[發明專利]快速過程模型識別和生成

有效

• 申請號: 201110051830.3
• 申請日: 2011-03-02
• 公開（公告）號: CN102193500A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: M·庫格倫;G·K·麥克米倫
• 申請（專利權）人: 費希爾-羅斯蒙特系統公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05B23/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

相關申請的交叉引用

本申請是常規提交申請并且要求享受2010年3月2日提交的，名為“Rapid?Process?Model?Identification?and?Generation”的第61/309,737號美國臨時專利申請的優先權，并在此將其全文引用作為參考。

技術領域

本發明大體上涉及過程控制系統，更具體地，涉及用于迅速識別和生成過程模型的方法，以用于在諸如工業過程工廠的過程控制系統中的控制和仿真活動。

背景技術

諸如分布式的或可擴展的過程控制系統，例如在化工、石油或其他過程中使用的過程控制系統，通常包括一個或多個過程控制器，這些控制器通過模擬的、數字的或組合的模擬/數字總線通信地耦合到彼此、到至少一個主機或操作者工作站、到一個或多個現場設備。這些現場設備，它們可以是，例如，閥，閥定位器，開關和變送器(例如，溫度、壓力和流速傳感器)，在過程內施行諸如打開和關閉閥和測量過程參數的功能。過程控制器接收表示由現場設備所做的過程測量的信號和/或關于現場設備的其他信息，并且使用這些信息實現控制例程，控制例程隨后產生控制信號，該控制信號通過總線被發送到現場設備以控制過程的操作。來自現場設備和控制器的信息通常能夠被由操作者工作站執行的一個或多個應用使用，以使操作者能夠施行關于此過程的任何期望的功能，例如查看此過程的當前狀態，更改此過程的操作等。

一些過程控制系統，例如由艾默生過程管理出售的系統，使用被稱為模塊的功能塊或功能塊組，其位于控制器中或不同的現場設備中來施行控制操作。在這些情況下，控制器或其他設備能夠包括和執行一個或多個功能塊或模塊，其中的每一個都接收來自其他功能塊(在同一個設備中或在不同的設備中)的輸入和/或提供到其他功能塊的輸出，并施行一些過程操作，諸如測量或檢測過程參數、控制設備或執行控制操作，諸如實現比例微分積分(PID)控制例程。過程控制系統中的不同的功能塊和模塊通常被配置為彼此相互通信(例如，通過總線)以形成一個或多個過程控制回路。

過程控制器通常被編程以用于針對為過程限定的或者包含在過程中的例如流控制回路、溫度控制回路、壓力控制回路等的多個不同回路中的每一個執行不同的算法、子例程或者控制回路。一般來說，每個這樣的控制回路包括一個或多個輸入塊，例如模擬輸入(AI)功能塊，包括單輸出控制塊，例如比例微分積分(PID)或模糊邏輯控制功能塊并包括輸出塊，例如模擬輸出(AO)功能塊。

控制例程，和實現這些例程的功能塊，已經根據很多控制技術配置，控制技術包括PID控制、模糊邏輯控制和例如史密斯預估器或模型預測控制(MPC)的基于模型的技術。在基于模型的控制技術中，在例程中使用的用于確定閉環控制響應的參數是基于對于作為過程的輸入的所控制的或所測量的擾動的變化的動態過程響應?？梢詫^程輸入的變化的過程響應的表示描述為過程模型。例如，一階參數化的過程模型可以指定過程的增益、死區時間、以及主時間常數的值。

MPC，其是一種特別的基于模型的控制技術，包括使用多個被設計為獲取在過程輸入和輸出之間的動態關系的步驟或脈沖響應模型。通過MPC技術，過程模型直接用于生成控制器。當MPC控制器與在過程死區時間、過程延遲等中經歷了大的變化的過程結合使用時，則必須使用模型來自動地再生成該MPC控制器以匹配當前過程條件。在這個情況下，在多個操作條件中的每個條件下相應地識別過程模型。然而，多個過程模型的引入以及需要自動生成控制器的來匹配當前過程條件非期望地增加了過程控制系統的復雜性。

使用自適應控制技術已經將過程模型用于設定PID和其他控制方案的整定參數，其中通常過程模型和用戶選擇的整定規則中的變化導致要更新PID(或其他)控制器的整定。例如，美國專利第7113834號，名為“State?Based?Adaptive?Feedback?Feedforward?PID?Controller”和美國專利第6577908號，名為“Adaptive?Feedback/Feedforward?PIDController”，公開了用于施行自適應控制的過程模型的使用。