[發明專利]集成線性/非線性混合過程控制器

有效

• 申請號: 201280037047.4
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN103842919B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: W·麥克阿瑟;R·斯里尼瓦桑;S·哈利霍爾;M·M·甘達帕;S·K·戴夫;S·蓋夸德;S·K·達什
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 秦琳;徐紅燕

技術領域

公開的實施例涉及反饋控制系統，更具體地涉及針對使用模型預測控制器的過程控制的方法和系統。

背景技術

通常使用過程控制系統來管理處理設施(諸如，制造廠、化工廠和煉油廠)。閥門、泵、電機、加熱/冷卻設備和其它工業設備通常執行在處理設施中處理材料所需的動作。除其它功能之外，過程控制系統常常管理處理設施中的工業設備的使用。

在傳統的過程控制系統中，控制器常常被用來控制處理設施中的工業設備的操作。控制器通常能夠監控工業設備的操作、向工業設備提供控制信號和/或在檢測到故障時生成警報。過程控制系統通常包括一個或多個過程控制器以及輸入/輸出(I/O)設備，其諸如通過模擬和/或數字總線通信地耦合到至少一個工作站以及一個或多個現場設備。現場設備能夠包括傳感器(例如，溫度、壓力和流率傳感器)、以及其它無源和/或有源器件。過程控制器能夠接收過程信息(諸如，由現場設備產生的現場測量結果)以便實現控制例程。然后能夠生成控制信號，并將其發送到工業設備以控制過程的操作。

先進的控制器常常使用基于模型的控制技術來控制工業設備的操作。基于模型的控制技術通常涉及使用經驗模型來分析輸入數據，其中該模型識別應當如何基于所接收的輸入數據來控制工業設備。

模型預測控制器(MPC)依賴于過程的動態模型，最常見的是通過系統識別而獲得的線性經驗模型。該模型被用來關于過程自變量(例如，輸入)的改變來預測動態系統的因變量(例如，輸出)的行為。在化學過程中，自變量最常見的是控制閥門移動的調節控制器的定位點(例如，具有或不具有流量、溫度或壓力控制器級聯的閥門定位器)，而因變量最常見的是過程中的約束(例如，產品純度、設備安全操作限制)。MPC使用模型和當前工廠測量結果來計算自變量的未來移動，其將產生試圖滿足所有自變量和因變量約束的操作。然后MPC發送這組自變量以移動到將在過程中實現的相應的調節控制器定位點。

在特定控制系統中，在操作具有特性上不同的操作工況的不同過程時可能出現困難。例如，一些制造過程(諸如，多變量化學過程)可能需要同時或相繼對線性過程和非線性過程這兩者的控制以用于所需的過程控制。傳統的控制器利用單獨的線性和非線性MPC來處理每個單獨的任務。

發明內容

公開的實施例認識到的是，包括單獨的非線性和線性控制器的傳統的模型預測控制器(MPC)通過增加切換時間來降低整個控制過程的效率，并且可能占用更多的用戶時間。此外，切換可能不是無縫的，這可能導致控制的短暫喪失，這可能影響過程的完整性，諸如導致一個或多個生產損失、不合規格的產品、質量差的產品以及處理設施處的設備上的增加的磨損。

公開的實施例通過取而代之地提供一種包括線性模型和NL模型這兩者的集成混合MPC來解決了包括單獨的非線性(NL)和線性控制器的傳統MPC的問題。此類集成混合MPC允許基于當前模式或物理過程(諸如，由處理設施或工廠運行的制造過程)的操作工況來切換。由于能夠從線性模型和NL模型這兩者同時可得到未來過程參數預測，所以線性和NL控制之間的切換能夠是無縫免碰撞切換，這促進了工廠或其它物理系統的平穩操作，諸如在等級轉變期間以及在等級操作時。

附圖說明

圖1是根據示例實施例的提供線性和NL控制模式之間的切換的示例混合MPC的框圖。

圖2A是示出了根據示例實施例的使用混合MPC來控制物理過程的示例方法中的步驟的流程圖。

圖2B示出了根據示例實施例的受控系統，其包括用于控制處理設施運行制造過程的功能塊和數據流，所述受控系統包括單個用戶界面(UI)，所述用戶界面(UI)包括用于使用所公開的混合MPC在線性和NL控制模式之間進行切換的切換器。

圖3示出了根據示例實施例的基于圖1中所示的混合MPC的示例混合MPC的針對受控變量(CV)和其相應的上限和下限以及作用于該CV的相應的操縱變量(MV)的模擬的響應。

圖4示出了Hammerstein-Wiener(N-L-N)NL結構及其關系。

具體實施方式