程利用高级控制元件来采集反映每个过程输出对激发波形的响应 的数据）、第五例程（第五例程根据所采集的数据创建过程模型）、第六例程（第六例程根 据过程模型开发高级控制逻辑参数）、以及第七例程（第七例程在高级控制元件内放置高 级控制逻辑及（如果需要）过程模型，以使高级控制元件能控制过程）构成。虽然在此描 述的控制块生成例程40被用于创建多输入多输出控制块，但是控制块生成例程40也可被 用于创建单输入单输出、多输入单输出、或单输入多输出控制块或其它类别的块，如建模块 等等。
[0039] 现在参见图2,流程图50图示在过程控制系统（如图1中所示的过程控制系统10) 中，以包括鲁棒地生成用于控制块的一个或更多过程模型的方式，创建及使用基于模型的 控制块（明确地说，是MPC控制块）的步骤。在这里，鲁棒地生成过程模型一般指能够生成 过程模型，该过程模型符合对过程的一个或更多过程匹配统计值以提供可接受的控制块操 作，尽管存在多种典型地限制产生这种过程模型的因素（如：极小过程数据、过程模型及过 程复杂性失配、等等）。虽然图2中的流程图50图示MPC控制块或模块的创建，但可以执行 相同或相似的步骤，以创建和使用基于任何其它模型的块，如任何类别的多输入/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、等等）。
[0040] 在某个初始时间（框52)，决定通过实施MPC程序来改善或提供过程控制系统10 内的控制。这个决定可以在过程控制系统10最初建立时或在其后一段时间过后做出，如在 其它控制例程（如单回路控制例程）被发现不能提供适当的控制之后做出。在框52,操作 员或其它用户执行MPC块生成例程40,开始在过程控制系统内创建MPC模块或控制回路的 步骤。作为这个过程的部分，操作员选择正在设计中的MPC块的输出应连接的过程输入，并 选择正在设计中的MPC块的输入应连接的过程输出。虽然MPC块可以有任何数目的输入及 输出，但每个MPC块一般有三种输入，包括控制参数输入（控制参数输入是需保持在一个设 定点或在一个设定范围内的过程变量或参数）、限制输入（限制输入是受限制，例如以与过 程相关的物理限制为基础的在特定界限或范围的过程变量，而MPC块不应强制限制输入处 于限制范围或界限外）、以及过程干扰参数输入（过程干扰参数输入是其它过程变量，如已 知在被变更时会对控制参数造成改变的过程输入）。MPC块使用过程干扰参数输入来预测 控制参数（即：控制过程输出）的改变，及在这些改变发生之前限制其影响。其它输入也可 以提供给MPC块，如来自正被控制的设备或其它过程元件的、使MPC块能提供更多对这些元 件的有效控制的反馈。同样地，MPC块的输出可以被连接，以控制任何符合要求的过程变量 或其它过程输入，包括控制回路输入、设备控制输入、等等。通过连接MPC块到其它控制元 件而开发的例程在此被称为MPC模块。虽然用户可以创建MPC功能块，但用户也可以从存 储器（如，功能块库）获得初始功能块，并利用这个功能块或创建此功能块的一个实例，以 用于过程控制系统。同样地，用户或其它提供者可以以任何其它的期望方式提供功能块或 其它控制元件。
[0041] 在框54,操作员创建MPC模块，MPC模块有一个MPC块（模型预测控制块还没有提 供模型预测控制所需要的所有信息），它的指定输入及输出在过程控制系统内通信连接，操 作员将该块或模块下载到将实施MPC模块的适当的控制器，或其它设备。作为这个过程的 部分，操作员通过将MPC块的输出通信连接至适当的过程输入，并通过将MPC块的输入通信 连接至适当的过程输出来配置过程控制系统10,以实施MPC块。
[0042] 现在参见图3, MPC块56被图示为连接至过程58。该MPC块56是一个3x3控制 块，其有三个输入IN1-IN 3及三个输出OUT ^OUT3，而过程58包括输入X1-X5及输出Y fY6。当 然，MPC块56及过程58可以包括任何其它数目的输入及输出。虽然MPC块56可能一般是 一个方块（即：有相同数目的输入及输出），但这种配置并非必需，因而MPC块56可以有不 同数目的输入及输出。如图3所示，操作员分别将过程输出Y 1-Y3通信连接到MPC块输入 IN1-IN3，并分别将MPC块输出OUT1-OUT3通信连接到过程输入X fX3。当然，过程58的任何 输入及输出都可以被连接到其它控制回路，或被连接到与过程控制系统10相关的其它控 制例程内的其它元件（如图3中连接到过程输入及输出的虚线所示）。一般而言，MPC块56 及其它可能为过程58提供控制输入的块（如图中连接到过程输入X 1-X3的虚线所示）将通 过某种类别的开关进行连接，这些开关如图3中的方盒59所示。这些开关59可以是硬件 或软件开关，而且如果需要，可以通过将不同控制输入信号传送到功能块（如Fieldbus功 能块）的不同输入来提供；开关能接着在来自MPC块56的控制信号及来自不同功能块（如 来自PID功能块）的控制信号之间，按接收这两个信号的功能块的模式选择控制信号。
[0043] 当然，操作员可以以任何方式将MPC块56连接到过程58,而且一般而言，操作员将 使用与其创建其它控制回路（如过程控制系统10内的单回路控制例程）所使用的控制配 置或设计编程相同的控制配置或设计编程。例如，操作员可以应用任何符合要求的图形编 程例程来指定MPC块56与过程输入及输出之间的连接。这样，MPC块56获得其它控制块、 元件或例程所获得的支持，这使得MPC块56的配置和连接及其在控制系统10内的支持与 系统内的其它块的配置、连接和支持没有差异。在一个实例中，MPC块56以及控制系统10 内的其它块是功能块，它们被设计成与Fieldbus功能块相同或相似。在这个实例中，MPC 块56的输入、输出等等可以与Fieldbus协议中所指定或提供的相同或相似，而且能（例 如）被控制器11通过使用与Fieldbus协议所指定的通信链接相同或相似的通信链接所执 行。图形化地创建过程控制例程及其元件的一种方法，被描述于Dove等人拥有的、标题为 "System for Configuring a Process Control Environment"（用于配置过程控制环境的 系统）的美国5, 838, 563号专利，该专利通过引用明确地被并入本专利。当然，其它控制回 路或控制模块设计策略也可以被应用，包括那些使用其它类别的功能块的策略、或那些使 用某个过程控制配置范例内的其它例程、子例程或控制元件的策略。
[0044] 当使用一个以功能块（如Fieldbus功能块范例提供的那些功能块）的互联为基 础的控制系统时，MPC块56可以直接被连接到过程控制例程内的其它功能块。例如，可以通 过将MPC块56的一个控制输出连接到一个与正被控制中的设备相关的输出块（如AO块） 直接将MPC块56连接到控制设备（如阀、等等）。同样地，MPC块56可以向其它控制回路 内的功能块（如向其它控制功能块的输入）提供控制信号，以监视或阻碍这些控制回路的 操作。
[0045] 如同应该理解的那样，以及如美国6, 445, 963号专利所更详细描述的那样，图3中 与MPC块56的输出连接的过程输入X1-X3可以是任何符合要求的过程输入，包括现有控制 策略内定义的控制回路的输入、或连接到过程的阀、或其它设备的输入。同样地，连接到MPC 块56的过程输出Y1-Y3可以是任何符合要求的过程输出，包括阀或其它传感器的输出、模拟 输出（AO)或模拟输入（Al)功能块的输出、或其它控制元件或例程的输出。
[0046] 现在再次参见图2的步骤54,当操作员已经创建一个控制模块（包括输入及输出 分别连接到符合要求的过程输出及输入的初始MPC块，内有初始MPC块的控制模块就被下 载到适当的设备（如控制器11或工作站13之一）内，以便执行。接着，在步骤99,操作员命 令初始MPC块开始以已知方式激发过程，并在过程在被激发时采集过程输入及输出数据。
[0047] 如图3所示，初始MPC块56包括数据采集例程100、波形发生器101、通用控制逻 辑102、用于储存控制参数103和过程模型或模型参数104的存储器。通用控制逻辑102可 以是（例如）通用MPC例程，该通用MPC例程需要系数或其它控制参数才能操作，以在特定 情况下执行控制。在某些情形，通用控制逻辑102可能也需要正被控制的过程的过程模型 或模型参数，以控制该过程。在被下载到（例如）控制器11之后，初始MPC块56通过MPC 例程42被命令开始MPC块56的开发的下一阶段，其中为每一过程输出采集数据，以用于创 建过程模型。明确地说，在被操作员命令这么做时（或在任何其它期望时间），MPC块56的 波形发生器101开始在其输出OUT 1-OUT3产生一系列的波形，以期为过程输入X ^X3中的每 一输入提供激励波形。如果需要，这些波形可以通过用户工作站13内的软件提供给波形发 生器101，但优选由波形发生器10生成。波形发生器101生成的波形，优选使过程可在正常 操作时预期的不同输入范围操作。为开发用于MPC例程的过程模型，波形发生器101可能 向过程输入X 1-X3中的每一输入传送一系列不同的脉冲组合，其中每一脉冲组合的脉冲的 振幅相同，但有伪随机长度，并且其中不同脉冲组合的脉冲的振幅不同。这一系列的脉冲组 合可以按顺序、一次一组合地为不同过程输入X 1-X3中的每一输入产生，然后照样向每一输 入传送。在这个时候，MPC块56内的数据采集单元100采集或协调显示过程输出Y 1-YM 波形发生器101生成的每一波形的响应的采集数据，并可以采集与被生成的激励波形有关 的数据、或协调被生成的激励波形有关的数据的采集。这些所采集的数据可以储存于MPC 块56,但优选自动传送至历史数据库12以供储存，及/或优选自动传送至历史数据库12， 在工作站13中，这些数据可以被显示于显示屏幕14上。
[0048] 因此，MPC块56首先向过程58提供一组激励波形，并测量过程58对这些激发波 形的响应，而不是使用某种高级控制逻辑（尚未完全开发）来试图控制过程58。当然，波形 发生器101生成的激励波形可以是任何符合要求的、对任何基于模型的控制例程创建控制 逻辑参数有用的过程模型而开发的波形。在这个例子中，波形发生器101生成任何波形组 合，波形组合已知对于针对模型预测控制器开发过程模型有利，而这些波形可以采取现在 已知的、或未来为此目的而开发的任何形式。由于用于激发过程（采集数据以期为模型预 测控制开发过程模型）的波形广为人知，对这些波形，本文将不作进一步说明。同样地，波 形发生器101可以生成任何其它或任何符合要求的类别的波形，以用于为其它高级控制应 用（包括建模）开发过程模型，例如神经网络、多变量模糊逻辑、等等。
[0049] 应该注意的是，波形发生器101可以采取任何符合要求的形式，并可以以硬件、软 件或两者的结合实施。如果以软件实施，波形发生器101可以储存可用于生成期望波形的 算法、可以储存将生成波形的数字表示、或可以使用任何其它例程或储存数据来创建这些 波形。如果以硬件实施，波形发生器101可以是（例如）振荡器或方波发生器。如果需要， 操作员可以被要求输入某些对波形的设计有用或需要的参数，例如过程的近似响应时间、 将被传送到过程输入的波形振幅的步长、等等。在MPC块56最初被创建时，或在操作员命 令MPC块56开始干扰或激发过程并采集过程数据时，操作员可能被敦促提供这些信息。在 优选实例中，数据采集单元100响应每一激励波形，在操作员输入的响应时间的三倍或五 倍时间内采集（或确保采集）数据，以确保完整及准确的过程模型得以开发。然而，数据采 集时间长度可以是任何其它数值。
[0050] MPC块56优选被操作，直到波形发生器101已经完成将所有必需的激励波形传送 到过程输入&-&的每一输入以及数据采集单元100已经为过程输出Y :-^采集到数据时。 当然，如果在这个数据采集过程中有需要或有必要，MPC块56的操作可以被中断。
[0051] 现在参见图4,可在显示器14之一上由控制逻辑生成例程40向操作员呈现的一个 屏幕显示118,使操作员能实施生成一个高级控制块的不同步骤。明确地说，屏幕显示118 包括一个数据显示区域120,以及四个按钮121、122、123、及124,这些按钮可用于启动控制 块生成例程40 (图1)的不同部分。启动测试按钮121使操作员能使初始MPC块56能传送 激励信号到过程58,并采集输入及输出数据，以供传送到历史数据库12。按钮121可以图 示出（例如）用于执行激发例程的剩余时间，也就是MPC块56生成所有激励波形及采集响 应这些波形而生成的过程数据所需要的时间。在按下按钮121之前，操作员可以输入显示 过程响应一个输入需要的典型时间的一个响应时间，而且可以显示或指定MPC块56用于生 成激励波形的步长，哪些数据可以提供给MPC块56的波形发生器101。在按下按钮121之 后，MPC块56采集的数据也可以显示于数据显示区域120,及（如果需要）用户可以标志 (如使用行或条）不用于创建过程模型、或应排除在用于创建过程模型的数据外的数据。应 了解，数据采集单元100可通过确保这些数据被传送至历史数据