本发明专利技术提供了一种方法，该方法包括在具有多个致动器阵列(114，116，118，120)的工业过程(100，302)中获得(902)与基于模型的控制器(104，306)相关联的一个或多个模型(304)并执行(906)控制器的空间调谐。空间调谐包括识别抑制致动器阵列的致动器轮廓中的一个或多个频率分量的加权矩阵。空间调谐还能够包括针对每个过程输入在所有输出通道上找到(908)最坏情况的截止频率，设计(910)加权矩阵以基于一个或多个模型和截止频率来惩罚高频致动器的可变性，以及在保证稳健的空间稳定性的函数中找到(912)空间频率加权的致动器可变性项的倍增器。控制器能够被配置为在工业过程的控制期间使用一种函数，其中对函数的一个或多个项的变化改变控制器和工业过程的操作，并且至少一个项是基于加权矩阵。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于设计具有用于多阵列交叉方向(CD)幅材制造或处理系统或其他系统的空间稳健性的基于模型的控制的方法和装置相关申请的交叉引用和优先权要求本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年3月6日提交的美国临时专利申请号62/467,622和美国临时专利申请号62/467,803的优先权。这两项临时专利申请均据此全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及工业过程控制和自动化系统。更具体地，本公开涉及用于设计基于模型的控制的方法和装置，该基于模型的控制具有用于多阵列交叉方向(CD)幅材制造或处理系统或其他系统的空间稳健性。
技术介绍
片材或其他材料幅材以多种方式用于多种行业中。这些材料可包括纸材、多层纸板，以及在长幅材中制造或处理的其他产品。作为一个特定的示例，长幅材可以在卷轴中制造和收集。这些材料幅材通常以高速率制造或处理，诸如高达每小时100公里或更高的速度。当制造或处理幅材时，通常需要或希望测量幅材材料的一种或多种特性。一个或多个过程控制器可以使用测量值来调整幅材的制造或处理。实现模型预测控制(MPC)或其他基于模型的控制的过程控制器可以使用一个或多个模型来预测幅材制造或处理系统的未来行为。基于系统的预测行为生成用于调整系统的控制信号。跨越幅材宽度的特性的控制被称为交叉方向(“CD”)控制，而沿幅材长度的特性的控制被称为机器方向(“MD”)控制。当在幅材制造或处理系统中存在多个致动器梁和多次测量时，幅材的CD控制是一个困难的控制问题。MPC或其他基于模型的控制可用于解决此问题。然而，出于多种原因，调整MPC或其他基于模型的控制器以实现稳健的性能可能是具有挑战性的。一个原因是用户通常可用的调谐参数不直观，并且试误法调谐尝试可能是耗时且令人沮丧的。另一个原因是依赖于稳健控制理论的自动调谐算法可能需要用户对控制理论有深入的了解并涉及抽象参数。
技术实现思路
本公开提供了用于设计基于模型的控制的方法和装置，该基于模型的控制具有用于多阵列交叉方向(CD)幅材制造或处理系统或其他系统的空间稳健性。在第一实施方案中，一种方法包括在具有多个致动器阵列的工业过程中获得与基于模型的控制器相关联的一个或多个模型。该方法还包括执行控制器的空间调谐，其中空间调谐包括识别抑制致动器阵列的致动器轮廓中的一个或多个频率分量的加权矩阵。在第二实施方案中，一种装置包括至少一个存储器，所述至少一个存储器被配置为将与基于模型的控制器相关联的一个或多个模型存储在具有多个制动器阵列的工业过程中。该装置还包括至少一个处理设备，所述至少一个处理设备被配置为执行控制器的空间调谐。为了执行空间调谐，至少一个处理设备被配置为识别抑制致动器阵列的致动器轮廓中的一个或多个频率分量的加权矩阵。在第三实施方案中，非暂态计算机可读介质包含指令，该指令在被执行时使得至少一个处理设备在具有多个致动器阵列的工业过程中获得与基于模型的控制器相关联的一个或多个模型并执行控制器的空间调谐。空间调谐包括识别抑制致动器阵列的致动器轮廓中的一个或多个频率分量的加权矩阵。从以下附图、描述和权利要求中，本领域的技术人员可容易地清楚其他技术特征。附图说明为了更完整地理解本公开，现在参考以下结合附图来进行的描述，在附图中：图1示出了根据本公开的示例性幅材制造或处理系统；图2示出了根据本公开的支持用于幅材制造或处理系统或其他系统的基于多阵列交叉方向(CD)模型的控制的设计的示例性设备；图3示出了根据本公开的幅材制造或处理系统或其他系统的闭环控制的示例性表示；图4示出了根据本公开的幅材制造或处理系统或其他系统的闭环控制的另一个示例性表示；图5示出了当根据本公开识别加权矩阵作为空间调谐算法的一部分时获得的示例性结果；图6和图7示出了根据本公开的在空间调谐期间改变综合权重对灵敏度函数的示例性效果；图8示出了根据本公开的使用基于事件的控制作为时间调谐算法的一部分而获得的示例性结果；和图9示出了根据本公开的用于调谐基于模型的控制器的操作的示例性方法。具体实施方式图1至图9，下文所讨论，以及在该专利文献中用于描述本专利技术的原理的各种实施方案仅以例证的方式进行，并且不应理解为限制本专利技术的范围。本领域的技术人员将理解，本专利技术的原理可在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。如上所述，当在幅材制造或处理系统中存在多个致动器梁和多个测量值时，幅材材料的交叉方向(CD)控制是一个困难的控制问题。可以使用模型预测控制(MPC)或其他基于模型的控制来解决该问题，但是在调谐MPC或其他基于模型的控制器方面存在各种问题。CD调谐问题有多个方面，包括空间调谐和时间调谐。空间调谐涉及调谐控制器以降低幅材的CD轮廓的稳态可变性，而不考虑该轮廓将如何从当前轮廓移动到最终轮廓。时间调谐涉及选择参数，使得控制器作出致动器运动，所述致动器运动将致动器和测量轮廓从它们的初始值快速且平滑地带到它们的最终值中，而不管具体轮廓如何。本公开描述了为MPC或其他基于模型的控制器提供改进的或最佳的控制器调谐参数的自动调谐技术。自动调谐技术涉及针对MPC或其他基于模型的控制器的单独空间调谐和时间调谐。可使用关于过程模型的质量和所需的时间控制性能的直观信息来生成控制器调谐参数。因此，非控制理论专家可向调谐算法提供少量信息，并且调谐算法可操作以调谐控制器。图1示出了根据本公开的示例性幅材制造或处理系统100。如图1所示，系统100包括造纸机102、控制器104和网络106。造纸机102包括用于生产纸制品的各种部件，即在卷轴110处收集的纸幅108。控制器104监控并控制造纸机102的操作，这可以帮助保持或提高由造纸机108产生的纸幅102的质量。在下文描述中，幅材108的机器方向(MD)表示沿幅材108的(较长)长度的方向，而幅材108的交叉方向(CD)表示沿幅材108的(较短)宽度的方向。可在系统100中进行对幅材特性的MD和CD控制，以帮助确保满足幅材108的质量规格或其他规格。在该示例中，造纸机102包括至少一个流浆箱112，其将纸浆悬浮液均匀地跨机器分布在连续移动的金属丝网或筛网113上。进入流浆箱112的纸浆悬浮液可含有例如0.2-3％的木纤维、填料和/或其他材料，悬浮液中的其余为水。排水元件114的阵列，诸如真空箱，移除尽可能多的水以引发幅材108的形成。蒸汽致动器116的阵列产生热蒸汽，该热蒸汽渗透纸幅108并且将蒸汽的潜热释放到纸幅108中。回渗淋浴致动器118的阵列将(可以是空气雾化的)小滴水添加到纸幅108的表面上。然后通常使纸幅108通过具有若干个反转辊辊隙的压延机。感应加热致动器120的阵列加热这些辊中的各个辊的壳体表面。图1中示出了两个附加致动器122-124。稠浆流致动器122控制在流浆箱112处接纳的进入原液的一致性。蒸汽流致动器124控制从烘缸中传递到纸幅108的热的量。致动器122-124可例如分别表示控制原液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n在具有多个致动器阵列(114，116，118，120)的工业过程(100，302)中获得(902)与基于模型的控制器(104，306)相关联的一个或多个模型(304)；以及/n执行(906)所述控制器的空间调谐，其中所述空间调谐包括识别抑制所述致动器阵列的致动器轮廓中的一个或多个频率分量的加权矩阵。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170306 US 62/467,622;20180205 US 15/889,0051.一种方法，包括：
在具有多个致动器阵列(114，116，118，120)的工业过程(100，302)中获得(902)与基于模型的控制器(104，306)相关联的一个或多个模型(304)；以及
执行(906)所述控制器的空间调谐，其中所述空间调谐包括识别抑制所述致动器阵列的致动器轮廓中的一个或多个频率分量的加权矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
执行(914)所述控制器的时间调谐。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个模型中的每一个以二维频域表示。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间调谐包括使用所述加权矩阵来形成所述致动器轮廓中的每一个的空间频谱。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述空间调谐还包括基于用户特定参数不确定性来调节所述加权矩阵。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间调谐还包括：
针对每个过程输入，在给定参数不确定性的情况下，找到(908)考虑所述一个或多个模型的所有输出通道上的最坏情况的截止频率；
基于所述一个或多个模型和所述最坏情况的截止频率，设计(910)所述加权矩阵以惩罚高频致动器的可变性；以及
在保证稳健的空间稳定性的代价函数中找到(912)空间频率加权的致动器可变性项的倍增器。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间调谐还包括：
向所述基于模型的控制器提供(922)代价函数的一个或多个项，所述基于模型的控制器被配置为在所述工业过程的控制期间使用所述代价函数，使得对所述代价函数的所述一个或多个项的变化改变所述基于模型的控制器和所述工业过程的操作，所述一个或多个项中的至少一个基于所述加权矩阵。
8.一种装置，包括：
至少一个存储器(204，210，212)，所述至少一个存储器被配置为将与基...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺宁，迈克尔·福布斯，约翰·U·巴克斯卓，陈同文，
申请(专利权)人：霍尼韦尔有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA
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