[發明專利]基于連續調度的模型參數的自適應控制器

在審

• 申請號: 201710957862.7
• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN107526297A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: P·沃杰茲尼斯;T·L·布勒文斯;W·K·沃杰茲尼斯
• 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
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 曹雯

本申請是申請日為2010年6月22日、申請號為201010211511.X、發明創造名稱為“基于連續調度的模型參數的自適應控制器”的發明申請的分案申請。

技術領域

本發明一般涉及過程控制技術，且更特別地，涉及基于模型的自適應控制器，例如比例積分微分(PID)控制器，其使用連續調度的模型參數值以執行自適應整定，該連續調度的模型參數值從對在狀態參數的不同值上的各種理想過程模型參數進行插值得出。

背景技術

本領域內已知在自動化系統就像例如大型制造工廠和化學精煉廠中，使用基于邏輯的控制器切換策略來實現自適應過程控制。基于邏輯的切換策略的示例性的討論例如能在Morse,F.M.Pait和S.R.Weller的“Logic-Based Switching Strategies for Self-Adjusting Control,IEEE 33rd Conference on Decision and Control(Dec.1994)中找到。將基于邏輯的控制器切換策略歸類為兩種途徑中的一種可能是有用處的，所述兩種方法通常被識別為基于預先路由的控制器的方法和基于過程模型辨識器及參數化控制器的方法。

原則上，預先路由的控制器整定評估預定義的一組可能的控制器中所包含的可能的控制器。當控制器被識別為表現令人滿意時，所述估計完成。預先路由的控制器整定系統相對地易于設計且對控制器結構的要求較少。但是，預先路由的控制器整定系統的優勢被固有的關于整定時間的欠佳的性能掩蓋了，因為從預定義的組中選擇最佳的控制器需要的時間過長。

過程模型辨識器和參數化的控制器一般包括兩個或多個參數依賴型子系統，所述子系統包括生成輸出估計誤差的辨識器和內部控制器。在操作中，基于適當定義的模型組的估計的控制信號被傳送到正被控制的過程。基于辨識器的、參數化的控制器實施基于“循環切換”概念的控制器切換策略。循環切換可在為過程提供或不提供另外的激勵信號的情況下被使用。

用于過程控制適應的循環切換方法的值得的討論在K.S.Narendra和J.Balakrishnan的“Adaptive Control Using Multiple Models,”IEEE Transactions on Automatic Control,Vol.42,No.2,pp.177-187(Feb.1997)中可以找到。文章公開了一種包括以多個參數和并行操作并具有與多個控制器參數相對應的模型參數的N個識別模型為特征的控制器的過程控制系統。在任何時間點，通過切換規則來選擇單個模型和對應的參數化的控制器，且對應的控制輸入被用于控制過程。識別模型可以是固定參數模型或可以是自適應參數模型，這取決于過程的要求、操作員的需求和任何其他適當的考慮因素。固定參數模型控制系統提供了一種簡單而有效的措施，以保證至少一個模型的存在，所述至少一個模型特征在于參數足夠接近未知過程的參數。

使用固定參數模型的基于循環切換的過程控制系統提供快速的適應速度，但需要在過程控制器中的相當多數量的模型的設計和存儲。另外，固定模型僅僅能夠精確地表示有限數量的過程環境或狀態。為了漸近地改進過程準確性，必須使用自適應的模型。

實際上來說，由于合理的過程近似需要相當數量的模型，基于模型的切換策略造成了若干問題。例如，包括基于固定模型的自整定器(self-tuner)的簡單的單輸入單輸出(SISO)系統可被合理地預期包括數百種固定模型，以實現令人滿意的過程性能。因此，當系統變得更復雜，例如是多變量系統時，所需的定制的固定模型的數量就以指數方式增加，由此增加系統設定時間和系統存儲需求。更有效的解決方法需要考慮指定的過程模型結構和控制器類型，并建議將簡單的切換策略替換為更詳盡的程序。