过程控制器的无模型自适应制造技术

自适应过程控制器驱动过程变量基本上等效于设置点并根据无模型自适应自适应控制器增益、控制器复位、和／或控制器速率。该自适应控制器组合由振荡指数计算的控制器增益与由稳态估算计算的控制器增益，并通过迫使控制器比例、积分或微分的两个的比率等于预定值自适应控制器复位／速率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Model free adaptive control of process controllers

The adaptive process controller drives the process variables essentially equivalent to the set point and is based on the model free adaptive adaptive controller gains, controller reset, and / or controller rates. Estimate controller gain calculation of controller gain of the adaptive controller is calculated by the combination of oscillation index and the steady state, and the ratio of the two force controller, proportional integral or differential is equal to a predetermined value adaptive controller reset / rate. \ue5cf

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及过程控制器的自适应，并且更具体地涉及过程控制器的无模型自适应，诸如响应于加载分配或设置点改变的PID控制器和模糊逻辑控制器。
技术介绍
对于使用诸如比例-积分(PI)控制器、比例-积分-微分(PID)控制器或模糊逻辑控制器(FLC)之类的过程控制器控制过程，使得保持过程变量等于期望设置点值是已知的。这些过程控制器一般利用诸如控制器增益、控制器积分时间(称为复位)和微分时间(称为比率)的一组控制参数，已经按期望的方式产生这些控制参数控制过程变量。但是，作为过程操作，自适应控制参数调节在过程或设置点的变化、或者根据观察到的操作参数优化控制器一般是有用的和有时需要的。无模型自适应过程控制器使用一般的闭环控制器响应于自适应和响应于设置点变化或负载振动。在一个无模型自适应过程控制器的例子中，系统测量振荡周期并检测实际的阻尼和误差信号的过调量。如果不存在误差信号的振荡，比例增益参数控制增加并积分和微分时间控制参数降低。如果检测到误差信号的振荡，则测量振荡的阻尼和过调量，并且相应地调节增益、控制器积分时间和微分时间。虽然这个例子中无模型自适应方法是简单的，但是已经显示出某些缺陷。具体地，这种方法仅当控制响应是振荡的才是可应用的。如果控制响应不振荡，则控制参数或设置点必须变化，导致振荡迫使自适应。结果，自适应要求多于一组设置点的变化调节过阻尼的控制器，并且另外，控制器被限制在较小的安全范围调节振荡响应。由于认识到无模型自适应控制器与一般基于模型的自适应控制器相比，具有执行少量计算和要求简单算法的潜力，因此已经作出某些尝试，利用无模型自适应控制器克服已认识到的上述缺陷。例如，Marsik.J和Strejc.V在出版物Automatica(第25卷、第2期、第273-277页，1989)发表的文章“Applicationof Identification-Free Algorithms for Adaptive Control”披露了一种示例性无模型自适应PID控制器。在这篇文章中，Marsik和Strejc认识到，在适当调节的控制器中，构成输出的控制器变化的所有控制器的比例、积分、微分项的绝对平均值粗略相等。结果，这篇文章描述了一种调节过程控制器的自适应程序，通过迫使控制参数为使所有个别的比例、积分、或微分项的绝对平均值将相等的值。遗憾的是，由Marsik和Strejc提出的无模型自适应控制器显示出很差的收敛性、有时通过不稳定区、并且对多数过程控制问题无效。再有，由Marsik和Strejc提出的自适应程序也不能支持对诸如模糊逻辑控制器之类的非线性控制器的可应用性。具体地，尽管近10年说明模糊逻辑控制器的优点的文章大量地发表，但是这些控制器付诸工业实用还是微乎其微。使用模糊逻辑控制器相对低的一个原因是调节它们很困难。虽然明显的努力已经集中于调节简单的模糊逻辑控制器，其中控制器定义了在输入端的两个或三个隶属函数和在输出端的类似数量的隶属函数，这里已经不再提到应用无模型自适应方法到模糊逻辑控制器了。
技术实现思路
在本专利技术中描述的无模型自适应控制器减少了以前无模型自适应控制器系统的某些缺陷。例如，这里所描述的系统显示出在进行自适应的控制器参数上较好的收敛性、降低了增益与复位自适应之间的交互作用、允许在满足控制器调节要求方面的灵活性、减少噪声对增益自适应的影响、和工作在具有或小或大的停滞时间的闭环系统中，以及具有可变停滞时间的环路中。另外，所描述的系统降低了经常与调节模糊逻辑控制器相关的困难。附图说明图1是无模型自适应PID过程控制系统的框图；图2是响应于图1系统的变化过程参数的控制器增益和复位自适应的曲线图；图3是响应于图1系统中存在噪声变化过程参数的控制器增益和复位自适应的曲线图； 图4是响应于利用图1的自适应PID过程控制系统的设置点的过程变量变化的曲线图；图5是无模型自适应模糊逻辑控制系统的框图；图6是响应于图5的系统中变化过程参数的控制器输出比例系数和误差比例系数自适应变化的曲线图；图7是作为如图6所示的自适应结果响应于设置点变化的过程变量变化的曲线图；图8是利用图5的自适应模糊逻辑控制系统响应设置点变化的过程变量变化的曲线图。具体实施例方式图1表示一种自适应PID控制系统或调节器的方框示意图，一般由标号10表示。自适应PID控制系统10包括过程控制器12、处理器14、管理器16、激励发生器18、增益自适应块20、复位/速率自适应块22、和如图1所示的通信连接的安全网络块24。在按照标准闭环控制系统操作中，过程输出信号或过程变量PV是从处理器14发送的并且施加到求和块26，用于与设置点SP比较。来自激励发生器18的输出信号如在下面详细描述的那样也可以施加到求和块26。确定为过程变量PV与设置点SP之间差的误差信号被传送到过程控制器12，在这个例子中该控制器可以是任何类型的PID控制器或其变形。在闭环操作中，过程控制器12的输出被施加到求和块28，在该块中可以与从激励发生器18的输出信号进行求和，并且块28的输出作为控制信号OUT被施加到处理器14。按这种方式，根据标准闭环控制原理，过程控制器12根据如下一般方程操作驱动过程变量PV将基本等于设置点SPu(k)=kc(k)----(1)]]>其中u(k)＝在时间k的控制信号OUT；kc(k)＝在时间k的控制器增益；e(k)＝误差信号，在时间k设置点SP与过程变量PV之间的差；TS＝扫描时间间隔； Ti(k)＝复位，或在时间k的控制器的积分时间；Td(k)＝速率，或在时间k的控制器的微分时间；Δe(k)＝在时间k的误差信号的变化，或e(k)-e(k-1)；等效PID控制器可以增量形式表示为Δu(k)=kc(k)----(2)]]>其中Δ2e(k)＝Δe(k)-Δe(k-1)；在时间k的误差信号的变化一般，自适应PID控制系统10自适应控制增益Kc，以及一个或多个控制器参数(即，方程(1)的控制器积分时间和微分时间)。为了自适应控制器Kc，增益自适应块20组合由振荡指数KcOSC计算的控制器增益与由过程稳态增益KcSS估算的控制器增益，确定整个控制器增益Kc，因此产生对噪声低敏感的控制器系统。为了自适应构成按方程(2)输出的控制器变化的项，复位/速率自适应块22自适应诸如复位或速率之类的某些控制器参数，迫使两个或多个控制器项的比率等于预定常数。在操作中，管理器16监视设置点SP和过程变量PV并且在一个或多个预定条件下开始自适应。例如，当误差信号e或误差信号的变化Δe大于预定阈值时，即当下列条件的任何一个或两者都满足时，管理器16可以开始自适应|e(k)|＞Emin(3)或者|Δe(k)|＞ΔEmin(4)其中Emin＝预定的最小误差信号的阈值；和ΔEmin＝误差信号阈值的预定的最小变化。激励发生器18可以进行编程，在预定时间自动地产生自适应，产生按周期时间发生的或当系统已经在稳态操作预定时间量时发生的自适应。为了产生自适应PID控制系统10的自适应，激励发生器18可以自动或者在管理器16的控制下注入控制信号到求和块26和求和块28之一或两者，足以迫使系统中的信号满足上述预定条件的一个或多个并且因此触发自适应过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节过程控制器的调节器，该调节器利用设置点和过程变量产生过程控制信号，该调节器包括：第一模块，产生一个代表设置点与过程变量之间差的误差信号；增益自适应模块，该模块利用误差信号产生用于调节过程控制器的增益，其中增益自适应模块按 照振荡指数增益与由过程稳态增益计算的增益组合计算增益；和第二模块，该模块监视过程变量，检测何时过程变量振荡，并且当检测到过程变量振荡时，修改增益防止过程变量振荡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：WK沃伊斯尼斯，TL布莱文斯，D蒂勒，JA顾达兹，
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]