基于模型的控制技术中的鲁棒过程模型识别制造技术

一种创建用于生成控制器（如生成ＭＰＣ控制器）的过程模型的鲁棒方法，将噪声添加到在模型生成过程中所采集及使用的过程数据。特别地，创建参数过程模型的鲁棒方法首先以已知测试输入信号或序列为基础采集过程输出，添加随机噪声到所采集的过程数据，然后利用标准或已知技术根据所采集的过程数据确定过程模型。与现有消除噪声技术集中在生成过程模型之前清理非随机噪声不同，在许多时候，添加随机零均值噪声到过程数据使得能够在不能以其他方法获得过程模型参数收敛的情况下生成可接受的参数过程模型。此外，采用本技术创建的过程模型的置信区间一般较宽，因此在不需要人工或图形地改变模型的条件下，提供能在许多过程情况适当工作的模型。

Robust process model recognition in model-based control techniques

A robust method for creating process models for generating controllers (such as generating MPC controllers), adding noise to process data acquired and used during model generation. In particular, a robust method of creating the process parameters of the model to test the first known input signal or sequence based acquisition process output, adding random noise to the process of data acquisition, and then use the standard or known technique for determining process model based on process data acquisition. With the current focus on cleaning up the elimination of non random noise before the noise generation process model technology, in many cases, adding zero mean random noise to the process data enables not to in other ways of obtaining model parameter convergence in the case of the generation of an acceptable parametric process model. In addition, confidence intervals for the process models created by this technique are generally wide, so that models that work in a number of process situations can be provided without the need to manually or graphically change the model.

【技术实现步骤摘要】

本公开总地涉及过程控制系统，尤其涉及用于高级控制例程的过程模型开发，比如用在过程控制系统中的模型预测及神经网络控制例程的过程模型开发。
技术介绍
过程控制系统-如用于化学、石油或其它过程的分布式过程控制系统或可定标过程控制系统-典型地包括一个过程控制器或多个过程控制器，过程控制器通过模拟总线、数字总线或模拟/数字混合总线彼此通信相连，通信连接至最少一个主机或操作员工作站及一个或更多现场设备。现场设备可能是阀、阀定位器、开关及变送器(例如温度传感器、压力传感器及流率传感器)，它们在过程中发挥功能，如开启或关闭阀及测量过程参数。过程控制器接收显示现场设备所作的过程测量及/或其它与现场设备有关的信息的信号、并使用这些信息来实施控制例程，然后产生控制信号并通过总线传送至现场设备，以控制过程的操作。来自现场设备及控制器的信息典型地用于由操作工作站执行的一项或多项应用，以使操作员能履行任何涉及过程的、需要的功能，比如检视过程的目前情况、修改过程操作、等等。在过去，传统现场设备的用途是通过一条模拟总线或多条模拟线、将模拟(如4-20mA)信号发送至过程控制器和从过程控制器接收模拟(如4-20mA)信号。这些4-20mA信号本质上是有限信号，这是由于它们表示设备进行的测量、或表示由控制器产生的需要控制设备操作的控制信号。然而，最近，包括微处理器及内存的智能现场设备在过程控制行业已经很普遍。除了在过程中履行一项基本功能外，智能现场设备存储与设备有关的数据、以数字格式或数字及模拟混合格式与控制器及/或其它设备进行通信，以及履行多项次要任务，如自校准、识别、诊断、等等。许多标准及公开的智能设备通信协议，如HART(可寻址远程传感器高速通道)协议、PROFIBUS(过程现场总线)协议、WORLDFIP(工厂仪表世界协议)、Device-Net(设备网)协议及CAN(控制器局域网络)协议已经被开发，以便使不同生产商制造的智能现场设备可以在同一过程控制网络内一起使用。此外，过程控制行业内已经采取了分散过程控制功能的行动。例如Fieldbus Foundation(现场总线基金会)公布的、被称为FOUNDATIONTMFieldbus(基金会现场总线)(下文中简称Fieldbus)协议的全数字、双线总线协议，利用位于不同现场设备的功能块来执行过去是在一个集中式控制器内执行的控制操作。明确地说，每个Fieldbus现场设备都能包含及执行一个或更多功能块，而每个功能块都从其它功能块(在同一设备内或在不同设备内)接收输入及/或向其它功能块提供输出，而且每个功能块都执行一些过程控制操作，例如测量或检测过程参数、控制设备或执行控制操作，如执行比例积分微分(PID)控制例程。同一过程控制系统内的不同功能块的配置使它们可以与每一功能块通信(例如通过总线)，以形成一个或更多过程控制回路，其个别操作散布于过程的全部，因此其过程控制功能是分散的。过程控制器典型地被编程为过程定义的、或包含于过程内的多个不同回路(例如流率控制回路、温度控制回路、压力控制回路、等等)的每一回路执行不同算法、子例程或控制回路(这些都是控制例程)。一般而言，这些控制回路中的每种控制回路都包括一个或更多诸如模拟输入(AI)功能块之类的输入块、诸如比例积分微分(PID)控制功能块或模糊逻辑控制功能块之类的单输出控制块，和诸如模拟输出(AO)功能块的单输出块。这些控制回路典型地执行单输入单输出控制，因为控制块生成一个单输出，用于控制一个单过程输入，如阀位置等等。然而，在某些情况下，使用多个独立操作的单输入单输出控制回路并不是很有效；这是由于被控制的过程变量受到超过一个单过程输入的影响，而且每一过程输入事实上可能影响许多过程输出的状态。在这些情况下，使用单输入单输出控制回路可能造成过程输出振荡而一直不能达到稳态条件-这是不合要求的。模型预测控制(MPC)或其它类型的高级控制在过去曾在这类情况下被用于执行控制。一般而言，模型预测控制是一个多输入多输出控制策略，其测量改变多个过程输入中的每一过程输入对多个过程输出中的每一过程输出产生的效果，而这些所测量的响应接着被用于建立过程模型。过程的模型被数学求逆，然后被用于多输入多输出控制器内，并基于对过程输入的改变控制过程输出。在有些情况下，过程模型包括或开发自每一过程输入的一条过程输出响应曲线，这些曲线例如可以基于一系列被传送到每一过程输入的伪随机阶跃变化而创建。这些响应曲线可以以已知方式用于对该过程建模。模型预测控制在所属
广为人知，因此，对其细节，本文将不作描述。然而，模型预测控制在Qin，S.Joe及Thomas A.Badgwell于1996年美国化学工程师学会大会(AIChE Conference)发表的“An Overview of IndustrialModel Predictive Control Technology”(工业模型预测控制技术综述)中被一般地描述。此外，诸如MPC控制例程之类的高级控制例程的生成和使用已经被结合到过程设备的控制器构建过程中。例如Wojsznis等人拥有的、标题为“Integrated Advanced Control Blocks in Process Control Systems”(过程控制系统中的综合高级控制块)的美国6,445,963号专利(其公开在此通过引用明确地被并入本专利)公开一种使用在配置过程设备时从过程设备采集的数据产生诸如高级控制器(例如MPC控制器或神经网络控制器)的高级控制块的方法。更特别的是，美国6,445,963号专利公开一种配置系统，这种配置系统使用一种特定的控制范例(如Fieldbus范例)、以一种与其它控制块的创建及下载结合的方式、在过程控制系统内创建高级多输入多输出控制块。在这个实例中，通过创建拥有分别连接到过程输出及输入的期望输入及输出的控制块来启动高级控制块，用于控制过程。控制块包括数据采集例程及与数据采集例程相关的波形发生器，而且控制块可能有未调谐或未开发的控制逻辑-因为这个逻辑缺少调谐参数、矩阵系数或其它需要实施的控制参数。控制块置于过程控制系统内，其所定义的输入及输出在控制系统内通信连接，两者的连接方式为如果高级控制块被用于控制过程，则这些输入及输出将被连接。接着，在测试程序中，控制块使用特别为开发过程模型而设计的波形发生器生成的波形、系统地通过控制块输出干扰每一过程输入。然后，通过控制块输入，控制块对有关每一过程输出对传送到每一过程输入的每一生成波形的响应的数据采集进行协调。这个数据可能被送到历史数据库以进行储存。在为每对过程输入/输出采集足够数据后，通过利用例如任何已知的或需要的模型生成例程，运行过程建模程序，其中根据采集的数据产生一个或更多过程模型。作为这个模型确定例程的一部分，模型参数确定例程开发将用于控制过程的控制逻辑所需要的模型参数，例如，矩阵系数、死区时间、增益、时间常数、等等。控制逻辑参数及(如果需要)过程模型接着被下载到控制块，以完成高级控制块的构成，所以，高级控制块与其中的模型参数及/或过程模型可以用于控制过程。虽然这种在同一过程设备中生成和下载过程控制器的技术颇为有用，但是这种技术的缺点是，它严本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为过程生成过程模型的方法，包括：　　　　从过程采集指示过程操作的过程数据；　　　　将噪声添加到所述过程数据，以生成条件过程数据；以及　　　　根据所述条件过程数据确定过程模型。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉K沃伊斯尼斯，阿希什梅赫塔，迪尔克蒂勒，
申请(专利权)人：费舍柔斯芒特系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]