 振蕩18可能具有不同的原因-由於不充分的裝配可能導致陽光照射室外溫度計82。在天氣變 化時這可能導致所測得的室外溫度的強烈變化並由此導致振蕩。採暖鍋 爐調節器72， 74嘗試調節這個振蕩。-由于波動的陽光照射也可能導致通過室內溫度計80測得的內部 溫度方面的幹擾影響。採暖鍋爐調節器72, 74也嘗試調節這個幹擾。-由於兩個採暖循環60， 62缺少液動的去耦聯可能導致一個採暖 循環受到另 一 採暖循環的影響。-對於錯誤配置的調節器由於對於P帶或再調整時間的錯誤調整 產生振蕩。振蕩的周期是設備特有的，它們通常為約3至5分鐘。按照一個未示出的、但是優選的圖8的變化一個振蕩抑制器20組 合在用於兩個採暖循環60， 62的混合閥70的伺服驅動14裡面，該振 蕩抑制器識別並抑制不期望的、靜態振蕩。
權利要求
1.用於抑制設備中的振蕩(18)的方法，該設備具有用於操縱閘板(12)或閥門(70)的伺服驅動(14)，用於氣體或液體體積流(16)的配量，尤其是在HLK、防煙火領域，其特徵在於，通過一個存儲在微處理器(49)中的算法檢測並衰減或抑制由於對調節器的不利的或者錯誤的調整或配置和/或由於幹擾影響產生的閘板(12)或閥門(70)的振蕩(18)。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，使用以振蕩識別(46)、 適應的濾波(48)和負載突變識別OO)成分為基礎的算法。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，為了獲得振蕩(18) 的頻率除了信號的極限值分析還附加地在不同的頻率範圍中有選擇地 確定一個用於微波分析的粗光柵。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，通過算 法適應地、優選自適應地濾波振蕩(18),其中對於適應濾波(48)使 用一個通過截止頻率參數化的滯後環節。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，在振蕩(18)不象預 定的那樣衰減時使滯後環節的兩個拐點周期地在更低濾波頻率的方向 上偏移並由此提高用于振蕩頻率的衰減。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，只要適 應的濾波(48)斷開或轉換參數化並一起突變，則算法識別一個負載突 變(50)。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，所述算 法使閘板和/或閥門特徵動態線性化。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，所述算 法識別並衰減或抑制在1至1800秒、優選30至300秒持續時間範圍中 的振蕩(18)。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，所述算 法檢測並衰減或抑制閘板(12 )的振蕩(18 )直到角度Acp和/或閥門(70 ) 的振蕩直到最大調整範圍的升程Ah。
10. 用於實施如權利要求1至9中任一項所述方法的裝置，其特徵 在於，在伺服驅動(14)中設置具有用于振蕩抑制(20)和線性化的算 法的微處理器(49)。
全文摘要
一種用於抑制設備中的振蕩(18)的方法和裝置，該設備具有用於操縱配量一個閘板(12)或閥門(70)的伺服驅動(14)，用於配量氣體或液體體積流(16)，尤其是在HLK、防煙火領域。通過一個存儲在微處理器(49)中算法檢測並衰減或抑制由於不利的或者錯誤的調整或調節器配置和/或由於幹擾影響產生的閘板(12)或閥門(70)的振蕩(18)。該算法優選以成分振蕩識別(46)、適應的濾波器(48)和負載突變識別(50)為基礎。
文檔編號G05B19/042GK101156117SQ200680011381
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月21日 優先權日2005年4月7日
發明者M·威爾德, M·特威拉德, S·巴爾米 申請人:貝利莫控股公司