[其他]特性曲線識別自校正控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000002894
• 申請日: 1985-04-15
• 公開（公告）號: CN1003402B
• 公開（公告）日: 1989-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯瑪斯
• 申請（專利權(quán)）人: 福克斯保羅公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 許新根

本發(fā)明提供一種用于過程控制的模式識別自校正控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)從過程變量的測量值與設(shè)定值之差導出誤差信號，并至少包含誤差信號的一個峰值，從而識別誤差信號的特征，以便當該過程受到干擾或改變設(shè)置點時，該控制器能以最短的時間使之恢復到最佳狀態(tài)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，該控制器是用比例－積分－微分（ＰＩＤ）方式設(shè)計的，其Ｐ、Ｉ、Ｄ系數(shù)是根據(jù)誤差信號的阻尼、超調(diào)和周期計算出來的。

一般說地說，本發(fā)明涉及用于控制過程的自適應(yīng)控制器，更具體地說，是涉及特性曲線識別型自校正控制器，其控制器的工作參數(shù)根據(jù)實際的過程狀態(tài)與所要求的過程狀態(tài)之間差別而自動改變，使得控制器特性基本上與過程動態(tài)特性相匹配。

在典型的控制環(huán)路中，控制器與一個過程相耦合，并且測量諸如溫度、流量或水位等過程控制變量，然后以信號形式反饋到該控制器，控制器將該信號與作為設(shè)定值的期望值進行比較。各種控制器部件響應(yīng)誤差信號產(chǎn)生一個調(diào)節(jié)該過程的控制信號，使過程控制變量保持為期望值。如同我們能夠理解的那樣，控制器特性基本上與過程的動態(tài)相適應(yīng)，使得在該過程受到干擾或突然改變設(shè)定值時，整個控制環(huán)路基本上保持在其最佳狀態(tài)是較為有利的。

特性曲線識別型自校正控制器自動地調(diào)整控制器的工作參數(shù)，使得控制器特性按需要改變，以保持控制環(huán)路處于其最佳狀態(tài)。眾所周知，特性曲線識別是一種用手動調(diào)節(jié)控制器工作參數(shù)的公知技術(shù)。一般來說，在穩(wěn)態(tài)模式下工作的控制系統(tǒng)受到干擾，檢測其響應(yīng)的特性曲線，然后由操作人員將該特性曲線與所期望的特性曲線相比較并修正控制器的設(shè)定參數(shù)，使這兩個特性曲線基本上一致。所以，如果在具備有關(guān)該過程的必不可少的經(jīng)驗和/或知識，以建立控制器工作參數(shù)之前需經(jīng)過許多次嘗試的話，校正因而是相當耗時并且費力的。

此外，由于控制器的各種設(shè)定值是針對特定的裝置和工作條件范圍的，所以，需要手動重新調(diào)整以補償工作條件的改變，工作條件的改變可能是由于設(shè)定點的修正，過程負載干擾，或控制系統(tǒng)設(shè)備的壽命、磨損和受腐蝕所引起的。為了提供一種能省去并代替技術(shù)熟練的操作員繁重的手動調(diào)整的自適應(yīng)控制器已經(jīng)做出了種種努力，但收效甚微。

為了在許多方面的應(yīng)用，描述控制環(huán)路動態(tài)特性的方程是相當復雜的，以致于很難從分析上確定要實現(xiàn)所希望的理想特性曲線應(yīng)采用什么工作參數(shù)。所以，分析解經(jīng)常是根據(jù)減小工作條件范圍或減少無需人介入而控制的過程應(yīng)用數(shù)目的簡化的假定。

在授與E.H.Bristol的并轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國專利No.3，798，426中，公開了具有不需操作員而能進行校正的一種特性曲線判別自適應(yīng)控制器，如在該專利中所述的，被控制的過程從諸如局部干擾或設(shè)定值的變化之類的失常中恢復過來時，根據(jù)Bristol的方案制造的控制器檢驗過程控制變量的起始恢復特性，然后計算各種求值時間間隔。過程控制變量對其希望值的偏離先被在各求值間隔上積分并合并從而產(chǎn)生積分的誤差。根據(jù)積分誤差的大小，按該過程下次受到干擾時，能保證最佳控制作用的要求改變控制器的工作參數(shù)。

但是，初始恢復特性與有關(guān)的求值間隔的大小之間的關(guān)系對整個工作狀態(tài)并非總是保持不變。雖然Bristol提出的控制器適用于控制復雜的非線性過程，但在需要操作員改變確定求值間隔所采用的準則之間，能控制的狀態(tài)數(shù)目有限制。

因此，需要一種改進的自適應(yīng)控制器，可以適用于寬的工作條件和/或應(yīng)用范圍。此外，要求將操作員的工作取消或減至最小，尤其是在操作員面臨生命危險的情況下。

一種新型的、改進的自校正控制器克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的控制環(huán)路和控制器的缺點。該自校正控制器包括用于至少測量過程控制變量特性的兩個特征的檢測器，該特性是當該過程在工作條件受到一個干擾而正起反應(yīng)時產(chǎn)生的。還包括響應(yīng)于兩個特征和按要求改變控制器的工作參數(shù)的連接到檢測器輸出端上的適配器，使得在以后的干擾或變化施加于該過程時，控制環(huán)路的響應(yīng)將符合規(guī)定的性能標準。

在本發(fā)明的最佳實施例中，控制器為比例一積分一微分（PID）型。當控制器進入控制操作時，檢測到超過以噪聲帶為基準的規(guī)定值的誤差信號峰值，并用其計算控制環(huán)路的閉環(huán)響應(yīng)的阻尼和超調(diào)特征。根據(jù)超調(diào)和阻尼特征的計算值與期望值之差，按照需要改變PID系數(shù)。對預(yù)適應(yīng)模式有一定措施，其中包括控制器評價控制環(huán)路的開環(huán)響應(yīng)，確定PID系數(shù)的初始值，與該過程近似時間周期有關(guān)的最大等待時間和噪聲頻帶。