EP2663903A1 - Method and device for filtering a signal and control device for a process - Google Patents

Method and device for filtering a signal and control device for a process

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Publication number
EP2663903A1
EP2663903A1 EP12700385.3A EP12700385A EP2663903A1 EP 2663903 A1 EP2663903 A1 EP 2663903A1 EP 12700385 A EP12700385 A EP 12700385A EP 2663903 A1 EP2663903 A1 EP 2663903A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
deadband
input signal
width
dead band
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP12700385.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thierry Bruneau
Klaus Wendelberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP11150659A external-priority patent/EP2474873A1/en
Priority claimed from DE102011003477.3A external-priority patent/DE102011003477B4/en
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP12700385.3A priority Critical patent/EP2663903A1/en
Publication of EP2663903A1 publication Critical patent/EP2663903A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/0248—Filters characterised by a particular frequency response or filtering method
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/021—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a variable is automatically adjusted to optimise the performance

Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding device for filtering a signal, in which a noisy input signal is continuously checked as to whether it is inside or outside a deadband.
  • the invention further relates to a control device for a process.
  • Control structures are used to automate process engineering processes.
  • a control loop is composed of this
  • control algorithm which determines from the control difference, how the actuator (eg valve, damper, Mo ⁇ gate, ...) is to be moved so that the controlled variable approaches the reference variable,
  • the controlled variable of a component of a technical plant by means of the controller ⁇ rule should be as good as possible maintained at a desired value for the control variable.
  • a problem with control processes generally represents the noise of the controlled variable, the cause of which may lie in the metrological detection of the controlled variable, a process noise or the like caused by disturbing influences.
  • Unwanted oscillations of the actual value of the controlled variable can be avoided, for example, with a method which is known from EP 1 490 735 Bl.
  • the actual value of the control ⁇ size is continuously determined and the gain of a PI controller in dependence on the temporal behavior of the actual value changed as long as until the actual value is within a predetermined tole ⁇ ranzbandes respect to the target value remains.
  • the Amplification factor only changed again when the actual value of the controlled variable is in value removed from the tolerance band.
  • the ⁇ se re constant change in gain overall schieht only as long again until the actual value plunges back into Tole ⁇ ranzband and remains there.
  • the noise of the controlled variable leads to a corresponding noise of the control difference and thus to a constant excitation of the controller. This will then cause the actuator to constantly perform small actuating movements. However, the noise can not be eliminated by this adjusting movement, it is possibly even amplified.
  • the drive itself is heavily loaded by the constant, unnecessary back and forth movements, the wear is correspondingly large.
  • the signal curve for the controlled variable or for the control difference must be filtered in control engineering.
  • a signal must be generated to advertising that reflects the history of the original signal in Wesentli ⁇ chen but the rapid, small signal variations does not include.
  • a simple method of implementing such a filtering at the input of a regulator is the use of a dead band, which is usually sufficient for signal filtering in power plant technology. Where higher-quality filter algorithms Need Beer Untitled ⁇ , they will be additionally installed.
  • f (x) x - T B for x> a
  • the value 0 is output as output signal. Outside this range, the value of the input signal is reduced or increased by half the deadband width. There may also be a corresponding offset as expressed here by the constant a. Accordingly, with such a deadband function, it is possible to smooth out signals which fluctuate around the value 0. As an extension of Totbandfunktion also signals can be filtered, which fluctuate around values un ⁇ zero (eg here a). In control systems, controller modules are usually equipped with such dead band functions as standard. The control difference, which fluctuates around the value zero due to the fact that the control variable is regulated to its setpoint, is then switched to the deadband. If the control difference changes only within the set deadband, by definition the value zero will always be present at the output of the filter and the controller will thus not be excited. Only major changes the rule difference come through. The influence of the noise is thus eliminated.
  • the width of the deadband must be set individually for each control loop. If the deadband is too small, some of the noise is still coming through. If it is too large, the controller reacts too late to actually occurring control differences.
  • the controlled variable signal must therefore be examined and the width of the noise determined in order to set the dead band correctly.
  • the setting of all deadbands is therefore a very complex process. This is especially true when you consider that the noise can vary z. B. as a function of the current operating point of the system, over time by changing the external interference or by signs of wear o. ⁇ .
  • the settings for the Tot ⁇ tapes must therefore be readjusted several times under certain circumstances. This is very cumbersome because the adjustment of the deadbands in the power plant control nowadays by hand by an engineer in the context of procedural commissioning and optimization.
  • the object is achieved according to the invention by a method and a corresponding device in which a noisy input signal is constantly checked to the effect that whether it is inside or outside a deadband.
  • the Totbandbrei ⁇ te in contrast to the prior art is not fixed or set in advance, but is changed during operation as a function of the time behavioral the input signal and a selected system time constant.
  • the zero point of the deadband function is changed and thus adjusted by means of the algorithm according to the invention.
  • ⁇ at advantageously a self-learning algorithm, for example, in an industrial plant -. Always moves along - even angesto ⁇ KISSING .
  • the deadband width increased by a factor when the input ⁇ signal within a first, preferably short period of time a certain number n times by the dead band pass Gegan ⁇ gene.
  • a change to be adapted parameter where the gain factor of a regulator
  • the parameter change (here the adjustment of the dead band width) is performed. This gives more flexibility with regard to the setting of the deadband width.
  • the deadband width is continuously nert over time verklei ⁇ when the input signal during a second, be ⁇ vorzugt long period of time is within an interior region of the dead band and remains there.
  • a second filtered output signal such as a corrected around the mean of the noise is Totbandsignal is output.
  • Counting the Totband trim sauté is reset to zero advantageous if the time interval between a maximum and minimum of the input signal is greater than a predetermined maxi ⁇ male half period. In this way, beneficial way ⁇ noise from "real" signal movement is distinguished.
  • a particularly advantageous possibility of OF INVENTION ⁇ to the invention process is in control technology.
  • a control device comprising a device for filtering a signal using an adaptive dead band in the current Be ⁇ shoot, increases in a technical installation, the Quali ty ⁇ the control and thus also of the system to essentially lie ⁇ constricting process. Not only in the power plant sector is the trend towards the fully automatic adaptation of regulations of the individual components.
  • the control device with adaptive, fully automatic signal filtering during operation of a system is universally applicable and is capable of optimi ⁇ male and plant-friendly control results to achieve.
  • the control device consists of an apparatus for adaptive signal filtering according to the invention and a downstream PI controller with adaptively adjustable gain factor.
  • Avoid vibrations of the input signal and the controller can be adjusted so that an optimal control performance is achieved, ie that the controlled variable follows its setpoint as closely as possible.
  • the combination of both components results in many advantages: There are fewer costs, because work that was previously carried out manually now runs automatically. The regulations show less wear and will not get worse over time.
  • a Anla ⁇ ge containing the control modules mentioned above, can be optimized more quickly, making it fast again ⁇ ler available.
  • FIG. 2 shows a further exemplary time profile of the input signal, enlarged in its scale
  • control device which is a device for
  • Filtering according to the present invention comprises.
  • FIG. 1 shows a computer printout of a screen display of a guidance system in which the method according to the invention is implemented.
  • Fig. 1 a graphical representation of waveforms to see the lower part comprises a table with further information on the illustrated signal curves.
  • the description of the embodiment relates We ⁇ sentlichen to those illustrated in the upper segment waveforms, with the abscissa representing the time t Sig ⁇ nalvercrest S are plotted (here as the time in minutes intervals) and on the ordinate.
  • the input signal IN has a high-frequency noise. This can be any process signal, a control difference or the pure actual value of a measurement signal.
  • At least one filtered output signal is continuously (online) calculated during the current operation of a system starting from the noisy input signal IN and other predetermined or predefinable values, output immediately and displayed.
  • the starting value zero is specified for the dead band width DB.
  • a starting value greater than zero would be possible.
  • the learning algorithm is released. Then it takes a while for the algorithm to learn until the noise is gone (see area A in Figure 1).
  • the deadband width is adaptively matched to the waveform, ie, the deadband width is kon ⁇ continuously changed in dependence of the temporal behavior of the input signal IN.
  • the current total value DB of the deadband is the current total value DB of the deadband.
  • the dead band may be for example symmetrically around the mean value of the minima and maxima of the amplitude of the input signal is classified ⁇ and extend similarly an envelope in the immediate vicinity of the minima and maxima of the amplitude of the input signal.
  • the upper limit values of the dead band are designated UL DB, a respective current value is called UL DB ACT.
  • the lower limits of the deadband are denoted by LL DB ⁇ net, each current value is called LL DB ACT.
  • a dead band width DB it is checked whether the input signal lies inside or outside the dead band with its current width (area B of FIG. 1). If the value is within the current deadband width is output as an output signal, for example, a mean value of the preceding Gegan ⁇ genes vibration amplitudes. In the DAR identified in Fig. 1 embodiment is in the off ⁇ output signal OUT DB to the output of the dead band. For example, if the input signal is a control difference, the value zero is output for OUT DB, which means that the input signal is within the current deadband width.
  • the noise shows a strong asymmetry, ie if the time average of the input signal is not exactly in the middle between the maximum and the minimum of the amplitude, this can be read off by means of a second output signal OUT.
  • the time average of the noise- reduced signal is reproduced correctly by means of the signal OUT.
  • the signal profile for the signal OUT is therefore not as smooth as the profile of the signal OUT DB, since the filter effect is somewhat reduced by the greater consideration of the signal fluctuations. Nevertheless, even here, the high vibration frequencies are no longer available.
  • Fig. 1 clearly shows that the deadband width DB is changed continuously over time. Even at first glance, it can be seen that the dead band width is automatically increased or decreased, and like a tube lies around the amplitude extrema of the input signal and thus follows only the "real" fluctuations of the input signal. "Real" fluctuation means that here the mean value the maxima and minima of the input signal changes.
  • a time constant In order to be able to make adaptive changes to the dead band width, a time constant must first be specified so that time spans or time periods can be defined and thus also rates of change of the input signal can be determined. A so-called system time constant thus describes the dynamic system behavior and depends on the considered overall system.
  • a temperature control system for example Systemzeitkonstan ⁇ ten between 30 and 60 would have s, while a pressure control ⁇ system time constants 5-10 would comprise s.
  • the signal noise of "real" signal changes can be distinguished.
  • a temperature can s not change, for example, within a period of 5 several times. However, if the temperature reading shows such a behavior, it must be a Sig ⁇ nalrauschen and not to be a real signal change.
  • a time duration of 20 s should be assumed here as the system time constant. If multiple oscillations of the input signal are observed within this period of time, this is noise in the case of a temperature measurement value, but in the case of a pressure measurement value it is a fast signal change. Also terms such as “long” or “short” periods of time can be quantified according to the system time constants.
  • a reduction of the dead-band width takes place continuously, when the A ⁇ input signal IN has already spent within a second time period in ⁇ nerrenz an interior region of the dead band, and there is still always, wherein the second time period is determined by the system time constant and the width of the Indoor area is specified.
  • the width of the inner region of the dead band is here case ⁇ set.
  • a width of 95% of the total width of the dead band is taken at ⁇ for ⁇ for indoor rich.
  • the input signal is continuously observed personally observed personallyge- thus starting, whether it is of a ⁇ in this case reduced to 5% width within or outside a Totban.
  • This deadband will be referred to below as a 95% dead band.
  • the dead band is continuously reduced. This can be clearly seen in FIG. 1 in region D.
  • the oscillations of the input signal is run within the draw ⁇ th deadband limits over a period of nearly 3 minutes.
  • the deadband width changes accordingly continuously.
  • the rate of reduction of the deadband width is determined as a function of the system time constant. The slower the system, the slower the dead band is reduced.
  • the speed of reduction of deadband width is also reduced the smaller the deadband is already.
  • the reduction of the deadband width is stopped when the input signal IN is in the interior of the
  • Deadband leaves again and / or the dead band width reaches a lower limit (see area E in Fig. 1).
  • the mean value of the input signal changes conspicuously by about 25%.
  • the dead band follows the resultsssig ⁇ nal and adapts to this. The zero point is shifted according to the waveform as a present "real" signal change. No major change to the deadband width is needed in these areas, as the noise power not än ⁇ changed.
  • an increase in the deadband width by a factor occurs when the input signal IN ⁇ n times alternately upwardly and downwardly within crosses the dead band boundaries for a first period of time, where the number n of passes is dictated by the dead band boundaries, and the first time duration is determined by the system time constant.
  • the first time period is a relatively short period of time.
  • the dead-band width is at any other time in which the A ⁇ input signal passes in a short time by the dead band is increased by a factor.
  • the magnification of the deadband width is stopped when the input signal no longer passes through or within a short period of time by the dead band, the dead ⁇ bandwidth reaches an upper limit.
  • the counting of the Totband trim sautician is n based on the parameter is reset to zero at ⁇ when the input signal remains within the deadband again.
  • FIG. 1 An example of the case of increasing the deadband width is shown in FIG. Here is a part of the area C of FIG. 1 has been enlarged.
  • the input signal IN remains within the upper and lower deadband limits, which are shown here with thick lines. Furthermore, the 95% dead band is indicated by a thin line.
  • the signal IN now exits the deadband and passes through the deadband DB at the point 2 for the first time.
  • the signal IN now alternately goes down and up through the deadband 2 times within a short period of time.
  • the time Tmax was previously set as the maximum time for a pass.
  • the signal goes IN intra ⁇ half a shorter time period (T ⁇ Tmax) by the deadband limits.
  • T ⁇ Tmax time period
  • both conditions are met at point 3, which have an increase in the deadband width by a factor result.
  • the signal remains within the deadband limits until it assumes a smaller amplitude at point 5.
  • the signal now remains within the 95% deadband for a relatively long period of time, Tgr.
  • the deadband is continuously reduced until the signal crosses the 95% deadband at point 6. Since the signal IN now remains within the outer dead band marked with a thick line, the dead band width is maintained.
  • FIG. 3 shows a device F according to the invention for filtering a signal IN with a downstream regulating device R.
  • a first input of the device F can be acted upon by the input signal IN.
  • at least one second input XY is present to accommodate further parameters or values.
  • Be such a input of the filter device F may, for example, the system time constant or the number n of passages of the input signal by the deadband limits, wel ⁇ che to increase the deadband width is needed supplied ⁇ leads.
  • the filter device F comprises a calculation unit BE, by means of which the adaptive filtering of the input signal is carried out according to the present invention. At least one signal output for outputting the filtered output signal OUT is present at the output of the filter device F.
  • At least a second output is provided for a second output signal OUT DB.
  • At least one of the outputs shown can be connected to a regulator R.
  • the controller R is used to control at least one component of a technical system and can be ⁇ example designed as a PI controller.
  • the controller R can now be optimized by another block BS2.
  • a combination of the inventive filter device F (or also block 1, BS1) with a PI controller R which is adapted according to EP 1 490 735 Bl, an increased control quality is achieved.
  • the actual value of the controlled variable is continuously determined in block 2 BS2 and the gain K, and a reset time of a PI controller in dependence on the temporal behavior of the actual value changed as long as the actual value to within a pre give ⁇ NEN tolerance band remains with respect to the target value.
  • the op ⁇ -optimized gain factor K, and a reset time is supplied to the controller R, which outputs a control signal ST, which in turn affects the controlled variable.

Landscapes

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Abstract

In a method according to the invention and a corresponding device for filtering a signal, a noisy input signal is continuously examined in order to determine whether said input signal is within or outside of a deadband. The deadband width and the zero point of the deadband are continuously adapted to the noise power of the input signal depending on the time behavior of the input signal and a predefined system time constant and at least one filtered output signal is continuously output, such as a deadband signal, which substantially corresponds to a smoothed input signal. The invention further relates to a control apparatus, which comprises signal filtering according to the invention.

Description

Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zur Filterung eines Signals und Regeleinrichtung für einen Prozess Method and device for filtering a signal and control device for a process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Filterung eines Signals, bei dem ein verrauschtes Eingangssignal kontinuierlich dahingehend überprüft wird, ob es sich innerhalb oder außerhalb eines Totbandes be- findet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Regeleinrichtung für einen Prozess. The invention relates to a method and a corresponding device for filtering a signal, in which a noisy input signal is continuously checked as to whether it is inside or outside a deadband. The invention further relates to a control device for a process.
Zur Automatisierung von verfahrenstechnischen Prozessen werden Regelungsstrukturen eingesetzt. Ein Regelkreis setzt sich dabei zusammen aus Control structures are used to automate process engineering processes. A control loop is composed of this
- der messtechnischen Erfassung des Istwerts der zu regelnden Prozessgröße (Regelgröße) ,  - metrological recording of the actual value of the process variable to be controlled (controlled variable),
- der Vorgabe eines Sollwerts für diese Prozessgröße (Füh¬ rungsgröße) , - the setting of a target value for the process variable (Füh ¬ approximate size)
- der Regeldifferenzbildung (Abweichung der Regelgröße vom vorgegebenen Sollwert) , - the control difference formation (deviation of the controlled variable from the given nominal value),
- dem Regelalgorithmus (Regler) , der aus der Regeldifferenz bestimmt, wie das Stellorgan (z.B. Ventil, Klappe, Mo¬ tor, ... ) zu verfahren ist, damit sich die Regelgröße der Führungsgröße nähert, - The control algorithm (controller), which determines from the control difference, how the actuator (eg valve, damper, Mo ¬ gate, ...) is to be moved so that the controlled variable approaches the reference variable,
- der Ausgabe des Stellsignals an den Antrieb oder Aktor.  - the output of the actuating signal to the drive or actuator.
Demnach soll die Regelgröße einer Komponente einer techni¬ schen Anlage mittels des Reglers möglichst gut auf einem Sollwert für die Regelgröße gehalten werden. Ein Problem bei Regelungsvorgängen stellt im Allgemeinen das Rauschen der Regelgröße dar, dessen Ursache in der messtechnischen Erfassung der Regelgröße, einem durch Störeinflüsse hervorgerufenen Prozessrauschen o. ä. liegen kann. Accordingly, the controlled variable of a component of a technical plant by means of the controller ¬ rule should be as good as possible maintained at a desired value for the control variable. A problem with control processes generally represents the noise of the controlled variable, the cause of which may lie in the metrological detection of the controlled variable, a process noise or the like caused by disturbing influences.
Unerwünschte Schwingungen des Istwertes der Regelgröße können beispielsweise mit einem Verfahren vermieden werden, welches aus der EP 1 490 735 Bl bekannt ist. Während des Betriebs ei¬ ner technischen Anlage wird laufend der Istwert der Regel¬ größe bestimmt und der Verstärkungsfaktor eines PI-Reglers in Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten des Istwerts verändert, solange bis der Istwert innerhalb eines vorgegebenen Tole¬ ranzbandes bezüglich des Sollwerts verbleibt. Wenn nun im Verlauf des Betriebs die geregelte Komponente einer Verände¬ rung bezüglich ihres dynamischen Verhaltens unterliegt, bei¬ spielsweise verursacht durch Materialverschleiß und/oder Ab- lagerung von Betriebs- oder Hilfsstoffen der Komponente, oder durch Alterung von Teilen der Komponente, so wird der Verstärkungsfaktor erst dann wieder verändert, wenn der Istwert der Regelgröße sich wertmäßig vom Toleranzband entfernt. Die¬ se erneute laufende Veränderung des Verstärkungsfaktors ge- schieht wieder nur so lange, bis der Istwert wieder ins Tole¬ ranzband eintaucht und dort verbleibt. Unwanted oscillations of the actual value of the controlled variable can be avoided, for example, with a method which is known from EP 1 490 735 Bl. During operation ei ¬ ner technical plant, the actual value of the control ¬ size is continuously determined and the gain of a PI controller in dependence on the temporal behavior of the actual value changed as long as until the actual value is within a predetermined tole ¬ ranzbandes respect to the target value remains. If now subject concerning their dynamic behavior in the course of operation of the regulated component of a Variegated ¬ tion in ¬ play as caused by material wear and / or waste storage of operating or auxiliary component, or aging of parts of the component, then the Amplification factor only changed again when the actual value of the controlled variable is in value removed from the tolerance band. The ¬ se re constant change in gain overall schieht only as long again until the actual value plunges back into Tole ¬ ranzband and remains there.
Das Rauschen der Regelgröße führt zu einem entsprechenden Rauschen der Regeldifferenz und damit zu einer ständigen An- regung des Reglers. Dieser wird dann das Stellorgan dazu veranlassen, ständig kleine Stellbewegungen auszuführen. Das Rauschen kann durch diese Stellbewegung jedoch nicht beseitigt werden, es wird ggf. sogar noch verstärkt. Der Antrieb selbst wird durch die ständigen, unnötigen Hin- und Herbewe- gungen stark belastet, der Verschleiß ist entsprechend groß. The noise of the controlled variable leads to a corresponding noise of the control difference and thus to a constant excitation of the controller. This will then cause the actuator to constantly perform small actuating movements. However, the noise can not be eliminated by this adjusting movement, it is possibly even amplified. The drive itself is heavily loaded by the constant, unnecessary back and forth movements, the wear is correspondingly large.
Aus diesem Grunde muss in der Regelungstechnik der Signalverlauf für die Regelgröße bzw. für die Regeldifferenz gefiltert werden. Am Ausgang des Filters muss ein Signal erzeugt wer- den, das den Verlauf des ursprünglichen Signals im Wesentli¬ chen wiedergibt aber die schnellen, kleinen Signaländerungen nicht beinhaltet. For this reason, the signal curve for the controlled variable or for the control difference must be filtered in control engineering. At the output of the filter a signal must be generated to advertising that reflects the history of the original signal in Wesentli ¬ chen but the rapid, small signal variations does not include.
Den Bereich der Signalfilterung betreffend existiert in der Literatur eine Vielzahl von Verfahren beispielsweise zur adaptiven Filterung. Häufig werden ausgefeilte, mathematische Verfahren beschrieben, mit deren Hilfe verrauschte Signale geglättet werden können, ohne die Nutzinformation, die in einem Signal steckt, zu verfälschen. In der Masse der Kraft¬ werksregelkreise im Zusammenhang mit der Filterung einer Regeldifferenz werden derart hohe Ansprüche jedoch nicht ge- stellt. In the field of signal filtering, there are a variety of methods in the literature, for example for adaptive filtering. Frequently, sophisticated mathematical methods are described, with the help of which noisy signals can be smoothed without distorting the payload that is in a signal. In the mass of the power plant ¬ loops in connection with the filtering of a system deviation such high standards, however, does not represent overall.
Eine einfache Methode eine solche Filterung am Eingang eines Reglers zu realisieren, ist die Verwendung eines Totbandes, was in der Kraftwerkstechnik üblicherweise zur Signalfilte- rung ausreicht. Dort wo höherwertige Filteralgorithmen benö¬ tigt werden, werden diese zusätzlich eingebaut. A simple method of implementing such a filtering at the input of a regulator is the use of a dead band, which is usually sufficient for signal filtering in power plant technology. Where higher-quality filter algorithms Need Beer Untitled ¬, they will be additionally installed.
Als Totband wird folgende Funktion f (x) definiert: f(x) = x - TB für x > a The following function f (x) is defined as the dead band: f (x) = x - T B for x> a
f(x) = x + TB für x < a f (x) = x + T B for x <a
Dies bedeutet (für a=0), dass bei einem Eingangssignal x, welches innerhalb der Totbandbreite oder dem Intervall This means (for a = 0) that for an input signal x, which is within the dead band width or the interval
[~^ß,^ß] liegt der Wert 0 als Ausgangssignal ausgegeben wird. Außerhalb dieses Bereiches wird der Wert des Eingangssignals verringert oder erhöht um die halbe Totbandbreite ausgegeben. Es kann auch ein entsprechendes Offset wie hier durch die Konstante a ausgedrückt, vorhanden sein. Mit einer solchen Totbandfunktion können demnach Signale geglättet werden, die um den Wert 0 schwanken. Als Erweiterung der Totbandfunktion können auch Signale gefiltert werden, welche um Werte un¬ gleich Null (z.B. hier a) schwanken. In Leitsystemen sind Reglerbausteine meist standardmäßig mit derartigen Totbandfunktionen ausgerüstet. Die Regeldifferenz, die aufgrund der Tatsache, dass die Regelgröße auf ihren Sollwert geregelt wird, um den Wert Null schwankt, wird dann auf das Totband geschaltet. Verändert sich die Regeldifferenz nur innerhalb des eingestellten Totbandes, wird am Ausgang des Filters definitionsgemäß stets der Wert Null anstehen und der Regler wird somit nicht angeregt. Nur größere Änderungen der Regeldifferenz kommen durch. Der Einfluss des Rauschens ist somit beseitigt. [ ~ ^ ß , ^ ß ] the value 0 is output as output signal. Outside this range, the value of the input signal is reduced or increased by half the deadband width. There may also be a corresponding offset as expressed here by the constant a. Accordingly, with such a deadband function, it is possible to smooth out signals which fluctuate around the value 0. As an extension of Totbandfunktion also signals can be filtered, which fluctuate around values un ¬ zero (eg here a). In control systems, controller modules are usually equipped with such dead band functions as standard. The control difference, which fluctuates around the value zero due to the fact that the control variable is regulated to its setpoint, is then switched to the deadband. If the control difference changes only within the set deadband, by definition the value zero will always be present at the output of the filter and the controller will thus not be excited. Only major changes the rule difference come through. The influence of the noise is thus eliminated.
Die Problematik besteht nun darin, dass die Breite des Tot- bandes für jeden Regelkreis individuell eingestellt werden muss. Ist das Totband zu klein, kommt immer noch ein Teil des Rauschens durch. Ist es zu groß, reagiert der Regler zu spät auf tatsächlich auftretende Regeldifferenzen. Das Regelgrößen-Signal muss daher untersucht und die Breite des Rauschens bestimmt werden, um das Totband richtig einstellen zu können. In einem Kraftwerksprozess beispielsweise gibt es ca. 200 - 300 Regler. Die Einstellung aller Totbänder ist daher ein sehr aufwändiger Vorgang. Dies gilt insbesondere wenn man berücksichtigt, dass die Rauschbreite variieren kann z. B. als Funktion des aktuellen Arbeitspunktes der Anlage, über die Zeit durch Veränderung der äußeren Störeinflüsse oder durch Verschleißerscheinungen o. ä. Die Einstellwerte für die Tot¬ bänder müssen daher unter Umständen mehrfach nachjustiert werden. Dies ist sehr mühsam, da die Einstellung der Totbän- der in der Kraftwerksregelung heutzutage von Hand durch einen Ingenieur im Rahmen der verfahrenstechnischen Inbetriebnahme und Optimierung erfolgt. The problem now is that the width of the deadband must be set individually for each control loop. If the deadband is too small, some of the noise is still coming through. If it is too large, the controller reacts too late to actually occurring control differences. The controlled variable signal must therefore be examined and the width of the noise determined in order to set the dead band correctly. For example, in a power plant process, there are about 200-300 regulators. The setting of all deadbands is therefore a very complex process. This is especially true when you consider that the noise can vary z. B. as a function of the current operating point of the system, over time by changing the external interference or by signs of wear o. Ä. The settings for the Tot ¬ tapes must therefore be readjusted several times under certain circumstances. This is very cumbersome because the adjustment of the deadbands in the power plant control nowadays by hand by an engineer in the context of procedural commissioning and optimization.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver- fahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Signalfilterung mithilfe eines Totbands anzugeben, welches eine vollautomati¬ sche Anpassung des Totbands im laufenden Betrieb erlaubt, wo¬ bei nach der Signalfilterung ein Signal vorliegen soll, welches den Verlauf des ursprünglichen Signals im Wesentlichen wiedergibt aber die schnellen, kleinen Signaländerungen nicht beinhaltet. Ferner soll eine verbesserte Regeleinrichtung an¬ gegeben werden, mittels welcher die beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden. It is therefore the object of the present invention to drive a supply and to provide a corresponding device for signal filtering using a dead-band, which allows a fully automatic ¬ specific adaptation of the dead-band during operation, where ¬ is to present a signal at according to the signal filtering which the The course of the original signal essentially reproduces but does not include the fast, small signal changes. Furthermore, an improved control device is to ¬ given, by means of which the described disadvantages of the prior art are overcome.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung, bei dem/der ein verrauschtes Eingangssignal ständig dahingehend überprüft wird, ob es sich innerhalb oder außerhalb eines Totbandes befindet. Dabei ist im Gegensatz zum Stand der Technik die Totbandbrei¬ te nicht fest vorgegeben oder vorab eingestellt, sondern wird im laufenden Betrieb in Abhängigkeit des zeitlichen Verhal- tens des Eingangssignals und einer gewählten Systemzeitkonstante verändert. Außerdem wird mittels des erfindungsgemäßen Algorithmus auch der Nullpunkt der Totbandfunktion verändert und somit eingestellt. Auf diese Weise wird eine automatische Online-Adaption der Totbandbreite und des „Offsets" (des Nullpunkts der Totbandfunktion) erreicht. Es handelt sich da¬ bei vorteilhaft um einen selbstlernenden Algorithmus, der beispielsweise in einer technischen Anlage - einmal angesto¬ ßen - stets mitläuft. Das gefilterte Ausgangssignal, welches im Wesentlichen dem geglätteten Eingangssignal entspricht, wird ebenso online ausgegeben. Das Ausgangssignal gibt wunschgemäß den Verlauf des ursprünglichen Signals im Wesent¬ lichen wieder, beinhaltet aber die schnellen, kleinen Signaländerungen nicht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Totbandbreite um einen Faktor vergrößert, wenn das Eingangs¬ signal innerhalb einer ersten, bevorzugt kurzen, Zeitdauer eine bestimmte Anzahl n mal durch das Totband hindurchgegan¬ gen ist. Im Gegensatz zum Patent EP 1490735, wo eine Änderung des zu adaptierenden Parameters (dort der Verstärkungsfaktor eines Reglers) um einen Faktor dann ausgelöst wird, wenn die überwachte Größe (dort Istwert) einmal durch das Totband durchgeht, ist es hier vorteilhaft möglich, die Anzahl n der Totbanddurchgänge vorzugeben. Erst wenn die überwachte Größe (hier das Eingangssignal) mindestens n Mal durch das Totband hindurchgegangen ist, wird die Parameteränderung (hier die Anpassung der Totbandbreite) durchgeführt. Man erhält auf diese Weise mehr Flexibilität bezüglich der Einstellung der Totbandbreite. Über die Anzahl n der Totbanddurchgänge kann besonders vorteilhaft die adaptive Filterung beeinflusst wer¬ den . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Totbandbreite kontinuierlich über die Zeit verklei¬ nert, wenn sich das Eingangssignal während einer zweiten, be¬ vorzugt langen, Zeitdauer innerhalb eines Innenbereichs des Totbandes befindet und dort verweilt. The object is achieved according to the invention by a method and a corresponding device in which a noisy input signal is constantly checked to the effect that whether it is inside or outside a deadband. The Totbandbrei ¬ te in contrast to the prior art is not fixed or set in advance, but is changed during operation as a function of the time behavioral the input signal and a selected system time constant. In addition, the zero point of the deadband function is changed and thus adjusted by means of the algorithm according to the invention. In this way, an automatic online adaptation of the deadband width and "offsets" (the zero point of Totbandfunktion) is achieved It is because ¬ at advantageously a self-learning algorithm, for example, in an industrial plant -. Always moves along - even angesto ¬ KISSING . the filtered output signal which substantially corresponds to the smoothed input signal is output as online,. the output signal is desired the course of the original signal in Wesent ¬ union again, but does not include the rapid, small changes in signal. in an advantageous embodiment of the invention, the deadband width increased by a factor when the input ¬ signal within a first, preferably short period of time a certain number n times by the dead band pass Gegan ¬ gene. In contrast to the patent EP 1490735, where a change to be adapted parameter (where the gain factor of a regulator) If the factor is then triggered when the monitored variable (there actual value) once passes through the dead band, it is advantageously possible to specify the number n of dead band passages. Only when the monitored variable (here the input signal) has passed at least n times through the dead band, the parameter change (here the adjustment of the dead band width) is performed. This gives more flexibility with regard to the setting of the deadband width. About the number n of Totbanddurchgänge can be especially beneficial adaptive filtering influenced ¬ to. In a further advantageous embodiment of the invention, the deadband width is continuously nert over time verklei ¬ when the input signal during a second, be ¬ vorzugt long period of time is within an interior region of the dead band and remains there.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn neben einem ersten gefil¬ terten Ausgangssignal wie beispielsweise einem Totbandsignal, ein zweites gefiltertes Ausgangssignal wie zum Beispiel ein um den Mittelwert des Rauschens korrigiertes Totbandsignal ausgegeben wird. Dadurch erhält der Benutzer Zusatzinformationen, die beim Betrieb einer technischen Anlage von Vorteil sein können. Die Ausgabe weiterer Ausgangssignale wie bei¬ spielsweise eines Maximalwertes, der gerade noch innerhalb des Totbandes liegt, oder eines entsprechenden Minimalwertes sind ebenfalls denkbar und zeigt die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Algorithmus. It is particularly advantageous if, in addition to a first gefil ¬ screened output signal, such as a Totbandsignal, a second filtered output signal, such as a corrected around the mean of the noise is Totbandsignal is output. This gives the user additional information that can be of advantage when operating a technical system. The output of further output signals as in ¬ example, a maximum value that is just within the deadband, or a corresponding minimum value are also conceivable and shows the performance of the algorithm of the invention.
Vorteilhaft wird die Zählung der Totbanddurchgänge auf Null zurückgesetzt, wenn die Zeitspanne zwischen einem Maximum und Minimum des Eingangssignals größer als eine vorgegebene maxi¬ male halbe Periodendauer ist. Auf diese Weise wird vorteil¬ haft Rauschen von „echter" Signalbewegung unterschieden. Counting the Totbanddurchgänge is reset to zero advantageous if the time interval between a maximum and minimum of the input signal is greater than a predetermined maxi ¬ male half period. In this way, beneficial way ¬ noise from "real" signal movement is distinguished.
Eine besonders vorteilhafte Einsatzmöglichkeit des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens besteht in der Regelungstechnik. Eine Regeleinrichtung, welche eine Vorrichtung zur Filterung eines Signals mithilfe eines adaptiven Totbandes im laufenden Be¬ trieb umfasst, erhöht in einer technischen Anlage die Quali¬ tät der Regelung und damit auch den der Anlage zu Grunde lie¬ genden Prozess. Nicht nur im Kraftwerksbereich besteht der Trend zur vollautomatischen Adaption von Regelungen der einzelnen Komponenten. Die Regelungseinrichtung mit adaptiver, vollautomatischer Signalfilterung im laufenden Betrieb einer Anlage ist universell einsetzbar und ist dazu geeignet, opti¬ male und anlagenschonende Regelungsergebnisse zu erzielen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Regeleinrichtung aus einer Vorrichtung zur adaptiven Signalfilterung gemäß der Erfindung und einem nachgeschalteten PI-Regler mit adaptiv einstellbarem Verstärkungs- faktor. Bei dieser Aus führungs form sollen insbesondere A particularly advantageous possibility of OF INVENTION ¬ to the invention process is in control technology. A control device comprising a device for filtering a signal using an adaptive dead band in the current Be ¬ shoot, increases in a technical installation, the Quali ty ¬ the control and thus also of the system to essentially lie ¬ constricting process. Not only in the power plant sector is the trend towards the fully automatic adaptation of regulations of the individual components. The control device with adaptive, fully automatic signal filtering during operation of a system is universally applicable and is capable of optimi ¬ male and plant-friendly control results to achieve. In a further advantageous embodiment of the invention, the control device consists of an apparatus for adaptive signal filtering according to the invention and a downstream PI controller with adaptively adjustable gain factor. In this embodiment, in particular
Schwingungen des Eingangssignals vermieden und der Regler so eingestellt werden, dass eine optimale Regelgüte erzielt wird, d.h. dass die Regelgröße ihrem Sollwert möglichst genau folgt. Durch die Kombination beider Bausteine ergeben sich vielfache Vorteile: Es entstehen weniger Kosten, dadurch, dass Arbeiten, welche vorher händisch ausgeführt wurden, nun automatisch ablaufen. Die Regelungen zeigen weniger Verschleiß und werden über die Zeit nicht schlechter. Eine Anla¬ ge, welche die oben genannten Regelbausteine enthält, kann schneller optimiert werden und ist damit auch wieder schnel¬ ler verfügbar. Avoid vibrations of the input signal and the controller can be adjusted so that an optimal control performance is achieved, ie that the controlled variable follows its setpoint as closely as possible. The combination of both components results in many advantages: There are fewer costs, because work that was previously carried out manually now runs automatically. The regulations show less wear and will not get worse over time. A Anla ¬ ge containing the control modules mentioned above, can be optimized more quickly, making it fast again ¬ ler available.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings.
Es zeigen: Show it:
FIG 1 eine graphische Darstellung eines beispielhaften 1 is a graphical representation of an exemplary
Verlaufs des Eingangssignals, wobei ebenfalls der Verlauf des Totbands und der Verlauf der beiden Course of the input signal, where also the course of the deadband and the course of the two
Ausgangssignale eingezeichnet sind, Output signals are plotted,
FIG 2 einen weiteren in seiner Skala vergrößerten beispielhaften zeitlichen Verlauf des Eingangssignals, und  FIG. 2 shows a further exemplary time profile of the input signal, enlarged in its scale, and FIG
FIG 3 eine Regeleinrichtung, welche eine Vorrichtung zur 3 shows a control device, which is a device for
Filterung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.  Filtering according to the present invention comprises.
FIG 1 beinhaltet einen Computerausdruck einer Bildschirmanzeige eines Leitsystems, in welchem das erfindungsgemäße Ver- fahren implementiert ist. Im oberen Teil der Fig. 1 ist eine graphische Darstellung von Signalverläufen zu sehen, der untere Teil umfasst eine Tabelle mit weiteren Angaben zu den dargestellten Signalverläufen. Hier sind die Bezeichnungen und Beschreibungen der dargestellten Signale, sowie deren Werte und Grenzen verzeichnet. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels bezieht sich im We¬ sentlichen auf die im oberen Bildausschnitt dargestellten Signalverläufe, wobei auf der Abszisse die Zeit t (hier als Uhrzeit in Minutenintervallen) und auf der Ordinate die Sig¬ nalverläufe S aufgetragen sind. Das Eingangssignal IN weist ein hochfrequentes Rauschen auf. Es kann sich dabei um ein beliebiges Prozesssignal, eine Regeldifferenz oder den reinen Istwert eines Messsignals handeln. 1 shows a computer printout of a screen display of a guidance system in which the method according to the invention is implemented. In the upper part of Fig. 1 is a graphical representation of waveforms to see the lower part comprises a table with further information on the illustrated signal curves. Here are the names and descriptions of the displayed signals, as well as their values and limits recorded. The description of the embodiment relates We ¬ sentlichen to those illustrated in the upper segment waveforms, with the abscissa representing the time t Sig ¬ nalverläufe S are plotted (here as the time in minutes intervals) and on the ordinate. The input signal IN has a high-frequency noise. This can be any process signal, a control difference or the pure actual value of a measurement signal.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Filteralgorithmus wird nun kontinuierlich (online) im laufenden Betrieb einer Anlage ausgehend vom verrauschten Eingangssignal IN und anderen vorgegebenen oder vorgebbaren Werten zumindest ein gefiltertes Ausgangssignal berechnet, sofort ausgegeben und dargestellt. Für die Totbandbreite DB wird beispielsweise der Startwert Null vorgegeben. Alternativ wäre auch ein Startwert größer Null möglich. Dann wird der Lernalgorithmus freigegeben. Dann dauert es eine Weile bis der Algorithmus soweit gelernt hat, bis das Rauschen weg ist (siehe Bereich A in Fig. 1) . Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Totbandbreite adaptiv an den Signalverlauf angepasst, d.h. die Totbandbreite wird kon¬ tinuierlich in Abhängigkeit des zeitlichen Verhaltens des Eingangssignals IN verändert. Unmittelbar über der Abszisse ist jeweils der aktuelle Gesamtwert DB des Totbands aufgetra- gen. Within the scope of the filter algorithm according to the invention, at least one filtered output signal is continuously (online) calculated during the current operation of a system starting from the noisy input signal IN and other predetermined or predefinable values, output immediately and displayed. For example, the starting value zero is specified for the dead band width DB. Alternatively, a starting value greater than zero would be possible. Then the learning algorithm is released. Then it takes a while for the algorithm to learn until the noise is gone (see area A in Figure 1). According to the present invention, the deadband width is adaptively matched to the waveform, ie, the deadband width is kon ¬ continuously changed in dependence of the temporal behavior of the input signal IN. Immediately above the abscissa is the current total value DB of the deadband.
Das Totband kann beispielsweise symmetrisch um den Mittelwert der Minima und Maxima der Amplitude des Eingangssignals ange¬ ordnet sein und ähnlich einer Einhüllenden unmittelbar in der Nähe der Minima und Maxima der Amplitude des Eingangssignals verlaufen. Die oberen Grenzwerte des Totbands werden mit UL DB bezeichnet, ein jeweils aktueller Wert heißt UL DB ACT. Die unteren Grenzwerte des Totbands werden mit LL DB bezeich¬ net, ein jeweils aktueller Wert heißt LL DB ACT. The dead band may be for example symmetrically around the mean value of the minima and maxima of the amplitude of the input signal is classified ¬ and extend similarly an envelope in the immediate vicinity of the minima and maxima of the amplitude of the input signal. The upper limit values of the dead band are designated UL DB, a respective current value is called UL DB ACT. The lower limits of the deadband are denoted by LL DB ¬ net, each current value is called LL DB ACT.
Sobald eine Totbandbreite DB festgelegt ist, wird überprüft, ob das Eingangssignal innerhalb oder außerhalb des Totbandes mit seiner aktuellen Breite liegt (Bereich B von Fig. 1) . Liegt der Wert innerhalb der aktuellen Totbandbreite wird als Ausgangssignal beispielsweise ein Mittelwert der vorangegan¬ genen Schwingungsamplituden ausgegeben. In dem in Fig. 1 dar- gestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Aus¬ gangssignal OUT DB um das Ausgangssignal des Totbandes. Ist das Eingangssignal beispielsweise eine Regeldifferenz, so wird der Wert Null für OUT DB ausgegeben, was bedeutet, dass sich das Eingangssignal innerhalb der aktuellen Totbandbreite befindet. Wenn das Rauschen eine starke Asymmetrie zeigt, d.h., wenn der zeitliche Mittelwert des Eingangssignals nicht genau mittig zwischen dem Maximum und dem Minimum der Amplitude liegt, kann dieses anhand eines zweiten Ausgangssignals OUT abgelesen werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird mit- tels des Signals OUT der zeitliche Mittelwert des verrausch¬ ten Signals richtig wiedergegeben. Der Signalverlauf für das Signal OUT ist demnach nicht so glatt, wie der Verlauf des Signals OUT DB, da hier durch die stärkere Berücksichtigung der Signalschwankungen die Filterwirkung etwas reduziert ist. Dennoch sind auch hier die hohen Schwingungsfrequenzen nicht mehr vorhanden. As soon as a dead band width DB has been determined, it is checked whether the input signal lies inside or outside the dead band with its current width (area B of FIG. 1). If the value is within the current deadband width is output as an output signal, for example, a mean value of the preceding Gegan ¬ genes vibration amplitudes. In the DAR identified in Fig. 1 embodiment is in the off ¬ output signal OUT DB to the output of the dead band. For example, if the input signal is a control difference, the value zero is output for OUT DB, which means that the input signal is within the current deadband width. If the noise shows a strong asymmetry, ie if the time average of the input signal is not exactly in the middle between the maximum and the minimum of the amplitude, this can be read off by means of a second output signal OUT. In this exemplary embodiment, the time average of the noise- reduced signal is reproduced correctly by means of the signal OUT. The signal profile for the signal OUT is therefore not as smooth as the profile of the signal OUT DB, since the filter effect is somewhat reduced by the greater consideration of the signal fluctuations. Nevertheless, even here, the high vibration frequencies are no longer available.
Fig. 1 zeigt deutlich, dass die Totbandbreite DB über die Zeit kontinuierlich verändert wird. Bereits auf den ersten Blick ist erkennbar, dass die Totbandbreite automatisch vergrößert oder verkleinert wird und sich wie ein Schlauch um die Amplitudenextrema des Eingangssignals legt und somit nur den „echten" Schwankungen des Eingangssignals folgt, „echte" Schwankung bedeutet, dass sich hier der Mittelwert der Maxima und Minima des Eingangssignals ändert. Um adaptiv Veränderungen an der Totbandbreite vornehmen zu können, muss zunächst eine Zeitkonstante vorgegeben werden, damit Zeitspannen oder Zeitdauern definiert werden können und damit auch Änderungsgeschwindigkeiten des Eingangssignals bestimmbar sind. Eine so genannte Systemzeitkonstante be¬ schreibt somit das dynamische Systemverhalten und hängt von dem betrachteten Gesamtsystem ab. Im Kraftwerksbereich würde eine Temperaturregelstrecke beispielsweise Systemzeitkonstan¬ ten zwischen 30 und 60 s aufweisen, während eine Druckregel¬ strecke Zeitkonstanten zwischen 5 und 10 s umfassen würde. Mittels dieser Zeitkonstanten lässt sich das Signalrauschen von „echten" Signaländerungen unterscheiden. Eine Temperatur kann sich beispielsweise innerhalb einer Zeitdauer von 5 s nicht mehrfach ändern. Wenn der Temperatur-Messwert jedoch ein derartiges Verhalten zeigt, so muss es sich um ein Sig¬ nalrauschen und nicht um eine echte Signaländerung handeln. Fig. 1 clearly shows that the deadband width DB is changed continuously over time. Even at first glance, it can be seen that the dead band width is automatically increased or decreased, and like a tube lies around the amplitude extrema of the input signal and thus follows only the "real" fluctuations of the input signal. "Real" fluctuation means that here the mean value the maxima and minima of the input signal changes. In order to be able to make adaptive changes to the dead band width, a time constant must first be specified so that time spans or time periods can be defined and thus also rates of change of the input signal can be determined. A so-called system time constant thus describes the dynamic system behavior and depends on the considered overall system. In the power plant sector, a temperature control system, for example Systemzeitkonstan ¬ ten between 30 and 60 would have s, while a pressure control ¬ system time constants 5-10 would comprise s. By this time constant, the signal noise of "real" signal changes can be distinguished. A temperature can s not change, for example, within a period of 5 several times. However, if the temperature reading shows such a behavior, it must be a Sig ¬ nalrauschen and not to be a real signal change.
Als Beispiel soll hier als Systemzeitkonstante eine Zeitdauer von 20 s angenommen werden. Sind innerhalb dieser Zeitdauer vielfache Schwingungen des Eingangssignals zu beobachten, so handelt es sich hierbei im Falle eines Temperaturmesswertes um Rauschen, im Falle eines Druckmesswertes jedoch um eine schnelle Signaländerung. Auch Begriffe wie „lange" oder „kurze" Zeitdauern können demnach anhand der Systemzeitkonstanten quantifiziert werden. As an example, a time duration of 20 s should be assumed here as the system time constant. If multiple oscillations of the input signal are observed within this period of time, this is noise in the case of a temperature measurement value, but in the case of a pressure measurement value it is a fast signal change. Also terms such as "long" or "short" periods of time can be quantified according to the system time constants.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren findet kontinuierlich eine Verkleinerung der Totbandbreite statt, wenn das Ein¬ gangssignal IN bereits innerhalb einer zweiten Zeitdauer in¬ nerhalb eines Innenbereichs des Totbandes verweilt und dort immer noch ist, wobei die zweite Zeitdauer durch die Systemzeitkonstante bestimmt wird und die Breite des Innenbereichs vorgegeben wird. Bei der zweiten Zeitdauer wird hier eine verhältnismäßig lange Zeitdauer angenommen, die größer als die Systemzeitkonstante ist. Die Breite des Innenbereichs des Totbandes soll hierbei fall¬ weise festgelegt werden. Als Beispiel sei für den Innenbe¬ reich eine Breite von 95% der Gesamtbreite des Totbandes an¬ genommen. Das Eingangssignal wird demzufolge ständig dahinge- hend beobachtet, ob es innerhalb oder außerhalb eines Totban¬ des mit einer in diesem Fall um 5% reduzierten Breite liegt. Dieses Totband soll im Folgenden als 95%-Totband bezeichnet werden. Wenn das Eingangssignal nun lange Zeit innerhalb die¬ ses 95%-Totbands verweilt, wird das Totband kontinuierlich verkleinert. Dies ist in Fig. 1 im Bereich D deutlich erkennbar. Über eine Zeitspanne von fast 3 Minuten verlaufen die Oszillationen des Eingangssignals innerhalb der eingezeichne¬ ten Totbandgrenzen. Die Totbandbreite verändert sich demnach kontinuierlich. Die Geschwindigkeit der Reduktion der Tot- bandbreite wird in Abhängigkeit von der Systemzeitkonstante bestimmt. Je langsamer das System, desto langsamer wird auch das Totband verkleinert. Die Geschwindigkeit der Reduktion der Totbandbreite wird außerdem verringert, je kleiner das Totband bereits ist. Die Verkleinerung der Totbandbreite wird gestoppt, wenn das Eingangssignal IN den Innenbereich desAccording to the inventive method a reduction of the dead-band width takes place continuously, when the A ¬ input signal IN has already spent within a second time period in ¬ nerhalb an interior region of the dead band, and there is still always, wherein the second time period is determined by the system time constant and the width of the Indoor area is specified. In the second time period, here a relatively long time period is assumed, which is greater than the system time constant. The width of the inner region of the dead band is here case ¬ set. As an example, a width of 95% of the total width of the dead band is taken at ¬ for ¬ for indoor rich. The input signal is continuously observed dahinge- thus starting, whether it is of a ¬ in this case reduced to 5% width within or outside a Totban. This deadband will be referred to below as a 95% dead band. When the input signal now lingers for a long time within the ¬ ses 95% -Totbands, the dead band is continuously reduced. This can be clearly seen in FIG. 1 in region D. The oscillations of the input signal is run within the draw ¬ th deadband limits over a period of nearly 3 minutes. The deadband width changes accordingly continuously. The rate of reduction of the deadband width is determined as a function of the system time constant. The slower the system, the slower the dead band is reduced. The speed of reduction of deadband width is also reduced the smaller the deadband is already. The reduction of the deadband width is stopped when the input signal IN is in the interior of the
Totbandes (hier das 95%-Totband) wieder verlässt und/oder die Totbandbreite einen unteren Grenzwert erreicht (siehe Bereich E in Fig. 1) . In den Bereichen F und G von Fig. 1 ändert sich der Mittelwert des Eingangssignals auffällig um ca. 25%. Innerhalb die¬ ser Bereiche wird die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemä¬ ßen Algorithmus deutlich. Das Totband folgt dem Eingangssig¬ nal und passt sich diesem an. Der Nullpunkt wird entsprechend dem Signalverlauf verschoben, da eine „echte" Signaländerung vorliegt. In diesen Bereichen ist keine wesentliche Anpassung der Totbandbreite nötig, da sich die Rauschleistung nicht än¬ dert . Deadband (here the 95% dead band) leaves again and / or the dead band width reaches a lower limit (see area E in Fig. 1). In the ranges F and G of Fig. 1, the mean value of the input signal changes conspicuously by about 25%. Within the ¬ ser areas the performance of the invention shown SEN algorithm is clear. The dead band follows the Eingangssig ¬ nal and adapts to this. The zero point is shifted according to the waveform as a present "real" signal change. No major change to the deadband width is needed in these areas, as the noise power not än ¬ changed.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren findet eine Vergrößerung der Totbandbreite um einen Faktor statt, wenn das Eingangs¬ signal IN n mal abwechselnd nach oben und nach unten inner- halb einer ersten Zeitdauer die Totbandgrenzen quert, wobei die Zahl n der Durchgänge durch die Totbandgrenzen vorgegeben wird, und die erste Zeitdauer durch die Systemzeitkonstante bestimmt wird. Bei der ersten Zeitdauer handelt es sich um eine verhältnismäßig kurze Zeitdauer. Im Anschluss daran wird die Totbandbreite bei jedem weiteren Mal, bei dem das Ein¬ gangssignal in kurzer Zeit durch das Totband hindurchgeht, um einen Faktor erhöht. Die Vergrößerung der Totbandbreite wird gestoppt, wenn das Eingangssignal nicht mehr innerhalb einer kurzen Zeitdauer durch das Totband hindurchgeht oder die Tot¬ bandbreite einen oberen Grenzwert erreicht. Die Zählung der Totbanddurchgänge anhand des Parameters n wird auf Null zu¬ rückgesetzt, wenn das Eingangssignal wieder innerhalb des Totbands verbleibt. In the novel process an increase in the deadband width by a factor occurs when the input signal IN ¬ n times alternately upwardly and downwardly within crosses the dead band boundaries for a first period of time, where the number n of passes is dictated by the dead band boundaries, and the first time duration is determined by the system time constant. The first time period is a relatively short period of time. Following this, the dead-band width is at any other time in which the A ¬ input signal passes in a short time by the dead band is increased by a factor. The magnification of the deadband width is stopped when the input signal no longer passes through or within a short period of time by the dead band, the dead ¬ bandwidth reaches an upper limit. The counting of the Totbanddurchgänge is n based on the parameter is reset to zero at ¬ when the input signal remains within the deadband again.
Ein Beispiel für den Fall der Vergrößerung der Totbandbreite ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist ein Teil aus dem Bereich C aus Fig. 1 vergrößert worden. Zu Beginn des Signalverlaufs verbleibt das Eingangssignal IN innerhalb der oberen und unteren Totbandgrenzen, welche hier mit dicken Linien dargestellt sind. Ferner ist jeweils durch eine dünne Line das 95%-Totband gekennzeichnet. An der Stelle 1 tritt nun das Signal IN aus dem Totband aus und an der Stelle 2 erstmals durch das Totband DB durch. Die Anzahl der Totbanddurchgänge, welche eine Vergrößerung der Totbandbreite bewirken sollen, sei hier durch n = 2 festgelegt. Das Signal IN geht nun 2 Mal innerhalb einer kurzen Zeitdauer abwechselnd nach unten und nach oben durch das Totband durch. Die Zeitdauer Tmax wurde vorher als Maximalzeit für einen Durchgang festgelegt. Wie zu erkennen, geht das Signal IN inner¬ halb einer kürzeren Zeitdauer (T < Tmax) durch die Totbandgrenzen. Damit sind an Punkt 3 beide Bedingungen erfüllt, die eine Vergrößerung der Totbandbreite um einen Faktor zur Folge haben. Es erfolgen zwei weitere Durchgänge des Eingangssig¬ nals IN durch das Totband, wodurch an Punkt 4 wieder eine Erhöhung der Totbandbreite um einen Faktor stattfindet. Im Folgenden verbleibt das Signal innerhalb der Totbandgrenzen bis es an Punkt 5 eine kleinere Amplitude annimmt. Das Signal verbleibt nun für eine relativ große Zeitspanne Tgr innerhalb des 95%-Totbandes . Nach dieser zweiten, relativ langen Zeitdauer, wird das Totband kontinuierlich verkleinert, bis das Signal das 95%-Totband an Punkt 6 quert. Da das Signal IN nun innerhalb des äußeren mit dicker Linie eingezeichneten Totbandes verbleibt, bleibt die Totbandbreite erhalten. An example of the case of increasing the deadband width is shown in FIG. Here is a part of the area C of FIG. 1 has been enlarged. At the beginning of the waveform, the input signal IN remains within the upper and lower deadband limits, which are shown here with thick lines. Furthermore, the 95% dead band is indicated by a thin line. At the point 1, the signal IN now exits the deadband and passes through the deadband DB at the point 2 for the first time. The number of deadband passages, which are intended to increase the deadband width, is defined here by n = 2. The signal IN now alternately goes down and up through the deadband 2 times within a short period of time. The time Tmax was previously set as the maximum time for a pass. As can be seen, the signal goes IN intra ¬ half a shorter time period (T <Tmax) by the deadband limits. Thus, both conditions are met at point 3, which have an increase in the deadband width by a factor result. There will be two more passages of Eingangssig ¬ Nals by the dead band, which again takes place at point 4 to increase the deadband width by a factor. in the Subsequently, the signal remains within the deadband limits until it assumes a smaller amplitude at point 5. The signal now remains within the 95% deadband for a relatively long period of time, Tgr. After this second, relatively long period of time, the deadband is continuously reduced until the signal crosses the 95% deadband at point 6. Since the signal IN now remains within the outer dead band marked with a thick line, the dead band width is maintained.
FIG 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung F zur Filterung eines Signals IN mit nachgeschalteter Regeleinrichtung R. Ein erster Eingang der Vorrichtung F ist mit dem Eingangssignal IN beaufschlagbar. Weiterhin ist mindestens ein zweiter Eingang XY vorhanden, um weitere Parameter oder Werte aufzunehmen. Über einen solchen Eingang kann der Filtervorrichtung F beispielsweise die Systemzeitkonstante oder die Anzahl n der Durchgänge des Eingangssignals durch die Totbandgrenzen, wel¬ che zur Vergrößerung der Totbandbreite notwendig sind, zuge¬ führt werden. Die Filtervorrichtung F umfasst eine Berechnungseinheit BE, mittels welcher die adaptive Filterung des Eingangssignals gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Am Ausgang der Filtervorrichtung F ist mindestens ein Signalausgang zur Ausgabe des gefilterten Ausgangssignals OUT vorhanden. Wahlweise ist zumindest ein zweiter Ausgang für ein zweites Ausgangssignal OUT DB vorgesehen. Zumindest einer der dargestellten Ausgänge kann mit einem Regler R verbunden werden. Der Regler R dient zur Regelung mindestens einer Komponente einer technischen Anlage und kann beispiels¬ weise als PI-Regler ausgebildet sein. 3 shows a device F according to the invention for filtering a signal IN with a downstream regulating device R. A first input of the device F can be acted upon by the input signal IN. Furthermore, at least one second input XY is present to accommodate further parameters or values. Be such a input of the filter device F may, for example, the system time constant or the number n of passages of the input signal by the deadband limits, wel ¬ che to increase the deadband width is needed supplied ¬ leads. The filter device F comprises a calculation unit BE, by means of which the adaptive filtering of the input signal is carried out according to the present invention. At least one signal output for outputting the filtered output signal OUT is present at the output of the filter device F. Optionally, at least a second output is provided for a second output signal OUT DB. At least one of the outputs shown can be connected to a regulator R. The controller R is used to control at least one component of a technical system and can be ¬ example designed as a PI controller.
In einer Ausführungsvariante kann nun der Regler R durch einen weiteren Baustein BS2 optimiert werden. Durch eine Kombination der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung F (oder auch Baustein 1, BS1) mit einem PI-Regler R, welcher gemäß der EP 1 490 735 Bl adaptiert wird, wird eine erhöhte Regelqualität erreicht. Während des Betriebs einer technischen Anlage wird in Baustein 2 BS2 laufend der Istwert der Regelgröße bestimmt und der Verstärkungsfaktor K und eine Nachstellzeit eines PI- Reglers in Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten des Istwerts verändert, solange bis der Istwert innerhalb eines vorgegebe¬ nen Toleranzbandes bezüglich des Sollwerts verbleibt. Der op¬ timierte Verstärkungsfaktor K und eine Nachstellzeit werden dem Regler R zugeführt, welcher ein Stellsignal ST ausgibt, welches wiederum die Regelgröße beeinflusst. In one embodiment, the controller R can now be optimized by another block BS2. By a combination of the inventive filter device F (or also block 1, BS1) with a PI controller R, which is adapted according to EP 1 490 735 Bl, an increased control quality is achieved. During operation of a technical system, the actual value of the controlled variable is continuously determined in block 2 BS2 and the gain K, and a reset time of a PI controller in dependence on the temporal behavior of the actual value changed as long as the actual value to within a pre give ¬ NEN tolerance band remains with respect to the target value. The op ¬-optimized gain factor K, and a reset time is supplied to the controller R, which outputs a control signal ST, which in turn affects the controlled variable.
Auf diese Weise wird eine Kombination der adaptiven Filterung eines Eingangssignals und der adaptiven Einstellung des Verstärkungsfaktors eines PI-Reglers erreicht, was eine erhöhte Regelqualität zur Folge hat. Die Kombination aus den Baustei¬ nen BS1 und BS2 wird als Regeleinrichtung RE realisiert. Eine Kombination des erfindungsgemäßen adaptiven Filters mit anderen Reglern und Regeleinrichtungen ist ebenfalls denkbar. In this way, a combination of the adaptive filtering of an input signal and the adaptive adjustment of the gain of a PI controller is achieved, resulting in an increased control quality. The combination of the Baustei ¬ NEN BS1 and BS2 is implemented as control device RE. A combination of the adaptive filter according to the invention with other controllers and control devices is also conceivable.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Filterung eines Signals, 1. Method for filtering a signal
bei dem ein verrauschtes Eingangssignal (IN) ständig da- hingehend überprüft wird, ob es sich innerhalb oder außer¬ halb eines Totbandes mit einer Totbandbreite (DB) um einen Nullpunkt (NP) befindet, wherein a noisy input signal (IN) constantly checked DA executed starting, whether it is inside or outside a dead band with a half ¬ deadband width (DB) to a zero point (NP),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Totbandbreite (DB) und der Nullpunkt des Totban- des im laufenden Betrieb in Abhängigkeit des zeitlichen that the deadband width (DB) and the zero point of the deadband during operation as a function of the time
Verhaltens des Eingangssignals (IN) verändert wird, und dass online zumindest ein gefiltertes Ausgangssignal (aus¬ gegeben wird, welches einem Totbandsignal, welches im We¬ sentlichen einem geglätteten Eingangssignal, entspricht. Behavior of the input signal (IN) is changed, and that at least a filtered output signal (is added from ¬ online which a Totbandsignal which corresponds to We ¬ sentlichen a smoothed input signal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Systemzeitkonstante vorgegeben wird, anhand de¬ rer der zeitliche Verlauf des Eingangssignals quantifi- ziert wird. that a system time constant is given, is accounted for using de ¬ rer the time course of the input signal quantified.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 3. The method according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Totbandbreite (DB) um einen Faktor vergrößert wird, wenn das Eingangssignal (IN) n mal abwechselnd nach oben und nach unten innerhalb einer ersten Zeitdauer durch das Totband hindurchgegangen ist, wobei die Zahl n der Durchgänge vorgegeben wird, und die erste Zeitdauer durch die Systemzeitkonstante bestimmt wird, und  in that the dead band width (DB) is increased by a factor when the input signal (IN) has passed n times alternately up and down within a first time period through the dead band, the number n of the passages being predetermined, and the first time period passing through the system time constant is determined, and
dass die Vergrößerung der Totbandbreite (DB) gestoppt wird, wenn das Eingangssignal (IN) nicht mehr innerhalb der ersten Zeitdauer durch das Totband hindurchgeht oder die Totbandbreite (DB) einen oberen Grenzwert erreicht. 4. Verfahren nach Anspruch 2,  that the increase in the deadband width (DB) is stopped when the input signal (IN) no longer passes through the deadband within the first time period or the deadband width (DB) reaches an upper limit value. 4. The method according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
die Totbandbreite (DB) um einen Faktor verkleinert wird, wenn das Eingangssignal (IN) innerhalb einer zweiten Zeit dauer innerhalb eines Innenbereichs des Totbandes ver¬ weilt, wobei die zweite Zeitdauer durch die Systemzeitkon stante bestimmt wird und die Breite des Innenbereichs vor gegeben wird, und the dead band width (DB) is reduced by a factor, if the input signal (IN) within a second time duration within an inner region of the deadband ver ¬ resides, wherein the second time period is determined by the Systemzeitkon constant and the width of the inner region is given before, and
dass die Verkleinerung der Totbandbreite (DB) gestoppt wird, wenn das Eingangssignal (IN) den Innenbereich des Totbandes wieder verlässt und oder die Totbandbreite (DB) einen unteren Grenzwert erreicht. in that the reduction of the deadband width (DB) is stopped when the input signal (IN) leaves the inner area of the deadband again or the deadband width (DB) reaches a lower limit value.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Method according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Zählung der Totbanddurchgänge auf Null zurückge¬ setzt wird, wenn das Eingangssignal eine vorgegebene Zeit dauer im Totband verbleibt. that the count of the Totbanddurchgänge to zero Retired ¬ sets, when the input signal remains a predetermined time period in the deadband.
Vorrichtung (F) zur Filterung eines Signals Device (F) for filtering a signal
aufweisend including
- mindestens einen Signaleingang zur Aufnahme eines verrauschen Eingangssignals (IN),  at least one signal input for receiving a noisy input signal (IN),
- weitere Eingänge (XY) mittels welchen die Vorrichtung (F) mit Parametern und/oder Messwerten beaufschlagbar ist - Further inputs (XY) by means of which the device (F) can be acted upon with parameters and / or measured values
- eine Berechnungseinheit (BE) , in welcher das Eingangs¬ signal (IN) mittels eines Verfahrens nach einem der An¬ sprüche 1 bis 5 verarbeitet wird, - a calculation unit (BE) in which the input ¬ signal (IN) by means of a method according to any of being processed at ¬ claims 1 to 5,
- mindestens einen Signalausgang zur Ausgabe eines gefil¬ terten Ausgangssignals (OUT) - at least one signal output for outputting a gefil ¬ screened output signal (OUT)
- weitere Ausgänge zur Ausgabe weiterer Ausgangssignale (OUT DB)  - further outputs for the output of further output signals (OUT DB)
Regeleinrichtung (RE) für einen Prozess, Control device (RE) for a process,
in welchem eine Regelgröße kontinuierlich als Istwert er- fasst wird und ein Sollwert für diese Regelgröße vorgege¬ ben wird und die Differenz aus Ist- und Sollwert einem Regler (R) zugeführt wird, welcher wiederum über ein Stellsignal (ST) die Regelgröße beeinflusst, in which a control variable continuously ER- as actual value and holds a target value for this controlled variable is specified differently and the difference between the actual and desired values to a controller (R) is fed, which in turn via a control signal (ST) affects the controlled variable,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang des Reglers (R) eine Vorrichtung zur Filterung des Eingangssignals gemäß Anspruch 6 vorgeschaltet ist . characterized, that the input of the regulator (R) is preceded by a device for filtering the input signal according to claim 6.
8. Regeleinrichtung (RE) nach Anspruch 7, 8. Control device (RE) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass als Regler ein PI-Regler verwendet wird, welcher als Reglerparameter einen Verstärkungsfaktor und eine Nachstellzeit umfasst, welche adaptiv einstellbar sind.  in that a PI controller is used as controller, which controller parameter comprises a gain factor and a reset time, which are adaptively adjustable.
9. Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren 9. computer program with computer executable
Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerpro¬ gramm auf einem Computer ausgeführt wird. Program code instructions for implementing the method according to any one of claims 1 to 5 when the program Computerpro ¬ is run on a computer.
10. Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger oder Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 9. 10. Computer program product, in particular data carrier or storage medium, with a computer-executable computer program according to claim 9.
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