專利名稱：響應(yīng)可變過程延遲的高級過程控制塊的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般涉及過程控制系統(tǒng)，尤其涉及在面臨顯著可變過程延遲時對諸如模型預(yù)測控制塊等高級控制塊的使用。
背景技術(shù)：
過程控制系統(tǒng)，例如像那些應(yīng)用在化學(xué)、石油或其它過程中的分布式或可升級過程控制系統(tǒng)，通常包括一個或多個過程控制器，其經(jīng)由模擬總線、數(shù)字總線或復(fù)合模擬/數(shù)字總線相互之間通信連接于至少一個主機(jī)或操作者工作站、以及通信連接于一個或多個區(qū)域設(shè)備。區(qū)域設(shè)備可以是諸如閥門、閥門定位器、開關(guān)和發(fā)送器(例如，溫度、壓電和流量傳感器)，其在過程中實現(xiàn)諸如打開或關(guān)閉閥門和測量處理參數(shù)等功能。過程控制器接收表示由區(qū)域設(shè)備作出的處理測量信號和/或該區(qū)域設(shè)備所固有的其它信號，其使用這種信息來執(zhí)行一控制程序，并接著產(chǎn)生經(jīng)總線發(fā)送給該區(qū)域設(shè)備用以控制該過程操作的控制信號。通常使源于區(qū)域設(shè)備及控制器的信息可以獲得一個或多個由操作者工作站執(zhí)行的應(yīng)用程序，以使操作者能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于該過程的任何所需功能，例如觀測過程的當(dāng)前狀態(tài)、修改過程的操作等。
某些過程控制系統(tǒng)，例如總部位于得克薩斯州首府奧斯汀的FisherRosemount Systems公司出售的DeltaV系統(tǒng)，使用被稱為位于控制器或不同區(qū)域設(shè)備內(nèi)的模塊等功能塊或功能組來執(zhí)行控制操作。在這些情況下，控制器或其它設(shè)備可以包括并執(zhí)行一個或多個功能塊或模塊，每個功能塊或模塊都從其它功能塊(不論在同一設(shè)備內(nèi)還是在不同設(shè)備內(nèi))接收輸入，并且/或者向其提供輸出，并執(zhí)行某種過程操作，例如測量或檢測過程參數(shù)、控制設(shè)備或執(zhí)行控制操作、類似于執(zhí)行比例微分積分(proportional-derivative-integral PID)控制程序的過程操作。過程控制系統(tǒng)內(nèi)的不同功能塊或模塊一般被配置為相互通信連接的結(jié)構(gòu)(例如，通過總線)以形成一個或多個處理控制循環(huán)。
通常編程設(shè)計過程控制器，以用于為諸如流程控制循環(huán)、溫度控制循環(huán)、壓力控制循環(huán)等為處理所規(guī)定的或包含于處理中的大量不同循環(huán)中的每一個，來執(zhí)行不同算法、子程序或控制循環(huán)(其為所有控制程序)。一般來說，這種控制循環(huán)中的每一個都包括一個或多個輸入塊，諸如模擬輸入(AI)功能塊、單輸出控制塊，諸如比例積分微分(PID)或模糊邏輯控制功能塊，和輸出塊，諸如模擬輸出(AO)功能塊。由于控制塊生成用于控制單一過程輸入的單一輸出，諸如閥門位置等，因此這些控制循環(huán)通常執(zhí)行單輸入/單輸出控制。
但是，在某些情況下，由于所控制的過程變量被不止一個單處理輸入所影響，而實際上每個處理輸入都可能會影響許多處理輸出的狀態(tài)，因此使用許多獨立操作、單輸入/單輸出控制循環(huán)都不是很有效。例如此種情況可能發(fā)生在一帶有由兩個輸入管注入的容器且由單輸出管排空，每個管由不同閥門控制，并且其內(nèi)的溫度、壓力及容器流量被控制在或者接近于某一期望值的過程當(dāng)中。如上所示，可利用獨立的流量控制循環(huán)、獨立的溫度控制循環(huán)和獨立的壓力控制循環(huán)來實現(xiàn)容器流量、溫度和壓力的控制。然而，在這種情況下，改變其中一輸入閥門的設(shè)置來控制容器內(nèi)溫度的溫度控制循環(huán)操作，可能會導(dǎo)致容器內(nèi)的壓力增大，其將導(dǎo)致諸如壓力循環(huán)打開出口閥門以減小壓力。這一動作可能會接著導(dǎo)致流量控制循環(huán)關(guān)閉其中一輸入閥門，從而影響溫度并導(dǎo)致溫度控制循環(huán)采取其它某種動作。在此實施例中應(yīng)該理解，單輸入/單輸出控制循環(huán)即使在沒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的條件下也會導(dǎo)致過程輸出(此例中為流量、溫度和壓力)發(fā)生不希望的振動。
模型預(yù)測控制(MPC)或其它類型的高級控制，過去被用于在這些類型的情況下執(zhí)行控制。一般來說，模型預(yù)測控制是一個多輸入/多輸出控制策略，其中根據(jù)許多過程輸出中的每一個改變許多處理輸入中的每一個的結(jié)果被測量出來，并且這些所測響應(yīng)接著被用于生成過程模型。該過程模型被數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，并接著作為多輸入/多輸出控制器以基于對過程輸入作出的改變來控制過程輸出。在某些情況下，過程模型包括用于每個過程輸入的過程輸出響應(yīng)曲線，并且這些曲線可以基于一系列諸如傳送給每個過程輸入的偽隨機(jī)階越改變來生成。這些響應(yīng)曲線以公知方式被用于模擬該過程。模型預(yù)測控制在本領(lǐng)域中是公知的，因此其細(xì)節(jié)在這里不作描述。但模型預(yù)測控制已經(jīng)在1996年AIChE協(xié)會的Qin，S.Joe和Thomas A.Badgwell所著的“工業(yè)模型預(yù)測控制技術(shù)綜述(An Overview of Industrial Model Predictive Control Technology)”中被概括地描述了。
目前，一些過程控制系統(tǒng)使用模型預(yù)測控制(MPC)來為多變量過程提供控制，并且在至少一個實例中，過程控制系統(tǒng)支持過程的自動檢測，來確定用以形成特定MPC控制程序的過程模型，這里所指的MPC控制程序被稱為MPC模塊。此方法已經(jīng)在于1999年10月4日申請、標(biāo)題為“過程控制系統(tǒng)中的集成高級控制塊”的待批申請09/412,078中描述，并且在這里引用該方法。在這種情況下，利用一般使用的手段，為使用過程輸出和輸入的歷史數(shù)據(jù)的過程自動識別動態(tài)過程模型。然后，控制系統(tǒng)基于確定的處理模型自動產(chǎn)生一將被模型預(yù)測控制模塊使用的控制模型。特別是，在確定過程模型之后，利用大量階越或脈沖響應(yīng)模型可以產(chǎn)生用于MPC模塊的控制模型或控制邏輯，其中該階越或脈沖響應(yīng)模型基于確定的處理模型來獲取處理輸入及處理輸出之間的關(guān)系。每個階越或脈沖響應(yīng)模型代表特定的處理輸出超時響應(yīng)于輸入階越或脈沖，所有其它輸入保持不變。通常，每個響應(yīng)模型被表示為經(jīng)過處理所需的時間達(dá)到完全響應(yīng)，一般指到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的時間Tss，在此時間上一系列離散點的系數(shù)。系數(shù)的數(shù)量通常選取與所有階越或脈沖響應(yīng)曲線等值的數(shù)量，其中該曲線描述了特定處理的輸入/輸出相互作用。例如，每個單獨階越或脈沖響應(yīng)曲線可能包括120個系數(shù)，這些系數(shù)代表了經(jīng)過時間到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時均勻間隔響應(yīng)的次數(shù)。
由于模型預(yù)測控制規(guī)定或邏輯是基于階越或脈沖響應(yīng)曲線產(chǎn)生的，因此，由該響應(yīng)曲線產(chǎn)生的控制模型或控制規(guī)定通常是以樣本速率執(zhí)行的，其中樣本速率通過響應(yīng)曲線或處理模型中系數(shù)的時間間隔來表示。例如，如果過程模型由120個系數(shù)組成，并且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時間為120分鐘，那么由該模型產(chǎn)生的控制規(guī)定或控制邏輯將每分鐘執(zhí)行一次，也就是由該響應(yīng)曲線的單個系數(shù)之間的間隔表示的時間。
在許多MPC的實施中，假定該過程被特性化為線性且時間不變。如果這些假設(shè)正確，那么由過程模型產(chǎn)生的模型預(yù)測控制程序就可以很好的執(zhí)行，其中所述處理模型是在正常的工廠操作期間識別的。由于控制是基于過程模型先于變化的，因此如果通過過程模型獲得過程動態(tài)變化，這些變化將削弱該控制。例如，在某些情況下，過程饋送速率可以改變過程輸出所需的過程延遲時間，從而反應(yīng)處理輸入中的變化。過程響應(yīng)中的這種變化通?？梢员蛔匪莸皆谶^程當(dāng)中傳輸延遲方面的過程饋送速率的影響。其中一個實例就是，在漂白過程中紙漿原料在塔中移動所需要的時間，假設(shè)塞子移動穿過此塔，其確實是饋送速率的功能。在這種情況下，被置于塔下游的、用以指示先于該塔化學(xué)制品添加這一變化的亮度傳感器所需的時間會隨著紙漿流動速率而改變。
目前，在由于可變處理延遲或其它條件而使該處理模型顯著變化的情況下，MPC應(yīng)用程序使用多過程模型、并因而使用多控制模型或規(guī)定，為每個過程控制的預(yù)期區(qū)域使用一個。在此，MPC控制程序可以基于處理操作環(huán)境，在不同過程模型和不同控制模型之間轉(zhuǎn)換。雖然有效，但這個方法需要開發(fā)多控制程序并存儲在控制器中，而其正如我們所看到的那樣，它并不是在所有情況下都需要。
雖然這些問題由于模型預(yù)測控制器而存在，但是在開發(fā)過程中以及其它高級多輸入/多輸出控制塊或系統(tǒng)的使用過程中也存在相同或相似的問題，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或控制系統(tǒng)、多變量模糊邏輯控制器、實時優(yōu)化器等等。
發(fā)明概述在具有較大可變過程延遲的過程中，高級控制應(yīng)用程序使用補(bǔ)償塊或算法以及基于單過程模型的單控制模型來提供高級控制，例如MPC控制。該補(bǔ)償塊改變高級控制模塊的執(zhí)行周期，從而解決由可變過程延遲造成的一個或多個處理變量的改變。在過程輸出影響可測量的過程或控制變量(諸如過程饋送速率或者流量)的情況下，這個高級控制系統(tǒng)消除了為過程的不同操作區(qū)域提供不同的高級控制模型或控制規(guī)定的需要。
在一個實施例中，高級控制單元在過程控制系統(tǒng)中執(zhí)行多輸入/多輸出控制，例如模型預(yù)測控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等等。存儲在計算機(jī)可讀媒體上并在諸如控制器的處理器內(nèi)執(zhí)行的高級控制單元可以包括一控制塊，該控制塊具有一第一多輸入，每個輸入適于接收一系列控制參數(shù)中的不同的參數(shù)；以及一第二多輸出，每個輸出與不同的過程輸入通訊連接，用來控制響應(yīng)于第一多輸入的一系列過程參數(shù)和控制邏輯，從而在每個第二多輸出處產(chǎn)生控制信號。該高級控制單元也可以包括一執(zhí)行速率塊，該執(zhí)行速率塊適于接收參數(shù)值，該參數(shù)最好是影響過程延遲的參數(shù)以及基于該參數(shù)為控制邏輯計算執(zhí)行速率的參數(shù)。該執(zhí)行速率塊包括一適于過濾參數(shù)的濾波器、一為控制邏輯確定執(zhí)行速率是參數(shù)的線性或非線性函數(shù)的計算塊、以及一適于限制由計算塊確定的執(zhí)行速率的限制器。
附圖簡要說明

圖1是包括適用于補(bǔ)償可變過程延遲的高級控制塊的過程控制系統(tǒng)的方框/示意圖；圖2A和2B是圖示對于在不同流量時的過程的不同過程延遲的曲線圖；圖3是表示具有與過程模型以及與基于過程變量值改變高級控制塊的執(zhí)行速率的執(zhí)行速率補(bǔ)償塊相關(guān)聯(lián)的脈沖響應(yīng)矩陣的高級控制模塊的方框圖；圖4是表示MPC塊在帶有和不帶有執(zhí)行速率補(bǔ)償?shù)钠毡榭勺冞^程延遲的情況下的操作的曲線圖；圖5是表示在圖1所示的過程控制系統(tǒng)中補(bǔ)償可變過程延遲的高級控制塊的操作和產(chǎn)生的流程圖；以及圖6是具有與過程相連的執(zhí)行速率補(bǔ)償?shù)腗PC塊的方框圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明現(xiàn)在參照圖1，過程控制系統(tǒng)10包括過程控制器11，其連接于數(shù)據(jù)歷史庫12以及一個或多個主機(jī)工作站或計算機(jī)13(可以是任何類型的個人計算機(jī)、工作站等等)，每一個都具有顯示器14?？刂破?1還通過輸入/輸出(I/O)卡26和28與區(qū)域設(shè)備15-22相連。該數(shù)據(jù)歷史庫12可以是具有任何需要類型的存儲器和用于存儲數(shù)據(jù)的任何需要的或公知的軟件、硬件或固件的任何需要類型的數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)歷史庫12可以與工作站13分離(如圖1所示)或是其一部分。舉例來說，控制器11可以是Fisher Rosemount Systems公司出售的DeltaV控制器，其通過例如以太網(wǎng)連接或其它任何需要的通信網(wǎng)絡(luò)被通信連接于主機(jī)13和數(shù)據(jù)歷史庫12?？刂破?1還被通信連接于使用任何需要的硬件和軟件的區(qū)域設(shè)備15-22，所述硬件和軟件與例如標(biāo)準(zhǔn)4-20ma設(shè)備和/或任何諸如FOUNDATION區(qū)域總線協(xié)議(Fieldbus protocol)、HART協(xié)議等智能通信協(xié)議相關(guān)聯(lián)。
區(qū)域設(shè)備15-22可以是任何類型的設(shè)備，例如傳感器、閥門、發(fā)送器、定位器等等，而I/O卡26和28可以是適合任何需要的通信或控制協(xié)議的任何類型的I/O設(shè)備。在圖1所示的實施例中，區(qū)域設(shè)備15-18是通過模擬線路與I/O卡26建立通信的標(biāo)準(zhǔn)4-20ma設(shè)備，而區(qū)域設(shè)備19-22是智能設(shè)備，諸如區(qū)域總線區(qū)域設(shè)備(Fieldbus field devices)，其通過數(shù)字線路與使用區(qū)域總線協(xié)議(Fieldbus protoco1)的I/O卡28建立通信。當(dāng)然，區(qū)域設(shè)備15-22可以適合任何需要的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，包括任何在今后開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議。
控制器11包括處理器20，其執(zhí)行或監(jiān)視一個或多個存儲在其中或與之相關(guān)聯(lián)的可能含有控制循環(huán)的過程控制程序(存儲在存儲器22中)，并與設(shè)備15-22、主機(jī)13和數(shù)據(jù)歷史庫12相通信從而以任何需要的形式控制過程。值得注意的是如果非常需要時，這里所描述的任何控制程序或單元都可以具有由不同控制器或其它設(shè)備實現(xiàn)或執(zhí)行的相關(guān)部件。同樣，這里所描述的將在過程控制系統(tǒng)10內(nèi)執(zhí)行的控制程序或單元可以采取包括軟件、固件、硬件等任何形式。為了實現(xiàn)所述的方案，可以是過程控制系統(tǒng)之任何部件或部分的過程控制單元包括，例如存儲在任何計算機(jī)可讀媒體上的程序、塊或模塊?？刂瞥绦蚩梢允悄K或者控制程序的某一部分，例如子程序、部分子程序(如多行代碼)等等，其可以以任何需要的軟件格式執(zhí)行，例如使用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、使用梯形邏輯(ladder logic)、時序功能圖(sequential function charts)、功能塊示意圖或使用其它任何軟件編程設(shè)計語言或設(shè)計范例。同樣，控制程序可以硬編碼到諸如一個或多個電可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除只讀存儲器(EEPROM)、應(yīng)用程序?qū)Ｓ眉呻娐?ASICs)或任何其它硬件或固件部件。更進(jìn)一步，控制程序可以使用任何設(shè)計工具來設(shè)計，包括圖形設(shè)計工具或任何其它類型的軟件/硬件/固件的編程設(shè)計或設(shè)計工具。這樣，控制器11可以被設(shè)置為以任何需要的方式執(zhí)行控制策略或控制程序。
在一個實施例中，控制器11執(zhí)行使用通常所指功能塊的控制策略，其中每個功能塊都是總體控制程序的一部分(例如，子程序)，并且結(jié)合其他功能塊(經(jīng)由稱為鏈路的通信系統(tǒng))進(jìn)行操作，用以在該過程控制系統(tǒng)10中執(zhí)行過程控制循環(huán)。功能塊通常在過程控制系統(tǒng)10內(nèi)執(zhí)行例如與發(fā)送器、傳感器或其它過程參數(shù)測量設(shè)備相關(guān)聯(lián)的輸入功能，執(zhí)行例如與執(zhí)行PID、模糊邏輯等控制的控制程序相關(guān)聯(lián)的控制功能，或是執(zhí)行控制諸如閥門等某些設(shè)備的操作以執(zhí)行某種物理功能的輸出功能中的某一功能。當(dāng)然也存在混合型或其它類型的功能塊。通常當(dāng)功能塊被用于或被關(guān)聯(lián)于標(biāo)準(zhǔn)4-20ma設(shè)備以及某些類型的諸如HART設(shè)備的智能區(qū)域設(shè)備時的情況下，功能塊可存儲在控制器11內(nèi)并被控制器11執(zhí)行，或者在功能塊帶有區(qū)域總線設(shè)備的情況下，其可被存儲在區(qū)域設(shè)備內(nèi)并由區(qū)域設(shè)備本身執(zhí)行。雖然這里所描述的控制系統(tǒng)使用了功能塊控制策略，然而此控制策略(控制循環(huán)或者模塊)也能夠使用諸如梯形邏輯、時序功能圖等其它慣用手段，或使用其它需要的程序設(shè)計語言或設(shè)計范例來執(zhí)行或設(shè)計。
如圖1的放大方框圖30所示，控制器11可以包括許多單循環(huán)控制程序，由程序32和34表示，并且如有需要，可以執(zhí)行一個或多個高級控制循環(huán)，由控制循環(huán)36表示。每個這樣的循環(huán)通常都涉及控制模塊。單循環(huán)控制程序32和34被描述為利用分別與適當(dāng)?shù)哪M輸入(AI)和模擬輸出(AO)功能塊連接的單一輸入/單一輸出模糊邏輯控制塊和單一輸入/單一輸出PID控制塊來執(zhí)行單循環(huán)控制，該單循環(huán)控制程序可以與諸如閥門的處理控制設(shè)備、諸如溫度和壓力傳送器的測量設(shè)備或者其它任何過程控制系統(tǒng)10內(nèi)的設(shè)備相關(guān)聯(lián)。高級控制循環(huán)36被描述為包括具有通信連接于多個AI功能塊的輸入以及通信連接于多個AO功能塊的輸出的高級控制塊38，盡管高級控制塊38的輸入和輸出可以與其它任何需要的功能塊或控制單元相連接，來接收其它類型的輸入和提供其它類型的控制輸出。高級控制塊38可以是任何類型的多輸入/多輸出控制塊，其通過提供控制信號給一個或多個處理輸入而被用于控制兩個或多個過程輸出。盡管高級控制塊38在這里被描述為模型預(yù)測控制(MPC)塊，而高級控制塊38可以是其它任何類型的多輸入/多輸出塊，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或控制塊、多變量模糊邏輯控制塊、實時優(yōu)化塊等等?？梢哉J(rèn)為圖1所示的包括高級控制塊38的功能塊能夠被控制器11執(zhí)行，或者可以位于任何其他處理設(shè)備內(nèi)部并被其執(zhí)行，例如工作站13中的一個或甚至是區(qū)域設(shè)備19-22中的一個。
當(dāng)然，在控制器內(nèi)部使用MPC或其它高級控制塊是公知的，并且一般來說，許多加工工業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)MPC安裝的主要目的就是把諸如蒸餾容器等大型部件的流量增加到最大限度。利用MPC系統(tǒng)的能力來保持在可操作限制范圍內(nèi)的過程，在這種安裝下通?？梢允蛊淞髁刻岣?-3％。但是對于這種操作條件，可能期望過程的流量在非常小的范圍內(nèi)改變，并且過程響應(yīng)中流量的影響通?？珊雎圆挥?。由于這個原因，利用在正常流量時規(guī)定的處理模型來產(chǎn)生控制模型或控制規(guī)定可以在饋送速率和過程延遲在小范圍變化時提供很好的控制。
但是，在很多非傳統(tǒng)裝備中，例如在紙漿及造紙工業(yè)中的亮度控制、造紙機(jī)器MD控制、氨工業(yè)及其它工業(yè)中的H/N比例控制，某些過程變量(諸如流量)發(fā)生較大變化時，會造成過程停滯時間或過程延遲的較大變化。在過去，就執(zhí)行MPC的這些類型的過程來說，它們只能利用控制轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)，其中控制轉(zhuǎn)換基本上使用為過程不同的操作區(qū)域規(guī)定的不同過程模型。在這里，操作區(qū)域主要由過程的流量來規(guī)定。使用這種技術(shù)，過程模型由許多操作條件中的每一個來規(guī)定，并且為這些不同過程模型中的每一個產(chǎn)生不同的MPC控制模型。隨著過程條件的改變，例如，隨著流量的改變，MPC控制器轉(zhuǎn)換控制規(guī)定或模型，以適應(yīng)當(dāng)前的過程條件。這樣，使用這種技術(shù)，就為多個不同過程饋送速率或流量定義并存儲了多個不同的MPC控制模型。這種類型的控制轉(zhuǎn)換是允許任何非線性處理的通用手段，其中該非線性是將要解決的測定過程變量的函數(shù)。然而，要應(yīng)用這種技術(shù)，必須確定多個處理模型以允許在不同操作條件下將被產(chǎn)生的控制模型。引入多個過程模型和控制規(guī)定增加了使用和保持MPC控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。
但是，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)過程延遲主要是以某些特定處理(或控制)參數(shù)的函數(shù)形式改變時，例如流量，那么就可以避免在高級控制控制塊中的控制轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。實際上，在這種情況下，人們已經(jīng)確定在所有或大多數(shù)過程操作的條件下，可使用相同的過程模型來提供MPC(或其它高級控制)，甚至當(dāng)過程延遲改變非常大時也同樣適用。特別地，使用單個過程模型來規(guī)定高級控制程序或控制模型是可能的，并且通過改變控制程序的執(zhí)行速率作為影響過程延遲的過程或控制參數(shù)的函數(shù)，在整個過程操作范圍內(nèi)來實現(xiàn)有效的MPC或其它高級控制也是可能的。在圖1的系統(tǒng)中執(zhí)行速率補(bǔ)償?shù)囊环N方式是提供單獨的執(zhí)行速率修改塊40，其能夠提供控制該MPC塊38的執(zhí)行速率的信號。如圖1所示，執(zhí)行速率修改塊40接收指示嚴(yán)重影響過程延遲的過程或控制參數(shù)(這是過程參數(shù))值的信號。在這種情況下，在AI塊向執(zhí)行速率修改塊40提供信號時，可以提供一個指示過程流量或者饋送速率的信號。無論如何，基于過程參數(shù)值，執(zhí)行速率修改塊40會確定一個執(zhí)行速率信號并將這種信號提供給MPC塊38。接著MPC塊38以由執(zhí)行速率信號所指定的速率執(zhí)行，從而實現(xiàn)過程控制。
作為此原理的一個實施例，圖2A和2B表示具有過程延遲的一個處理的階越響應(yīng)特性，其中該過程延遲在兩種流量下，即在500加侖每分鐘(GPM)和1000GPM的流量下主要是饋送速率或流量的線性函數(shù)。應(yīng)注意的是，在這種情況下穩(wěn)定狀態(tài)的時間(Tss)對500GPM速率(圖2A)的值而言是對1000GPM速率(圖2B)而言的兩倍。進(jìn)一步來說，除了在1000GPM的情況下改變或減小時間范圍之外，在1000GPM情況下和500GPM情況下的過程的響應(yīng)特性基本上是相同的。也就是說，1000GPM流量的過程在500GPM流量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的一半時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
實際上，在比較圖2A和圖2B的兩個階越響應(yīng)之后，可以發(fā)現(xiàn)唯一的區(qū)別就是響應(yīng)延續(xù)了不同的時間以達(dá)到平衡狀態(tài)，也就是階越響應(yīng)的系數(shù)(假設(shè)每種情況下的系數(shù)相同)相同，但各系數(shù)之間的時間差與饋送速率成反比。結(jié)果，除了控制執(zhí)行速率不同(由于到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的模型時間被持續(xù)很長時間)，為在不同過程流量(具有相同系數(shù))時確定的過程模型而產(chǎn)生的控制模型基本上相同。這樣，在過程延遲是過程變量的可確定函數(shù)(線性或非線性)的情況下，例如饋送速率、流量等，那么調(diào)整MPC控制程序中的控制執(zhí)行速率來補(bǔ)償過程停滯時間的改變是有可能的。
在過程停滯時間為過程流量的線性函數(shù)的情況下，在MPC控制塊或程序的執(zhí)行周期的補(bǔ)償可以根據(jù)以等式以數(shù)學(xué)方式來確定執(zhí)行周期＝(塊執(zhí)行周期)*(執(zhí)行修改)＝(Tss/Nc)*(Fn/Fa)其中Tss＝用于產(chǎn)生高級控制程序的模型達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所用的時間；Nc＝模型中使用的系數(shù)的數(shù)量；
Fn＝當(dāng)采集數(shù)據(jù)以產(chǎn)生過程模型時的過程流量；以及Fa＝過程的當(dāng)前流量。當(dāng)然在整個執(zhí)行周期內(nèi)該執(zhí)行速率是一定的。此外，在任何實際的操作中，計算的執(zhí)行周期和速率應(yīng)被限定或約束為由控制系統(tǒng)支持的值。同樣，當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)流量值可以被充分過濾以消除過程干擾的影響。
在另外的實施例中，MPC塊執(zhí)行速率可以利用到達(dá)用于產(chǎn)生過程模型的穩(wěn)定狀態(tài)的時間和固定數(shù)量的模型參數(shù)(例如，120)來計算?；谟嬎愠龅腗PC執(zhí)行速率和模塊執(zhí)行速率，MPC塊執(zhí)行系數(shù)根據(jù)下面的等式自動設(shè)定以給出正確的塊執(zhí)行時間MPC塊執(zhí)行時間＝模塊執(zhí)行時間*MPC塊執(zhí)行系數(shù)在這種情況下，過程停滯時間的改變可以通過下面的調(diào)整MPC塊執(zhí)行系數(shù)來糾正MPC塊執(zhí)行系數(shù)＝Integer(Mn*(Fn/Fa))其中Mn＝初始MPC塊執(zhí)行系數(shù)；Fn＝當(dāng)采集數(shù)據(jù)以產(chǎn)生過程模型時的過程流量；以及Fa＝過程的當(dāng)前流量。計算出的執(zhí)行系數(shù)應(yīng)被限制為大于或等于1的值，并且是標(biāo)準(zhǔn)變量，例如流量(Fa)，應(yīng)被過濾并將其限制在用于正常操作的預(yù)定范圍內(nèi)。
當(dāng)然，此相同原理可以被應(yīng)用于除了過程停滯時間和標(biāo)準(zhǔn)過程參數(shù)之間的線性關(guān)系以外的其它類型的過程參數(shù)。實際上，一般來說，關(guān)系式DT＝f(X，Y，Z…)可以被用于定義特定過程，其中DT是過程停滯時間，f(x)是過程或者控制參數(shù)X，Y，Z的線性或非線性函數(shù)。接下來，基于計算出的DT，根據(jù)所定義的關(guān)系式能夠調(diào)整MPC功能塊觀測周期或執(zhí)行速率。例如，調(diào)整后的執(zhí)行周期可以確定為初始執(zhí)行周期乘初始停滯時間除以實際停滯時間之比。
如果需要，可以在測量影響過程延遲時間或停滯時間的一個或多個過程/控制變量的基礎(chǔ)上自動進(jìn)行MPC塊執(zhí)行速率的調(diào)整。在某種情況下，例如圖1中所述，復(fù)合塊可作為流量輸入或其它過程/控制變量的函數(shù)以被用于修改MPC塊的執(zhí)行速率。另一方面，如果需要，此功能可以集成在MPC塊(或其它高級控制塊)內(nèi)。當(dāng)然，在開發(fā)MPC塊時顯示給操作者的控制預(yù)測及約束參數(shù)可以被顯示操作者，并且操作者可以根據(jù)其需要選擇使用或不使用這些特性。
更進(jìn)一步，利用任何經(jīng)過任意其它途徑測量或獲得的過程或控制變量都可以確定執(zhí)行速率。例如，操作者可以人工確定或獲得要用到的變量的值，并將此值作為規(guī)定的點信號發(fā)送到執(zhí)行速率塊。在某種情況下，操作者可以基于其它操作者可利用的因素周期性地確定流量或過程速率，并將表示此速率的信號發(fā)送給執(zhí)行速率塊。然而，如果需要的話，操作者或其它用戶可以代替人工確定或測量過程停滯時間，并給執(zhí)行速率塊發(fā)送一個確定停滯時間的指示。在這種情況下，執(zhí)行速率塊可以直接將過程停滯時間的值用作輸入變量，以改變控制邏輯的執(zhí)行速率?？梢哉J(rèn)為停滯時間一般與執(zhí)行速率成正比(也就是說，當(dāng)停滯時間增加時，執(zhí)行速率增加)，而過程流量一般與執(zhí)行速率成反比(也就是說，當(dāng)流量增加時，執(zhí)行速率降低)。當(dāng)然，也可以使用除了過程停滯時間和流量以外的其它變量，并且這些變量的值可以通過任何方式獲得，例如，自動地、人工地、直接或根據(jù)經(jīng)驗觀察或測量等等。
圖3示出了一高級控制塊50，其具有為特定處理模型開發(fā)的帶有輸入/輸出曲線矩陣53和控制邏輯54的控制模塊52，在這種情況下，該高級控制塊是一個MPC控制塊。此MPC控制塊50利用這些曲線和開發(fā)的邏輯來實現(xiàn)多輸入/多輸出控制。如圖3所示，MPC塊50為過程55提供多個控制輸出(過程輸入)來控制過程55。MPC塊50也與過程55相連以便于接收被用作到MPC塊50特別是控制邏輯54的輸入的多個過程參數(shù)及變量(過程輸出)。應(yīng)該理解的是，MPC塊50利用控制模型52在其確定的輸出中提供控制信號，以便于驅(qū)動MPC塊的輸入(過程輸出和過程變量)到所需要的值。而其中一個過程變量，在此例中是流量，也可以被提供給執(zhí)行速率塊58。執(zhí)行速率塊58利用最顯著影響過程延遲或停滯時間的變量值來決定用于MPC邏輯塊54的執(zhí)行速率或時間。補(bǔ)償塊58的輸出被提供給MPC邏輯塊54并確定MPC邏輯塊54的執(zhí)行速率。
如果需要，執(zhí)行速率塊58可包括一個濾波器60，其過濾引入的過程變量或參數(shù)從而基于過程變量中的干擾或臨時變化來減小塊50的執(zhí)行速率的變化。此濾波器可以是諸如低通濾波器，并且可以利用任何需要的模擬或數(shù)字濾波技術(shù)來實現(xiàn)。接著將過濾后的過程變量信號提供給計算塊62，其基于前面所述的技術(shù)，基于過濾后的過程變量的數(shù)值為塊50計算或確定一個新的執(zhí)行速率。然后將這個新的執(zhí)行速率提供給一個限制器，該限制器確保執(zhí)行速率是一個整數(shù)值并且在設(shè)備或系統(tǒng)所支持的可能執(zhí)行速率范圍之內(nèi)，其中該塊50位于上述設(shè)備或系統(tǒng)中。接下來，將所限制的執(zhí)行速率提供給控制邏輯塊54以確定該塊的執(zhí)行速率。
當(dāng)然，執(zhí)行速率補(bǔ)償塊58可以使用上述等式或關(guān)系式來確定高級控制塊50的執(zhí)行速率。特別是，補(bǔ)償塊58可以存儲該執(zhí)行速率，其中MPC塊50被設(shè)計成基于控制模型52以上述速率進(jìn)行操作，而控制模型52又是基于在采集數(shù)據(jù)以生成用于產(chǎn)生其過程模型期間的過程流量值。然后，當(dāng)流量改變時，補(bǔ)償塊58利用已知的過程變量(此例中為流量)及過程延遲之間的關(guān)系式，為MPC邏輯塊54計算一個新的執(zhí)行速率。當(dāng)然，過程變量和過程停滯時間之間的關(guān)系可以是線性或非線性的，并且如果過程延遲是不止一個變量或參數(shù)的函數(shù)，則執(zhí)行速率塊58可以利用多個過程變量來確定新的執(zhí)行速率。更進(jìn)一步來說，在此實例中，過程變量是流量或饋送速率，任何其它影響過程延遲的過程或控制變量都能夠使用并被提供給執(zhí)行速率塊58。因而，應(yīng)注意到MPC塊50的新執(zhí)行時間或速率可以是一個或多個過程或控制變量的線性或非線性函數(shù)，并且其依賴于該一個或多個過程變量與該過程延遲之間的關(guān)系。更進(jìn)一步來說，當(dāng)圖3中的執(zhí)行速率塊58利用一個同時也提供給控制邏輯塊54并用于執(zhí)行控制信號計算的過程變量時，情況不需要是這樣。實際上，可以向執(zhí)行速率塊58提供不被控制塊50剩余部分所使用的獨立信號及處理變量。
圖4表示MPC控制的影響，執(zhí)行速率補(bǔ)償被包括在其中，并且對于那些過程延遲與流量函數(shù)一樣變化較大的過程來說，則不被包括在其中。在這個實例中，過程模型被確定并用于構(gòu)建一個控制模型。初始模型參數(shù)和鑒定結(jié)果在下面的表1中示出。
表1

在這種情況下，具有5％振幅的標(biāo)準(zhǔn)偽隨機(jī)信號被應(yīng)用于操作變量(MV)。表2中正弦信號、方波信號和隨機(jī)信號的疊加也可以被應(yīng)用于干擾變量(DV)。
表2

應(yīng)注意到，約束變量(CV)到操作變量(MV)的關(guān)系被非常精確地確定，而CV-DV的關(guān)系表達(dá)過程與模型之間明顯的不匹配。這種不匹配是由于為鑒定之目的不夠充分的激勵振幅而導(dǎo)致的，并且被特意選擇以反映由階越響應(yīng)特性決定的干擾在缺乏激勵及鑒定時的實時情況。此例中的過程模型被構(gòu)造為Tss＝240秒、系數(shù)為120和2秒的監(jiān)視及執(zhí)行時間。假設(shè)過程停滯時間隨著過程狀態(tài)(例如，流量、比率等)而改變。
圖4中起始于A點處的初始測試，在帶有標(biāo)定MPC控制參數(shù)且以用于產(chǎn)生過程模型的過程流量時的情況下被執(zhí)行。由圖4可以看出，MPC塊為定點變化和干擾補(bǔ)償做了充分地執(zhí)行(圖4——A點直至B點)。在B點(1043)，由于過程流量中的模擬變化，模擬過程中的停滯時間從60秒增加到120秒。在B點之后，定點發(fā)生了改變，其導(dǎo)致MPC塊響應(yīng)該定點變化的振蕩控制，這在實際情況中是完全不可接受的。
為改止該情況，根據(jù)上述原理，MPC塊的觀測周期在圖4的C點從2秒增加到4秒。應(yīng)注意到，在C點之后，即使考慮到C點之后的定點變化及干擾補(bǔ)償，控制循環(huán)也能夠返回到與帶有正確鑒定處理模型的測試最初所達(dá)到的執(zhí)行狀態(tài)非常接近的狀態(tài)。特別是，控制系統(tǒng)在d點和e點響應(yīng)定點變化而適當(dāng)?shù)刈鞒龇磻?yīng)。因此，從圖4中可以看出以MPC塊的執(zhí)行速率進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，為在由處理狀態(tài)(此例中為流量)的改變而引起處理停滯時間或延遲的改變提供補(bǔ)償。
當(dāng)然，MPC或其它高級控制塊可以以任何需要方式產(chǎn)生并下載到控制器或其它設(shè)備。如圖1所示，其中某一工作站13可以包括高級控制塊產(chǎn)生程序140，該程序140被用來以此處更為詳細(xì)描述的方式生成、下載和執(zhí)行圖1中高級控制塊38(以及執(zhí)行速率塊40)或圖3的塊50。而該高級控制塊產(chǎn)生程序140可以存儲在工作站13中并被其內(nèi)的處理器執(zhí)行，如果需要，這個程序(或其任何一部分)可以添加或轉(zhuǎn)移存儲到過程控制系統(tǒng)10中的其它任何設(shè)備并被其執(zhí)行。一般來說，高級控制塊產(chǎn)生程序140包括控制塊生成程序142，其生成一個高級控制塊并將該高級控制塊接入到處理控制系統(tǒng)中；處理模型程序144，其基于由高級控制塊采集的數(shù)據(jù)生成用于處理或其一部分的處理模型；以及控制邏輯參數(shù)生成程序146，其為來自于處理模型的高級控制塊生成控制邏輯參數(shù)，并在用于控制該處理的高級控制塊中存儲或下載這些控制邏輯參數(shù)?？梢哉J(rèn)為，程序142、144、146可以由一系列不同程序組成，例如，第一程序，其產(chǎn)生一個具有適合接收過程輸出的控制輸入和適合向過程輸入提供控制信號的控制輸出的高級控制單元；第二程序，其在不超出過程控制程序(可以是任何需要的配置程序)的范圍內(nèi)，使用戶能與高級控制單元相通信連接；第三程序，其利用高級控制單元向每個過程輸入提供激勵波；第四程序，其利用高級控制單元來采集反應(yīng)出響應(yīng)于激勵波的每個過程輸出的數(shù)據(jù)；第五程序，其由采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生過程模型；第六程序，其從過程模型形成高級控制邏輯參數(shù)；以及第七程序，其在高級控制單元中安插高級控制邏輯，以及如果需要，安插處理模型，從而使高級控制單元能夠?qū)υ撨^程進(jìn)行控制。
現(xiàn)在請參照圖5，流程圖150表示在諸如圖1所示的過程控制系統(tǒng)10的過程控制系統(tǒng)內(nèi)部生成并使用高級控制塊，特別是具有執(zhí)行速率補(bǔ)償?shù)腗PC控制塊的步驟。雖然圖5的流程圖表示的是一個MPC塊或模塊的生成過程，但可以執(zhí)行這些相同或相似步驟來產(chǎn)生或使用其它任何高級控制塊，例如，任何類似于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或控制塊、多變量模糊邏輯控制塊等多輸入/多輸出控制塊。
首先，在某些時候(步驟)152，通過執(zhí)行一個MPC程序在過程控制系統(tǒng)10內(nèi)作出改善或提供控制的決定?？梢栽谶^程控制系統(tǒng)10最初建立時或其后的某個時刻，例如其它諸如單循環(huán)控制程序等提供不完全控制的控制程序已被建立時作出此決定。在此時候(步驟)152，操作者或其它用戶執(zhí)行MPC塊產(chǎn)生程序140，來啟動在過程控制系統(tǒng)內(nèi)部生成具有執(zhí)行速率補(bǔ)償?shù)腗PC模塊及控制循環(huán)的步驟。作為此過程的一個部分，操作者選擇過程輸入，其中被設(shè)定MPC塊的輸出將被連接到該過程輸入并選擇過程輸出，其中被設(shè)定MPC塊的輸入將被連接到該過程輸出。然而MPC塊可以有任何數(shù)量的輸入和輸出，每個MPC塊通常有三種輸入，包括控制參數(shù)輸入，其是保持在一個定點(或者在一個設(shè)定的范圍內(nèi))的過程變量或參數(shù)的；限定輸入，其是基于諸如與過程相關(guān)聯(lián)的物理約束而被限定在特定限度或范圍內(nèi)的過程變量，并且MPC塊不必強(qiáng)制于該限制范圍或限度之外；以及過程干擾變量輸入，其為諸如在變化時引起受控參數(shù)變化的已知過程輸入等其它過程變量。MPC塊利用過程干擾參數(shù)輸入來預(yù)見受控參數(shù)(也就是，受控過程輸出)的改變，并在這些變化發(fā)生之前限制其影響。也可以給MPC塊提供其它輸入，例如來自于設(shè)備或其它被控制處理單元的反饋信號，其中所述控制使MPC控制塊能夠提供這些單元更有效的控制。同樣，MPC塊的輸出可以被連接從而控制任何需要的過程變量或其它包括控制循環(huán)輸入、設(shè)備控制輸入等的過程輸入。通過連接MPC塊到其它控制單元而形成的程序，在這里指的是一個MPC模塊。在用戶可以生成一個MPC功能塊的同時，用戶也可以從一個例如功能塊庫的存儲器中獲得一個初始功能塊，并使用該功能塊或生成這個功能塊的實例以供該過程控制系統(tǒng)使用。同樣，用戶或其它提供者可以以其它任何需要的方式提供功能塊或其它控制單元。
在此時，用戶可以確定或指定一個/多個過程或控制變量與過程停滯時間之間的關(guān)系。這個關(guān)系可被指定為一個等式或一定數(shù)量已知的可能關(guān)系之一，例如線性方程、一定數(shù)量的不同可能的非線性方程之一等。進(jìn)一步而言，如果需要，則用戶可以命令系統(tǒng)確定一個/多個過程或控制參數(shù)與過程停滯時間之間的關(guān)系。
在步驟154，操作者生成一個MPC模塊，該MPC模塊既具有一個帶有在過程控制系統(tǒng)內(nèi)被通信連接的輸入和輸出的MPC塊(其不具有提供模型預(yù)測控制所需的所有信息)，還具有一個執(zhí)行速率補(bǔ)償塊，并且操作者將這些塊或模塊下載到將執(zhí)行該MPC模塊的適當(dāng)控制器或其它設(shè)備。作為這個過程的一部分，操作者通過將MPC塊的輸出通信耦合到適當(dāng)?shù)倪^程輸入，以及將MPC塊的輸入通信耦合到適當(dāng)?shù)倪^程輸出的方式配置過程控制系統(tǒng)10以執(zhí)行該MPC塊。
參照圖6，表示MPC塊156連接到過程158上。當(dāng)過程158包括輸入x1-x5和輸出y1-y6時，MPC塊156是一個具有三個輸入in1-in3和三個輸出out1-out3的3x3控制塊。當(dāng)然，MPC塊156和過程158可以包括任何其它數(shù)量的輸入和輸出。該MPC塊156通?？赡苁且粋€正方形塊，也就是說，具有相同數(shù)量的輸入和輸出，則這種配置并非必須并且該MPC塊156可能具有不同數(shù)量的輸入和輸出。如圖6所示，操作者將過程輸出y1-y3分別通信連接于MPC塊輸入in1-in3，并將MPC塊輸出out1-out3分別通信連接于過程輸入x1-x3。當(dāng)然，過程158的任何輸入及輸出都可被連接到與過程控制系統(tǒng)10(由圖6中連接到過程輸入和輸出的虛線表示)相關(guān)聯(lián)的控制程序內(nèi)部的其它控制循環(huán)或其它單元。在此，操作者也可以將一個或多個影響過程延遲的過程變量通信耦合于執(zhí)行速率補(bǔ)償塊160。一般來說，可以向過程158提供控制輸入的MPC塊156及其它塊將通過某種類型的開關(guān)被連接起來(如連接到過程輸入x1-x3的虛線表示)，這些開關(guān)由圖6中的方塊162表示。開關(guān)162可以是硬件或軟件開關(guān)，如果需要可以提供該開關(guān)以使不同控制輸入信號傳送到一個功能塊的不同輸入，其中功能塊諸如區(qū)域總線功能塊，其接著能夠在源自MPC塊156的控制信號與源自一個不同功能塊(諸如源自一PID功能塊)的控制信號之間進(jìn)行選擇，上述選擇基于接收該兩個信號的功能塊的工作狀態(tài)情況而進(jìn)行。
當(dāng)然，操作者可以以任何需要方式將MPC塊156連接到過程158，并且一般來說，操作者將利用相同控制結(jié)構(gòu)或設(shè)計程序，其使用所述設(shè)計程序來生成過程控制系統(tǒng)內(nèi)部的類似于單循環(huán)控制程序的其他控制循環(huán)。例如，操作者可以用任何需要的圖形程序設(shè)計程序來指定MPC塊156與過程輸入及輸出之間的連接。在這種方式下，MPC塊156像其它控制塊、單元或程序那樣以相同方式被支持，使控制系統(tǒng)10內(nèi)部的MPC塊156的配置、連接及支持與系統(tǒng)內(nèi)部的其它塊的配置、連接及支持沒有不同。在一個實施例中，控制系統(tǒng)10內(nèi)部的MPC塊156以及其它塊都是被設(shè)計成與區(qū)域總線功能塊相同或相似的功能塊。在這個實施例中，MPC塊156具有相同或相似的輸入及輸出等，就像在區(qū)域總線協(xié)議中所指定或提供的那種，并且該MPC塊156可以由諸如使用通信鏈路的控制器11來執(zhí)行，其中所述通信鏈路與那些由區(qū)域總線協(xié)議指定的鏈路相同或相似。關(guān)于用圖表表示生成過程控制程序及其單元的方法已經(jīng)在dove等人的標(biāo)題為“用于配置過程控制環(huán)境的系統(tǒng)”的美國專利5,838,563中描述，并特別在此參照使用。當(dāng)然，也能夠使用其它控制循環(huán)或控制模塊設(shè)計策略，這些策略包括那些在過程控制配置范例中使用其它類型功能塊的策略，或是使用其它程序、子程序或控制單元的策略。
當(dāng)在功能塊相互連接的基礎(chǔ)上使用一個控制系統(tǒng)時，例如由區(qū)域總線功能塊范例提供的那些，MPC塊156可直接與過程控制程序內(nèi)部的其它功能塊相連接。例如，通過將MPC塊156的一個控制輸出連接到與受控設(shè)備相關(guān)聯(lián)的一個輸出塊(例如一個AO塊)，MPC塊156可以直接連接到諸如閥門等控制設(shè)備上。同樣，MPC塊156可以向其它控制循環(huán)內(nèi)的功能塊的輸入提供控制信號，例如向其它控制功能塊提供控制信號，從而監(jiān)視或替換這些控制循環(huán)的操作。
因此，應(yīng)理解，在圖6中MPC控制塊156的輸出所連接的過程輸入x1-x3可以是任何需要的過程輸入，其包括到達(dá)在現(xiàn)有控制策略內(nèi)規(guī)定的控制循環(huán)的輸入，或是到達(dá)連接于處理的閥門或其它設(shè)備的輸入。同樣，連接于MPC塊156輸入的過程輸出y1-y3可以是任何需要的過程輸出，其包括閥門或其它傳感器的輸出、AO或AI功能塊的輸出或者其它控制單元或程序的輸出。
再參照圖5的步驟154，一旦操作者生成了控制模塊，其包括具有分別與所需過程輸出和輸入相連接的輸入和輸出、以及具有執(zhí)行速率補(bǔ)償塊的初始MPC塊，則其中具有初始MPC塊的控制模塊就被下載到適當(dāng)?shù)闹T如控制器11或工作站13之一的設(shè)備中用于執(zhí)行。接下來，在步驟199，操作者指示初始MPC塊開始以已知方式激活過程，并當(dāng)處理被激活時采集過程的輸入、輸出數(shù)據(jù)。
如圖6所示，初始MPC塊156包括一數(shù)據(jù)采集程序200、一波形產(chǎn)生器201、普通控制邏輯202和用于存儲控制參數(shù)203及過程模型204的存儲器。例如，該普通邏輯202可以是需要系數(shù)或其它控制參數(shù)以便于在特定情況下能操作以執(zhí)行控制的普通MPC程序。在某些情況下，對于被控制的過程而言，普通邏輯202還可能需要一過程模型以控制該處理。在初始MPC塊156被載入諸如控制器11之后，經(jīng)由MPC生成程序142指示該初始MPC模塊開始MPC塊156下一階段的開發(fā)工作，其中在該MPC塊內(nèi)為了用來生成處理模型而為每個處理輸出采集數(shù)據(jù)。特別是，當(dāng)操作者指示這樣做時(或者在任何其它所需之時)，MPC塊156的波形產(chǎn)生器201開始在其輸出out1-out3制造一系列的波，從而向每個過程輸入x1-x3提供激勵波。如果需要，可以利用用戶工作站13內(nèi)部的軟件向該產(chǎn)生器201提供這些波，但最好由該產(chǎn)生器201自身生成。最好將波形產(chǎn)生器201產(chǎn)生的波設(shè)定成，使處理在其正常操作期間的預(yù)期輸入的不同范圍上進(jìn)行操作，其中該處理可能包括大量不同流量。為了給MPC控制程序形成一個過程模型，波形產(chǎn)生器201向每個過程輸入x1-x3傳送一系列不同的脈沖組，其中每個脈沖組中的脈沖都具有相同的振幅但具有偽隨機(jī)長度，并且其中不同脈沖組中的脈沖具有不同的振幅。為每個不同過程輸入x1-x生成這樣一系列脈沖組，然后向其一次一個連續(xù)傳送。在此期間，MPC塊156內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集單元200采集、或者另外調(diào)整采集數(shù)據(jù)，該采集數(shù)據(jù)表示處理輸出Y1-Y3到波形產(chǎn)生器201產(chǎn)生的每個波時的響應(yīng)，并且該該數(shù)據(jù)采集單元200可以采集或調(diào)整關(guān)于所產(chǎn)生的激勵波形的數(shù)據(jù)采集。此數(shù)據(jù)可存儲在MPC塊156中，但最好是自動發(fā)送到數(shù)據(jù)歷史庫12中用以存儲和/或發(fā)送到可以將該數(shù)據(jù)顯示在顯示屏14上的工作站13。
因此，代替了試圖使用某種高級控制邏輯(其還未完全開發(fā)出來)來控制過程158，該MPC塊156首先向過程158提供一組激勵波并測量出過程158對這些激勵波的響應(yīng)。當(dāng)然，由波形產(chǎn)生器201產(chǎn)生的激勵波可以是任何需要的波，開發(fā)所述波來為任何高級控制程序生成有助于產(chǎn)生控制邏輯參數(shù)的處理模型。在該例中，波形產(chǎn)生器201為模型預(yù)測控制器產(chǎn)生在開發(fā)過程模型過程中公知有用的任意組波，并且這些波可以采用現(xiàn)在公知的或者為此目的在今后開發(fā)的任何形式。由于為了實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)從而為模型預(yù)測控制開發(fā)處理模塊這一目的而被用于激勵處理的波是眾所周知的，因而這些波在這里不再作進(jìn)一步描述。同樣，任何其它的或所需類型的波可以由波形產(chǎn)生器201產(chǎn)生從而用于為其它諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多變量模糊邏輯等高級控制(其中包括建模)程序產(chǎn)生過程模型。
應(yīng)注意到波形產(chǎn)生器201可以采用任何需要的形式并且可以例如用硬件、軟件或者兩者結(jié)合來實現(xiàn)。如果用軟件實現(xiàn)，波形產(chǎn)生器201可以存儲一個可用于產(chǎn)生所需波形的算法，可以存儲將要產(chǎn)生波形的數(shù)字表示，或者可以使用任何其它程序或者存儲的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生此種波形。如果用硬件實現(xiàn)，波形產(chǎn)生器201可以采用例如諧振器或者方波產(chǎn)生器的形式來實現(xiàn)。如果需要，可以詢問操作者輸入設(shè)計波形所需的某些參數(shù)，例如，過程的大致響應(yīng)時間、傳送到過程輸入的波振幅的步長等等。當(dāng)MPC塊156第一次生成或者當(dāng)操作者指示MPC塊156開始干擾或者激勵過程并采集過程數(shù)據(jù)時，提示操作者輸入這些信息。在優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)采集單元200采集(或者另外確保數(shù)據(jù)的采集)響應(yīng)于每一個三倍或五倍于由操作者輸入的響應(yīng)時間的激勵波數(shù)據(jù)，以確?？梢孕纬梢粋€完整而精確的處理模型。然而，也可以采集任何其它時間量的數(shù)據(jù)。
無論如何，MPC控制塊156最好直到波形產(chǎn)生器201已經(jīng)完成向過程輸入x1-x3的每一個發(fā)送所有必須的激勵波、并且數(shù)據(jù)采集單元200已經(jīng)為過程輸出y1-y3采集完數(shù)據(jù)的時侯再進(jìn)行操作。當(dāng)然，在數(shù)據(jù)采集過程期間，如果非常需要或是必須的情況下，可以中斷MPC塊156的操作。
接下來，如圖5所示的步驟225，操作者可以在某些點通過執(zhí)行過程建模程序144來決定執(zhí)行開發(fā)MPC塊的下一個階段，其中所述過程建模程序144從數(shù)據(jù)歷史庫12訪問所采集的數(shù)據(jù)，并運(yùn)行任何已知過程模型產(chǎn)生程序來根據(jù)所采集數(shù)據(jù)產(chǎn)生過程模型。
如果需要，過程建模程序144可以在所采集數(shù)據(jù)上運(yùn)行數(shù)據(jù)篩選程序。這個數(shù)據(jù)篩選程序可以檢查所采集數(shù)據(jù)的界外值或其它明顯錯誤數(shù)據(jù)，以及檢測其它與所采集數(shù)據(jù)相關(guān)的值，例如與所采集數(shù)據(jù)相關(guān)的狀態(tài)值及界限值，從而確定該數(shù)據(jù)是否是由具有不良狀態(tài)或異常狀態(tài)的功能塊產(chǎn)生的、該數(shù)據(jù)是否在界限內(nèi)、該數(shù)據(jù)是否是在功能塊或其它單元處于異常模式時產(chǎn)生的、或者在某些其它方式下該數(shù)據(jù)是否是在異常或非所需過程條件下產(chǎn)生的。例如，在區(qū)域總線通信協(xié)議中，由功能塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)還包括狀態(tài)表示、界限表示及模式表示，其能夠與數(shù)據(jù)一起存儲在數(shù)據(jù)歷史庫12中，并且用于篩選數(shù)據(jù)。如果需要，數(shù)據(jù)篩選程序可以向操作者解釋說明所采集數(shù)據(jù)，并且使操作者能夠在其對過程狀況熟知的基礎(chǔ)上通過諸如高亮或是其它標(biāo)識該數(shù)據(jù)的方式標(biāo)記要篩選或刪除的數(shù)據(jù)。在這種方式下，當(dāng)過程158脫機(jī)時、當(dāng)過程158沒有被正確控制時、當(dāng)過程158正在維修時、當(dāng)過程158內(nèi)的傳感器或其它設(shè)備出錯或者被替換時等等，由該MPC塊所采集的數(shù)據(jù)可以從那些用于生成過程模型的數(shù)據(jù)中被選擇并刪除。
在篩選數(shù)據(jù)之后，過程建模程序144根據(jù)所選擇數(shù)據(jù)生成過程模型。如上面所指出的，該過程建模程序144可以實現(xiàn)任何所需或公知類型的過程建模分析，以根據(jù)所采集和所篩選的數(shù)據(jù)開發(fā)一個過程模型，并且所開發(fā)的過程模型可以具有任何形式，例如數(shù)學(xué)算法、一系列響應(yīng)曲線等等。
如果過程建模程序144存在確定過程模型的問題，那么該問題的指示將反應(yīng)到用戶顯示器的狀態(tài)區(qū)域上。所要指示的一個問題就是，沒有足夠的樣本來鑒定或生成過程模型。諸如“為了規(guī)定配置，需要最少xxx個樣本。數(shù)據(jù)文件只包括xxx個樣本”的消息將會產(chǎn)生，以引起操作者對這個問題的注意?？赡軙粰z測到的另外一個問題就是，發(fā)生在過程輸入端上的激勵不足。能夠給操作者提供諸如此類的消息和例如標(biāo)識x、標(biāo)識Y等識別信號標(biāo)識名以及激勵數(shù)目的最小變化，就是這樣的問題。
如果需要并且基于阻礙鑒定成功模型的條件下，用戶可以改變過程模型運(yùn)行所超過的時間范圍，或者改變過程輸入以使過程建模程序144中所使用的數(shù)據(jù)有效。所鑒定的過程模型可以自動存儲在任何所需數(shù)據(jù)庫中以備今后使用時訪問。更有經(jīng)驗的用戶可能想要檢驗或編輯已被鑒定的過程模型。更進(jìn)一步而言，用戶可以運(yùn)行一個程序來確定過程延遲時間在其操作條件下是否顯著改變，以及如果改變，什么過程或控制變量與此改變相關(guān)。此程序也可以提供這些變量與過程延遲之間的關(guān)系，并且向圖6中MPC塊156內(nèi)的執(zhí)行速率塊160提供這個關(guān)系。
在該過程中的某些點，可以執(zhí)行邏輯參數(shù)生成程序146來生成初始MPC塊156的普通邏輯202所需的參數(shù)(將存儲于MPC塊156內(nèi)的變量中)，從而實現(xiàn)模型預(yù)測控制。這些控制參數(shù)，其可能是諸如MPC邏輯的矩陣或其它MPC系數(shù)、調(diào)諧參數(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))、比例因子(用于多變量模糊邏輯)或任何其它所需的參數(shù)，其通常是基于所產(chǎn)生的過程模型而確定的。為了從過程模型中生成參數(shù)，邏輯參數(shù)生成程序146可以執(zhí)行任何所需或公知程序。一般來說，此過程需要將過程模型轉(zhuǎn)換為矩陣形式。但是，可以使用任何其它所需邏輯參數(shù)生成程序。由于根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)為一過程生成過程模型，以及通過該過程模型產(chǎn)生MPC或其它控制邏輯參數(shù)的細(xì)節(jié)在本領(lǐng)域是公知的，因此這些過程在這里將不作進(jìn)一步描述。但應(yīng)注意的是，操作者在為MPC塊156生成控制邏輯參數(shù)時可能具有某種輸入。實際上，操作者可能被請求或被給予指定通常用于生成MPC控制器的某些變量值的能力。例如，操作者可以指定到MPC塊的每一個限定輸入的定點及界限；作出控制改變超出的時間范圍，即定點軌跡篩選和與該篩選相關(guān)的時間常量；MPC輸出或處理輸出的最大/最小活動值(速率界限)；任何受控參數(shù)是否以一種組合的方式進(jìn)行響應(yīng)；MPC最優(yōu)化因子、變量或調(diào)諧參數(shù)、MPC控制塊的時界，即將執(zhí)行多少步前期計算以進(jìn)行對某一所需狀態(tài)的控制；每個MPC塊156輸入及輸出的工程單元范圍；在違反其中某一限制時，允許哪個操作變量對象減弱或停止；每個MPC塊輸入和輸出的描述和/或名字；可以設(shè)定的任何最優(yōu)化變量值；與MPC塊靈活性或穩(wěn)定性相關(guān)的變量值等等。如果需要，控制邏輯生成程序146可以為這些變量或設(shè)定中的一些或者全部存儲默認(rèn)值，并使用這些默認(rèn)值生成MPC邏輯。然而，操作者或其它用戶能夠通過用戶顯示器14改變這些設(shè)定。更進(jìn)一步，操作者可以基于為過程模型確定的系數(shù)來選擇一初始觀測或執(zhí)行速率，以及基于一個或者多個過程或控制參數(shù)與由用戶或是系統(tǒng)自動確定的過程延遲之間的關(guān)系來選擇該控制塊是否使用執(zhí)行速率補(bǔ)償塊。
無論如何，MPC邏輯參數(shù)生成程序146利用這種信息和任何其它所需信息來生成MPC(或其它)控制邏輯參數(shù)，例如MPC系數(shù)。
在生成MPC控制邏輯參數(shù)和執(zhí)行速率補(bǔ)償因子之后，在圖5的步驟228，使用過程模擬塊來測試MPC控制邏輯參數(shù)或系數(shù)。此模擬塊通?？梢詮臑檫^程生成的過程模型中形成，并且在測試環(huán)境中可以連接到MPC塊以檢測生成的MPC控制邏輯塊是否令人滿意地工作在過程操作的正常范圍內(nèi)，以及執(zhí)行速率塊是否充分工作在預(yù)期過程延遲時間的范圍內(nèi)。如果MPC塊并不令人滿意，將重復(fù)步驟154、199和225中一個或全部步驟以形成不同的MPC控制邏輯或者執(zhí)行速率邏輯。然而，如果MPC控制邏輯令人滿意，在步驟230將MPC控制邏輯參數(shù)以及過程模型下載到MPC塊156以存儲在參數(shù)存儲器203、過程模型存儲器204以及補(bǔ)償塊160中，從而用于控制過程158。在這種方式中，MPC控制邏輯所需的參數(shù)被提供給并包含于MPC塊156中，同時能夠委托該MPC塊156在過程內(nèi)根據(jù)MPC控制邏輯202進(jìn)行操作或?qū)嶋H執(zhí)行控制。當(dāng)然，如果需要，實際MPC邏輯202連同其所需參數(shù)可以在工作站13中被生成，并被下載到MPC塊16中。
由于如上所述，MPC塊156與包含此塊的控制模塊是使用與過程控制系統(tǒng)10內(nèi)其它控制塊相同的程序設(shè)計范例來設(shè)計的，因此一旦被控制器11下載并執(zhí)行，其中具有MPC塊156的MPC模塊或循環(huán)就以與控制程序內(nèi)其它塊或單元相同的方式來執(zhí)行報告功能。
應(yīng)理解的是，這里所描述的MPC或者高級控制邏輯產(chǎn)生程序及方法可以使用戶在不具備有關(guān)這些塊是如何生成的大量專業(yè)知識的情況下就能夠生成諸如MPC控制塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或控制塊等高級控制塊，并且使操作者不必執(zhí)行大量過程的重復(fù)編程設(shè)計以實現(xiàn)高級控制，就能夠生成并使用一個高級控制塊。而且，由于使用與系統(tǒng)內(nèi)的其它控制單元相同的程序設(shè)計范例來生成該高級控制塊，因此能夠給用戶提供其內(nèi)帶有高級控制塊的過程的穩(wěn)定觀測或圖形顯示。更進(jìn)一步而言，由于例如需要為一個MPC功能生成過程模型，因此該過程模型可用于產(chǎn)生模擬功能塊，所述模擬功能塊可被用于為諸如測試、訓(xùn)練、檢測過程/過程模型失諧或者產(chǎn)生用于控制過程的過程虛擬輸出等其它目的來模擬處理。
盡管這里所述的高級控制塊、過程模擬塊以及相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生及測試程序正在與區(qū)域總線及標(biāo)準(zhǔn)4-20ma設(shè)備連接使用，然而它們當(dāng)然也可以使用任何其它過程控制通信協(xié)議或程序設(shè)計環(huán)境來執(zhí)行，并且也可以與任何其它類型的設(shè)備、功能塊或控制器結(jié)合使用。此外，應(yīng)注意到這里所使用的詞組“功能塊”并不局限于區(qū)域總線協(xié)議或者DeltaV控制器協(xié)議所規(guī)定的功能塊，而是包括了與任何類型的可用于執(zhí)行某種過程控制功能的控制系統(tǒng)和/或通信協(xié)議相關(guān)聯(lián)的其它任何類型的塊、程序、硬件、固件等等。而且，當(dāng)功能塊通常采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的對象形式時，就不需要這樣。
盡管這里所述的高級控制塊、執(zhí)行速率補(bǔ)償塊、過程模擬塊以及相關(guān)產(chǎn)生及測試程序最好由軟件實現(xiàn)，但是它們也可以由硬件、固件等實現(xiàn)，并且可以由其它任何與過程控制系統(tǒng)相關(guān)的處理器執(zhí)行。因此，如果需要，這里所述的程序140可以在一個標(biāo)準(zhǔn)的多功能CPU中，或在特別設(shè)計的諸如ASICs等硬件或固件上使用。當(dāng)以軟件實現(xiàn)時，這些軟件可以存儲在任何計算機(jī)可讀存儲器上，例如存儲在磁盤、激光盤、光盤或其它存儲媒體上，存儲在計算機(jī)或處理器的RAM或ROM中等等。同樣，此軟件也可以通過任何公知的或需要的傳送方式，傳送給用戶或者過程控制系統(tǒng)，例如通過計算機(jī)可讀磁盤或其它移動式計算機(jī)存儲器裝置、或通過諸如電話線、網(wǎng)絡(luò)等通信電路調(diào)制等(其被視作與通過可移動存儲媒體來提供這種軟件是相同的或是可互換的)。
盡管本發(fā)明使用相關(guān)的特定實施例作出了描述，而這些實施例僅僅意在說明解釋本發(fā)明而不作為本發(fā)明的限制，但是在不背離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對所公開的實施例所進(jìn)行的修改、增加或刪除，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說都是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種過程控制單元，其適于作為在處理器上執(zhí)行以控制過程的過程控制程序的一部分，所述過程控制單元包括一計算機(jī)可讀媒體；以及一控制塊，其存儲在所述計算機(jī)可讀媒體中并適于在所述處理器上執(zhí)行以實現(xiàn)所述過程的控制，所述控制塊包括，一第一多輸入，其中每個輸入適于接收一組過程參數(shù)中的不同的一個；一第二多輸出，其中每個輸出適于通信連接于不同的過程輸入，用以控制該組過程參數(shù)；一控制邏輯，其響應(yīng)于所述第一多輸入，從而在每個所述第二多輸出處產(chǎn)生控制信號；以及—執(zhí)行速率塊，其適于接收與所述過程相關(guān)的參數(shù)值，并且基于所述參數(shù)為所述控制邏輯計算執(zhí)行速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括適于過濾所述參數(shù)的濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還包括一計算塊，其基于過濾后的參數(shù)為所述控制邏輯確定執(zhí)行速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程控制單元，其特征在于，還包括一限制器，其適于限定由所述計算塊確定的執(zhí)行速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括一補(bǔ)償塊，其為所述控制邏輯將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的線性函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括一補(bǔ)償塊，其為所述控制邏輯將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的非線性函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還適于接收第二參數(shù)的值，并且將所述邏輯塊的執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)及所述第二參數(shù)的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊適于接收表示過程流量的參數(shù)，并基于與所述過程流量值確定所述控制邏輯的執(zhí)行速率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制單元，其特征在于，所述控制邏輯包括模型預(yù)測控制邏輯。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制單元，其特征在于，所述控制邏輯包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制邏輯。
11.一種過程控制器，其適于控制具有多個區(qū)域設(shè)備的過程，所述過程控制器包括一處理器；一存儲器；一控制塊，其存儲在所述存儲器中，并且適于被所述處理器執(zhí)行以實現(xiàn)控制計算，從而產(chǎn)生用于控制所述過程的一個或多個控制信號，所述控制塊適于在所述處理器上以某種執(zhí)行速率執(zhí)行；以及一執(zhí)行速率塊，其存儲在所述存儲器中，并適于在所述存儲器中執(zhí)行，從而基于與所述過程相關(guān)的參數(shù)值來確定所述控制塊的執(zhí)行速率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制器，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括一濾波器，其適于過濾與所述過程相關(guān)的參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的過程控制器，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還包括一計算塊，其基于過濾后的參數(shù)值為所述控制邏輯確定執(zhí)行速率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的過程控制器，其特征在于，還包括一限制器，其適于限定由所述計算塊確定的執(zhí)行速率。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制器，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括一補(bǔ)償塊，其為所述控制塊將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的線性函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制器，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括一補(bǔ)償塊，其為所述控制塊將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的非線性函數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制器，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還適于將所述控制塊的執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)及所述第二參數(shù)的函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制器，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊適于基于與過程流量相關(guān)的值來確定所述控制邏輯的執(zhí)行速率。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制器，其特征在于，所述控制塊適于執(zhí)行模型預(yù)測控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制器，其特征在于，所述控制塊是一多輸入/多輸出控制塊。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的過程控制器，其特征在于，所述控制塊用于執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制邏輯。
22.一種過程控制單元，其適于作為有助于控制具有處理控制系統(tǒng)的處理，該處理控制系統(tǒng)在控制器上以某個執(zhí)行速率執(zhí)行控制塊，從而在該過程中實現(xiàn)過程控制功能，所述過程控制單元包括一存儲器；以及一執(zhí)行速率塊，其存儲在所述存儲器中，并適于在所述控制器上執(zhí)行，從而基于與所述過程相關(guān)的某一參數(shù)值在所述處理期間確定所述控制塊的執(zhí)行速率。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還包括一濾波器，其適于過濾與所述過程相關(guān)的參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還包括一計算塊，其基于過濾后的參數(shù)值為所述控制塊確定執(zhí)行速率。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還包括一限制器，其適于限定由所述計算塊確定的執(zhí)行速率。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括一補(bǔ)償塊，其為所述控制塊將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的線性函數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊包括一補(bǔ)償塊，其為所述控制塊將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的非線性函數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的過程控制單元，其特征在于，所述執(zhí)行速率塊還適于將所述控制塊的執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)及所述第二參數(shù)的函數(shù)。
29.一種控制過程的方法，該過程具有為某一參數(shù)函數(shù)的過程延遲，所述方法包括以下步驟在所述過程的操作期間，以某一執(zhí)行速率執(zhí)行實現(xiàn)多輸入/多輸出控制的一控制塊；獲得所述參數(shù)的表示；以及將所述控制塊的控制速率確定為所述參數(shù)表示的函數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述獲得步驟包括在所述過程的操作期間測量所述參數(shù)的步驟。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述獲得步驟包括確定所述過程的流量的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述獲得步驟包括確定所述過程的饋送速率的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行步驟包括以所述的執(zhí)行速率執(zhí)行實現(xiàn)模型預(yù)測控制的控制塊的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述確定步驟包括過濾所測量參數(shù)的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述確定步驟還包括計算所述執(zhí)行速率和限定所計算的執(zhí)行速率的步驟。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述確定步驟包括將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的線性函數(shù)的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述確定步驟包括將所述執(zhí)行速率確定為所述參數(shù)的非線性函數(shù)的步驟。
38.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，還包括獲得第二參數(shù)的表示的步驟，并且其中所述確定步驟包括將所述執(zhí)行速率確定為表示所述參數(shù)和表示所述第二參數(shù)的函數(shù)。
39.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述獲得步驟包括確定與所述過程相關(guān)的停滯時間的步驟。
全文摘要
在處理系統(tǒng)內(nèi)，執(zhí)行諸如模型預(yù)測控制等多輸入/多輸出控制的高級控制塊使用補(bǔ)償塊或算法以及基于單過程模型的單控制模型以便在具有較大可變過程延遲的過程中提供高級控制。該補(bǔ)償塊改變高級控制塊的執(zhí)行周期，從而解決由可變過程延遲造成的一個或多個處理變量的改變，在過程輸出的延遲與可測量的過程或控制變量相關(guān)的情況下，該高級控制塊消除了為過程的不同操作區(qū)域提供不同的高級控制模型或控制規(guī)定的需要。
文檔編號G05B13/04GK1438554SQ03119868
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者T·L·布萊文斯, W·K·沃伊斯尼斯 申請人:費(fèi)舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司