用于多输入多输出设备的基于自适应模型的控制的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于多输入多输出设备的基于自适应模型的控制的方法和 系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本非临时申请根据35U.S.C. § 119(e)，要求提交于2014年8月29日的名称为 "用于多输入多输出设备的基于自适应模型的控制的方法和系统"的美国临时专利申请 No. 62/043744的优先权益，该申请通过引用全部结合于本文中。
【背景技术】
[0003] 对于多输入多输出（MM))设备（plant)，基于模型的控制系统具有要在不同操作 条件下控制的多于一个主要目标。通常，多个输入是执行器驱动的控制句柄。基于模型的 控制系统确定到设备中多个执行器的输入命令，以便控制多个设备输出以实现在不同操作 条件下的多个控制目的。例如，设备可以是喷气发动机，其中，多个执行器控制喷气发动机 的过程以产生对应于诸如推力、风扇可操作性和/或核可操作性和燃料消耗的多个控制目 的诸如风扇速度、压力比、喷嘴位置或者核心温度的输出。MMO控制系统中的执行器可由于 各种原因而受约束，导致在设备输出上某个级别的控制效果或者全部控制效果的丢失。基 于模型的控制性能取决于设备模型，并且如果设备模型不能捕捉受约束执行器中包括的或 者由其诱发的某些设备动态更改，则由模型产生的基于模型的控制可能不适当或者稳定地 控制具有此类更改的设备。
【发明内容】
[0004] 一方面，本发明的实施例涉及根据基于模型的控制和设备模型来控制设备的方 法，设备具有多个执行器、对应于执行器的操作状态的多个输入和对应于设备的操作条件 的多个输出。对输出进行优先排序以定义输出优先级排序，并且确定多个执行器中的每个 执行器的当前模式以定义多个执行器模式。使用输出优先级排序和执行器模式建立至少一 个设备模型自适应因子阵列。然后，使用至少一个设备模型自适应因子阵列实时重新配置 设备模型以使设备模型适应于输出优先级排序和执行器模式。建立基于模型的控制使得基 于模型的控制自动适应于输出优先级排序和执行器模式。
[0005] 另一方面，本发明的实施例涉及用于设备的控制系统，所述设备具有对应于设备 的操作条件的多个输出和多个执行器，所述多个执行器具有对应于执行器的操作状态的多 个输入。输出优先级排序模块配置成对多个输出进行优先排序以确定输出优先级排序。执 行器模式管理模块配置成确定多个执行器中的每个执行器的模式以定义多个执行器模式。 管理模块配置成使用输出优先级排序和执行器模式来建立至少一个设备模型自适应因子 阵列。设备模型模块配置成使用至少一个设备模型自适应因子阵列来重新配置设备模型， 并且基于模型的控制模块配置成建立自动适应于输出优先级排序和执行器模式的基于模 型的控制。
[0006] 提供了以下技术方案：
[0007] 1. -种根据基于模型的控制和设备模型（41)控制设备（20)的方法，所述设备 (20)具有多个执行器（21)、对应于所述执行器（21)的操作状态的多个输入（22)和对应于 所述设备（20)的操作条件的多个输出（24)，所述方法包括：
[0008] 将所述输出（24)优先排序以定义输出优先级排序（52);
[0009] 确定所述多个执行器（21)中的每个的模式以定义多个执行器模式（62);
[0010] 使用所述输出优先级排序（52)和所述执行器模式（62)建立至少一个设备模型自 适应因子阵列（82);
[0011] 使用所述至少一个设备模型自适应因子阵列（82)实时重新配置所述设备模型 (41)以使所述设备模型（41)适应于所述输出优先级排序（52)和执行器模式（62);以及
[0012] 建立所述基于模型的控制，使得所述基于模型的控制自动适应于所述输出优先级 排序（52)和执行器模式（62)。
[0013] 2.如技术方案1所述的方法，还包括基于所述设备操作条件（56)确定已知设备模 型误差（72)，其中还使用所述已知设备模型误差（72)建立所述至少一个设备模型自适应 因子阵列（82)。
[0014] 3.如技术方案1所述的方法，其中预确定所述输出优先级排序（52)。
[0015] 4.如技术方案1所述的方法，还包括重复所述优先排序、确定、建立至少一个设备 模型、重新配置和建立所述基于模型的控制。
[0016] 5.如技术方案1所述的方法，其中建立至少一个设备模型自适应因子阵列（82)的 步骤实时进行。
[0017] 6.如技术方案1所述的方法，其中所述基于模型的控制是动态逆控制。
[0018]7.如技术方案1所述的方法，其中所述基于模型的控制是线性二次调节器控制。
[0019] 8.如技术方案1所述的方法，其中所述执行器模式（62)是执行器约束模式或者执 行器无约束模式之一。
[0020]9.如技术方案8所述的方法，其中所述执行器约束模式是执行器固定模式或者执 行器准自由移动模式之一。
[0021] 10.如技术方案9所述的方法，其中建立所述至少一个设备模型自适应因子阵列 (82)的步骤取决于所述执行器固定模式或者所述执行器准自由移动模式的存在。
[0022] 11.如技术方案8所述的方法，还包括将具有执行器约束模式的所述多个执行器 (21)中的每个执行器与通过所述输出优先级排序（52)定义的最高优先级输出集隔离以定 义隔离的执行器（21)的步骤。
[0023] 12.如技术方案11所述的方法，还包括拒绝所述隔离的执行器（21)作为已知干扰 输入。
[0024] 13.如技术方案11所述的方法，还包括将所述隔离的执行器（21)返回到所述执行 器无约束模式。
[0025] 14.如技术方案13所述的方法，还包括集成返回到所述执行器无约束模式的所述 隔离的执行器（21)和所述最高优先级输出集。
[0026] 15.如技术方案14所述的方法，还包括将所述隔离的执行器（21)的隔离的输入输 出对的每个关系项保持为用于与所述最高优先级输出集集成的所述隔离的执行器（21)的 初始条件。
[0027] 16. -种受控系统（10)，包括：
[0028] 设备（20)，包括对应于所述设备（20)的操作条件的多个输出（24)和多个执行 器（21)，所述多个执行器（21)具有对应于所述多个执行器（21)的操作状态的多个输入 (22);
[0029] 输出优先级排序模块（50)，配置成将所述多个输出（24)优先排序以定义输出优 先级排序（52);
[0030] 执行器模式管理模块(60)，配置成确定所述多个执行器（21)中的每个的模式以 定义多个执行器模式（62);
[0031]管理模块（80)，配置成使用所述输出优先级排序（52)和所述执行器模式（62)建 立至少一个设备模型自适应因子阵列（82);
[0032] 设备模型模块（40)，配置成使用所述至少一个设备模型自适应因子阵列（82)重 新配置设备模型（41);以及
[0033]基于模型的控制模块（30)，配置成建立自动适应于所述输出优先级排序（52)和 执行器模式（62)的基于模型的控制。
[0034] 17.如技术方案16所述的系统，还包括配置成基于所述设备（20)的所述操作条件 确定已知设备模型误差（72)的已知设备模型误差模块（70)。
[0035] 18.如技术方案17所述的系统，其中所述设备模型模块（40)还配置成使用所述已 知设备模型误差（72)建立所述至少一个设备模型自适应因子阵列（82)。
【附图说明】
[0036] 通过结合附图，参照以下描述，可最好地理解本文中所述的技术，其中：
[0037]图1是根据本发明的实施例的基于模型的控制系统的框图表示；
[0038] 图2A是根据本发明的实施例的执行器当前模式管理模块的执行器接通限制 (on-limit)检测逻辑的框图表示；
[0039] 图2B是根据本发明的实施例的执行器模式管理模块的执行器模式识别逻辑的框 图表示；
[0040]图3是根据本发明的实施例的设备模型自适应因子阵列管理模块逻辑的框图表 示；
[0041]图4A是根据本发明的实施例的用于动态逆类型控制的基于自适应模型的控制模 块逻辑的框图表示；以及
[0042] 图4B是根据本发明的实施例的用于非动态逆类型控制的基于自适应模型的控制 模块逻辑的框图表示。
【具体实施方式】
[0043] 在背景部分和下面的描述中，为了解释，陈述了许多细节以便提供本文中描述技 术的透彻的理解。然而，对本领域的技术人员将明显的是，可在没有这些细节的情况下实施 示范实施例。在其它情况下，结构和装置以附图形式示出以便促进示范实施例的描述。
[0044] 下面将参照附图描述示范实施例。这些附图示出实现本文中描述的模块、方法或 者计算机程序产品的特定实施例的某些细节。然而，附图不应视为施加在附图中可存在的 任何限制。方法和计算机程序产品可在任何机器可读媒体上提供以便完成其操作。实施例 可使用现有计算机处理器实现，或者通过为此目的或者另一目的而包含的专用计算机处理 器实现，或者通过硬连线系统实现。
[0045] 如上所述，本文中所述实施例可包括计算机程序产品，所述计算机程序产品包括 机器可读媒体以便携带或者具有存储于其上的机器可执行指令或者数据结构。此类机器可 读媒体可以是由通用或者专用计算机或者具有处理器的其它机器访问的任何可用媒体。例 如，此类机器可读媒体可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或者其它光盘存储器、磁盘 存储器或者其它磁存储装置或者能够被用于携带或存储采用机器可执行指令或者数据结 构形式的期望程序代码以及能够由通用或者专用计算机或者具有处理器的其它机器访问 的任何其它媒体。当信息通过网络或者另一通信连接（硬连线、无线、或者硬连线或无线的 组合）传递或者提供到机器时，机器适当地将连接视为机器可读媒体。因此，任何此类连接 被适当地称为机器可读媒体。上述内容的组合也包括在机器可读媒体的范围内。机器可执 行指令包括例如促使通用计算机、专用计算机或者专用处理机器执行某个功能或者功能组 的指令和数据。
[0046] 将在方法步骤的通用上下文中描述实施例，所述方法步骤可在一个实施例中由程 序产品实现，所述程序产品包括诸如程序代码的机器执行的指令，例如，在连网环境由机器 执行的程序模块的形式。通常，程序模块包括具有执行特殊任务或者实现特殊的抽象数据 类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构等。机器可执行指令、相关联数据结构 以及程序模块表示用于执行本文中公开的方法的步骤的程序代码的示例。此类可执行指令 或者相关联数据结构的特定序列表示用于实现在此类步骤中所述功能的对应动作的示例。
[0047] 实施例可在使用到具有处理器的一个或者多个远程计算机的逻辑连接的连网环 境中实施。逻辑连接可包括局域网（LAN)和广域网（WAN)，它们在此处呈现为示例而不是限 制。此类连网环境在办公室范围或者企业范围的计算机网络、内联网和因特网中是普遍的， 并且可使用多种不同的通信协议。本领域技术人员将理解，此类网络计算环境将通常包含 许多类型的计算机系统配置，包括个人计算机、手持式装置、多处理器系统、基于微处理器 的或可编程消费者电子器件、网络PC、微型计算机、大型计算机以及诸如此类。
[0048] 实施例也可在分布式计算环境中实施，其中，任务由通过通信网络链接（通过硬 连线链接、无线链接或者由硬连线或者无线链接的组合）的本地和远程处理装置执行。在 分布式计算环境中，程序模块可位于本地和远程存储装置中。
[0049] 用于实现总体或者部分示范实施例的示范系统可能包括采用计算机形式的通用 计算装置，包括处理器单元、系统存储器和耦合包括系统存储器的各种系统组件至处理单 元的系统总线。系统存储器可包括只读存储器（