7. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述优化器适合最小化或最大化所述目 标函数，同时保持一集合的控制变量在预定义控制变量界限内及保持一集合的操纵变量在 一集合的预定义操纵变量界限内，而且如果解不存在，所述优化器适合允许所述控制变量 界限的至少其中之一被触犯。
18. 如权利要求17所述的过程控制系统，其中所述控制变量包括根据所述过程的所述 仿真输出确定的预测控制变量。
19. 如权利要求17所述的过程控制系统，其中所述优化器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控制变量扩展到所述控制变量界限之外，及所述优化 器进一步适合根据在所述预定义控制变量界限之外确定的解，开发所述集合的目标值。
20. 如权利要求19所述的过程控制系统，其中所述优化器适合将松弛变量增量式地包 合到所述目标函数，其中每个附加松弛变量将所述目标函数扩展到超过所述预定义设定点 界限的进一步的自由度之外。
21. 如权利要求20所述的过程控制系统，其中所述优化器适合施加惩罚值到包合在所 述目标函数中的每个附加松弛变量，其中施加于每个松弛变量的惩罚值视与所述控制变量 相关的优先级而定。
22. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述优化器包括线性编程优化器。
23. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述优化器包括非线性编程优化器。
24. 如权利要求1所述的过程控制系统，其中所述多输入/多输出控制器包括模型预测 控制器。
25. -种用于优化带有多个操纵变量及能够被所述操纵变量的改变影响的多个控制变 量的过程的方法，所述方法包括： 使用所述过程的过程模型来仿真所述过程的操作以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； 将所述过程的所述预测未来值提供给所述过程的部分的优化模型； 通过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，如果最佳解不存在于所述预定义过程变量界限内，通过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预定义过程变量界限之外，并且通过根 据所述过程输入、根据来自所述过程仿真器的所述仿真输出以及如果解不存在于所述预定 义过程变量界限内，根据在所述预定义过程变量界限之外确定的解来选择过程操作点，使 用所述优化模型来执行过程优化，其中所述过程操作点是由所述多个控制变量的一个或多 个控制变量的一集合的目标值定义；以及 在所述过程的每个操作周期期间使用所述集合的目标值来控制所述过程。
26. 如权利要求25所述的方法，其中仿真所述过程的操作的步骤包括并行地仿真所述 过程与所述过程的操作。
27. 如权利要求25所述的方法，其中仿真所述过程的操作的步骤包括： 测量来自所述过程的反馈输出，以及 根据来自所述过程的所述测得反馈输出，修正仿真结果。
28. 如权利要求25所述的方法，其中执行过程优化包括在独立于仿真所述过程的操作 之外执行过程优化。
29. 如权利要求25所述的方法，其中仿真所述过程的操作的步骤包括在所述过程的稳 态时仿真所述过程的操作，以产生所述过程的所述稳态的仿真输出。
30. 如权利要求25所述的方法，其中"使用所述过程的过程模型来仿真所述过程的操 作以产生所述过程的仿真输出"的步骤包括预测所述一个或多个控制变量。
31. 如权利要求25所述的方法，其中"最小化或最大化目标函数"、"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"的步骤 包括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。
32. 如权利要求25所述的方法，其中"最小化或最大化目标函数"的步骤包括： 保持所述一个或多个控制变量在预定义控制变量界限内； 保持所述操纵变量中的一个或多个操纵变量在一集合的预定义操纵变量界限内； 触犯所述控制变量界限的至少其中之一，如果解不存在于所述预定义界限内；以及 根据在所述预定义界限之外确定的解，选择所述过程操作点。
33. 如权利要求32所述的方法，其中"触犯所述控制变量界限的至少其中之一"的步骤 包括施加一个或多个松弛变量到所述目标函数，其中每个松弛函数将所述一个或多个控制 变量扩展到超过所述预定义设定点界限之外。
34. 如权利要求33所述的方法，进一步包括施加惩罚值到包合在所述目标函数中的每 个松弛变量。
35. -种过程控制元件，其适合作为实施在处理器上的过程控制例程的部分来使用，以 使用给过程的多个测得操纵变量来控制过程的多个控制参数，所述过程控制元件包括： 计算机可读媒介； 仿真功能块，其存储在所述计算机可读媒介上，并适合在所述处理器上执行，以实施所 述过程的仿真，所述仿真功能块包括仿真例程，该仿真例程仿真所述过程并产生所述过程 的仿真输出，包括产生所述过程的一个或多个预测未来值； 优化功能块，其存储在所述计算机可读媒介上，并适合在所述处理器上执行，以实施所 述过程的多输入/多输出控制，所述优化功能块包括： 目标函数，其根据所述多个测得控制变量定义优化标准，并且包括至少一个松弛变量 和预定义过程变量界限； 优化器例程，其在每个控制扫描期期间使用所述目标函数及来自所述仿真例程的所述 仿真输出，为所述控制变量产生一集合的最佳目标值，其中所述优化器例程最小化或最大 化所述目标函数，同时保持过程变量在预定义过程变量界限内，并且如果最佳解不存在于 所述预定义过程变量界限内，使用所述至少一个松弛变量来将所述集合的过程变量扩展到 所述预定义过程变量界限之外，其中如果最佳解不存在于所述预定义过程变量界限内，则 所述集合的最佳目标值根据在所述预定义过程变量界限之外确定的解； 多输入/多输出控制例程，其在每个控制扫描期期间使用所述目标值，为所述多个操 纵变量中的每个操纵变量产生控制信号。
36. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述仿真例程并行地仿真所述过程与所 述过程的操作。
37. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述仿真例程使用来自所述过程的测得 反馈输出来修正所述过程的所述仿真，以产生所述过程的所述仿真输出。
38. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述优化功能块包括所述过程的稳态模 型。
39. 如权利要求38所述的过程控制元件，其中所述仿真功能块包括所述过程的仿真模 型，及其中所述过程的所述稳态模型基于所述过程的所述仿真模型。
40. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述仿真例程仿真所述过程并产生所述 过程的仿真输出达到所述过程的稳态，及其中所述优化器使用所述目标函数及所述过程的 所述仿真稳态输出来为所述控制参数产生所述集合的最佳目标值。
41. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述仿真功能块包括所述过程的模型， 及其中所述仿真例程使用根据所述模型确定的动态模型矩阵。
42. 如权利要求41所述的过程控制元件，其中所述模型包括由所述过程的阶跃响应模 型、所述过程的第一性原理模型及所述过程的参数模型组成的集群中的至少其中之一。
43. 如权利要求41所述的过程控制元件，其中所述优化功能块包括基于所述动态模型 矩阵的稳态增益矩阵，其中所述优化器例程使用所述稳态增益矩阵来产生所述集合的最佳 目标值，及其中所述仿真例程实时更新所述动态模型矩阵。
44. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述优化器例程将所述目标值作为目标 操纵变量，施加到所述多输入/多输出控制例程。
45. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述优化器例程将所述目标值作为目标 控制变量，施加到所述多输入/多输出控制例程。
46. 如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述目标函数包括预定义控制变量界 限，及其中所述优化器例程最小化或最大化所述目标函数并同时保持所述控制变量在所述 预定义控制变量界限内，及，如果最佳解不存在于所述预定义控制变量界限内，所述优化器 例程根据所述的至少一个松弛变量来触犯所述预定义控制变量界限，以便为所述控制参数 产生所述集合的最佳目标值。
47. 如权利要求46所述的过程控制元件，其中每个松弛变量包括超出所述控制变量界 限之外的自由度。
48. 如权利要求46所述的过程控制元件，其中所述优化器例程将每个松弛变量增量式 地施加到所述目标函数，如果最佳解不存在于所述预定义控制变量界限内及任何先前施加 的松弛变量内。
49. 如权利要求48所述的过程控制元件，其中所述优化器例程施加惩罚值到每个增量 式地施加的松弛变量。
50.如权利要求35所述的过程控制元件，其中所述优化器例程包括由线性优化器例程 及非线性优化例程组成的集群中的至少其中之一。
【专利摘要】本申请公开利用并行过程仿真的多目标预测过程优化。一种用于控制过程的系统及方法，包括：仿真过程及产生过程的仿真输出，根据从过程测得的输入及根据得自过程仿真器的仿真输出来开发一集合的目标值，以及在过程控制系统的每个操作周期期间根据该集合的目标值产生多个控制输出，以控制过程。仿真输出包括一个或多个预测未来值，直到所述过程的稳态。
【IPC分类】G05B19-418
【公开号】CN104834294
【申请号】CN201510212042
【发明人】特瑞思·L·贝利文斯, 威廉·K·沃琼斯尼斯, 马克·J·尼克松, 彼得·沃琼斯尼斯
【申请人】费舍-柔斯芒特系统股份有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2006年12月5日
【公告号】CN101322083A, EP1969429A2, US8055358, US20070168057, WO2007067645A2, WO2007067645A3