Berndmarkus Pfeiffer - Academia.edu (original) (raw)

Papers by Berndmarkus Pfeiffer

Jifs, 1998

Different fuzzy logic approaches are applied for speed control of a 1.44 kW cooling blast engine.... more Different fuzzy logic approaches are applied for speed control of a 1.44 kW cooling blast engine. Selftuning of a classical PI controller by fuzzy rules provides the most simple solution. Highercontrol performance across the whole working range of this nonlinear process can only be achieved by using some knowledge about process behaviour. These informations in the form of a qualitative dynamic fuzzy model can be obtained f,rom measured input/output databy fuzzy identification. The leaming CoS (Center of Singletons) fuzzy system performing this identification is shown to be mathematically equivalent to a neu¡al network with radial basis functions and is therefore called a "neuro=fuzzy-structure". Finally three different approaches for synthesis of a nonlinear control law are compared with respect to performance and design effo¡t: imitation of human operators by fuzzy rules, imitation of classical controllers by fuzzy rules and fuzzy feedforward adaptation as qualitative feedback linearization.

Ein Messstellen-Typ (Template) in einem Prozessleitsystem ist eine standardisierte Vorlage zur Er... more Ein Messstellen-Typ (Template) in einem Prozessleitsystem ist eine standardisierte Vorlage zur Erstellung von Signalflussplänen, die bei der Automatisierung einer Anlage mehrfach vorkommen. Die Signalflusspläne (CFC: Continuous Function Chart) für viele Messstellen ähnlicher Art werden also durch Bildung von Instanzen eines Messstellen-Typs per Knopfdruck erzeugt und müssen anschließend nur noch parametriert und mit konkreten Mess-und Stellwerten verbunden werden. Parametrierung und Verschaltung können mit Hilfe einer Import-Datei automatisiert werden. Mit der Advanced Process Library von Simatic PCS7 wird erstmals versucht, das Konzept der Messstellen-Typen auf gehobene Regelungsfunktionen (Advanced Process Control) auszudehnen, z.B. für PID Gain-Scheduling, ablösende Regelung (Override-Control), Smith-Prädiktor Regelung für Totzeitstrecken, dynamische Störgrößenaufschaltung (Lead-Lag Feedforward Control), Fuzzy Control und modellbasierte Prädiktivregelung.

Es wird ein neuer Ansatz zur Regelung von Batch-Prozessen vorgestellt werden, der die Vorteile ei... more Es wird ein neuer Ansatz zur Regelung von Batch-Prozessen vorgestellt werden, der die Vorteile einer Steuerung im offenen Wirkungskreis (feedforward control) geschickt mit den Vorteilen einer Regelung mit Istwert-Rückführung (closed loop control) kombiniert. Der Regler läuft entlang einer vorab optimierten Trajektorie von Soll-und Stellwertverlauf, d.h. er muss nur noch Abweichungen zwischen der abgespeicherten Trajektorie und dem aktuell vorliegenden Anlagenzustand ausregeln. Dadurch ist ein zeitoptimales Aufheizen ohne Überschwinger möglich, aber dennoch bleibt die Robustheit des geschlossenen Regelkreises permanent erhalten. Das Verfahren wird anhand einer realitätsnahen Benchmark-Simulation eines Polymerisations-Reaktors erprobt und mit anderen Lösungen verglichen. PID control of batch processes along a-priori optimized trajectories-applied to the Chylla-Haase benchmark problem A new approach for control of batch processes combines the advantages of feedback and feedforward control in an integrated concept to achieve time-optimal startup sequencies without overshoot together with tight disturbance control. The PID controller is running along optimized trajectories of setpoint and manipulated variable, i.e. only the differences between stored trajectory and actual process state have to be compensated by feedback. The new concept is compared to other approaches using a realistic benchmark problem known from literature. 1 Einführung Batch-und Semi-Batch-Reaktoren werden in der chemischen Industrie häufig zur Produktion von Feinchemikalien, Pigmenten, Polymeren und Arzneimitteln eingesetzt, bei denen hohe Qualitätsanforderungen erfüllt werden müssen. Daher ist eine sehr präzise Regelung (u.a. Temperaturregelung) erforderlich, obwohl die Reaktionen oft stark exotherm sind. Die Produktion jeder einzelnen Charge verläuft nach einem vorgegebenen Rezept in mehreren Phasen: Typischerweise wird der Reaktor mit den Rohstoffen gefüllt, aufgeheizt, eine gewisse Zeit auf möglichst konstanter Temperatur gehalten, und dann wieder abgekühlt und entleert. Um die Produktionszeit für eine Charge zu minimieren soll der Aufheizvorgang möglichst schnell erfolgen. In der Konstantphase soll die Temperatur trotz äußerer Störungen (z.B. durch Exothermie der Reaktion) möglichst genau gehalten werden, um definierte Reaktionsbedingungen und eine definierte Produktqualität sicherzustellen. Konventionelle, lineare PID-Regelungen sind oft nicht in der Lage, diesen Anforderungen zu genügen. Das liegt nicht nur an der nichtlinearen Prozessdynamik, die sich bei einem Batch-Prozess nicht um einen festen Arbeitspunkt linearisieren lässt. Vielmehr besteht bei PID-Reglern ein grundsätzliches Dilemma zwischen Führungs-und Störverhalten-ein auf gutes Störverhalten ausgelegter Regler führt zu Überschwingern in der Aufheizphase. Alternativ können auch ereignisdiskrete Ablaufsteuerungen zum Aufheizen verwendet werden-dabei handelt es sich jedoch um Feedforward-Steuerungen (offener Regelkreis), d.h. ihnen fehlt die

Es wird ein neues Konzept zur Überwachung von Regelkreisen verfahrenstechnischer Anlagen vorgeste... more Es wird ein neues Konzept zur Überwachung von Regelkreisen verfahrenstechnischer Anlagen vorgestellt, das auf einer Kombination von stochastischen und deterministischen Merkmalen beruht, und nahtlos in ein Prozessleitsystem integriert wird.

at - Automatisierungstechnik, 1995

Artificial Intelligence in Real-Time Control 1994, 1995

Fuzzy identi~cation means to find a set of fuzzy if-then rules with well defined attributes, that... more Fuzzy identi~cation means to find a set of fuzzy if-then rules with well defined attributes, that can describe the given I/O-behaviour of a system. In the identification algorithm proposed here the subject of learning are the rule conclusians, i.e. the membership functions of output attributes in form of singletons. For fixed input membership functions learning is shown to be a least squares optimization problem linear in the unknown parameters. Examples show appli~tio~s of the algorithm to the linguistic fo~ulation of a PI control strategy and to identification of a nonlinear time-discrete dynamic system.

Jifs, 1998

Different fuzzy logic approaches are applied for speed control of a 1.44 kW cooling blast engine.... more Different fuzzy logic approaches are applied for speed control of a 1.44 kW cooling blast engine. Selftuning of a classical PI controller by fuzzy rules provides the most simple solution. Highercontrol performance across the whole working range of this nonlinear process can only be achieved by using some knowledge about process behaviour. These informations in the form of a qualitative dynamic fuzzy model can be obtained f,rom measured input/output databy fuzzy identification. The leaming CoS (Center of Singletons) fuzzy system performing this identification is shown to be mathematically equivalent to a neu¡al network with radial basis functions and is therefore called a "neuro=fuzzy-structure". Finally three different approaches for synthesis of a nonlinear control law are compared with respect to performance and design effo¡t: imitation of human operators by fuzzy rules, imitation of classical controllers by fuzzy rules and fuzzy feedforward adaptation as qualitative feedback linearization.

Ein Messstellen-Typ (Template) in einem Prozessleitsystem ist eine standardisierte Vorlage zur Er... more Ein Messstellen-Typ (Template) in einem Prozessleitsystem ist eine standardisierte Vorlage zur Erstellung von Signalflussplänen, die bei der Automatisierung einer Anlage mehrfach vorkommen. Die Signalflusspläne (CFC: Continuous Function Chart) für viele Messstellen ähnlicher Art werden also durch Bildung von Instanzen eines Messstellen-Typs per Knopfdruck erzeugt und müssen anschließend nur noch parametriert und mit konkreten Mess-und Stellwerten verbunden werden. Parametrierung und Verschaltung können mit Hilfe einer Import-Datei automatisiert werden. Mit der Advanced Process Library von Simatic PCS7 wird erstmals versucht, das Konzept der Messstellen-Typen auf gehobene Regelungsfunktionen (Advanced Process Control) auszudehnen, z.B. für PID Gain-Scheduling, ablösende Regelung (Override-Control), Smith-Prädiktor Regelung für Totzeitstrecken, dynamische Störgrößenaufschaltung (Lead-Lag Feedforward Control), Fuzzy Control und modellbasierte Prädiktivregelung.

Es wird ein neuer Ansatz zur Regelung von Batch-Prozessen vorgestellt werden, der die Vorteile ei... more Es wird ein neuer Ansatz zur Regelung von Batch-Prozessen vorgestellt werden, der die Vorteile einer Steuerung im offenen Wirkungskreis (feedforward control) geschickt mit den Vorteilen einer Regelung mit Istwert-Rückführung (closed loop control) kombiniert. Der Regler läuft entlang einer vorab optimierten Trajektorie von Soll-und Stellwertverlauf, d.h. er muss nur noch Abweichungen zwischen der abgespeicherten Trajektorie und dem aktuell vorliegenden Anlagenzustand ausregeln. Dadurch ist ein zeitoptimales Aufheizen ohne Überschwinger möglich, aber dennoch bleibt die Robustheit des geschlossenen Regelkreises permanent erhalten. Das Verfahren wird anhand einer realitätsnahen Benchmark-Simulation eines Polymerisations-Reaktors erprobt und mit anderen Lösungen verglichen. PID control of batch processes along a-priori optimized trajectories-applied to the Chylla-Haase benchmark problem A new approach for control of batch processes combines the advantages of feedback and feedforward control in an integrated concept to achieve time-optimal startup sequencies without overshoot together with tight disturbance control. The PID controller is running along optimized trajectories of setpoint and manipulated variable, i.e. only the differences between stored trajectory and actual process state have to be compensated by feedback. The new concept is compared to other approaches using a realistic benchmark problem known from literature. 1 Einführung Batch-und Semi-Batch-Reaktoren werden in der chemischen Industrie häufig zur Produktion von Feinchemikalien, Pigmenten, Polymeren und Arzneimitteln eingesetzt, bei denen hohe Qualitätsanforderungen erfüllt werden müssen. Daher ist eine sehr präzise Regelung (u.a. Temperaturregelung) erforderlich, obwohl die Reaktionen oft stark exotherm sind. Die Produktion jeder einzelnen Charge verläuft nach einem vorgegebenen Rezept in mehreren Phasen: Typischerweise wird der Reaktor mit den Rohstoffen gefüllt, aufgeheizt, eine gewisse Zeit auf möglichst konstanter Temperatur gehalten, und dann wieder abgekühlt und entleert. Um die Produktionszeit für eine Charge zu minimieren soll der Aufheizvorgang möglichst schnell erfolgen. In der Konstantphase soll die Temperatur trotz äußerer Störungen (z.B. durch Exothermie der Reaktion) möglichst genau gehalten werden, um definierte Reaktionsbedingungen und eine definierte Produktqualität sicherzustellen. Konventionelle, lineare PID-Regelungen sind oft nicht in der Lage, diesen Anforderungen zu genügen. Das liegt nicht nur an der nichtlinearen Prozessdynamik, die sich bei einem Batch-Prozess nicht um einen festen Arbeitspunkt linearisieren lässt. Vielmehr besteht bei PID-Reglern ein grundsätzliches Dilemma zwischen Führungs-und Störverhalten-ein auf gutes Störverhalten ausgelegter Regler führt zu Überschwingern in der Aufheizphase. Alternativ können auch ereignisdiskrete Ablaufsteuerungen zum Aufheizen verwendet werden-dabei handelt es sich jedoch um Feedforward-Steuerungen (offener Regelkreis), d.h. ihnen fehlt die

Es wird ein neues Konzept zur Überwachung von Regelkreisen verfahrenstechnischer Anlagen vorgeste... more Es wird ein neues Konzept zur Überwachung von Regelkreisen verfahrenstechnischer Anlagen vorgestellt, das auf einer Kombination von stochastischen und deterministischen Merkmalen beruht, und nahtlos in ein Prozessleitsystem integriert wird.

at - Automatisierungstechnik, 1995

Artificial Intelligence in Real-Time Control 1994, 1995

Fuzzy identi~cation means to find a set of fuzzy if-then rules with well defined attributes, that... more Fuzzy identi~cation means to find a set of fuzzy if-then rules with well defined attributes, that can describe the given I/O-behaviour of a system. In the identification algorithm proposed here the subject of learning are the rule conclusians, i.e. the membership functions of output attributes in form of singletons. For fixed input membership functions learning is shown to be a least squares optimization problem linear in the unknown parameters. Examples show appli~tio~s of the algorithm to the linguistic fo~ulation of a PI control strategy and to identification of a nonlinear time-discrete dynamic system.