相关虽然对提供定量模型信息有用，但存在一样的 问题，即信息不明确。
[0019] 因此，尽管知道模型不准确，确定或实行纠正措施却有困难。这个事实经常需要使 用另一套或不同的一套数据来对模型进行再识别，即使模型的小部分是失配的原因。使问 题复杂化的是，可以被确定的模型失配信息并未真正反映在控制器生成过程中。因此，真正 的模型品质只是在控制器已经被命令及其表现已经被测量之后才能已知，这导致可观的时 间、金钱及资源损失，而且妨碍设备人员使用MPC技术。
[0020] 在这方面，表示时间域的置信区间是一项有前途的可应用技术，这是由于它以个 别阶跃响应的具体参数的形式提供模型品质细节。这种技术的结果是，模型的一个特定部 分获得再识别及/或纠正。同等重要的是，对特定参数误差的认知，便于选择MPC控制器生 成设置，因而将以鲁棒的控制器为结果。此外，时间域内的表示消除了使用这个品质变量的 复杂性。但是，虽然使用时间域置信区间对已经被创建的过程模型的评估有用，但还是期望 首先提供鲁棒的、创建可用于控制器生成（如MPC控制器生成）的过程模型的方法，尽管测 试激发不充分、数据采集时间期限短暂、模型制约，例如模型及过程复杂性失配（例如：模 型阶次与过程复杂性不匹配、或线性模型被用于显著非线性的建模过程、等等）。
【发明内容】
[0021] 令人惊讶地发现，如果噪声实际上被添加到采集自过程并用于模型生成过程的过 程数据，则可获得一种鲁棒的、创建用于控制器生成（如MPC控制器生成）的过程模型（明 确地说，是创建参数过程模型）的方法。明确地说，一种鲁棒的、创建过程模型（如参数过 程模型）的方法，以已知测试输入信号或阶次为基础采集过程输出，添加噪声（如随机噪 声）到采集过程数据，然后应用标准或已知技术根据所采集的过程数据确定过程模型。其 实，与过去试图在生成过程模型前从过程数据清理或消除噪声的技术相反，已经发现：在很 多时候，在不添加噪声便不能生成同类别可接受的过程模型的情形下，添加噪声到过程数 据使得可以生成可接受的过程模型。此外，已经发现：应用这种技术创建的过程模型一般有 较宽的置信区间，因此在不需要人工地或图形地改变模型创建环境的情况下，便能提供适 合扩大置信区间、考虑许多过程复杂性的模型。
[0022] 在这种技术的一种应用中，一种高级控制块生成例程用一种鲁棒过程模型创建例 程在一种过程控制系统内生成一种多输入多输出块，如模型预测控制器、神经网络建模或 控制块、等等。高级控制块可以通过创建一种控制块来启动，以控制过程；控制块具有分别 应连接到过程输出及输入的、符合要求的输入及输出。控制块可以试图最终包括（例如） 完整的模型预测控制器，但最初可能有一种数据采集例程和一种与数据采集例程相关的波 形发生器。如果需要，控制块还可以有未调谐或未开发的控制逻辑，因为这逻辑缺少调谐参 数、矩阵系数或实施控制器所需要的其它模型参数。控制块置于过程控制系统内，其所定义 的输入及输出在控制系统内通信连接，两者的连接方式为：如果高级控制块被用于控制过 程，则这些输入及输出将被连接。在一个测试程序中，控制块使用特为开发过程模型而设计 的波形发生器生成的波形、系统地通过控制块输出干扰每一过程输入。控制块对有关每一 过程输出对传送到每一过程输入的每一生成波形的响应的数据采集进行协调。这个数据例 如可能被送到一个历史数据库以进行储存。
[0023] 在采集足够数据后，运行过程建模程序，其中噪声被添加到所采集的过程输出数 据。噪声可能是（例如）最大振幅介于过程输出数据大小范围的大约0.20%至大约0.5% 之间的零均值、均匀分布噪声，而且优选其最大振幅为过程输出数据大小范围的大约〇. 4% 的零均值、均匀分布噪声。接着，使用（例如）一种模型预测控制器过程模型生成例程（如 ARX模型生成例程），根据所采集的（噪声）数据生成过程模型（如参数模型）。其后，控制 块逻辑创建或开发用于控制过程的控制逻辑所需要的参数。如果需要，所创建的过程模型 可以被验证，而验证结果可以以置信图的形式向用户显示，置信图图解模型的一个或更多 置信区。如果需要，置信图可以是基于时间域的置信图，这些基于时间域的置信图使用户能 确定模型在哪个部分不能匹配过程响应，并在需要时对模型的该部分进行修改。
[0024] 在测试或检视合成过程模型后，控制逻辑参数及过程模型接着被下载到控制块， 以完成高级控制块的构成，以便高级控制块与其中的高级控制逻辑参数及过程模型可以用 于控制过程。
【附图说明】
[0025] 图1为一框图/原理图，图示一种过程控制系统，该过程控制系统可使用在此描述 的鲁棒过程模型生成技术创建高级控制块；
[0026] 图2为一流程图，描述图1所示之过程控制系统内的高级控制块的操作与创建；
[0027] 图3为一框图，图示在一种过程控制例程内连接、用于控制过程的模型预测控制 块；
[0028] 图4为一屏幕显示范例，屏幕显示可以在创建MPC控制例程的过程中呈现给用户， 并可使用户能在根据所采集的过程数据创建一个或更多过程模型之前，添加噪声到所采集 的过程数据；
[0029] 图5为一流程图，图示利用添加随机噪声，根据采集自一个过程的一套测试数据 生成过程模型的第一种鲁棒方法；
[0030] 图6为一流程图，图示利用添加随机噪声，根据采集自一个过程的一套测试数据 生成参数过程模型的第二种鲁棒方法；
[0031] 图7-图9为置信区间图，其显示利用在此描述的鲁棒模型识别技术创建的非参数 及参数模型的结果；以及
[0032] 图10-图20图示一种过程模型生成技术的性能，该技术利用添加了噪声的、用于 FIR模型及ARX模型的多种不同测试数据的过程数据。
【具体实施方式】
[0033] 现在参见图1，过程控制系统10包括过程控制器11，过程控制器11连接至历史数 据库12及一台或更多台主工作站或主机13 (可以是任何类别的个人计算机、工作站等），每 台主工作站或主机都有一显示屏14。控制器11也通过输入/输出（I/O)卡26及28连接 至现场设备15-22。历史数据库12可以是拥有任何符合要求的类别的内存及任何符合要求 或已知的、用于储存数据的软件、硬件或固件的任何符合要求类型的数据采集单元，而且历 史数据库12可以与工作站13之一分开（如图1所示）或是工作站13之一的一部分分开。 控制器11 (例如Emerson Process Management销售的DeltaV?控制器）通信连接到主机 13及历史数据库12 (如通过以太网连接或任何其它符合要求的通信网络）。控制器11也 利用任何符合要求的、（例如）与标准4-20mA设备及/或任何智能通信协议（如Fieldbus 协议、HART协议、等等）相关的硬件及软件通信连接到现场设备15-22。
[0034] 现场设备15-22可以是任何类别的设备，如传感器、阀、变送器、定位器等，而输入 /输出（I/O)卡26及28可以是任何类别的、任何符合要求的通信或控制器协议的输入/输 出（I/O)设备。在图1所示的实例中，现场设备15-18是标准4-20mA设备，它们通过模拟 线与输入/输出（I/O)卡26通信；而现场设备19-22是智能设备，例如Fieldbus现场设 备，它们利用Fieldbus协议通信，通过一条数字总线与输入/输出（I/O)卡28通信。一般 而言，Fieldbus协议是一种全数字化、串口、双向通信协议，它为互相连接现场设备的双线 回路或总线提供标准化的物理接口。Fieldbus协议实质上在过程内为现场设备提供局域网 络，局域网络使这些现场设备能（利用根据Fieldbus协议定义的功能块）在分布于整个过 程设施的位置执行过程控制功能，以及使这些现场设备能在执行这些过程控制功能之前和 之后相互通信，以实施整个控制策略。当然，现场设备15-22可以符合任何其它期望标准或 协议，包括未来发展的任何标准或协议。
[0035] 控制器11实施或监督一种或更多储存于其内或与其相关的过程控制例程（可能 包括控制回路），并与现场设备15-22、主机13及历史数据库12进行通信，以便以任何期望 方式控制过程。需要注意的是，如果需要，在此描述的任何控制例程或元件的部分可能由不 同控制器或其它设备实施或执行。同样地，在此描述的在过程控制系统10内实施的控制例 程或元件可以采用任何形式，包括软件、固件、硬件、等等。适用于本发明，过程控制元件可 以是过程控制系统（例如包括储存于任何计算机可读介质的例程、块或模块）的任何局部 或部分。控制例程可以是控制程序的模块或任何部分，例如子例程、子例程的部分（例如代 码行）、等等，它们可以以任何期望的软件格式实施，如使用梯形逻辑、顺序功能图、功能块 图、或任何其它软件编程语言或设计范例。同样地，控制例程可以硬编码到（例如）一个或 更多EPR0M、EEPR0M、专用集成电路（ASIC)、或任何其它硬件或固件元件。此外，控制例程的 设计可以使用任何设计工具，包括图形设计工具或任何其它类别的软件/硬件/固件编程 或设计工具。因此，控制器11可以被配置成以任何期望方式实施控制策略或控制例程。
[0036] 在一个实例中，控制器11利用通常所称的功能块实施控制策略，其中每个功能块 都是整个控制例程的一部分（例如，子例程），并通过被称为链接的通信与其它功能块协力 操作，以在过程控制系统10内实施过程控制回路。功能块典型地执行一种输入功能（如与 变送器、传感器或其它过程参数测量设备相关的功能）、一种控制功能（如与执行PID、模糊 逻辑等控制相关的控制例程）、或一种输出功能（控制某些设备的操作，如阀），以执行过程 控制系统10内的某些物理功能。当然，也存在混合类及其它类别的功能块。功能块可以储 存于控制器11，并由控制器11执行，当这些功能块被用于、及与标准4-20mA设备和有些类 别的智能现场设备（如HART设备）相关时，是这种典型的情况；或可以储存于现场设备中， 并由现场设备实施，使用Fieldbus设备可以是这种情况。虽然在此描述的控制系统是利用 功能块控制策略，但是控制策略或控制回路或模块也可以通过利用其它常规方法（如梯形 逻辑、顺序功能图、等等）、或利用任何其它期望编程语言或范例实施或设计。
[0037] 如图1中分解的块30所示，控制器11可以包括许多单回路控制例程（图示为例程 32及34)，如果需要，可以实施一个或更多高级控制回路（图示为控制回路36)。每个这种 回路都典型地被称为一个控制模块。图示单回路控制例程32及34执行信号回路控制，它们 分别利用一个单输入单输出模糊逻辑控制块和一个单输入单输出PID控制块连接至适当 的模拟输入（Al)功能块和模拟输出（AO)功能块，这些功能块可以与过程控制设备如阀、与 测量设备如温度及压力变送器、或与过程控制系统10内的任何其它设备相关。当然，单回 路控制例程32及34可以包括任何其它类别的控制块，包括基于模型的控制块。图示高级控 制回路36包括一个高级控制块38,高级控制块38的输入通信连接至多个AI功能块，输出 通信连接至多个AO功能块，虽然高级控制块38的输入和输出可以被连接到任何其它符合 要求的功能块或控制元件，以接收其它类别的输入及提供其它类别的控制输出。高级控制 块38可以是任何类别的多输入多输出控制块，其通过向两个或更多过程输入提供控制信 号来控制两个或更多过程输出。虽然高级控制块38在此被描述为模型预测控制（MPC)块， 但是高级控制块38可以是任何其它类别的多输入多输出块，如神经网络建模或控制块、多 变量模糊逻辑控制块、实时优化块等等。应该理解，图1中所示的功能块（包括高级控制块 38及单输入单输出控制块）可以由控制器11执行，或者可以位于任何其它处理设备，并由 任何其它处理设备执行，如由工作站13之一，甚至由现场设备19-22之一执行。
[0038] 如图1所示，工作站13之一包括控制块生成例程40,用于以下文将更详细描述的 方式创建、下载及实施高级控制块38。虽然控制块生成例程40可以被储存在工作站13内 的内存并由其中的处理器执行，但如果需要，这个例程（或其任何部分）可以附加地或可选 择地储存于过程控制系统10内的任何其它设备，并由过程控制系统10内的任何其它设备 执行。一般而言，控制块生成例程40包括控制块创建例程42 (控制块创建例程42创建高 级控制块，并将这个高级控制块连接至过程控制系统）、过程建模例程44 (过程建模例程44 根据高级控制块所采集的数据为过程或过程的一部分创建过程模型）、以及控制逻辑参数 创建例程46 (控制逻辑参数创建例程46为高级控制块根据过程模型创建控制逻辑参数，并 将这些控制逻辑参数储存或下载到高级控制块内，以用于控制过程）。应该理解，例程42、 44及46可以由一系列不同的例程构成，如由第一例程（第一例程创建高级控制元件，高级 控制元件的控制输入适合接收过程输出，其控制输出适合提供控制信号至过程输入）、第二 例程（第二例程使用户能在过程控制例程（可以是任何符合要求的配置例程）内通信连 接高级控制元件）、第三例程（第三例程利用高级控制元件来为每个过程输入提供激发波 形）、第四例程（第四例