振荡的抑制

本发明涉及一种用于抑制设备中的振荡的方法和装置，该设备具有 用于操纵一个闸板或阀门的伺服驱动，用于配量气体或液体体积流，尤 其是在HLK、防烟火领域。

在实践中在HLK领域中具有用于闸板和阀门的伺服驱动的调节回 路总是开始再振荡。这种振荡可能是短时间的，例如在投入运行期间， 但是也在调节回路不稳定调节的情况下出现。这导致伺服驱动的提前失 效，它们必需在所期望的使用寿命过去之前维修或更换。因此供应商和 用户的兴趣在于防止这种提前失效。

可能产生的振荡尤其必需满足两个条件：

-振幅条件：整个系统的增益必需至少等于1。

-相位条件：在系统中产生的时间延迟必需足够大。

如果对于至少为1的总增益整个设备的相位移位于360°，则振荡保 持不变。

不期望的振荡不仅在频率上而且也在其振幅上。如果在循环中是强 烈非线性的，例如在不利的布置阀门时是这种情况，则通常只在设备的 一定的工作范围中可能产生振荡。根据一个不变振荡的振幅也可以是不 同的。如果一个调节器明显错误地调节，一个振荡可能包括调节信号的 整个范围，直到它通过调节器的有限输出范围限制。在这种极限情况下 振荡也可以矩形地或者几乎矩形地延伸。

在US 6264111 A中提出一个调节器的增益，即所谓的P分量。如 果这个设备如调节器、调节环节、空间和传感器的增益足够地小，则失 去振荡。用于抑制振荡的措施直接组合在调节器里面，调节器的输入和 输出参数总是已知的。通过不同的措施也包括自适应的措施可以抑制或 克服振荡，但是它必需容忍部分明显变坏的调节特性。这种变坏例如可 能通过持续的温度偏差或者非常迟缓的温度适应表现出来。

本发明的目的是，实现一个上述形式的方法和装置，通过它们可以 抑制或克服在设备中的振荡，而不会感到调节特性变差。

关于方法的目的按照本发明由此得以实现，通过一个存储在微处理 器中算法检测并衰减或抑制由于不利的或者错误的调整或调节器配置 和/或由于干扰影响产生的闸板或阀门的振荡。本方法的特殊和改进的实 施例是从属权利要求的内容。

按照本发明的算法以下列三个成分为基础：

-振荡识别

-适应的滤波

-负载突变识别

为了识别振荡、即为了获得振荡的频率可以寻找信号的最小和最大 值并且测量其间的时间间隔(极限值分析)。但是这一点经常导致不准 确甚至错误的结果，如果信号同时含有多个频率的时候。为了避免这种 错误的结果导入一个新的方法，称为微波分析。这个方法由共同发明人 M.Thuillard在世界科学出版社2002年出版的“Wavelets in Soft Computing”中详细描述。特别粗略的概括涉及非常简化的傅立叶分析， 它通过数学的基本运算借助于简单的微处理器实现目的。在此确定几个 微少的频率范围，由此确定一个粗光栅。微波分析显示出，在这个光栅 的哪个范围中插入信号的大多数能量。这一点能够实现检验，开始进行 的极限值分析是否正确。在太大偏差的情况下借助于微波分析产生一个 用于振荡频率的假设并且决定，是否必需激活或者不激活振荡抑制器。

在适应滤波范围内选择一个相位下降的环节、一个所谓的滞后环 节，用于减小系统振荡的放大率或振幅。对于开始选择的滞后环节具有 下列特性：

-在控制信号非常缓慢、低频变化时不影响系统的放大率。

-在控制信号迅速、高频变化时降低放大率，衰减信号。

-从控制信号的某个频率开始振幅在一个最小值上基本保持恒 定，由此使衰减保持在一个最大值。

为了图形地描述适应的滤波器使用一个专业人员公知的编码图，在 其中分别描述一个信号的振幅和角度或者放大率和衰减与频率的关 系。一个滞后环节是振荡抑制器的核心。它必需正确地参数化，在此适 用的是，确定滞后环节的截止频率，为此必需已知要被衰减的振荡的频 率。

所述滞后环节通过由编码图求得的截止频率参数化并激活。通常滤 波器现在已经以基本正确的频率带工作。如果这个频率带还不是最佳 的，则通过继续运行的振荡识别检验，振荡是否象以前一样衰减。如果 不是，则使两个截止频率周期地在更低频率方向上偏移，由此提高对于 振荡频率的衰减作用。通过偏移滤波频率也带来变化的相位偏移，因此 改变产生振荡的两个条件、振幅条件和相位条件，直到不再满足一个条 件并且使振荡衰减。因此使算法自适应地工作。

所述滞后环节衰减调整信号的快速变化，因此驱动装置不再在各种 情况下足够快速地对于所期望的调整信号突变做出反应。如果例如某人 旋转室温调整按钮，必需识别这种突变并且传递到驱动装置上。换言 之，突变识别必需对于所期望的突变断开滞后环节，由此可以立刻一起 突变。在突变后从前面起动整个算法。

也可以选择使滞后环节暂时在更高频率的方向上偏移然后再逐渐 返回。

按照本发明的算法的优选功能可以概括如下：

-适应地、优选自适应地滤波系统中的振荡，其中使用一个在截 止频率上参数化的滞后环节作为滤波器。

-在不象给定地那样衰减振荡时使滞后环节的两个截止频率在更 低滤波频率的方向上偏移并由此提高振荡衰减。

-如果识别一个负载突变，则立刻中断滞后环节或者转换参数化 并且一起突变。

-所述闸板和/或阀门的特性曲线动态地线性化。

-识别并衰减或抑制在1至1800秒、优选30至300秒持续时间 范围中的振荡。

-检测并衰减或抑制闸板的振荡直到角度Δ和/或阀门的振荡直 到最大调整范围的升程Δh。

按照本发明所使用的算法优选软件编程并且没有配置需求地运 行。该算法还提供用于分析的振荡特征信息、尤其是平均值、振幅和/ 或频率。

用于执行本方法的装置的目的按照本发明由此得以实现，在伺服驱 动中设置一个具有用于振荡抑制器和线性化的算法的微处理器。

振荡抑制在伺服驱动中的布置对于所有市场上常见的调节器保证 一个可靠的设备功能。由此克服上述的安置在调节器中的振荡抑制导致 明显变差的调节特性的缺陷。

下面借助于在附图中所示的也是从属权利要求内容的实施例详细 描述本发明。附图中：

图1示出一个在通风管道中的可偏转的闸板，

图2示出按照图1的闸板的未受影响的振荡，

图3示出按照图1的具有振荡抑制的闸板，

图4示出按照图3的闸板的衰减的振荡，

图5示出典型的调节回路，

图6示出在静止位置的振荡抑制，

图7示出具有接通算法的振荡抑制，

图8示出采暖设备，

图9示出通过图8的锅炉调节器产生的振荡。

图1局部地示出一个具有置入的闸板12的通风管道10，该闸板在 电动伺服驱动14的作用下可以偏转。通过通风管道10吹入一个以箭头 表示的气体体积流16、在此为空气流。按照现有技术构成的闸板以一个 约±15°的角度Δ振荡，振荡周期例如为2分钟。

在图2中示出振荡18的与角度Δ成比例的振幅与时间t的关系， 其中振幅Δ对应于与平均正常位置N的偏差。该振荡1 8基本位于一 个具有平行边缘的水平带上。

图3基本对应于图1，但是对伺服驱动14前置一个振荡抑制器20。 这个振荡抑制器20给伺服驱动14一个控制信号38、也称为调整参数。 在图4中示出过程，最前面运行的振荡与图2一样。在时间tx过后伺服 驱动1 4得到控制信号，它们立刻并有效地衰减振荡18，使最大振幅偏 转衰减，直到达到一个正常位置N。由此明显延长驱动装置的使用寿命。

一个在图5中所示的调节回路22具有一个振荡抑制器20，它同时 作为线性化器设置在伺服驱动14里面。

一个理论值发生器24将给定的控制信号馈入到调节器34的比较环 节26并且同时接收回馈参数35的实际值，它对应于由一个调节对象28 给出的、通过一个信号倒相器30输送的调节参数32。该调节器34计算 一个调节输出参数36并将其馈入到适应的滤波器(图6，7中的48)， 它具有振荡抑制器20的算法。如果振荡抑制器20的振荡检测器46(图 6，7)确认振荡，则它对于具有组合的振荡抑制器20的伺服驱动14产 生一个控制信号38或调整参数，由此使振荡18立刻衰减(图4)。按照 一个未示出的变化也可以使振荡抑制器20独立地设置在伺服驱动14以 外。

一个在图6中示出的振荡抑制器20、主要是一个微处理器位于静止 位置。两个逻辑开关40，42这样调整，使信号、调节输出参数36通过 一个直接的信号路径44作为调整参数38输送到伺服驱动14。在同一方 框中的具有负载突变识别50的振荡检测器46持续地监控调节器输出信 号36到可能的振荡18(图2)。断开一个适应的滤波器48。在振荡检测 器46与开关40，42之间存在一个虚线表示的逻辑连接电路45。

在按照图7的振荡抑制器20的视图中振荡检测器46确认位于容忍 度以上的设备振荡。两个逻辑开关40，42换接，现在将调节器输出参 数36输送到具有算法的适应滤波器48。通过逻辑连接电路52以通过振 荡检测器46获取的滤波参数供给适应滤波器48。该适应滤波器48的算 法在此包括一个滞后环节。由此使用一个振荡抑制器，它一直持续到克 服干扰并且使振荡检测器转回到按照图6的布置。

按照一个未示出的实施例可以通过一个常见的分接代替开关40。

在图8中所示的采暖设备54例如用于双层独宅，它包括一个锅炉 56，它具有一个燃烧器58和两个采暖循环60，62，它们具有一个公共 的通向锅炉的供水管64和回水管66。两个采暖循环60，62分别由循环 泵68供热，通过一个混合阀70可以使一部分回流水混合到相关的采暖 循环62的供水管65里面。该混合阀70具有一个电伺服驱动14，它由 相关的采暖循环调节器72，74获得调整信号38。采暖循环调节器72， 74获得采暖循环60，62中的温度传感器78、室温温度计80和室外温 度计82的信号。

一个两点锅炉调节器84调节采暖锅炉56的水温，通过一个温度传 感器86接通和断开燃烧器58。在此可能产生不可避免的振荡。采暖锅 炉调节器72，74试图使波动的锅炉温度通过相应的调整信号38补偿到 混合阀70的伺服驱动14上。

在图9中以时间的函数示出锅炉水温88和用于混合阀70的伺服驱 动1 4的调整信号38的曲线。振荡18的周期T可能在一个设备内部根 据气候强烈变化，该周期通常位于约10分钟至两个小时的范围里面。 混合阀70的伺服驱动14的调整信号38以一个平均值N(图2，4)往 复运动，其中不期望极度的突变。

对于地板采暖允许伺服驱动14保持在中间行程，而不有损舒适性。 对于辐射式采暖总是可以确定辐射器温度的微小变化。对于空气采暖器 必需使混合阀70的伺服驱动14执行一个修正运动，因为否则可能导致 不舒服的、可感觉到的温度波动。在按照图8的采暖设备54中的其它 振荡18可能具有不同的原因：

-由于不充分的装配可能导致阳光照射室外温度计82。在天气变 化时这可能导致所测得的室外温度的强烈变化并由此导致振荡。采暖锅 炉调节器72，74尝试调节这个振荡。

-由于波动的阳光照射也可能导致通过室内温度计80测得的内部 温度方面的干扰影响。采暖锅炉调节器72，74也尝试调节这个干扰。

-由于两个采暖循环60，62缺少液动的去耦联可能导致一个采暖 循环受到另一采暖循环的影响。

-对于错误配置的调节器由于对于P带或再调整时间的错误调整 产生振荡。振荡的周期是设备特有的，它们通常为约3至5分钟。

按照一个未示出的、但是优选的图8的变化一个振荡抑制器20组 合在用于两个采暖循环60，62的混合阀70的伺服驱动14里面，该振 荡抑制器识别并抑制不期望的、静态振荡。