用户能够为所述高级控制块选择一集合输入）、第六例程（第六例程创建一过程模 型）、第七例程（第七例程根据所述过程模型来开发高级控制逻辑参数）、第八例程（第八 例程将所述高级控制逻辑放置在所述高级控制元件，而且如果需要，将所述过程模型放置 在所述高级控制元件，以使得所述高级控制元件能够控制过程）以及第九例程（第九例程 选择或使用户能够选择优化器，以用于高级控制块380)。
[0049] 图3为一更详细的框图，其图解通信连接到一过程500的高级控制块380的一个 实施例，已知高级控制块380产生一集合操纵变量MVs，操纵变量MVs被提供给其他功能块， 而这些其他功能块接着连接到过程500的控制输入。如图3所示，高级控制块380包括一 MPC控制器块502、一优化器504、一目标转换块505、一阶跃响应模型或控制矩阵506及一 输入处理/过滤块508。MPC控制器502可以是任何标准的方形的M X M(M可以是任何大于 一的数）MPC例程或程序，其输入数与输出数相同。MPC控制器502接收在过程500中测量的 一集合的N个控制变量CV及辅助变量AV (它们是数值的向量）、一集合的扰动变量DV (它 们是已知的提供给过程500的或预计在未来某个时候提供给过程500的改变或扰动）以及 一集合的、提供自目标转换块505的稳态目标控制变量CVT及目标辅助变量AVT，作为输入。 MPC控制器502使用这些输入来创建所述集合的M个操纵变量MV (以控制信号的形式），并 将这些操纵变量MV信号传输，以控制过程500。
[0050] 此外，MPC控制器502在预测时域计算并向输入处理/过滤块508提供依次代表 控制变量CV、辅助变量AV以及操纵变量MV的预测值的一集合的预测稳态控制变量CVSS及 稳态辅助变量AVSS，以及一集合的预测稳态操纵变量MVSS。输入处理/过滤块508处理所 述控制变量CVSS、辅助变量AVSS及操纵变量MVSS的已确定的预测稳态值，以减低噪音及 未预知的扰动对这些变量的影响。应该了解，输入处理/过滤块508可以包括一低通过滤 器或任何其他输入处理器，所述低通过滤器或任何其他输入处理器减低噪音、模拟误差及 扰动对这些值的影响，并向优化器504提供已过滤的控制变量CVSSf il、已过滤的辅助变量 AVSSfil及已过滤的操纵变量MVSSfil。
[0051] 在这个例子中，优化器504是一线性编程（LP)优化器，其使用可从选择块510提 供的目标函数（OF)来执行过程优化。可选择地，优化器504可以是二次编程优化器，而二 次编程优化器是带有线性模型及二次目标函数的优化器。一般而言，目标函数（OF)将指明 与每个控制变量、辅助变量及操纵变量有关的成本及利润，而优化器504通过最大化或最 小化所述目标函数，为这些变量设定目标值。选择块510可以选择被提供给优化器504的 目标函数（0F)，作为数学地代表定义过程500的最佳操作的不同方式的一集合的预存储目 标函数514的其中之一。例如，预存储目标函数514的其中之一可以配置成最大化设备的 利润，另一个预存储目标函数514可以配置成最小化对供应不足的特定原材料的使用，而 再另一个预存储目标函数514可以配置成最大化在过程500中制造的产品的品质。一般而 言，所述目标函数使用与控制变量、辅助变量及操纵变量的每个移动有关的成本或利润，确 定由控制变量CV的设定点或范围及辅助变量AV及操纵变量MV的界限定义的可接受的点 的集合中的最佳过程操作点。当然，可以改为使用任何期望的目标函数，或除了使用在此描 述的那些目标函数之外，还可以使用任何期望的目标函数，包括使多个方面的利害关系中 的每个方面的利害关系（比如原材料、利益率等等）优化到某个程度的目标函数。
[0052] 要选择目标函数514的其中之一，用户或操作员可以通过在操作员终端或用户终 端上（比如在图2的工作站130的其中之一上）选择该目标函数，提供需使用的目标函数 514的指示，这个选择是通过提供一输入512到选择块510而进行的。为响应输入512,选 择块510将所选择的目标函数OF提供给优化器504。当然，用户或操作员可以在过程的操 作期间改变正在被使用的目标函数。如果需要，可以在用户不提供或不选择目标函数的情 况下使用一默认目标函数。以下将对一个可能的默认目标函数进行更详细的讨论。虽然被 描述为高级控制块380的部分，但不同的目标函数可以存储在图2的操作员终端130,而且 这些目标函数的其中之一可以在高级控制块380的创建或产生期间被提供给这个块。
[0053] 除了接收目标函数OF之外，优化器504还接收一集合的控制变量设定点（它们典 型地是由操作员为过程500的控制变量CV指定的设定点，而且可以由操作员或其他用户修 改）及接收与控制变量CV中的每个控制变量CV有关的范围及加权或优先级，作为输入。优 化器504还接收正被用于控制过程500的、辅助变量AV的一集合的范围或制约界限及一集 合的加权或优先级以及操纵变量MV的一集合的界限。一般而言，辅助变量及操纵变量的范 围定义（典型地是根据设备的物理特性）辅助变量及操纵变量的界限，而控制变量的范围 则提供控制变量可符合要求地对过程进行控制的运行范围。控制变量及辅助变量的加权指 明在优化过程期间控制变量与辅助变量相互之间的相对重要性，而且在有些情况下，如果 有些制约被触犯，控制变量及辅助变量的加权可以使优化器504能够产生控制目标解。
[0054] 在操作期间，优化器504可以使用线性编程（LP)技术来执行优化。对于有多个操 纵输入（独立变量）及多个控制或制约变量（因变量）的过程单元而言，优化技术是有用的 控制技术。一个方式是使用带稳态模型的线性编程（LP)。仿真环境（比如模型预测控制） 有可轻易地利用的过程稳态。已知线性编程是用来解一集合的线形方程式及不等式的一种 数学方法，这个数学方法最大化或最小化某个被称为目标函数的附加函数。所述目标函数 的最终形式是所述独立操纵变量mvi的函数或所述独立操纵变量的增量Smvi的函数：
[0056] 其中ci是与
【主权项】
1. 一种用于控制过程的过程控制系统，包括： 过程仿真器，其适合仿真所述过程及产生所述过程的仿真输出，其中所述仿真输出包 括所述过程的一个或多个预测未来值； 优化器，其适合最小化或最大化一目标函数，同时保持一集合的过程变量在预定义过 程变量界限内，适合使用所述目标函数中的一个或多个松弛变量来将所述集合的过程变量 扩展到所述过程变量界限之外，并且适合根据过程输入、根据来自所述过程仿真器的所述 仿真输出以及根据在所述预定义过程变量界限之外确定的解，开发一集合的目标值；以及 多输入/多输出控制器，其适合在所述过程控制系统的每个操作周期期间根据在所述 过程控制系统的每个操作周期期间从所述优化器提供给所述多输入/多输出控制器的所 述集合的目标值，产生配置成控制所述过程的多个控制输出。
2. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器适合并行地仿真所述过程 与所述过程的操作。
3. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器适合根据来自所述过程的 测得反馈输出来仿真所述过程，其中仿真结果由所述测得反馈输出修正，以产生所述过程 的仿真输出。
4. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器适合在独立于所述优化器 之外仿真所述过程。
5. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器包括所述过程的仿真模 型，及所述优化器包括所述过程的基于所述仿真模型的优化稳态模型。
6. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器适合仿真所述过程及产生 所述过程的仿真输出直到所述过程的稳态，及其中所述优化器适合根据来自所述过程的多 个测得输入及根据来自所述过程仿真器的所述仿真输出直到所述过程的所述稳态，开发所 述集合的目标值。
7. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器包括所述过程的阶跃响应 模型。
8. 如权利要求7所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器适合使用根据所述阶跃响 应模型确定的动态模型矩阵，以仿真所述过程及产生所述过程的仿真输出。
9. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器适合使用根据由第一性原 理模型及参数模型组成的集群中的至少其中之一确定的动态模型矩阵。
10. 如权利要求9所述的过程控制系统，其中所述优化器适合开发基于稳态增益矩阵 的一集合的目标值，其中所述稳态增益矩阵基于所述动态模型矩阵，及其中所述过程仿真 器适合实时更新所述动态模型矩阵。
11. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述过程仿真器包括一个或多个仿真块， 所述仿真块配置成仿真所述过程的一个或多个部分，其中每个仿真块包括： 过程模型，其模拟所述过程的至少一部分；以及 仿真单元，其使用所述过程模型来仿真所述过程的所述部分的操作，以便为与所述过 程的所述部分相关的过程元件产生所述仿真输出，所述仿真输出包括所述过程元件的一个 或多个预测未来值。
12. 如权利要求11所述的过程控制系统，其中所述仿真块的至少其中之一包括输入， 所述输入适合接受相应于所述过程元件的所述仿真输出的、所述过程元件的实际值。
13. 如权利要求12所述的过程控制系统，其中所述输入通信连接，以便接受在所述过 程的联机操作期间进行的、所述过程元件的测量。
14. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述优化器适合将所述目标值作为目标 操纵变量，施加到所述多输入/多输出控制器。
15. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述优化器适合将所述目标值作为目标 控制变量，施加到所述多输入/多输出控制器。
16. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述优化器适合使用所述一个或多个松 弛变量将所述目标函数扩展到超过一控制变量的预定义设定点范围的多个自由度之外。
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