[發(fā)明專利]具有用以補償模型失配的可調(diào)節(jié)積分分量的模型預(yù)測控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610139423.0
• 申請日: 2010-02-02
• 公開（公告）號: CN105589448A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·蒂勒
• 申請（專利權(quán)）人: 費希爾-羅斯蒙特系統(tǒng)公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 曹雯

相關(guān)申請

本申請是根據(jù)美國臨時專利申請No.61/149,147的正式提交的申請，并要求其優(yōu) 先權(quán)以及其申請日的權(quán)益，上述臨時申請名稱為"ModelPredictivecontrollerwith TunableIntegralComponenttoCompensateformodelmismatch"提交于2009年2月2 日，其全部的公開內(nèi)容特此明確地以引用方式包括于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及過程控制，該過程控制可以執(zhí)行于例如工業(yè)過程工廠中，以及，更具體 地，涉及一種使用用以補償模型失配的可調(diào)節(jié)積分分量的改進的模型預(yù)測控制器，從而在 存在模型失配時提供更好的模型預(yù)測控制器運行。

背景技術(shù)

過程控制硬件和軟件是化學(xué)，制藥和精煉工業(yè)的幾乎所有設(shè)施的主要組件，并且 是全球范圍內(nèi)的數(shù)十億美元的業(yè)務(wù)。雖然在任何具體情況中獲得最佳的可能控制在過去一 直不是重點關(guān)注的，但是近年來，新的工廠，例如工業(yè)過程工廠，都有意識地被更多地設(shè)計 為具有可控性和可優(yōu)化性。而且，許多現(xiàn)有的過程工廠都以此目標(biāo)而被改造。這種改造不僅 包括所安裝的硬件的幾何構(gòu)型的改造，例如反應(yīng)器，罐，管道等的位置，而且還包括用于執(zhí) 行過程控制的控制，監(jiān)視以及測量單元的位置和類型的改造。隨著自然資源的成本以及與 排放相關(guān)的實際成本的增長，能源消費也已經(jīng)成為工廠設(shè)計中的一個重要因素。

結(jié)合控制器再調(diào)節(jié)或者模型調(diào)度(scheduling)，控制性能監(jiān)視能顯著地提高工業(yè) 工廠的效率，以及因此每年節(jié)省數(shù)百萬美元。另一種近年來越來越受歡迎的技術(shù)是異常情 況監(jiān)測和預(yù)防(AbnormalSituationPrevention，ASP)。在一些情況下，現(xiàn)代設(shè)備和控制系 統(tǒng)設(shè)計包括新的傳感器以及可預(yù)測潛在故障或者預(yù)定需要的維護周期的嵌入式統(tǒng)計算法。 這些預(yù)測維護系統(tǒng)能夠顯著地增加工廠運行的正常工作時間并防止代價昂貴且危險的意 外停機的表現(xiàn)。而且，這些技術(shù)的可靠性在過去十年中大大提高，導(dǎo)致工廠效率得以提高。

作為這些努力的一部分，一類預(yù)測控制技術(shù)，通常稱為模型預(yù)測控制(model predictivecontrol,MPC)技術(shù)，自大約25年前最初被開發(fā)并應(yīng)用后在工業(yè)中獲得了顯著 的接受。通常而言，MPC指一類控制算法，該算法通過利用過程模型(在性質(zhì)上典型地為線 性)計算被操縱變量信息(profile)以在受約束條件下，在未來時間域上優(yōu)化線性或者二次 開環(huán)性能目標(biāo)。然后在該過程中實現(xiàn)這種開環(huán)的、優(yōu)化的被操縱變量信息的啟動，并且在每 個控制間隔或者控制器周期重復(fù)該流程以執(zhí)行過程控制。過程測量被用以更新運行中的控 制期間中的優(yōu)化問題。該類控制算法也稱作滾動層(recedinghorizon)控制或者移動層控 制。

然而，由于其復(fù)雜性，MPC已確立其地位主要在于高端控制界，以及因此MPC配置通 常被控制專家所開發(fā)并使用。因此，考慮到實施的巨大成本，MPC的實施通常僅值得應(yīng)用于 保證巨額利潤以回報巨額實施費用的過程。此處，就輸入和輸出的數(shù)量而言，MPC應(yīng)用的規(guī) 模通常很大，這是MPC通常不被用于低層環(huán)路控制例如單變量環(huán)路控制的一個原因。

更具體地，控制系統(tǒng)的使用費用很大，而且具體關(guān)注特定過程工廠中每個控制環(huán) 路的配置是不實際的。因此，所有控制環(huán)路中的大約90％受控于傳統(tǒng)的線性反饋控制器，例 如比例-積分-微分(PID)控制器或者比例-積分(PI)控制器。而且，到了MPC控制器被使用的 程度，這些控制器通常本質(zhì)上也是線性的。不幸的是，雖然線性控制器主要用于過程控制工 業(yè)中，多數(shù)實際過程都呈現(xiàn)出非線性行為。這種差異的結(jié)果是模型失配不可避免。未滿足的 模型失配不僅造成了次優(yōu)的控制性能，而且還使被開發(fā)出來以提升控制性能及正常工作時 間的技術(shù)的許多優(yōu)點喪失。模型失配因此而不僅就控制硬件和軟件而言昂貴，而且實際上 減少了其他相關(guān)的工廠技術(shù)的成本節(jié)約。