[發(fā)明專利]過程控制器的無模型自適應(yīng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810083292.4
• 申請日: 2002-07-12
• 公開（公告）號: CN101241353A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W·K·沃伊斯尼斯;T·L·布萊文斯;D·蒂勒;J·A·顧達(dá)茲
• 申請（專利權(quán)）人: 費(fèi)舍－柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02;G05B11/42
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 陳煒

本申請是申請人于2002年7月12日提交的、申請?zhí)枮椤?2128601.9”的、發(fā)明名稱為“過程控制器的無模型自適應(yīng)”發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及過程控制器的自適應(yīng)，并且更具體地涉及過程控制器的無模型自適應(yīng)，諸如響應(yīng)于加載分配或設(shè)置點(diǎn)改變的PID控制器和模糊邏輯控制器。

背景技術(shù)

對于使用諸如比例-積分(PI)控制器、比例-積分-微分(PID)控制器或模糊邏輯控制器(FLC)之類的過程控制器控制過程，使得保持過程變量等于期望設(shè)置點(diǎn)值是已知的。這些過程控制器一般利用諸如控制器增益、控制器積分時(shí)間(稱為復(fù)位)和微分時(shí)間(稱為比率)的一組控制參數(shù)，已經(jīng)按期望的方式產(chǎn)生這些控制參數(shù)控制過程變量。但是，作為過程操作，自適應(yīng)控制參數(shù)調(diào)節(jié)在過程或設(shè)置點(diǎn)的變化、或者根據(jù)觀察到的操作參數(shù)優(yōu)化控制器一般是有用的和有時(shí)需要的。

無模型自適應(yīng)過程控制器使用一般的閉環(huán)控制器響應(yīng)于自適應(yīng)和響應(yīng)于設(shè)置點(diǎn)變化或負(fù)載振動(dòng)。在一個(gè)無模型自適應(yīng)過程控制器的例子中，系統(tǒng)測量振蕩周期并檢測實(shí)際的阻尼和誤差信號的過調(diào)量。如果不存在誤差信號的振蕩，比例增益參數(shù)控制增加并積分和微分時(shí)間控制參數(shù)降低。如果檢測到誤差信號的振蕩，則測量振蕩的阻尼和過調(diào)量，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)增益、控制器積分時(shí)間和微分時(shí)間。

雖然這個(gè)例子中無模型自適應(yīng)方法是簡單的，但是已經(jīng)顯示出某些缺陷。具體地，這種方法僅當(dāng)控制響應(yīng)是振蕩的才是可應(yīng)用的。如果控制響應(yīng)不振蕩，則控制參數(shù)或設(shè)置點(diǎn)必須變化，導(dǎo)致振蕩迫使自適應(yīng)。結(jié)果，自適應(yīng)要求多于一組設(shè)置點(diǎn)的變化調(diào)節(jié)過阻尼的控制器，并且另外，控制器被限制在較小的安全范圍調(diào)節(jié)振蕩響應(yīng)。

由于認(rèn)識到無模型自適應(yīng)控制器與一般基于模型的自適應(yīng)控制器相比，具有執(zhí)行少量計(jì)算和要求簡單算法的潛力，因此已經(jīng)作出某些嘗試，利用無模型自適應(yīng)控制器克服已認(rèn)識到的上述缺陷。例如，Marsik.J和Strejc.V在出版物Automatica(第25卷、第2期、第273-277頁，1989)發(fā)表的文章“Application?of?Identification-Free?Algorithms?for?Adaptive?Control”披露了一種示例性無模型自適應(yīng)PID控制器。在這篇文章中，Marsik和Strejc認(rèn)識到，在適當(dāng)調(diào)節(jié)的控制器中，構(gòu)成輸出的控制器變化的所有控制器的比例、積分、微分項(xiàng)的絕對平均值粗略相等。結(jié)果，這篇文章描述了一種調(diào)節(jié)過程控制器的自適應(yīng)程序，通過迫使控制參數(shù)為使所有個(gè)別的比例、積分、或微分項(xiàng)的絕對平均值將相等的值。

遺憾的是，由Marsik和Strejc提出的無模型自適應(yīng)控制器顯示出很差的收斂性、有時(shí)通過不穩(wěn)定區(qū)、并且對多數(shù)過程控制問題無效。再有，由Marsik和Strejc提出的自適應(yīng)程序也不能支持對諸如模糊邏輯控制器之類的非線性控制器的可應(yīng)用性。

具體地，盡管近10年說明模糊邏輯控制器的優(yōu)點(diǎn)的文章大量地發(fā)表，但是這些控制器付諸工業(yè)實(shí)用還是微乎其微。使用模糊邏輯控制器相對低的一個(gè)原因是調(diào)節(jié)它們很困難。雖然明顯的努力已經(jīng)集中于調(diào)節(jié)簡單的模糊邏輯控制器，其中控制器定義了在輸入端的兩個(gè)或三個(gè)隸屬函數(shù)和在輸出端的類似數(shù)量的隸屬函數(shù)，這里已經(jīng)不再提到應(yīng)用無模型自適應(yīng)方法到模糊邏輯控制器了。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明中描述的無模型自適應(yīng)控制器減少了以前無模型自適應(yīng)控制器系統(tǒng)的某些缺陷。例如，這里所描述的系統(tǒng)顯示出在進(jìn)行自適應(yīng)的控制器參數(shù)上較好的收斂性、降低了增益與復(fù)位自適應(yīng)之間的交互作用、允許在滿足控制器調(diào)節(jié)要求方面的靈活性、減少噪聲對增益自適應(yīng)的影響、和工作在具有或小或大的停滯時(shí)間的閉環(huán)系統(tǒng)中，以及具有可變停滯時(shí)間的環(huán)路中。另外，所描述的系統(tǒng)降低了經(jīng)常與調(diào)節(jié)模糊邏輯控制器相關(guān)的困難。

具體來說，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)過程控制器的調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器利用設(shè)置點(diǎn)和過程變量產(chǎn)生過程控制信號，該調(diào)節(jié)器包括：第一模塊，產(chǎn)生一個(gè)代表設(shè)置點(diǎn)與過程變量之間差的誤差信號；增益自適應(yīng)模塊，該模塊利用誤差信號計(jì)算用于調(diào)節(jié)過程控制器的比例項(xiàng)、控制器積分時(shí)間和微分項(xiàng)的至少兩個(gè)，其中增益自適應(yīng)模塊計(jì)算比例、積分和微分項(xiàng)中的第一和第二項(xiàng)，使得在第一項(xiàng)中的變化與第二項(xiàng)中的變化的比率等于預(yù)置常數(shù)；和第二模塊，該模塊監(jiān)視過程變量以檢測何時(shí)過程變量振蕩，并且當(dāng)檢測到過程變量振蕩時(shí)，修改至少比例項(xiàng)、控制器積分時(shí)間、和微分項(xiàng)之一，防止過程變量振蕩。