本申请要求于2015年9月11日提交的美国临时专利申请序列号62/217,566和2015年11月4日提交的美国专利申请序列号14/932,758的权益，其二者的内容通过引用由此并入本文。
该说明书涉及控制工业涡轮机。
背景技术：
涡轮机是一种旋转机械装置，其将能量从流体流动转换成功，诸如通过提供推力或旋转机械功率。涡轮机是一种涡轮机器，其具有被称为转子组件的至少一个运动部分，转子组件是叶片被附接到其上的轴或滚筒。运动的流体作用在叶片上，使得叶片运动且将旋转能量施加给转子。
比例-积分-微分（pid）控制器是一种在工业控制系统中广泛地使用的控制回路反馈系统。pid控制器确定所测量的过程变量和期望的设定点之间的差异，并且计算误差值。pid控制器调整过程控制输出以减少误差值。
pid控制器的整定（tuning）会是困难的任务，尤其是在诸如涡轮机控制的应用中，在这些应用中，期望多个可能相冲突的性能目标，诸如涡轮机输出的快速瞬态响应和高稳定性。在涡轮机未加载时，pid控制器的整定也可能是困难的，因为未加载涡轮机是带有很小阻尼和高加速度的系统，这些在过程控制工业领域内是异常的状况。在实践中，这样的应用会超出涡轮机操作人员的技能或所受到的训练的范围，且pid整定配置因此通常通过试错试验反复调整，直到系统提供可接受的但不总是最佳的性能水平为止。
技术实现要素：
总体上，该文献描述了对工业涡轮机的控制。
在第一方面，用于操作涡轮机的方法包括：在比率控制器处接收一个或多个涡轮机响应值，所述一个或多个涡轮机响应值基于：第一致动器控制器的第一过程输出值（sout）；以及第二致动器控制器的第二过程输出值（pout）。所述方法还包括：通过所述比率控制器且向所述第一致动器控制器提供第一过程输入值作为预定第一恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第二致动器控制器将所述第二过程输入值改变成多个预定第一设定点值；通过所述第二参数控制器并针对所述第一设定点值中的一个或多个接收一个或多个第一更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第二参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自组的至少一个第三控制参数；以及通过所述第二参数控制器且向所述第二致动器控制器提供第三控制参数作为所述第二控制参数。
在根据方面的第二方面，所述第一过程输出值基于第一过程输入值（sin）和选自包括比例增益值、积分增益值、以及微分增益值的组的至少一个第一控制参数；所述第一致动器控制器包括第一参数控制器；所述第二过程输出值基于第二过程输入值（pin）和选自所述组的至少一个第二控制参数；并且，所述第二致动器控制器包括第二参数控制器。
在根据方面1或2中的任意一个的第三方面，所述方法还包括：通过所述比率控制器且向所述第二致动器控制器提供所述第二过程输入值作为预定第二恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第一致动器控制器将所述第一过程输入值改变成多个预定第二设定点值；通过所述第一参数控制器并针对所述第二设定点值中的一个或多个接收一个或多个第二更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第一参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自所述组的至少一个第四控制参数；以及通过所述第一参数控制器且向所述第一致动器控制器提供所述第四控制参数作为所述第一控制参数。
在根据方面2或3中的任意一个的第四方面，所述方法还包括：通过所述第一参数控制器和所述第二参数控制器基于所述第一过程输出值和所述第二过程输出值控制所述涡轮机。
在根据方面1至4中的任意一个的第五方面，所述方法还包括：基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及一个或多个比率参数（kx）来确定第一控制输出值（hp）；基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及所述一个或多个比率参数来确定第二控制输出值（lp）；以及通过所述比率控制器基于所述第一控制输出值和所述第二控制输出值控制所述涡轮机。
在根据方面5的第六方面，所述一个或多个比率参数（kx）包括比率参数k1、k2、k3、k4、k5和k6的集合，所述第一控制输出（hp）可以由等式hp=k1sout+k2pout+k3给出，并且所述第二控制输出（lp）可以由等式lp=k4sout+k5pout+k6给出。
在根据方面1-6中任意一个方面的第七方面中，所述第一参数控制器控制所述涡轮机的第一部件来影响所述涡轮机响应值，并且所述第二参数控制器控制所述涡轮机的第二部件来影响所述涡轮机响应值。
在第八方面，涡轮机控制器包括：输入端口；输出端口；比率控制器；存储可执行的指令的存储器；以及一个或多个处理装置，所述一个或多个处理装置用以执行所述指令来执行操作，所述操作包括：在所述比率控制器处接收一个或多个涡轮机响应值，所述一个或多个涡轮机响应值基于：第一致动器控制器的第一过程输出值（sout）；以及第二致动器控制器的第二过程输出值（pout）。所述操作还包括：通过所述比率控制器且向所述第一致动器控制器提供所述第一过程输入值作为预定第一恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第二致动器控制器将所述第二过程输入值改变成多个预定第一设定点值；通过所述第二参数控制器并针对所述第一设定点值中的一个或多个接收一个或多个第一更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第二参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自组的至少一个第三控制参数；通过所述第二参数控制器且向所述第二致动器控制器提供所述第三控制参数作为所述第二控制参数。
在根据方面八的第九方面中，所述第一过程输出值基于第一过程输入值（sin）和选自包括比例增益值、积分增益值、以及微分增益值的组的至少一个第一控制参数；所述第一致动器控制器包括第一参数控制器；所述第二过程输出值基于第二过程输入值（pin）和选自所述组的至少一个第二控制参数；并且，所述第二致动器控制器包括第二参数控制器。
在根据方面8或9中任意一个方面的第十方面中，所述操作还包括：通过所述比率控制器且向所述第二致动器控制器提供所述第二过程输入值作为预定第二恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第一致动器控制器将所述第一过程输入值改变成多个预定第二设定点值；通过所述第一参数控制器并针对所述第二设定点值中的一个或多个接收一个或多个第二更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第一参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自所述组的至少一个第四控制参数；以及通过所述第一参数控制器且向所述第一致动器控制器提供所述第四控制参数作为所述第一控制参数。
在根据方面9或10中任意一方面的第十一方面中，所述操作还包括：通过所述第一参数控制器和所述第二参数控制器基于所述第一过程输出值和所述第二过程输出值控制所述涡轮机。
在根据方面8或11中任意一个方面的第十二方面中，所述操作还包括：基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及一个或多个比率参数（kx）来确定第一控制输出值（hp）；基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及所述比率参数来确定第二控制输出值（lp）；以及通过所述比率控制器基于所述第一控制输出值和所述第二控制输出值控制所述涡轮机。
在根据方面12的第十三方面，所述一个或多个比率参数（kx）包括比率参数k1、k2、k3、k4、k5和k6的集合，所述第一控制输出（hp）可以由等式hp=k1sout+k2pout+k3给出，并且所述第二控制输出（lp）可以由等式lp=k4sout+k5pout+k6给出。
在根据方面8-13中任意一个方面的第十四方面中，所述第一参数控制器控制所述涡轮机的第一部件来影响所述涡轮机响应值，并且所述第二参数控制器可以控制所述涡轮机的第二部件来影响所述涡轮机响应值。在第十五方面，涡轮机系统包括：第一过程控制器，所述第一过程控制器配置成基于至少一个第一控制参数执行控制算法，所述至少一个第一控制参数选自包括比例增益、积分增益值、以及微分值的组；第二过程控制器，所述第二过程控制器配置成基于至少一个第二控制参数执行控制算法，所述至少一个第二控制参数选自包括比例增益、积分增益值、以及微分值的组；比率控制器，所述比率控制器配置成执行参数调整算法；涡轮机，所述涡轮机具有与其组装的涡轮机输出传感器，所述涡轮机输出传感器与所述第一过程控制器、所述第二过程控制器、以及所述比率控制器通信；其中，所述参数调整算法被配置成执行操作，所述操作包括：在所述比率控制器处接收一个或多个涡轮机响应值，所述一个或多个涡轮机响应值基于：第一致动器控制器的第一过程输出值（sout）；以及第二致动器控制器的第二过程输出值（pout）。所述操作还包括：通过所述比率控制器且向所述第一致动器控制器提供所述第一过程输入值作为预定第一恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第二致动器控制器将所述第二过程输入值改变成多个预定第一设定点值；通过所述第二参数控制器并针对所述第一设定点值中的一个或多个接收一个或多个第一更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第二参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自组的至少一个第三控制参数；以及通过所述第二参数控制器且向所述第二致动器控制器提供所述第三控制参数作为所述第二控制参数。
在根据方面15的第十六方面，所述第一过程输出值基于第一过程输入值（sin）和选自包括比例增益值、积分增益值、以及微分增益值的组的至少一个第一控制参数；所述第一致动器控制器包括第一参数控制器；所述第二过程输出值基于第二过程输入值（pin）和选自所述组的至少一个第二控制参数；并且，所述第二致动器控制器包括第二参数控制器。
在根据方面15或16中任意一个方面的第十七方面中，所述操作还包括：通过所述比率控制器且向所述第二致动器控制器提供所述第二过程输入值作为预定第二恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第一致动器控制器将所述第一过程输入值改变成多个预定第二设定点值；通过所述第一参数控制器并针对所述第二设定点值中的一个或多个接收一个或多个第二更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第一参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自所述组的至少一个第四控制参数；以及通过所述第一参数控制器且向所述第一致动器控制器提供所述第四控制参数作为所述第一控制参数。
在根据方面16或17中任意一方面的第十八方面中，该操作进一步包括：通过所述第一参数控制器和所述第二参数控制器基于所述第一过程输出值和所述第二过程输出值控制所述涡轮机。
在根据方面15至18中任意一个方面的第十九方面中，所述操作还包括：通过比率控制器确定一个或多个比率参数（kx）；基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及比率参数（kx）来确定第一控制输出值（hp）；基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及所述比率参数来确定第二控制输出值（lp）；以及通过所述比率控制器基于所述第一控制输出值和所述第二控制输出值控制所述涡轮机。
在根据方面19的第二十方面，所述一个或多个比率参数（kx）包括比率参数k1、k2、k3、k4、k5和k6的集合，所述第一控制输出（hp）可以由等式hp=k1sout+k2pout+k3给出，并且所述第二控制输出（lp）可以由等式lp=k4sout+k5pout+k6给出。
在根据方面15-20中任意一个方面的第二十一方面，所述第一参数控制器控制所述涡轮机的第一部件来影响所述涡轮机响应值，并且所述第二参数控制器可以控制所述涡轮机的第二部件来影响所述涡轮机响应值。
在第二十二方面，一种存储指令的计算机可读介质，当被一个或多个处理器执行时所述指令导致所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：在比率控制器处接收一个或多个涡轮机响应值，所述一个或多个涡轮机响应值基于：第一致动器控制器的第一过程输出值（sout）；以及第二致动器控制器的第二过程输出值（pout）。所述操作还包括：通过所述比率控制器且向所述第一致动器控制器提供第一过程输入值作为预定第一恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第二致动器控制器将所述第二过程输入值改变成多个预定第一设定点值；通过所述第二参数控制器并针对所述第一设定点值中的一个或多个接收一个或多个第一更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第二参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自组的至少一个第三控制参数；通过所述第二参数控制器且向所述第二致动器控制器提供第三控制参数作为所述第二控制参数。
在根据方面22的第二十三方面，所述第一过程输出值基于第一过程输入值（sin）和选自包括比例增益值、积分增益值、以及微分增益值的组的至少一个第一控制参数；所述第一致动器控制器包括第一参数控制器；所述第二过程输出值基于第二过程输入值（pin）和选自所述组的至少一个第二控制参数；并且，所述第二致动器控制器包括第二参数控制器。
在根据权利要求22或23中任意一个方面的第二十四方面，所述操作还包括：通过所述比率控制器且向所述第二致动器控制器提供所述第二过程输入值作为预定第二恒定设定点值；通过所述比率控制器且对于所述第一致动器控制器将所述第一过程输入值改变成多个预定第二设定点值；通过所述第一参数控制器并针对所述第二设定点值中的一个或多个接收一个或多个第二更新涡轮机响应值作为所述涡轮机响应值；通过所述第一参数控制器基于所述涡轮机响应值确定选自所述组的至少一个第四控制参数；以及通过所述第一参数控制器且向所述第一致动器控制器提供所述第四控制参数作为所述第一控制参数。
在根据方面23或24中任意一个方面的第二十五方面，所述操作还包括：通过所述第一参数控制器和所述第二参数控制器基于所述第一过程输出值和所述第二过程输出值控制所述涡轮机。
在根据方面22至25中任意一个方面的第二十六方面，所述操作还包括：通过比率控制器确定一个或多个比率参数（kx）；基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及比率参数（kx）来确定第一控制输出值（hp）；基于所述第一过程输出值（sout）、所述第二过程输出值（pout）、以及所述比率参数来确定第二控制输出值（lp）；以及通过所述比率控制器基于所述第一控制输出值和所述第二控制输出值控制所述涡轮机。
在根据方面26的第二十七方面，所述一个或多个比率参数（kx）包括比率参数k1、k2、k3、k4、k5和k6的集合，所述第一控制输出（hp）可以由等式hp=k1sout+k2pout+k3给出，并且所述第二控制输出（lp）可以由等式lp=k4sout+k5pout+k6给出。
在根据方面22-27中任意一个方面的第二十八方面，所述第一参数控制器控制所述涡轮机的第一部件来影响所述涡轮机响应值，并且所述第二参数控制器可以控制所述涡轮机的第二部件来影响所述涡轮机响应值。
本文所描述的系统和技术可以提供一个或者多个以下优点。首先，系统可以提供多输入多输出（mimo）过程控制器的比例、积分和微分增益参数的自动化调整，以实现涡轮机的预定操作。第二，系统可以提供涡轮机的mimo速度和压力控制。第三，系统可以利用速度下垂（droop）提供燃气涡轮机或蒸汽涡轮机的mimo负载和压力控制。第四，系统可以利用负载下垂提供燃气涡轮机或蒸汽涡轮机的mimo负载控制。第五，系统可以为抽真空的蒸汽涡轮机提供mimo进气/排气和压力控制。第六，系统可以提供蒸汽涡轮机的mimo抽取控制。
在附图和下面的说明中阐述了一种或者多种实施方式的细节。其他特征和优点将通过说明和附图并且通过权利要求书而变得明显。
附图说明
图1是示出工业涡轮机控制系统的示例的示意图。
图2是示出参数控制器的示例的框图。
图3是示出用于确定pid控制参数的过程的示例的流程图。
图4是示出用于控制工业涡轮机的过程的示例的流程图。
图5是示出用于确定pid控制参数的过程的另一示例的流程图。
图6是示出用于确定pid控制参数的过程的另一示例的流程图。
图7是示出整定具有初始欠阻尼响应的工业涡轮机控制器的示例结果的图表。
图8是示出整定具有初始过阻尼响应的工业涡轮机控制器的示例结果的图表。
图9是示出另一工业涡轮机控制系统的示例的示意图。
图10是示例涡轮机控制器的框图。
图11是用于选择涡轮机控制器操作模式的示例过程的流程图。
图12是处于常规操作模式的示例涡轮机控制器的框图。
图13是用于整定多个致动器控制器的示例过程的流程图。
图14是处于整定模式的示例涡轮机控制器的框图。
图15是用于整定多个致动器控制器的示例过程阶段的流程图。
图16是处于另一整定模式的示例涡轮机控制器的框图。
图17是用于整定多个致动器控制器的另一示例过程阶段的流程图。
图18是用于整定多个致动器控制器的另一示例过程阶段的流程图。
图19是用于整定多个致动器控制器的另一示例过程阶段的流程图。
图20是用于整定多个致动器控制器的另一示例过程阶段的流程图。
图21a和图21b是用于整定多个致动器控制器的另一示例过程的流程图。
图22是通用计算机系统的示例的示意图。
图23是示例流式图（steammap）的图解。
具体实施方式
这个文件描述了用于工业涡轮机的多输入多输出（mimo）控制的系统和方法。工业涡轮机可以使用比例（p）、比例-积分（pi）和比例-积分-微分（pid）控制器控制。然而，整定p、pi和pid控制器会是个挑战。例如，因为工业涡轮机能够呈现出苛刻的控制挑战，和/或因为工业涡轮机的动态行为可能对于一些涡轮机操作员而言不是明显或直观的事物。
图1是示出工业涡轮机控制系统100的示例的示意图。涡轮机组件110包括涡轮机112和一个或多个可控输入114的集合，其用于控制一个或多个流体或蒸汽源116的集合到涡轮机112的流动。通过可控地调整可控输入114来控制蒸汽/流体源116到涡轮机112的流动，涡轮机112的旋转速度、负载、加速度、减速度、以及其他性能参数可以被可控地调整。
在一些实施例中，涡轮机112可以是燃气涡轮机或其他形式的燃烧驱动涡轮机。在这样的实施例中，可控输入114可以包括泵、阀、喷射器以及这些与用于控制诸如气体（例如，天然气、氢气、氧气、丙烷、甲烷、空气）和/或液体（例如，燃料、水）的流体源116到涡轮机112的流动的其他装置的组合。在一些实施例中，涡轮机112可以是蒸汽涡轮机。在这样的实施例中，可控输入114可以包括泵、阀、喷射器及这些与用于控制具有蒸汽形式的流体源116到涡轮机112的流动的其他装置的组合。
在图1中示出的示例系统中，由比例-积分-微分（pid）控制器120调整可控输入114。pid控制器120基于输入参数122（例如，期望的涡轮机速度）、由配置成感测涡轮机112的输出118的传感器130提供的反馈信号132以及在闭环反馈控制系统中的控制参数124的集合来调整可控输入114。在一些实施例中，传感器130可以是速度传感器，其配置成感测涡轮机112的旋转速度，且将速度信号作为反馈信号132提供到pid控制器120。在一些实施例中，传感器130可以是温度、压力、振动、或任何其他适当的传感器，其可以用于感测涡轮机组件110的参数，且响应于所感测的参数提供反馈信号132。在一些实施例中，pid控制器120可以是p控制器或pi控制器，或者pid控制器120可以被配置为pi或p控制器（例如，通过将d和/或i增益设定为零）。
涡轮机组件110的性能以下述之间的比较被评估：反馈信号132迅速和/或准确地跟踪输入参数122的程度。例如，输入参数122可以是期望的速度设定，且控制参数124可以影响涡轮机112的速度紧密地匹配期望的稳态速度的程度，和/或控制参数124可以影响涡轮机112的速度能够改变成在预定时间量（例如，过阻尼响应）内和在预定量的速度过冲（例如，欠阻尼响应）内紧密地满足新确定的期望速度的程度。过阻尼和欠阻尼响应的示例结合图7和图8的描述进一步讨论。
在图1中示出的示例系统中，输入参数122和反馈信号132还被提供到参数控制器140。参数控制器140比较输入参数122与反馈信号132，以确定一组控制参数142。参数控制器140还可以生成扰动参数且将其作为输入参数122提供到pid控制器120，或者直接地控制pid的输出，且通过反馈信号132分析涡轮机112的响应。例如，参数控制器140可以按照阶跃函数将期望速度从第一期望速度改变到第二期望速度，且可以监视速度传感器的输出以分析涡轮机组件110准确且迅速地响应的程度。参数控制器140还可以直接调整致动器并对系统进行分析。
通过比较输入参数122和反馈信号132，参数控制器140可以执行参数调整算法144以确定一组控制参数142。参数控制器140提供控制参数142到pid控制器120以用作控制参数124，从而控制涡轮机组件110。
在一些实施例中，系统100可以利用速度下垂（droop）提供燃气涡轮机或蒸汽涡轮机的负载控制。在一些实施例中，系统100可以利用负载下垂来提供燃气涡轮机或蒸汽涡轮机的负载控制。例如，下垂控制可以允许各发电机以与其最大额定输出成比例的方式共享系统负载改变。例如，在发电中，下垂速度控制可以是主要瞬时系统，其使用净频率偏移以在多个涡轮机驱动的发电机上稳定地分配负载改变。在一些实施例中，压力控制、温度控制、流动控制、电压控制、电流控制、kw（功率）控制或者这些和/或其他的适当控制类型的组合可以被使用来控制涡轮机。
图2是示出图1的参数控制器140的示例的框图。参数控制器140包括控制参数142和参数调整算法144。包括在控制参数142中的是比例（p）增益参数210、积分（i）增益参数220和微分增益参数（d）。出于用户输入目的，可以提供用于速度微分比（speedderivativeratio,sdr）增益参数230的输入，而不是微分。sdr参数由参数控制器140和/或pid控制器120转换成微分参数。由pid控制器120使用的并行pid控制器传递函数的通用形式由如下等式给出。
不是让用户知悉微分项（d），而是pid控制器120使用上面示出的形式来允许用户调整速度微分比或sdr。在一些实施方式中，sdr参数可以简化涡轮机配置的任务，同时使基本pid结构大致无改变，且允许pid算法使用p、i和d增益参数的值。
sdr参数230是i和d的组合。在一些实施方式中，sdr参数230的使用对于涡轮机操作员或其他用户而言可以使pid控制器120的整定变得更容易。用户选择sdr值以指示输入或反馈主导的行为是否是期望的。对于sdr参数230的值大于1但是小于100的示例，系统被认为是“反馈主导”，且表示pid控制器120的输出的等式是。
在前述等式中，“error”表示在设定点和过程输入之间的误差，且“out”表示pid函数的输出，其通常是对致动器的需求。
在反馈主导模式中，i项在积分器反馈中实施，且控制将对输入噪声更不敏感。在一些实施方式中，该模式对于主要受到燃料需求影响的参数可以是有用的，因为pid控制器120能够限制其他控制模式的燃料需求，即使并没有超过pid控制器120的设定点。在一些实施方式中，温度控制可以使用该模式，因为甚至在输入中提供额外的微分增益时，温度反馈通常也未快到足以防止超温状态。
对于sdr参数230的值等于或小于1但大于0.01的示例，系统被认为是“输入主导”，且表示pid控制器120的输出的等式是。
在输入主导模式中，d项在积分器反馈中实施，且控制将对其输入更敏感且对其反馈更不敏感。该配置导致pid控制器120在到达设定点之前采取校正动作。在一些实施方式中，在所控制的参数受外部扰动影响时，可以使用该模式。“输入主导”模式对外部扰动响应良好，但是对与受控参数一起进来的噪声具有增加的敏感性。再一次，在本示例中，“error”表示设定点反馈误差，且“out”表示pid函数的输出。
对于sdr参数230的值小于或等于0.01或者大于或等于100的示例，段落59中的等式被使用且d被设定为0。在这两种情况下，pid控制器120作为pi控制器而不是作为pid控制器操作。参数控制器140使用参数调整算法144以确定p和i、或p、i、以及sdr值，且将它们提供到pid控制器120以用作控制参数124。
虽然用于输入主导模式和反馈主导模式的传递函数基本上相同，但是在受控系统从脱离控制的状况进入控制时，在两个模式之间的差异将显现出来。“输入主导”或“反馈主导”模式的选择是由用户选择的，且对于单个pid控制基本上没有影响，对其中一个pid受控的多个pid控制基本上没有影响，且对于参数控制器功能基本上没有影响。出于此处讨论的示例的目的，系统是输入还是反馈主导并不重要。上文段落[0051]和[0055]中的两个等式是相同的，除了在pid控制器120进入控制或脱离控制时。因此，下面的等式可以用于进一步的讨论，而不损失精度。
出于以下讨论的目的，控制是pi控制器还是pid控制器是有关系的，因为不同地计算增益。对于pid控制，计算p、i和d。对于pi控制，d被设定成0，并且因此p减小。对于p控制，i和d被设定为0并且p被进一步减小。在一些实施方式中，用于p、i和d的标称值可随着系统不同而不同。例如，p可随着输入变量缩放比例和范围相反地变化，且i和d可随着受控的系统的响应变化。如先前讨论的，d是sdr的函数。p、i和sdr随着用户所期望的响应变化。例如，一些控制回路可要求非常快速的响应，而其他控制回路可能不能很好地容许过冲，且应当配置成提供更多的裕度。
图3是示出用于确定pid控制参数的过程300的示例的流程图。在一些实施方式中，过程300可以由在图1中示出的示例系统100的参数控制器140执行。
在310处，接收涡轮机响应值。涡轮机响应值基于至少一个第一控制参数和输入值。例如，在参数控制器140处接收反馈信号132。反馈信号132提供关于涡轮机组件110的输出的信息，诸如涡轮机速度、涡轮机负载、出口温度、流动、电流、电压、入口压力、出口压力、抽取压力或由涡轮机112生成的振动，涡轮机112由pid控制器120基于输入参数122和控制参数124控制。
在320处，基于涡轮机响应值和参数调整算法确定至少一个第二控制参数。例如，参数控制器140可以执行参数调整算法144，以确定p增益参数210、i增益参数220、和/或sdr参数230。
参数调整算法可具有用户可以调整的五个输入或句柄（handle）。通过配置“fast_slow”输入参数，用户可以调整响应的期望速度。通过配置“p_pi_pid输入”参数，用户可以选择p、pi或pid控制。通过配置“out_mv_lmt”输入参数，用户可以选择期望的可允许的致动器变动限制。通过配置“prc_mv_lmt”输入参数，用户还能选择期望的可允许的过程变动，及通过配置“drp_mv_lmt”输入参数，用户还可以选择可允许的下垂过程变动。
在当前示例中，参数调整算法与pid控制器120基本上同步地、以与pid控制器120基本上相同的递归速率且利用基本上同步到pid控制器120的输入和输出来操作。在一些实施方式中，这个概念也可以被应用到在pid控制器、参数调整算法和系统输入和输出之间具有不同递归速率的系统中。在启用时，参数调整算法初始直接地控制致动器，且观察涡轮机响应。致动器基于过程响应在out_mv_lmt和prc_mv_lmt参数内上下变动。在过程向上变动时，致动器向下变动，且反之亦然。根据过程响应，观察系统增益、系统响应频率和相对系统死区时间。
系统增益是过程变动改变的量与致动器变动改变的量的比率。系统增益可以通过测量致动器变动的幅度、测量过程变动的幅度并使它们相除来计算。通过定义闭合环路，p值应当是系统增益的倒数的一部分（fraction）。如果p值乘以系统增益大于1，则环路将不稳定，因为环路增益将大于1。过程变动的量和过程变动的频率在测试期间变化，且对每一个变化计算系统增益。该相对系统增益是用于高频/低幅度改变的系统增益与用于低频/高幅度改变的系统增益的比率。
系统响应频率是系统响应于致动器改变时所处的频率。系统频率可以通过测量涡轮机响应的周期和对其求倒数计算。通过定义闭合环路，i值大体配置成系统响应频率的一部分（fraction），且d值大体配置成系统响应频率的倒数的一部分（fraction）。如果i值超过系统响应频率，或者d值超过系统响应频率的倒数，则系统将不稳定，因为控制将请求比涡轮机系统能够提供的更快的变动。
系统死区时间是在致动器变动改变从稳定状态直到过程变动改变开始为止之间的经过时间。相对系统死区时间是系统死区时间与系统响应频率的比率。
新的p、i和d值基于系统增益、相对系统增益、系统响应频率和相对系统死区时间参数，以及基于fast_slow输入以及p_pi_pid输入来计算。存在许多整定算法，其使用系统增益和系统响应作为输入，诸如齐格勒-尼克尔斯（ziegler-nichols）算法。还存在使用系统增益、系统响应和系统死区时间作为输入的算法，诸如科恩-科翁（cohen-coon）算法。这些算法都在多个出版物和在不同的实施方式中引用，每个算法均能够具有其自己的相对优势和缺点。例如，齐格勒-尼克尔斯及相关算法可被选择用于具有最小死区时间的系统中，但是对于具有显著死区时间的系统可能并不总是有效，且对于一些系统可能太过激进（aggressive）。在另一示例中，科恩-科翁和类似的算法可被选择用于具有显著死区时间的系统中，但是对于通过积分器建模的系统（诸如未加载涡轮机）这些算法可能不总是有效。在一些实施方式中，齐格勒-尼克尔斯算法、科恩-科翁算法或这些和用于整定p、i和/或d增益值的任何其他适当的算法的组合可由参数控制器140使用。
由参数控制器140计算的p值是系统增益、相对系统增益、相对系统死区时间、fast_slow输入和系统是否配置为p、pi或pid控制（例如，p_pi_pid输入）的函数。p值与系统增益成反比。所计算的p值基于相对系统增益、相对系统死区时间并基于控制是否配置成p、pi或pid控制被修改。高的相对系统增益和高的相对系统死区时间将降低p值。在长的相对死区时间被预期的实施方式中，可使用类似于科恩-科翁算法的算法，而另一些系统可使用类似于齐格勒-尼克尔斯算法的算法。fast_slow输入为用户提供用于p值的增益调整。在各种实施方式中，不同等式能够用于pid控制配置、pi控制配置和p控制配置。pid控制配置将相比pi控制配置具有相对更高的p和i项，pi控制配置将相比比例（p）控制配置具有相对更高的p项。
由参数控制器140计算的i和d值是所测量的系统响应频率、相对系统增益、相对系统死区时间、fast_slow输入及系统是否配置为p、pi或pid控制（例如，p_pi_pid输入）的函数。所计算的i和d值基于相对系统增益、相对系统死区时间、fast_slow输入且基于控制是否配置成p、pi或pid控制被修改。高的相对系统增益和高的相对系统死区时间将增大所计算的i值并降低所计算的d值。在相对地长的相对死区时间被预期的一些实施方式中，可以使用类似于科恩-科翁算法的算法，而另一些系统可以使用类似于齐格勒-尼克尔斯算法的算法。如在公开文献中通常见到的，相比在pi控制配置中所使用的，pid控制配置将具有用于p和i项的相对更高的增益值。
在pid控制器120配置成具有pi控制配置时，推荐的d被设定为0，且pid控制器120配置为pi控制。在系统是作为比例控制的pid时，推荐的d和i被设定为0，且pid控制器120配置为比例控制。如在上文的并行pid等式中可见，i和d的影响也是p的函数。
在计算新的值之后，参数调整算法144使用新计算的p、i和d值执行pid控制器120的阶跃响应，且监视响应。如上所述，p、i和d值基于系统增益、相对系统增益、系统响应和相对系统死区时间根据需要修改。
在330处，提供至少一个第二控制参数。例如，参数控制器140可以将控制参数142的集合提供到pid控制器120以用作控制参数124的集合。
图4是示出用于控制工业涡轮机的过程400的示例的流程图。例如，过程400可以由在图1中示出的示例系统100执行。
在410处，提供pid控制器。pid控制器配置成基于至少一个第一控制参数执行控制算法。例如，提供pid控制器120，且pid控制器120执行控制算法以控制涡轮机组件110。在一些实施方式中，第一输入值可以是涡轮机速度、出口温度、入口压力和/或以及抽取压力。
在420处，提供参数控制器。参数控制器配置成执行参数调整算法。例如，参数控制器140配置成执行参数调整算法144。
在430处，提供涡轮机。涡轮机包括与pid控制器和参数控制器通信的涡轮机输出传感器。例如，涡轮机112具有组装到其的传感器130。
在440处，至少一个第一控制参数和第一输入值被提供到pid控制器。例如，输入参数122和参数124的集合被提供到pid控制器120。在一些实施方式中，至少一个第一控制参数可以是p增益参数210、i增益参数220和/或sdr参数230。
在450处，pid控制器基于至少一个第一控制参数和第一输入值控制涡轮机。例如，pid控制器120基于输入参数122和参数124的集合控制可控输入114以控制涡轮机112。
在460处，参数控制器接收由涡轮机输出传感器提供的涡轮机响应值。例如，参数控制器140接收反馈信号132。反馈信号132可以被处理以确定如下的一个或多个值，这些值可以描述涡轮机112对输入参数122和控制参数124的集合的响应。
在470处，参数控制器基于涡轮机响应值和参数调整算法确定至少一个第二控制参数。例如，参数控制器140确定控制参数142的集合。在一些实施方式中，控制参数142的集合可以与控制参数124的集合不同。在一些实施方式中，至少一个第二控制参数可以是p增益参数210、i增益参数220和/或sdr参数230。
在480处，所述至少一个第二控制参数被从参数控制器提供到pid控制器。例如，控制参数142的集合可以被提供到pid控制器120以用作控制参数124的集合。
在490处，由pid控制器基于至少一个第二控制参数和第二输入值控制涡轮机。例如，控制参数142的集合可以作为用于控制涡轮机组件110的控制参数124的集合由pid控制器120使用。在一些实施方式中，第二输入值可以是涡轮机速度、出口温度、入口压力和/或以及抽取压力。
图5是示出用于确定pid控制参数的过程500的另一示例的流程图。在一些实施方式中，过程500可以由工业涡轮机控制系统100执行。
在510处，允许系统稳定到相对于输入参数122的基本稳定的操作状态。在520处，使用算法测量系统的输出，所述算法配置成用于在使用中作为涡轮机112的类型的涡轮机。例如，该算法可针对蒸汽涡轮机、燃烧液体燃料的涡轮机（例如，航空涡轮机）或燃烧气体燃料的涡轮机（例如，天然气涡轮机）不同地配置。在一些实施方式中，该算法可针对不同类型的控制不同地配置。例如，算法可针对速度控制、负载控制、温度控制、或涡轮机112的这些或任何其他可控输出的组合不同地配置。
在530处，执行参数调整算法144以基于所测量的系统参数和期望的响应输入540计算控制参数142的集合。在550处，所计算的控制参数142的集合结合测试输入560使用，以测试控制参数142的集合，且如果需要的话触发控制参数142的集合的进一步调整。
图6是示出用于确定pid控制参数的过程600的另一示例的流程图。在一些实施方式中，过程600可以由工业涡轮机控制系统100执行。在一些实施方式中，过程600可以是图5的过程500的更详细的实施例。
过程输入602被提供到涡轮机控制过程604。涡轮机控制过程604控制涡轮机，以提供致动器输出606。例如，过程输入602可以是速度参数，且涡轮机控制过程604可以是通过致动燃料或蒸汽阀作为致动器输出606的用于涡轮机的速度控制过程。
在610处，测量初始信号。初始信号由反馈传感器提供，反馈传感器可以用于测量涡轮机的一个或多个输出。例如，传感器130可以提供反馈信号132，且可以处理反馈信号132以确定初始控制状态。
在612处，作出决定。如果变动超过用户选择的变动限制，则在614处执行常规的pid环路。例如，参数控制器140可以确定涡轮机112不在稳定状态下操作，且作为响应，参数控制器140可以允许pid控制器120继续控制涡轮机组件110。
如果系统变动是可接受的，则在616处作出另一决定。如果不启用自适应控制，则在614处执行常规的pid环路。如果启用自适应控制，则在650处测试系统响应。例如，参数控制器140可以提供期望的输出设定，作为到pid控制器120的输入参数122。
在652处，作出决定。如果响应于输入参数从涡轮机接收到不足的响应，则在654处调整激励（例如，输入参数122）。如果响应于输入参数从涡轮机接收到足够的响应，则在660处作出另一决定。
如果在660处，已经接收到关于涡轮机对输入参数的响应的不足量的数据，则在650处继续测试系统响应。如果在660处，已经接收到关于涡轮机对输入参数的响应的足够数据，则在670处，基于期望的响应672计算p增益、i增益和sdr增益。在680处，测试所计算的p、i和sdr增益。例如，参数控制器140可以将控制参数142提供到pid控制器120以用作控制参数124，且涡轮机组件110的响应可以被评估以测试对于输入参数122的所计算的p、i和sdr增益的性能。
图7是图表700，其示出整定工业涡轮机pid控制器的示例结果，工业涡轮机pid控制器控制离线蒸汽涡轮机、抽真空、具有初始欠阻尼响应。蒸汽涡轮机系统利用下述建模：具有20ms死区时间的0.5hz致动器、5ms的控制递归速率、以及具有0.001%阻尼、以3600rpm运行且没有负载的涡轮机。期望的过程变动限制是0.5%，且致动器变动被限制成0.025%。初始p项设定为0.0001，初始i项设定为0.0001，且sdr设定为100，从而意味着pi控制器配置。图表700沿着x轴线表示时间（单位是秒），且y轴线表示所测量的过程输出参数，例如，在该示例中单位是rpm的旋转速度。图表700包括对于工业涡轮机（诸如在图1中示出的示例系统的涡轮机112）的参考输入值702的集合和响应输出值704的集合。在时间段710期间，从大约50s标志到大约100s标志，涡轮机在初始p增益、i增益和d增益下操作时被激励。响应输出值704示出系统在增益设定的初始集合下临界稳定，且表现出指示初始增益设定可能太高的特性。
在时间段720期间，从大约100s标志到大约157s标志，涡轮机例如通过参数控制器140被摄动（perturbed）。在一些实施发生中，系统增益和相对系统增益可以通过测量过程变动与输出需求变动的比率确定。系统响应频率可以通过测量过程响应的频率确定。相对系统死区时间可以通过测量在输出需求的变动和过程变动之间的延迟确定。如通过上文中的系统设定和曲线可见，系统死区时间最小化。如上文中解释的，这些参数可以用于确定最新的p、i和d增益值。更新的p、i和sdr增益值分别是0.0015、0.21和6.85。基于sdr增益值选择用于确定d增益值的过程。如果sdr>1，则d=1/[(sdr)(i)]。如果sdr<1，则d=sdr/i。如果[(sdr>=100)或者(sdr<=0.01)]，则控制是pi控制并且d被设定为0。在当前示例中，对应的d值将是0.69。这些更新的p、i和d增益然后被提供到pid控制器以用于在涡轮机的控制中使用。
在时间段730期间，从大约157s标志向前前进，使用更新的p、i和d增益控制涡轮机。相比在时间段710（例如，在通过参数控制器140调整之前）期间的系统的响应，在时间段730（例如，在通过参数控制器140调整之后）期间，系统的响应更稳定。
图8是图表800，其示出整定控制蒸汽涡轮机、离线、抽真空、带有初始过阻尼响应的工业涡轮机pid控制器的示例结果。再次，蒸汽涡轮机系统利用下述被建模：具有20ms死区时间的0.5hz致动器、5ms的控制递归速率以及带有0.001%阻尼、以3600rpm运转且没有负载的涡轮机。期望的过程变动限制是0.5%，且致动器变动被限制成0.025%。初始p项设定为0.01，初始i项设定为0.01，且sdr设定为100，从而意味着是pi控制器配置。图表800沿着x轴线表示时间（单位是秒），且y轴线表示所测量的过程输出参数，例如，在该示例中单位是rpm的旋转速度。图表800包括用于工业涡轮机（诸如在图1中示出的示例系统的涡轮机112）的参考输入值802的集合和响应输出值804的集合。在时间段810期间，从大约50s标志到大约100s标志，涡轮机在初始p增益、i增益和d增益下操作时被激励。响应输出值804示出系统是过阻尼的（例如，迟缓反应），且在给出时间段810期间未达到设定点。这样的行为可以指示初始增益设定可能太低。
在时间段820期间，从大约100s标志到大约157s标志，涡轮机例如通过参数控制器140被摄动，且涡轮机的响应得到处理。在一些实施发生中，系统增益和相对系统增益可以通过测量过程变动与输出需求变动的比率确定。系统响应频率可以通过测量过程响应的频率确定。相对系统死区时间可以通过测量在输出需求的变动和过程变动之间的延迟确定。如上文中解释的，这些参数用于确定更新的p、i和d增益值。这些更新的p、i和d增益然后被提供到pid控制器以用于在涡轮机的控制中使用。
在时间段830期间，从大约157s标志向前前进，使用更新的p、i和sdr增益控制涡轮机，更新的p、i和sdr增益分别是0.0015、0.21和6.85。相比在时间段810（例如，在通过参数控制器140调整之前）期间的系统的响应，在时间段830（例如，在通过参数控制器140调整之后）期间，系统的响应更灵敏。注意，图7和图8示出可重复的p、i和d项，以及具有良好性能和良好裕度（快速响应、最小的瞬时振荡）的每个整定序列的可重复响应，无论pid控制器120所使用的初始值和pid控制器120及涡轮机组件110的初始响应。如与临界稳定且瞬时振荡（ringing）的系统那样，参数控制器140也可以与初始迟缓、过阻尼且无响应的系统一起使用。
图9是示出另一工业涡轮机控制系统900的示例的示意图。涡轮机组件910包括涡轮机912、可控低压（lp）输入914a和可控高压（hp）输入914b，其用于控制到涡轮机912或来自涡轮机912的一个或多个流体或蒸汽源的集合的流动。通过可控地调整lp输入914a和hp输入914b来控制到/来自涡轮机912的蒸汽/流体源的流动，涡轮机912的旋转速度、负载、加速度、减速度和其他性能参数可以被可控地调整。在一些实施例中，涡轮机组件910可以是图1的涡轮机组件110。在一些实施例中，lp输入914a和hp输入914b可以是图1的可控制输入114。
在图9中示出的示例系统中，通过涡轮机控制器920调整lp和hp输入914a-914b。涡轮机控制器920基于输入参数922（例如，期望的涡轮机速度、期望的压力）的集合、由配置成感测涡轮机912的速度和压力的一个或多个传感器930提供的一个或多个反馈信号932、输出918的集合和涡轮机912的这些和其他适当操作参数的组合以及在闭环反馈控制系统中的控制参数的集合来调整lp和hp输入914a-914b。在一些实施例中，传感器930可以是图1的传感器130。涡轮机控制器920及其操作将进一步在图10-22的描述中被讨论。
图10是图9的示例性涡轮机控制器920的框图1000。涡轮机控制器920包括速度（s）pid控制器1002和抽取压力（p）pid控制器1004。spid控制器1002接收s过程输入值1006（例如，用户提供的期望速度值），并且ppid控制器1004接收p过程输入值1008（例如，用户提供的期望抽取压力值）。在一些实施例中，spid控制器1002和ppid控制器1004均可以是图1的pid控制器120的示例。
涡轮机控制器920包括比率控制器1010。比率控制器1010提供高压（hp）致动器输出1020和低压（lp）致动器输出1022。在操作中，lp致动器输出1022被提供给例如图9的lp输入914a的lp致动器（例如以控制在涡轮机912的低压侧上的阀）。在操作中，hp致动器输出1020被提供给例如图9的hp输入914b的hp致动器（例如以控制在涡轮机912的高压侧上的阀）。
涡轮机控制器920也被配置成接收整定启用输入1009。自适应控制选择器1012被配置成基于整定启用输入1009的状态改变涡轮机控制器920的操作。现在参考图11，流程图1100示出了用于选择图9的示例涡轮机控制器920的操作模式的示例过程。在示例流程图1100中，涡轮机控制器920接收过程输入1102的集合，例如图10的s输入1002、p输入1004和整定启用输入1009，并且提供hp致动器输出1020和lp致动器输出1022。
自适应控制选择器1012基于过程输入1102（例如，图10的整定启用输入1009）来改变涡轮机控制器920的操作，以导致涡轮机控制器920在常规pid操作模式1110下或者自动pid整定模式1112下操作。
图12是在图11的常规pid操作模式1110中的图9的示例涡轮机控制器920的框图1200。在常规操作下（例如，整定启用输入1009为关），hp致动器输出1020和lp致动器输出1022基于由比率控制器1010接收的spid1002和ppid1004的输出值。比率控制器1010使用定标器（scaler）1202和定标器1204来修改pid1002-1004的输出值。
涡轮机控制器920是多输入多输出（mimo）控制系统（例如，具有多于一个的控制输入和多于一个的控制输出的系统）。在一些实施方式中，致动器输出1020、1022中的一个可以影响控制输入1006、1008两者，并且系统被称为具有“交互（interaction）”。可以通过使用流式图（steammap）或者比率限制器来减少交互。比率指的是向每个控制回路的需求施加比例项（scalingterm），使得每个控制回路均在对其他控制回路具有最小影响的情况下控制两个阀。限制指的是受控输出（例如，lp输入914a和/或hp输入914b）到达其控制极限的情况。比率增益（也被称为“k”系数）的计算通过将涡轮机的性能曲线转变成涡轮机控制操作包络线（envelope）来确定。在一些示例中，性能曲线可由涡轮机的制造商提供，并且从这个信息可以确定涡轮机控制操作包络线。在一些示例中，这样的操作包络线可被称为流式图。可以用于确定k系数的流式图的示例在对图23的描述中得到讨论。
在当前示例中，比率增益被称为“k”系数。k系数与速度（s）pid控制器1002和抽取压力（p）pid控制器1004的典型pid输出相结合来提供分量以用于针对阀需求进行定标器1202和定标器1204计算。
在所示示例中，定标器1202基于如下等式提供hp致动器输出1020。
hp=k1s+k2p+k3。
定标器1204基于如下等式提供lp致动器输出1022。
lp=k4s+k5p+k6。
图13是用于整定多个致动器控制器的示例过程1300的流程图。在一些实施方式中，过程1300可以被示例涡轮机控制器920使用来整定图9的示例性涡轮机系统900。当自动整定被开启时（例如，图10的整定启用输入1009是开），则图9的示例性涡轮机控制器920改变spid控制器1002、ppid控制器1004、以及比率控制器1010的操作以整定spid控制器1002和ppid控制器1004的操作参数。
在1302处，自适应控制输入被接收。例如，涡轮机控制器920可以接收整定启用输入1009来将涡轮机控制器920置于自动整定操作模式。
在1304处，在ppid控制器1004输出被超驰（override）成具有固定输出值时整定spid控制器1002。例如，spid控制器1002可以历经一系列设定点运行以便基本独立于ppid控制器1004的影响来检查示例涡轮机系统900的性能，ppid控制器1004的输出以其他方式与spid控制器1002的输出交互。之后spid控制器1002的p、i和sdr参数基于涡轮机系统920的观测到的性能被更新。
在1306处，在spid控制器1002输出被超驰成具有固定输出值时整定ppid控制器1004。例如，ppid控制器1004可以历经一系列设定点运行以便基本独立于spid控制器1002的影响来检查示例涡轮机系统900的性能，该spid控制器1002的输出以其他方式与ppid控制器1004的输出交互。之后ppid控制器1004的p、i和sdr参数基于涡轮机系统920的观测到的性能被更新。
在1308处，在允许ppid控制器1004常规操作时整定spid控制器1002。例如，spid控制器1002可以在允许ppid控制器1004的影响与spid控制器1002的输出交互时历经一系列设定点运行以检查示例涡轮机系统900的性能。之后spid控制器1002的p、i和sdr参数基于涡轮机系统920的观测到的性能被更新。
在1310处，在允许spid控制器1002常规操作时整定ppid控制器1004。例如，ppid控制器1004可以在允许spid控制器1002的影响与ppid控制器1004的输出交互时历经一系列设定点运行以检查示例涡轮机系统900的性能。之后ppid控制器1004的p、i和sdr参数基于涡轮机系统920的观测到的性能被更新。
在1312处，涡轮机控制器920使用针对spid控制器1002和ppid控制器1004中的每个的p、i和sdr的确定值，以便以常规操作模式（例如，两个pid控制器1002、1004均常规操作）操作。
图14是处于整定模式配置1400的图12的示例涡轮机控制器920的框图。在一些实施方式中，配置1400可以被涡轮机控制器920使用来执行图13的示例过程1300的步骤1304。
在所示示例中，比率控制器1010从spid控制器1002接收s输出。不过，ppid控制器1004的输出被拦截且被模拟p输出1402替换。在一些实施方式中，模拟p输出1402可以是恒定值。在一些实施方式中，模拟p输出1402可以是ppid控制器1004的p输出的被滤波采样值。基于spid控制器1002的实际s输出和模拟p输出1402确定hp致动器输出1020和lp致动器输出1022。
图15是用于整定多个致动器控制器的示例过程阶段1500的流程图。在一些实施方式中，过程阶段1500可以是图13的示例过程1300的步骤1304。在一些实施方式中，过程阶段1500可由图14的示例配置1400来执行。
大体而言，过程阶段1500包括两个子过程。作为spid控制器1002的自动整定过程的一部分，子过程1510历经一系列值来调整图10的spid控制器1002。子过程1550监视spid控制器1002和ppid控制器1004二者的输入。在一些实施方式中，子过程1510和1550可以基本并行运行。
在子过程1510中，在步骤1512处，通过提供预定激励值来测试spid控制器1002的系统响应。如果在步骤1514处涡轮机控制器920确定不正确的激励正被提供给spid控制器1002，则在步骤1516处激励水平得到调整（例如，被调整为更高或者更低）。如果在步骤1514处，涡轮机控制器920确定正确的激励水平正被提供给spid控制器1002，则在步骤1518处做出另一决定。
在步骤1518处，如果涡轮机控制器920确定还没有收集足够数据（例如，涡轮机系统响应数据），则在步骤1512处再次激励spid控制器1002。如果涡轮机控制器920确定已经收集足够数据，则在步骤1520处，基于期望的响应1522为spid控制器1002确定新的p、i和sdr值。在一些实施方式中，可以使用图3的示例过程300、图4的示例过程400、图5的示例过程500、图6的示例过程600、和/或图13的示例过程1300来确定新的p、i和sdr值。
子过程1550包括步骤1552，在该步骤处监视至spid控制器1002和ppid控制器1004的输入。在1554处，如果基于所允许的输入值1556改变，pid控制器的输入存在大于预定阈值量的变动，则在1590处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004常态运行。如果在1554处，基于输入值1556，pid控制器的输入的变动量没有超过预定阈值量，则允许过程阶段1500完成。
图16是处于另一整定模式配置1600的图12的示例涡轮机控制器920的框图。在一些实施方式中，配置1600可以被涡轮机控制器920使用来执行图13的示例过程1300的步骤1306。
在所示示例中，比率控制器1010从ppid控制器1004接收p输出。不过，spid控制器1002的输出被拦截且被模拟s输出1602替换。在一些实施方式中，模拟s输出1602可以是恒定值。在一些实施方式中，模拟s输出1602可以是spid控制器1002的s输出的被滤波采样值。基于ppid控制器1004的实际p输出和模拟s输出1602确定hp致动器输出1020和lp致动器输出1022。
图17是用于整定多个致动器控制器的示例过程阶段1700的流程图。在一些实施方式中，过程阶段1700可以是图13的示例过程1300的步骤1306。在一些实施方式中，过程阶段1700可由图16的示例配置1600来执行。
大体而言，过程阶段1700包括两个子过程。作为ppid控制器1004的自动整定过程的一部分，子过程1710历经一系列值调整图10的ppid控制器1004。子过程1750监视spid控制器1002和ppid控制器1004二者的输入。在一些实施方式中，子过程1710和1750可以基本并行运行。
在子过程1710中，在步骤1712处，通过提供预定激励值来测试ppid控制器1004的系统响应。如果在步骤1714处涡轮机控制器920确定不正确的激励正被提供给ppid控制器1004，则在步骤1716处激励水平得到调整（例如，被调整为更高或者更低）。如果在步骤1714处，涡轮机控制器920确定正确的激励水平正被提供给ppid控制器1004，则在步骤1718处作出另一决定。
在步骤1718处，如果涡轮机控制器920确定还没有收集足够数据（例如，涡轮机系统响应数据），则在步骤1712处再次激励ppid控制器1004。如果涡轮机控制器920确定已经收集足够数据，则在步骤1720处，基于期望的响应1722为ppid控制器1004确定新的p、i和sdr值。在一些实施方式中，可以使用图3的示例过程300、图4的示例过程400、图5的示例过程500、图6的示例过程600、和/或图13的示例过程1300来确定新的p、i和sdr值。
子过程1750包括步骤1752，在该步骤处监视至spid控制器1002和ppid控制器1004的输入。在1754处，如果基于所允许的输入值1756改变，pid控制器的输入存在大于预定阈值量的变动，则在1790处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004常态运行。如果在1754处，基于输入值1756，pid控制器的输入的变动量没有超过预定阈值量，则允许过程阶段1700完成。
图18是用于整定多个致动器控制器的示例过程阶段1800的流程图。在一些实施方式中，过程阶段1800可以是图13的示例过程1300的步骤1308。在一些实施方式中，过程阶段1800可由图12的示例配置1200来执行。
大体而言，过程阶段1800包括两个子过程。作为spid控制器1002的自动整定过程的一部分，子过程1810在历经一系列值调整图10的spid控制器1002。子过程1850监视ppid控制器1004的输入。在一些实施方式中，子过程1810和1850可以基本并行运行。
在子过程1810中，在步骤1812处，通过使得spid控制器1002的设定点向上阶跃并观察涡轮机系统900的响应来测试spid控制器1002的系统响应。在步骤1814处，通过使得spid控制器1002的设定点向下阶跃并观察涡轮机系统900的响应来测试spid控制器1002的系统响应。例如，步骤1812和1814可历经既高于又低于预期设定点的预定的设定点范围运行spid控制器1002。
在步骤1818处，如果涡轮机控制器920分析在步骤1812和1814期间产生的涡轮机系统900响应数据。在步骤1820处，基于期望的响应1822为spid控制器1002确定新的p、i和sdr值。在一些实施方式中，可以使用图3的示例过程300、图4的示例过程400、图5的示例过程500、图6的示例过程600、和/或图13的示例过程1300来确定新的p、i和sdr值。
子过程1850包括步骤1852，在该步骤处监视至ppid控制器1004的输入。在1854处，如果基于所允许的输入值1856改变，pid控制器的输入存在大于预定阈值量的变动，则在1890处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004常态运行。如果在1854处，基于输入值1856，pid控制器的输入的变动量没有超过预定阈值量，则以常态设定点运行ppid控制器1004。
图19是用于整定多个致动器控制器的示例过程阶段1900的流程图。在一些实施方式中，过程阶段1900可以是图13的示例过程1300的步骤1310。在一些实施方式中，过程阶段1900可由图12的示例配置1200来执行。
大体而言，过程阶段1900包括两个子过程。作为ppid控制器1004的自动整定过程的一部分，子过程1910历经一系列值调整图10的ppid控制器1004。子过程1950监视spid控制器1002的输入。在一些实施方式中，子过程1910和1950可以基本并行运行。
在子过程1910中，在步骤1912处，通过使得ppid控制器1004的设定点向上阶跃并观察涡轮机系统900的响应来测试ppid控制器1004的系统响应。在步骤1914处，通过使得ppid控制器1004的设定点向下阶跃并观察涡轮机系统900的响应来测试ppid控制器1004的系统响应。例如，步骤1912和1914可历经既高于又低于预期设定点的预定的设定点范围运行ppid控制器1004。
在步骤1919处，如果涡轮机控制器920分析在步骤1912和1914期间产生的涡轮机系统900响应数据。在步骤1920处，基于期望的响应1922为ppid控制器1004确定新的p、i和sdr值。在一些实施方式中，可以使用图3的示例过程300、图4的示例过程400、图5的示例过程500、图6的示例过程600、和/或图13的示例过程1300来确定新的p、i和sdr值。
子过程1950包括步骤1952，在该步骤处监视至spid控制器1002的输入。在1954处，如果基于所允许的输入值1956改变，pid控制器的输入存在大于预定阈值量的变动，则在1990处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004常态运行。如果在1954处，基于输入值1956，pid控制器的输入的变动量没有超过预定阈值量，则以常态设定点运行spid控制器1002。
图20是用于整定多个致动器控制器的另一示例过程阶段2000的流程图。在一些实施方式中，过程阶段2000可以是图13的示例过程1300的步骤1312。在一些实施方式中，过程阶段2000可由图12的示例配置1200来执行。
大体而言，过程阶段2000包括两个子过程。作为spid控制器1002的自动整定过程的一部分，子过程2010监视图10的spid控制器1002。作为ppid控制器1004的自动整定过程的一部分，子过程2050监视图10的ppid控制器1004。在一些实施方式中，子过程2010和2050可以基本并行运行。
子过程2010包括步骤2012，在该步骤处监视至spid控制器1002的输入。在2014处，如果基于所允许的输入值2016改变和/或输入噪声的量，pid控制器的输入存在大于预定阈值量的变动，则在2090处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004常态运行。如果在2014处，基于输入值2016，pid控制器的输入的变动量没有超过预定阈值量，则作出另一决定。
在2018处，如果基于输入2020（例如，用户输入）整定过没有完成，则在步骤2012处继续整定。如果在2018处基于输入2020整定过程完成，则作出另一决定。
在2022处，如果基于输入2024（例如，用户输入），之前的整定步骤确定的p、i和sdr值将不被存储，则在2090处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004以原始p、i和sdr值常态运行。如果在2022处，基于输入2024，之前的整定步骤确定的p、i和sdr值将被存储，则在2026处spid1002以具有新计算的p、i和sdr值的常态设定点运行。
子过程2050包括步骤2052，在该步骤处监视至ppid控制器1004的输入。在2054处，如果基于所允许的输入值2056改变，pid控制器的输入存在大于预定阈值量的变动，则在2092处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004以原始p、i和sdr值常态运行。如果在2054处，基于输入值2056，在pid控制器的输入上的变动量没有超过预定阈值量，则作出另一决定。
在2058处，如果基于输入2060（例如，用户输入）整定过程没有完成，则在步骤2052处继续整定。如果在2058处基于输入2060整定过程完成，则作出另一决定。
在2062处，如果基于输入2064（例如，用户输入），之前的整定步骤确定的p、i和sdr值将不被存储，则在2092处整定被停止并且允许spid控制器1002和ppid控制器1004以原始p、i和sdr值常态运行。如果在2062处，基于输入2064，之前的整定步骤确定的p、i和sdr值将被存储，则在2066处ppid1004以具有新计算的p、i和sdr值的常态设定点运行。
图21a和图21b是用于整定多个致动器控制器的另一示例过程2100的流程图。在一些实施方式中，过程2100可以被示例涡轮机控制器920使用以整定图9的示例涡轮机系统900。
在步骤2102处，在比率控制器处接收一个或多个涡轮机响应值。在一些实施例中，比率控制器可以是图10的示例比率控制器1010。涡轮机响应值基于：第一致动器控制器的第一过程输出值（sout），该第一过程输出值基于第一过程输入值（sin）和选自包括比例增益值（p）、积分增益值（i）和微分增益值（sdr）的组的至少一个第一控制参数，其中，第一致动器控制器包括第一参数控制器；以及第二致动器控制器的第二过程输出值（pout），该第二过程输出值基于第二过程输入值（pin）和选自所述组的至少一个第二控制参数，其中第二致动器控制器包括第二参数控制器。例如，第一过程输出值可以是spid控制器1002的输出，并且第二过程输出值可以是ppid控制器1004的输出。
在2104处，比率控制器向第一致动器控制器提供第一过程输入值作为预定第一恒定设定点值，并且在2106处比率控制器将被提供给第二致动器控制器的第二过程输入值改变成多个预定第一设定点值。例如，spid控制器1002的设定点可以保持恒定，而ppid控制器1004的设定点历经一系列设定点值变化。在一些实施方式中，步骤2104和2106可由图14的示例配置1400中的涡轮机控制器920来执行。
在2108处，第二参数控制器接收一个或多个第一更新的涡轮机响应值作为针对第一设定点值中的一个或多个的涡轮机响应值。在2110处，第二参数控制器基于涡轮机响应值确定选自所述组的至少一个第三控制参数，并且在2112处，第二参数控制器将第三控制参数作为第二控制参数提供至第二致动器控制器。例如，ppid控制器1004可以基于图4的示例过程400确定其本身的更新的p、i和/或sdr值。在另一示例中，比率控制器1010或者其他控制器可以基于示例过程400确定所述值。
如图21b所示，在2114处，比率控制器向第二致动器控制器提供第二过程输入值作为预定第二恒定设定点值，并且在2116处比率控制器将被提供给第一致动器控制器的第一过程输入值改变成多个预定第二设定点值。例如，ppid控制器1004的设定点可以保持恒定，而spid控制器1002的设定点历经一系列设定点值变化。在一些实施方式中，步骤2114和2116可由图14的示例配置1400中的涡轮机控制器920来执行。
在2118处，第一参数控制器接收一个或多个第二更新的涡轮机响应值作为针对第二设定点值中的一个或多个的涡轮机响应值。在2120处，第一参数控制器基于涡轮机响应值确定选自所述组的至少一个第四控制参数，并且在2122处，第一参数控制器将第四控制参数作为第一控制参数提供至第一致动器控制器。例如，spid控制器1002可以基于图4的示例过程400确定其本身的新的p、i和/或sdr值。在另一示例中，比率控制器1010或者其他控制器可以基于示例过程400确定所述值。
在一些实施方式中，过程2100也可以包括通过第一参数控制器和第二参数控制器基于第一过程输出值和第二过程输出值来控制涡轮机。例如，spid控制器1002和ppid控制器1004可以使用更新的p、i和sdr值来控制涡轮机系统900。
在一些实施方式中，过程2100也可以包括：基于第一过程输出值（sout）、第二过程输出值（pout）和比率参数（kx）来确定第一控制输出值（hp）；基于第一过程输出值（sout）、第二过程输出值（pout）和比率参数（kx）来确定第二控制输出值（lp）；以及通过比率控制器基于第一控制输出值和第二控制输出值来控制涡轮机。在一些实施方式中，一个或多个比率参数（kx）可以包括比率参数k1、k2、k3、k4、k5和k6的集合，第一控制输出（hp）可以由等式hp=k1sout+k2pout+k3给出，并且第二控制输出（lp）可以由等式lp=k4sout+k5pout+k6给出。例如，图10的示例比率控制器1010可以基于“k”系数使用图12的示例性定标器1202和示例性定标器1204来修改pid1002和1004的输出值。
在过程2100的一些实施方式中，第一参数控制器可以控制涡轮机的第一部件来影响涡轮机响应值，并且第二参数控制器可以控制涡轮机的第二部件来影响涡轮机响应值。例如，图10的示例spid控制器1002可以通过lp致动器输入914a来控制lp致动器，并且图10的示例ppid控制器1004可以通过hp致动器输入914b来控制hp致动器以便控制涡轮机912的性能。
虽然前述讨论已经描述了具有某些质量和类型的控制器（例如，spid控制器1002、ppid控制器1004）、输入值（例如，s和p）、中间值（例如，kx、hp、lp）、受控参数（例如，速度、加速度、压力、流量、入口/出口配置、抽取/准入、排气）、以及输出值（例如，反馈信号932）的系统和过程，不过可使用其他质量和类型的值。例如，可使用三个或更多个pid控制器，其中至pid控制器中的两个控制器的输入可以保持基本恒定，而第三pid控制器历经一系列值运行，以作为图21a-21b的示例过程2100的扩展。在另一示例中，任何适当数量的k系数可被比率控制器1010使用来修改pid控制器输出的集合，且/或可将任何适当数量的被缩放输出值提供给对应数量的图1的可控输入114。
图22是通用计算机系统2200的示例的示意图。系统2200可以用于与根据一个实施方式的过程300相关联描述的操作。例如，系统2200可被包括在图1的参数控制器140、pid控制器120、图9的涡轮机控制器920、图10的spid控制器1002、ppid控制器1004、和/或比率控制器1010中的任一个或全部内。
系统2200包括处理器2210、存储器2220、存储装置2230和输入/输出装置2240。部件2210、2220、2230和2240中的每一者使用系统总线2250互连。处理器2210能够执行在系统2200内执行的指令。在一种实施方式中，处理器2210是单线程处理器。在另一种实施方式中，处理器2210是多线程处理器。处理器2210能够执行被存储在存储器2220或存储装置2230上的指令以便在输入/输出装置2240上显示用户界面的图形信息。
存储器2220将信息存储在系统2200内。在一种实施方式中，存储器2220是计算机可读介质。在一种实施方式中，存储器2220是易失性存储单元。在另一种实施方式中，存储器2220是非易失性存储单元。
存储装置2230能够为系统2200提供大容量存储。在一种实施方式中，存储装置2230是计算机可读介质。在各种不同实施方式中，存储装置2230可以是软盘装置、硬盘装置、光盘装置或者磁带装置。
输入/输出装置2240为系统2200提供输入/输出操作。在一种实施方式中，输入/输出装置2240包括键盘和/或指针装置（pointingdevice）。在另一实施方式中，输入/输出装置2240包括用于显示图形用户界面的显示单元。
所描述的特征可以被实现为数字电子电路或者计算机硬件、固件、软件或其组合。设备可以被实现为被有形地实现在例如机器可读存储装置的信息载体中的计算机程序产品以便由可编程处理器执行；并且方法步骤可以由可编程处理器执行，所述可编程处理器执行指令程序以通过对输入数据的操作并生成输出来实现所描述的实施方式的功能。所描述的特征可以在一个或更多个计算机程序中被有利地实现，所述程序能够在可编程系统上执行，所述系统包括至少一个可编程处理器，所述处理器被联接成从数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令并向其传输数据和指令。计算机程序是能够在计算机中被直接或间接使用来执行特定活动或导致特定结果的一组指令。计算机程序可以以包括编译或解释语言的任意形式的设计语言被撰写，并且其可以以任意形式被展开，包括作为独立程序或作为适于在计算环境中使用的模块、部件、子程序或其他单元。
执行指令程序的适当处理器例如包括通用和专用微处理器两者，以及任何类型计算机的唯一处理器或多个处理器中的一个。大体上，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的本质元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器。大体而言，计算机也将包括或者被操作地联接成与一个或多个用于存储数据文件的海量存储装置通信；这样的装置包括磁盘，例如内部硬盘和可去除盘；磁光盘；和光盘。适合于有形地实现计算机程序指令和数据的存储装置包括所有形式的非易失性存储器，例如包括半导体存储器装置，例如eprom、eeprom和闪速存储器装置；磁盘，例如内部硬盘、可除去盘；磁光盘；和cd-rom和dvd-rom盘。处理器和存储器可以通过asic（专用集成电路）被补充或者被结合到asic内。
为了提供与用户的交互，特征能够实施在计算机上，该计算机具有例如crt（阴极射线管）或lcd（液晶显示器）监视器以用于将信息显示给用户的显示装置以及键盘和指针装置，例如鼠标或轨迹球，用户可以通过其将输入提供至计算机。
能够在计算机系统中实施这些特征，计算机系统包括后端部件（诸如数据服务器）或包括中介软件部件（诸如应用服务器或因特网服务器）或包括前端部件（诸如具有图形用户界面或因特网浏览器或其任何组合的客户端计算机）。系统的部件可以借助于任意的数字数据通信形式或媒介（例如通信网络）被连接。通信网络的示例包括例如lan、wan和形成因特网的计算机和网络。
计算机系统可以包括客户和服务器。客户和服务器大体上远离彼此，并且通常通过例如所述的网络交互。客户端和服务器的关系借助于在相应计算机上运行并且具有至彼此的客户端服务器关系的计算机程序发生。
图23是示例性流式图（steammap）2300的视图。在一些实施方式中，流式图2300可由涡轮机制造商提供来描述涡轮机（例如，图9的示例性涡轮机912）的参数。在一些实施方式中，流式图2300可由涡轮机制造商提供的涡轮机参数信息确定。
流式图2300包括点a、b和c。可以基于这三个点a、b和c确定kx系数值。大体而言，k1是线ca的斜率，k2可以作为从hb至线ca的hp值的hp的变化量（例如，y轴线）被求解，其针对s值=100（例如，整个p范围）上的sb来求解。k3是线ca的y截距。k4是整个lp范围（例如，100）除以从点a到点c的s的变化量。k5是lp从点b到线ca与来自点b的竖直线相交的点（例如，整个p范围）的变化。k6是在线ca的y截距处的lp位置（例如，p=0和s=0）。在一些实施方式中，可以发现k6类似于上面的两个距离的比率。
点a可以被描述为(a_x,a_y)，其中a_x和a_y是点a的x和y轴值。点b可以被描述为(b_x,b_y)，其中b_x和b_y是点b的x和y轴值。点c可以被描述为(c_x,c_y)，其中c_x和c_y是点c的x和y轴线值。kx系数可以如下被确定。
k1=(c_y-a_y)/(c_x-a_x)。
k3=a_y-a_x*k1。
k2=(b_y–k3-k1*b_x)/100。
k4=100/(a_x-c_x)。
k6=-k4*c_x。
k5=(b_x*k4+k6)/-100。
虽然上面已经详细描述了一些实施方式，但是其他修改也是可能的。例如，在图中描绘的逻辑流程不要求特定的所示顺序或者相继顺序来实现所需的结果。另外，可以在所描述的流程上提供其他步骤或者可以从所描述的流程删除步骤，并且，可以向所描述的系统增加其他部件或者从所描述的系统移除部件。因此，其他实施方式落入以下权利要求书的范围内。