专利名称：闭路系统的参数估算技术的制作方法
一般说来，本发明涉及一个闭路过程控制系统，具体地说，本发明涉及一个使用参数估算技术的控制系统。
具有大量、未知的和/或随时间变化的过程延迟的工业加工过程是难于控制的。由于对递归最小乘数估算法和PID控制算法的依赖性，就其现有的形式而言，自调谐明显地不适用这类控制过程来。因为递归最小二乘法参数估算技术要求确切知道控制过程的延迟时间，所以该技术在此是失效的。同样，使用PID控制器的控制系统也不可能直接补偿控制过程的延迟时间。为了保持环路稳定，就必须解调这些控制系统，结果降低了整个控制器的性能。
一种把自调谐控制扩大到适用于上述控制过程的方法是将递归最小二乘参数估算法与延迟时间估算器结合起来使用，增大延迟时间补偿的控制功能。有两种特殊的方法受到了显著的重视，一是使用一系列具有不同的假设延迟时间量的估算器，另一种是使用一台估算器来确定一组分布在整个时间周期的参数，以使其包含所假设的延迟时间。很遗憾，现已证明在工业装置的一般应用中，这些技术都是不实用的。
由于上述原因，有必要开发一种把参数估算算法与延迟时间估算法相结合的自调谐控制技术。
本发明提出了一种既含有递归最小二乘参数估算算法，又含有延迟时间估算算法的控制技术，以解决与先前的技术有关的问题和其他一些问题。延迟时间估算算法应用响应于一个阶跃的或脉冲输入的系统变量对时间的积分。适当地选取积分(控制区域)得到一组方程，用这些方程可解出过程参数。利用参数估算的控制区域可确定过程延迟时间。积分的平滑效应降低了参数估算中的过程噪声(Processnoise)效应。
图1是以模型为基础的控制器的原理图，图2给出了方程(2)对时间积分的估算结果，现参照附图，这些图例说明了本发明的最佳实施方案，但本发明不仅限于此。图1是具有下述传递函数的以模型为基础的控制器的原理图。
U(S)e(S)=1Km［TmS+1TfS+11-e-TmSTfS+1］]]>(1)其中Km、Υm、Tm、Υf＝控制参数这个特殊的传递函数是假定受控制过程可近似为具有延迟时间的一次滞后过程而得到的。通过所观察到的过程增益、滞后时间常数及延迟时间来调谐控制器。第4个调谐参数-滤波时间常数规定了过程变量对设定值的变化或对干扰的理想的时间响应。
自调谐控制系统是将递归最小二乘参数估算的变形与以模型为基础的控制器相耦合。递归最小二乘算法的推导在技术领域中是众所周知的，这里被参照结合到本发明中。这种自调谐控制系统只适用于那些过程滞后时间已知且不变的过程，或者滞后时间联机测量或被排断出来的控制过程。为了把这种系统的应用扩大到那些延迟时间未知或随时间变化的过程，就需要利用参数估算技术。本发明的技术具有可估算闭路系统中包括延迟时间在内的所有参数的优点。这一技术的基本前提是该系统响应阶跃式设定值变化的某些定量测量可以直接地与过程参数相联系。使用包括过程输出在内的各种不同的控制区域，可展开并求解一组使用了过程参数的非线性代数方程。
下面的步骤论述的是在使用图1所示的控制器估算一阶线性系统延迟时间和过程参数的过程。
1.通过使加到控制器上的设定值增加或减小一规定的量来启动估算过程。
2.作为对设定值变化的响应，对如下所示的方程2及3中的积分进行数值计算。由于过程输出趋近新的设定值，故这两个积分都是收敛的。因此，如图2所示，可对这两个积分在从t＝0到t＝tSS的有限的时间横轴上进行计算。
其中I1，I2＝控制区域积分
mSS＝终值，控制输出m(t)＝在t时刻的控制输出△SP＝设定值的变化α＝(Tm+Tm)-1＝加权参数3.在观察到对一阶跃式的设定值变化的过程响应后，用如下所示的方程4至6来估算过程参数。
Kest= (△SP)/(mSS-minit) (4)Test＝Z 1/(α) ln[ (aTest-b)/(C) ] (5)Test＝Z-Test(6)其中Kest，Test，Test＝被估算的参数minit＝初值，控制输出而其中Z＝ (Km)/(Kest) (Tf+Tm)-KestI1α=-[α(Tfα+1+e-Tmα)+Kestα(Tmα+1)Km(KestI2α-1)]]]>-cwu>
b＝- (a)/(α)c＝ (Kest)/(km) (Tm+1)由以上的描述可明显地看到，通过对一个阶跃或脉冲变化所引起的系统变量的时间积分，得到一组可解出过程参数的方程组。而且，把控制区域用于参数估算即可确定过程的延迟时间。此外，积分的平滑作用减小了参数估算中的过程噪声效应。
上述延迟时间/参数估算器是被设计成能用来探测自然出现的阶跃式设定值变化，并且在此值发生变化时估算过程参数的。估算器使用一个一阶滤波器连续地计算过程变量在一固定时间范围内的平均值。在探测设定值的变化时，该估算器将此平均值与原来的设定值相比较，以判断过程是否处于稳定状态。如果处于稳定状态，则估算算法进入运行，要是在估算过程完成之前出现了第二个设定值的变化，则估算作废。
用户也可根据要求或在出现情况时运行算法，或根据时间进行运算。对于这些附加的操作方式，用户可规定要用于试验的设定值的方向和大小。启动估算算法按如下的动作顺序进行。
1).直到确认控制过程达到稳定状态之前，估算器一直处于等待状态。
2).给设定值改变一个由用户规定的量。
3).由闭路响应的观察结果来估算参数，以表征控制过程。
4).设定值返回到其初始值。
5).估算用以描述与第一次试验移动方向相反的过程响应的第相反的过程响应的第二组参数。这第二次试验有助于确定整个过程响应，以减小非线性引起的效应。
6).延迟时间/参数估算器输出在这两次试验中所得到的估算值的平均值。
响应自发的和人为引起的设定值的变化所得到的参数估算值可用来自动校正典型基本控制器或者供操作人员进行检查和手动适时修正用。
一旦阅读了上述说明，本领域的普通技术人员就可以提出某些修正和改进。应该理解，为了简明和便于阅读，所有这些修正和改进在这里被删去了，但它们完全属于下述权利要求范围。
权利要求
1.一个过程控制系统，该系统包含一个建立在一可修改的模型基础上的控制器，所述控制器含有能推导出反映参数估算算法的装置和产生反映过程延迟时间的算法的装置，所述过程延迟时间算法响应过程变量设定值的变化而产生一个输出值以修正控制器中所用的所述模型。
2.权利要求1所述的控制系统，其中所述延迟时间估算算法是以对设定值变化敏感的过程参数对时间的积分为基础的。
3.权利要求2所述的控制系统，其中所述延迟时间估算算法响应由所述时间积分所定域的控制区域，从而产生一组可解得过程参数的方程。
4.权利要求2所述的控制系统，其中使用所述的时间积分产生的所述延迟时间估算算法减小了由此得到的参数估算中的过程噪声效应。
全文摘要
一种包含对过程增益、时间常数和延迟时间的闭路参数估算算法在内的识别技术。该估算算法使用响应于一个阶跃输入的系统变量的时间积分。适当地选取积分(控制区域)得到一组方程，用这组方程可解出所需要的过程参数。
文档编号G05B23/02GK1043009SQ8910872
公开日1990年6月13日 申请日期1989年11月20日 优先权日1988年11月23日
发明者麦克·布克纳, 约翰·大卫·莱恩, 肯·劳帕罗, 托罗斯·J·谢勃 申请人:巴布考克和威尔科斯公司