[發(fā)明專利]一種通過單變量控制單元達成多變量控制的控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410281718.2
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN105278359B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇鴻德
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇鴻德
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 王立民;張應(yīng)

一種通過單變量控制單元達成多變量控制的控制器，其包含一控制單元、至少一變量、一動態(tài)偏離因子單元及一補償單元。控制單元依據(jù)一測量訊號與一參考訊號而得到一輸出訊號，輸出訊號送到一程序中以使測量訊號趨近參考訊號。變量是程序中可影響測量訊號或受該控制單元影響的訊號。動態(tài)偏離因子單元依據(jù)變量的一短時間均值與一長時間均值而得到變量的一動態(tài)偏離因子。補償單元將動態(tài)偏離因子補償?shù)綔y量訊號、參考訊號或輸出訊號，而得到對應(yīng)的補償訊號。該補償訊號取代對應(yīng)的測量訊號、參考訊號或輸出訊號以對程序進行控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明關(guān)于一種控制器，特別關(guān)于一種通過單變量控制單元達成多變量控制的控制器。

背景技術(shù)

圖1為一種動態(tài)程序(Dynamic Process，或制程)的示意圖。在圖1所示的動態(tài)程序中有三個或更多個模擬程序變量(Process Variable，PV)，每個程序變量會隨著時間而改變，變量與變量間也會有不同的相互影響關(guān)系。其中至少有一個是獨立變量(IdependentVariable)和一個依賴變量(Dependent Variable)。

如圖2所示，為了控制其中一個依賴變量而將其定義為被控制變量(ControlledVariable，CV)并加入一個例如單變量控制器(Single-Input Single-Output，SISO)的控制單元101，便形成一個控制回路(Control Loop)，如此，動態(tài)程序還包含控制單元。可通過動態(tài)程序中的獨立變量(或稱操作變量(Manipulated Variable，MV))對被控制變量的影響，將被控制變量控制在特定參考值或設(shè)定值(Reference or Setpoint，SP)的范圍內(nèi)。圖2中實線代表控制單元的輸出入訊號與方向，細(xì)虛線代表變量間確定的相互影響關(guān)系，粗虛線代表變量間可能的相互影響關(guān)系，箭頭方向代表相互影響關(guān)系的方向。

由于技術(shù)成熟以及簡易通用性與價格考慮，一般工業(yè)程序都是使用單變量控制器。然而，一般的程序中大部分都有兩個或更多的程序變量，因此除了簡單獨立式的單變量控制策略外，在先前技術(shù)中也有許多不同的方法，可以將單變量控制器擴展成適用于多變量環(huán)境中，以達到更好的控制效果。例如獨立式的單變量控制策路(Single LoopControl)、串級式的單變量控制策略(Cascade Control)、前饋式的單變量控制策略(Feedforward Control)及多變量控制策略(Multi-Variable Control)等。在現(xiàn)有技術(shù)中的控制策路通常需要使用到多個單變量控制器，每一個單變量控制器對應(yīng)一個被控制變量(即每一單變量控制器的MV與CV自成一個回路)，因而，只能提供單一的控制功能，并無法利用到其余的程序變量來協(xié)助控制。

因此，如何提供一種通過單變量控制單元達成多變量控制的控制器，特別是僅利用單變量控制器便可達到多變量或多功能控制的控制效能，實為當(dāng)前重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一目的在于提供一種通過單變量控制單元達成多變量控制的控制器，該控制器可以將控制回路以外的程序變量很輕易地導(dǎo)入到動態(tài)程序的控制回路中，而不需修改或調(diào)整控制參數(shù)，便可將任何一個單變量控制器變成一個性能優(yōu)越的多變量或多功能控制器。

為達上述目的，依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的控制器包含一控制單元、至少一變量、至少一動態(tài)偏離因子單元以及一補償單元。該控制單元依據(jù)一測量訊號與一參考訊號而得到一輸出訊號，該輸出訊號送到該程序以使該測量訊號改變。該變量是程序中可影響該測量訊號或受該控制單元影響的其中一個訊號。該至少一動態(tài)偏離因子單元依據(jù)該變量的一短時間均值與一長時間均值而得到該變量的一動態(tài)偏離因子(Dynamic Offshoot Factor，DOF)。該補償單元將該動態(tài)偏離因子補償?shù)皆摐y量訊號、該參考訊號與該輸出訊號的其中一個，而得到對應(yīng)的一補償訊號，該補償訊號取代該相對應(yīng)的測量訊號、該參考訊號或該輸出訊號，以對該控制單元進行控制。

在一實施例中，該控制單元為一單變量控制器或一多變量控制器中的一個單變量控制單元。