包含包括输入状态的受控变量和包括输出状态的控制变量的设备过程的控制系统，所述系统包括： 用来测定至少上述控制变量的传感器装置； 存储至少一个控制变量的上、下限和修正时间常数的存储装置，上述上限和下限限定该控制变量可被接受的范围； 与上述传感器装置和上述存储器装置相连的处理器装置，它包含有描述上述设备过程的模型的数据，所述模型使受控变量的成本与控制变量相关，并根据求解进一步为所述至少一个控制变量提供预计值，所述处理器装置还包括逻辑电路装置，当所述至少一个控制变量的测量值在所述上下限之外时，该逻辑电路装置产生一个信号，以在取得其最低成本的方向上改变所述受控变量，所述受控变量在一个方向上改变以使所述至少一个控制变量的预计值处在所述上下限之内； 响应于所述控制信号的控制信号装置，它用作操作所述设备的装置以控制所述受控变量。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）
Feedback method for controlling nonlinear process
The controlled variables include the input state and control system of equipment process control variables include the output state of the inclusion, the system includes a sensor device for determining at least the control variables; the storage device stores at least one of the upper and lower limits of control variables and modified time constant, the upper and lower limit of the range of control variables acceptable; the processor device is connected with the sensor device and the memory device, it includes the description of the equipment of model data, the model of the controlled variable cost and control variables, providing at least one control variable according to the expected value for the further solution, the processor device including the logic circuit device, when measuring the at least one control variable value beyond the limit in the upper, the. The logic circuit device generates a signal to change the controlled variables in the lowest cost direction, the controlled variable is changed so that the at least one control variable expected value within the limit in one direction; device responsive to the control signal to the control signal. It is used as a device to operate the device to control the controlled variable.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及过程控制系统，更确切地说涉及设备受控变量与设备控制变量之间存在非线性关系的、以模型为基础的反馈控制系统。Prett等人题为”动态矩阵控制方法“的美国专利4,349,869叙述用于生产条件下若干相关过程的控制与最佳化作业的方法和装置。为完成控制动作，使设备的输入变量承受测得的扰动并记录对输出的动态效应，以能预计在线作业中过程的响应。为实施该控制法，Prett等人编制了初始试验阶段中导出的数据表。表中列入不同输入和所产生的输出，在随后设备作业中作为基本参考点。Prett等人的方法特别适合控制线性系统的运行或可模拟成线性的系统的运行。但是，对于非线性设备，尤其是有多种控制和受控变量时，不适合使用他们的方法。一控制变量是设备的一个输出量，它受一个或多个受控变量(例如设备输入量)的变化的影响。动态矩阵控制法在聚合过程上的应用见Peterson等人的“非线性DMC算法及其在半分批聚合反应器上的应用”，Chem.Eng.Science，Vol.47，No.4，pp.737-753(1992)。Peterson等采用了非线性控制器和数字算法求解，但他们的方法在获取控制解中未谋求使输入状态成本趋于最小。Brown等在“限定的非线性多变量控制算法”中(TFans I ChemE，Vol.68(A)，Sept.1990，pp.464-476)叙述一种非线性控制器，它包含有制止控制动作的一规定大小的可接受输出量值。但是，Brown等未试验哪些输入量值能取得最低成本而又能实现输出控制。以往的技术专利对于使用同时采取线性和非线性表达式建立控制和受控变量关系的、以模型为基础的控制系统很有教益。Axelby等的美国专利4,663,703介绍一种参考预计模型控制器，它采用一分系统脉冲模型模拟和预计未来输出。系统有一增益可调的反馈与控制回路，经调整该回路使动态系统即使在其动态特性变化时看来仍具有恒定特性。Beauford等的美国专利5,260,865叙述用于蒸馏工艺的、以非线性模型为基础的控制系统，它采用一非线性模型计算生产过程中的蒸气和馏分的流量。Sanchez(4,358,822)叙述一种自适应预计控制系统，它由一模型确定将用于一过程的控制矢量，使过程的输出在未来一瞬间处在所要求的值上。在实时的基础上对模型参数作了修正，使输出矢量逼近实际过程矢量。Sanner等的美国专利5,268,834采用神经网络构成控制用的设备模型。设备的操作为一动态非线性过程并包含有多个操作与控制变量时，将以模型为基础的控制系统推广到设备操作上并不是一个简单问题。到目前为止，容量和成本合理的过程控制计算机不足以处理这些动态设备工艺产生的许多联立议程的求解。已发展了参考合成技术(reference synthesis techniques)应用于非线性控制问题(例如pH值控制问题)。希望一非线性生产系统遵从一参考轨线，并且一旦设备延迟中止时达到符合一次或二次轨线的一设定点。Bartusiak等在“参考系合成法设计的非线性前馈/反馈控制结构”中(Chemical Engineering Science，Vol，44，No.9，pp.1837-1851(1989))介绍一种可应用于高度非线性生产作业的控制方法。Bartusiak等基本上阐述由一组微分方程控制的设备。一闭环控制系统的所需特性被描述成一组可设计成非线性的积分微分方程。所需特性称为参考系。Bartusiak等通过调整受控变量使系统特性尽可能近似于参考系而取得所需闭环特性。使开环系统与所需闭环系统相等同或通常通过最大限度减小两系统之间的差别来确定受控变量的作用。这样就确定了所需设备特性。控制变量与一调谐参数一并确定，该参数控制控制变量达到设定点的速率。更具体地说，设定所需设备输出参数在控制阶段控制系统达到所需输出参数的速率由调谐参数确定。因此是引起控制功能使输出达到规定参数值而并未考虑受控变量的成本函数。这一结果未考虑受控变量成本的变化。该变化不但能作有效的设备操作控制，而且还能最大限度降低成本。因此，本专利技术的目的在于提供一种用于非线性过程控制的一种改进方法，该法能将调谐参数应用于控制变量。本专利技术的另一目的是提供一种控制非线性过程的改进方法，该控制方法能降低控制变量输入成本而同时取得所需控制变量。一系统用于控制包括受控变量(例如输入状态)和控制变量(例如输出状态)的过程。该系统中有测量控制变量的传感器电路和用于存储修正时间常数和至少一个控制变量的上下限值的存储器。上、下限限定一个控制变量的可被接受的范围。一处理器包含有描述一过程模型的数据，该模型使受控变量的成本与控制变量相关，并根据求得的解为一个控制变量提供预计值。处理器内的逻辑电路响应于处在上下限以外的一控制变量的测量值，确定使该控制变量的预计值返回到可接受的范围内的最低成本受控变量。可根据处理器信号操作设备内的仪器以改变受控变量(和输入状态)。附图说明图1本专利技术所用系统的框图。图2本专利技术所用控制功能示意3、4可用来理解本专利技术运作的流程图。在本专利技术后面的叙述中将使用以下术语过程模型一过程模型确定了设备系统的运行，它在一连续时间范畴内以代数方程和微分方程的形式表述。受控变量离散化操作步骤为离散的时间变量。采用零阶保持函数来提供用于过程模型中的离散操作步骤变量。参考轨线参考轨线规定控制器的性能，作为控制变量的响应速率。目标函数目标函数定义最佳控制性能。目标函数包括偏离控制设定点的代价和经济成本(利润)函数。受控变量极限设定受控变量极限来反应辅助控制器的极限或状态，诸如范围极限、设定点极限和防终止(anti wind-up)条件。反馈反馈在参考轨线中用作一偏置值，它表示过程测量结果与模型预计值之间的差。状态估计过程模型状态和输出的预计，在每一控制器扫描时根据来自操作与前馈变量的当前值和前一控制器扫描时间内导出的预计值通过动态模型的积分而产生。起始化控制点输出的起始化系通过读取每次扫描时的当前控制变量值和提供作为这些值的增量的控制器变化(controller moves)来完成。当控制器程序运行时(闭环或开环)，模型的状态和输出在前一控制器扫描中预计的值上起始。首次接通程序时，通过对静态模型求解当前操作和前馈值对模型状态和输出进行起始化。由图1可见，一利用数字计算机的控制系统监控设备12中出现的过程。过程数值馈送给数字控制系统10内的非线性控制器14。过程模型16存储在数字控制系统10内并呈现为一系列非线性方程，向非线性控制器14提供一参考系。多个控制参数18制约着非线性控制器14导出的控制数值。将过程数值的测量结果与由求解模型16(结合控制参数18)导出的预计值相比较而导出修正值并用作设备12的控制输入。在图2中，非线性控制器14包含动态过程模型16，它为系统受控变量、独立变量和偏置值的变化确定过程状态的变化速率。非线性控制器14还包括一个或多个调谐值用来确定闭环过程的响应特性。确切地说，每一过程响应特性确定了响应于受控变量变化的控制变量应遵从的轨线。最佳化功能块19确定了在给定测量值与过程模型16导出的预计值之差时达到所要求的响应轨线的最小受控变量成本。下面将说明非线性控制器14为设备12的一个或多个变量(例如输出)建立极本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：雷蒙德·多那尔德·巴图夏克，罗伯特·威廉姆·富台那，
申请(专利权)人：埃克森美孚化学专利公司，
类型：发明
国别省市：
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