级联的自抗扰控制器制造技术

级联自抗扰控制(ADRC)控制器被用来代替比例‑积分‑微分(PID)控制器以控制构成设施的多个对象，从而实现整个设施的高稳定性。这种配置基本上抑制了系统之间的串扰，并且产生了对对象的一致的干扰控制。级联ADRC控制器能够产生较少的浪费、较高的效率、对物理设施的较少的磨损、较高质量的产品和/或改善的时间效率。在两个或更多个相关对象中，能够借助ADRC控制器来对PID控制器进行改装。可替代地，ADRC控制器能够被设计为在包括至少两个相关对象的新近实例化的设施中实施，其中初始选择ADRC用于过程控制。

Cascade active disturbance rejection controller

Cascade ADRC controller (ADRC) is used to replace the proportion integral differential (PID) controller to control multiple objects constitute facilities, so as to realize the high stability of the facility. This configuration basically suppresses crosstalk between the systems and produces consistent interference control over the object. Cascade ADRC controllers are capable of generating less waste, higher efficiency, less wear for physical facilities, higher quality products, and / or improved time efficiency. In the two or more related objects, the PID controller can be modified with the aid of the ADRC controller. Alternatively, the ADRC controller can be designed to be implemented in a newly instantiated facility comprising at least two related objects, wherein the initial selection ADRC is used for process control.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总地涉及过程控制，并且例如涉及使用级联的自抗扰控制(ADRC)控制器代替比例-积分-微分(PID)控制器以控制多个对象并且实现整个设施的高稳定性。
技术介绍
控制理论中的对象是过程和执行器的结合。设施包括多个对象。设施可以是物理场所，例如工厂。作为对象(如该术语在控制理论中所被理解的)的集合，设施还可以包括比如电动机或发动机的受控部件。存在许多控制理论中公认的不同类型的对象。一些对象可以是相关的而其他对象彼此不同。相关对象的示例可以包括一系列热浴池或烤箱，其试图以串行或并行进程来调节穿过浴池或烤箱的材料的温度。非相关对象的示例可以包括在生产线的第一部分中的受控机器臂和在生产线的第二未连接部分中的受控传送带。对象的控制通常由控制回路反馈机制来进行。控制回路反馈机制将误差值计算为测量变量与期望的设定点之间的差。例如，热浴池可以试图保持70摄氏度的设定点，但是引入不同温度(可能更热或者可能更冷)的材料使得浴池偏离该设定点。反馈控制器能够计算这种偏差并且控制浴池的加热(或冷却)，以试图使温度返回到该设定点。如果这种调整进行得过快，则有可能超出设定点，导致系统的不稳定性。如果调整进行得过慢，则有可能显著滞后，导致质量较低。使用非最优反馈控制也可能有其他正面和负面的影响。
技术实现思路
本公开的一个或更多个实施例涉及、但不限于在相关对象的情况下的过程控制，以在设施中实现更好的结果。在一个或更多个实施例中，支持自抗扰控制(ADRC)的多个控制器用来控制设施中的相应的多个相关对象，以在整个设施中产生高水平的稳定性。使用级联的ADRC控制器能够抑制系统之间的串扰，并且能够使得包括多个对象的总体系统产生较少的浪费并实现相对于PID控制或其他类型的控制更高的效率。附图说明图1为单个PID控制器的框图。图2为单个ADRC控制器的框图。图3为采用多个级联的ADRC控制器的示例性设施的框图。图4为在特定设施的情况下针对从设定点的温度变化的参数来比较多个PID控制器与多个ADRC控制器的性能的图表。图5为在特定设施的情况下针对温度控制的占空比的参数来比较多个PID控制器与多个ADRC控制器的性能的图表。图6为用于控制一组相关对象的示例性方法的流程图。图7为表示用于实施本文所描述的一个或更多个实施例的示例性网络化或分布式计算环境的框图。图8为表示用于实施本文所描述的一个或更多个实施例的示例性计算系统或操作环境的框图。具体实施方式现在参照附图来描述各个实施例，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在以下描述中，为了解释说明，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的理解。然而，应当理解，这些实施例可以在没有这些具体细节的情况下实行，或者可以采用其他方法、部件、材料等来实施。在其他例子中，以框图形式示出结构和装置以便于描述一个或更多个实施例。工业自动化中经常采用的用于反馈控制的方法为比例-积分-微分(PID)控制。PID控制器使用三个参数作为其调谐算法的一部分——比例(P)值、积分(I)值和微分(D)值。P值与系统中的当前误差有关。I值(作为过去误差的积分或累积)与过去误差有关。D值(作为误差的变化率的导数)与未来误差有关。在现实世界的控制对象和设施的例子中，控制工程师花费大量的时间和精力来在运行条件下利用算法和手动地调谐这些参数。作为用于反馈控制的替代方法，自抗扰控制(ADRC)与PID控制的不同在于引入了扩张状态观测器(ESO)。ESO被并入到控制反馈回路中并且对内部和外部干扰(例如，未知的内部动态以及外部干扰)执行在线估计，允许控制器补偿对对象的总体干扰。这种配置有效地使对象与作用在其上的干扰解耦。在示例性的ADRC控制系统中，ADRC控制器被参数化，使得控制器参数是单个调谐变量的函数—比如控制器带宽—同时在运行条件下实现与可比较的PID控制器相似的(如果不超过的话)过程控制结果。由于调谐ADRC系统是一个调谐单个调谐参数(例如，控制器带宽)的问题，因此ADRC的优点在于调谐通常比可比较的PID控制器简化。在ADRC的一些实施例中，还能够使用观测器带宽作为唯一调谐参数来调谐ESO。在构成设施的对象(包括执行相关步骤的对象)的集合中，能够使用多个PID控制器。然而，调谐和再调谐PID控制回路的过程能够是大量的并且耗费时间的，尤其在多种对象形成设施的情况下。为了解决这些和其他问题，本公开的一个或更多个实施例涉及在设施中使用具有两个或更多个相关对象的ADRC来产生意料之外的、在整个设施中的更高稳定性的益处。使用级联ADRC控制器能够抑制系统之间的串扰，并且导致一致地控制对对象的扰动。这些益处能够导致较少的浪费、较大的能量效率、对物理设施的较少的磨损、更高质量的产品和/或改善的时间效率。在一些情况下，能够在两个或更多相关对象中借助ADRC来对PID控制器进行改装。在其他情况下，能够在包括至少两个相关对象的新近实体化的设施中实施级联ADRC控制器，其中初始选择ADRC用于过程控制。图1为单个PID控制器的框图。PID控制器100包括四个级。第一级110包括包含误差计算的输入的闭环控制反馈级。误差计算例如是受控参数的实际值与该参数的设定点值之间的差。例如，在温度控制对象的情况下，该参数可以是温度。第二级120使用PID方法生成控制信号(u)。如先前讨论的以及图1所示的，对于PID控制计算存在三个组成。一个元素是比例计算124，其反映当前误差率(kp)。第二个元素是积分计算126，其反映从过去(ki)的累积误差。第三个元素是微分计算122，其反映误差的变化率，或者在未来(kd)的预测误差率。第三级130向对象140提供控制信号。对象140可以是如控制理论中所理解的任何类型的对象(例如，烤箱)。图2为描绘单个ADRC控制器的框图。ADRC控制器200也包括四个级。第一级210包括包含误差计算的输入的闭环控制反馈级。例如，如果在温度控制对象的情况下提供ADRC控制器，则误差计算是实际温度与设定点温度之间的差。第二级220使用ADRC方法生成控制信号(u)。PID控制器100的第二级120与ADRC控制器的第二级220不同。在ADRC控制器的第二级220中，扩张状态观测器(ESO)222在ADRC方法中的控制信号计算中起作用，与使用PID控制的方法相比需要较少的变量和较少的调谐。与PID方法类似，第三级230向对象240提供控制信号。对象240可以是如控制理论中所理解的任何类型的对象(例如，烤箱)。应该注意，PID控制器100和ADRC控制器200的总体框图共享公共输入和输出，因此能够轻易地彼此替代。ADRC控制器200能够是任何类型的ADRC控制器。ADRC控制方法的示例包括、但不限制于在以下专利中的公开内容。美国专利8,041,436教导用于线性ADRC的技术。美国专利8,060,340教导用于ADRC和各种扩张状态观测器的技术。美国专利8,180,464和8,644,963教导另外的用于ADRC控制器的情况下的扩张状态观测的技术。美国专利8,571,691教导用于实施ADRC控制的图形用户界面。美国专利8,710,777教导用于在ADRC控制中使用的自动惯性估计的方法。ADRC控制的这六项公开和其他相关教导通过引用包含在本公开中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制设施的系统，包括：多个控制器，其被配置为控制构成设施的相应的多个相关对象，所述多个控制器分别采用闭环控制反馈，并且所述多个控制器中的至少两个使用自抗扰控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.21 US 62/105,7851.一种控制设施的系统，包括：多个控制器，其被配置为控制构成设施的相应的多个相关对象，所述多个控制器分别采用闭环控制反馈，并且所述多个控制器中的至少两个使用自抗扰控制。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个控制器中的所述至少两个使用单个调谐参数来进行调谐。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述单个调谐参数是所述多个控制器中的相应的至少两个的控制器带宽。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个控制器中的所述至少两个包括扩张状态观测器(ESO)，所述扩张状态观测器并入到所述多个控制器中的所述至少两个的相应的控制反馈回路中。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个相关对象包括热浴池，烤箱，工业机器人，加热、通风和冷却(HVAC)系统，工业器械或电动机中的至少一个。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述设施包括挤出设施、制药设施、食品和饮料生产设施、发电厂、炼油厂、天然气加工设施、生化设施、废水处理设施、污染控制设施或反应器系统中的至少一个。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个相关对象执行串行进程或并行进程。8.一种用于控制设施的方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·尼尤恩多费尔，
申请(专利权)人：莱恩斯特里姆技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US