專利名稱:模式識別自校正控制器的制作方法
概括地說，本發(fā)明涉及用于控制過程的自適應(yīng)控制器，更具體的說，是涉及模式識別自校正控制器，其控制器的工作參數(shù)隨實(shí)際的過程狀態(tài)與所要求的過程狀態(tài)之差而自動改變，使得控制器特性基本上與動態(tài)過程相一致。
在典型的控制環(huán)路中，控制器與一個過程相耦合，并且測量諸如溫度、流量或水位等過程控制變量，然后以信號形式反饋到該控制器，控制器將該信號與稱為設(shè)定值的期望值進(jìn)行比較。響應(yīng)于誤差信號的各種控制器部件產(chǎn)生調(diào)節(jié)該過程的控制信號，使過程控制的變量保持為期望值。如同我們能夠理解的那樣，其優(yōu)點(diǎn)是控制器特性基本上與過程的動態(tài)相適應(yīng)，使得在該過程受到干擾或突然偏離設(shè)定值時，整個控制環(huán)路基本上保持在其最佳狀態(tài)。
模式識別自校正控制器自動地調(diào)整控制器的工作參數(shù)，使得控制器特性按需要改變，以保持控制環(huán)路處于其最佳狀態(tài)。眾所周知，模式識別是一種用手動調(diào)節(jié)控制器工作參數(shù)的公知技術(shù)。一般來說，在穩(wěn)態(tài)模式下工作的控制系統(tǒng)受到干擾，并檢測響應(yīng)的模式。然后由操作人員將該模式與所期望的模式相比較并修正控制器的設(shè)定參數(shù)，使這兩個模式基本上一致。所以，在具備有關(guān)該過程的必不可少的經(jīng)驗和/或知識之前，建立控制器工作參數(shù)的嘗試法是相當(dāng)耗時并且費(fèi)力的。
此外，由于控制器的各種設(shè)定值是針對特定的裝置和工作條件范圍的，所以，需要手動調(diào)整以補(bǔ)償工作條件的改變，工作條件的改變可能是由于設(shè)定點(diǎn)的修正，過程負(fù)載干擾，或控制系統(tǒng)設(shè)備的壽命、磨損和受腐蝕所引起的。為了省去由技術(shù)熟練的操作員繁重的手動調(diào)整，在提供一種自適應(yīng)控制器方面已然做出了種種努力，但收效甚微。
為了在許多方面的應(yīng)用，描述控制環(huán)路動態(tài)特性的方程是相當(dāng)復(fù)雜的，以致于很難從分析上確定要實(shí)現(xiàn)所希望的理想狀態(tài)采用什么工作參數(shù)。所以，分析解經(jīng)常是根據(jù)簡化的，減小工作條件范圍或無需人介入而控制過程應(yīng)用次數(shù)的假定。
在授與E.H.Bristol的并轉(zhuǎn)讓給現(xiàn)在的受讓人的美國專利3，798，426中，公開了具有不需操作員的調(diào)整能力的一種模式判別自適應(yīng)控制器，如在該專利中所述的，待控制的過程從諸如局部干擾或設(shè)定值的變化中恢復(fù)過來時，該控制器根據(jù)Bristol的方案檢驗過程控制變量的起始恢復(fù)特性，然后計算各種求值時間間隔。過程控制變量對其希望值的偏離在總的求值間隔上積分并組合產(chǎn)生積分的誤差。根據(jù)積分誤差的大小，當(dāng)該過程下次受到干擾時，按保證最佳控制作用的要求改變控制器的工作參數(shù)。
但是，初始恢復(fù)特性與有關(guān)的求值間隔的大小之間的關(guān)系對整個工作狀態(tài)并非總是保持不變。雖然Bristol提出的控制器適用于控制復(fù)雜的非線性過程，但在需要操作員改變確定求值間隔所采用的準(zhǔn)則之前，要限制所控制的狀態(tài)數(shù)目。
因此，需要一種改進(jìn)的自適應(yīng)控制器，可以適用于寬的工作條件和/或應(yīng)用范圍。此外，要求將操作員的工作取消或減至最小，尤其是在操作員面臨生命危險的情況下。
一種新型的、改進(jìn)的自校正控制器克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的控制環(huán)路和控制器的缺點(diǎn)。該自校正控制器包括至少測量過程控制變量的兩個特性的檢測器，當(dāng)該過程在工作條件下受到一個干擾時該控制變量特性產(chǎn)生變化。還包括響應(yīng)于兩個特征和按要求改變控制器的工作參數(shù)的連接到檢測器輸出端上的適配器，使得在以后的干擾或變化施加于該過程時，控制環(huán)路的響應(yīng)能與規(guī)定的性能準(zhǔn)則相一致。
在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，控制器為比例-積分-微分(PID)型。當(dāng)控制器進(jìn)入控制操作時，檢測到超過以噪聲帶為基準(zhǔn)的規(guī)定值的誤差信號峰值，并用其計算控制環(huán)路的閉環(huán)響應(yīng)的阻尼和超調(diào)特性。根據(jù)超調(diào)和阻尼特性的計算值與期望值之差，按所需的PID系數(shù)進(jìn)行變化。同樣做出了預(yù)適應(yīng)模式的準(zhǔn)備，其中包括控制器評價控制環(huán)路的開環(huán)響應(yīng)，確定PID系數(shù)的初始值，與該過程近似時間周期有關(guān)的最大等待時間和噪聲頻帶。
本發(fā)明也適用于控制寬范圍的工作條件和應(yīng)用，并不需操作者介入。本發(fā)明也無需積累大量有關(guān)將要控制的特定過程的知識。由于本發(fā)明評價根據(jù)翻轉(zhuǎn)條件的每次過程反應(yīng)的過程控制變量的特性，對于局部干擾、控制系統(tǒng)設(shè)備的壽命、磨損和腐蝕等進(jìn)行自動地調(diào)節(jié)。另外，本申請人的發(fā)明由測量控制回路的實(shí)際性能特征，并與這些特征的期望值進(jìn)行比較來評價控制環(huán)路的特性。因此避免了現(xiàn)有技術(shù)中與控制器有關(guān)的前述問題，該問題是試圖求出描述控制環(huán)路的復(fù)雜方程的解析解。
對于本發(fā)明的上述及其它特點(diǎn)，我們可以通過閱讀下面的帶有附圖的描述，進(jìn)一步得到充分的理解。
圖1A是控制環(huán)路的方框圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明制造的控制器。
圖1B是說明圖1A所示的控制器優(yōu)選方案的電路組成方框圖。
圖2是誤差信號特性的一個示例，誤差信號是由圖1A所示的控制環(huán)路中產(chǎn)生的。
圖3A和3B到8A和8B示出了流程圖，描述了本發(fā)明優(yōu)選方案的具體操作。
圖9是在本申請人的發(fā)明中采用的過程控制變量特性的振幅與時間之曲線。
圖10是本申請人發(fā)明所采用的用來確定噪聲電平的噪聲頻帶線路的方框圖。
圖11是當(dāng)本發(fā)明與主滯后過程相耦合并且D系數(shù)為零時所得到的實(shí)驗結(jié)果的收斂圖。
圖12是說明實(shí)驗結(jié)果的收斂圖，該結(jié)果是在本發(fā)明與主滯后過程相耦合并在不同于圖11所采用的條件下工作得到的結(jié)果。
圖13是當(dāng)本發(fā)明耦合到靜寂時間為主的過程時所得結(jié)果的收斂圖。
圖14是說明當(dāng)本發(fā)明耦合到變化過程所得結(jié)果的圖形。
圖1A所列舉的是過程控制環(huán)路8的方框圖，它包括根據(jù)本發(fā)明制造的自校正控制系統(tǒng)10，還包括由過程控制變量14所表示其特性的過程12，諸如溫度、壓力、水位或濃度等，但并不僅局限于此。接收到過程控制變量14，傳感器16工作并產(chǎn)生測量信號18，該信號代表過程控制變量14的值。傳感器16連接在開關(guān)110上，對于現(xiàn)在所討論的問題而言開關(guān)是連接在模擬-數(shù)字(AID)轉(zhuǎn)換器160上。代表過程控制變量14的期望值加在D/A轉(zhuǎn)換器160上的設(shè)置點(diǎn)22。自校正控制器系統(tǒng)10根據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字的測量信號18和設(shè)置點(diǎn)22產(chǎn)生控制信號20。為建立控制器的控制操縱變量24進(jìn)行操作，未級控制部件23，諸如一個閥門，接收常規(guī)的數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器162輸出端產(chǎn)生的控制信號。過程12響應(yīng)于過程控制變量14，以便使它的值基本上等于設(shè)置點(diǎn)22所表示的期望值。
我們應(yīng)該知道，過程12也對干擾26敏感。如果干擾26的值大得足以使過程12的過程控制變量14的值產(chǎn)生明顯改變，那么，控制環(huán)路8將根據(jù)校正作用除掉干擾26的影響。
由于接收到聯(lián)接到比較器30的測量信號18和設(shè)置的工作點(diǎn)22該比較器30工作并產(chǎn)生誤差信號32，該信號代表過程控制變量14與期望值之差。適配器34(將在下文中詳細(xì)介紹)連接到比較器30以便接收誤差信號32。然后適配器34產(chǎn)生處理器信號40，這個信號加到常規(guī)的比例-積分-微分(PID)控制器42的輸入端。由于PID控制器也連接到比較器30上以接收誤差信號32，并產(chǎn)生控制信號20(代表校正作用)，該信號正比于三項和，這三項為誤差信號32、誤差信號的時間積分和誤差信號的時間微分。三項和中每一項的相對作用由分別稱之為比例系數(shù)(P)，積分系數(shù)(I)和微分系數(shù)(D)的常數(shù)決定。控制器42根據(jù)處理器信號40調(diào)整PID系數(shù)的值。適配器34具有接收預(yù)置信號46(將在下文中更詳細(xì)敘述)的輸入端，以便在自校正控制器系統(tǒng)10首次接通進(jìn)入工作狀態(tài)時，控制環(huán)路8能開始正常的工作。
圖1B示出的是適配器34電路的方框圖。測量信號18和設(shè)置點(diǎn)22都加到常規(guī)的模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器160輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生代表測量信號18和設(shè)置點(diǎn)22的數(shù)字信號。這些數(shù)字信號沿總線402傳輸，該總線連接Intel 8051微處理器404、隨機(jī)存取存儲器(RAM)406、電可編程序只讀存儲器(Electrically programmable readonly memory EPROM)408和D/A轉(zhuǎn)換器162。我們應(yīng)該解釋的是適配器34實(shí)際體現(xiàn)了存貯在EPROM 408中并模擬實(shí)際硬件電路操作的計算機(jī)軟件程序。RAM406中包括微處理器404所要求的數(shù)據(jù)存貯器和寄存器，以執(zhí)行EPROM 408中程序所控制的操作。適配器34處理完從測量信號18和設(shè)置點(diǎn)22所得來的信息后，將結(jié)果處理器信號40加到PID控制器42。
參看圖1A、1B和圖2，沿時間基線的誤差信號32的特性代表控制環(huán)路8對翻轉(zhuǎn)條件的閉環(huán)響應(yīng)，該翻轉(zhuǎn)條件產(chǎn)生測量信號18與設(shè)置點(diǎn)22之間的差值。一般，翻轉(zhuǎn)條件的產(chǎn)生是由局部干擾26(例如環(huán)境工作條件的變化)突然改變過程控制變量14值或者設(shè)置點(diǎn)22的突然變化。圖2所示是為說明的目的用軌跡50表示誤差信號32曲線圖。圖的水平軸為時間T，垂直軸為誤差信號的量值M，其表示過程控制變量14的值與設(shè)置點(diǎn)22代表的過程期望值之差。如所看到的，軌跡50的特點(diǎn)是有三個峰52、54和56(也稱為局部極值)，具有各自的峰值幅度E1、E2和E3，并分別出現(xiàn)在時間T1、T2和T3處。最后，控制環(huán)路8響應(yīng)初始翻轉(zhuǎn)條件，使得軌跡50的量值基本上等于零，相當(dāng)于過程控制變量14已返回或改變到其所期望的值。
正如我們所理解的那樣，控制環(huán)路8的閉環(huán)響應(yīng)(如軌跡50的特性所表示的)可以用阻尼、超調(diào)和時間周期來規(guī)定，這些是控制工程師所熟知的，用來描述控制環(huán)路的性能指標(biāo)。阻尼DMP、超調(diào)OVR和時間周期T0可以一一詳細(xì)定義如下DMP＝(E3-E2)/(E1-E2)OVR＝-E2/E1T0＝T3-T1由于控制環(huán)路8所要求的性能可用阻尼、超調(diào)和時間周期的規(guī)定值來限定，反過來，這些值能用于描述設(shè)計自校正控制器系統(tǒng)10的理想模式。換言之，若軌跡50與理想模式相符合，那么控制器裝置所產(chǎn)生的軌跡是最佳的。在本發(fā)明中，理想模式最好包括三個峰，其排列使第二個峰出現(xiàn)在第一個和第三個峰之間的時間間隔中間。
應(yīng)該說明軌跡50的特殊模式表示這樣一種情況，即，設(shè)置點(diǎn)22的值突然提高使產(chǎn)生正誤差峰52。若設(shè)置點(diǎn)22的值突然降低，那么、誤差信號32的第一個峰值具有負(fù)振幅。然而，理想模式仍然能夠采用上述的阻尼、超調(diào)和時間周期相同規(guī)定值來定義，只是在后面情況的理想模式是軌跡50所描述的理想模式的鏡像圖像。
圖3A和3B到圖8A和8B所示描述適配器34的邏輯操作的程序框圖。該程序框圖對編排本發(fā)明采用的計算機(jī)軟件程序的本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員是有用的。當(dāng)控制器系統(tǒng)首先接通進(jìn)入操作狀態(tài)，如圖3A中開始(START)矩形框60所示的，適配器34執(zhí)行矩形框62所述的執(zhí)行預(yù)置功能(PERFORM INITIALIZATION)。
現(xiàn)在，將結(jié)合圖2的軌跡50和程序框圖敘述自校正控制器系統(tǒng)10的操作。在該控制系統(tǒng)過程12對控制之前，至少要有5個初始值要輸入到輸入端44(圖1A)。這五個輸入是三個對PID控制器42的各個PID系數(shù)的初始值設(shè)置，一個與過程近似時間標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的最大等待時間Wmax的設(shè)置和一個噪聲帶NB的設(shè)置。圖2中示出的噪聲帶NB最好等于誤差信號32中預(yù)期的噪聲峰-峰值的一半。DMP和OVR性能測量的期望值也由用戶輸入。但是，如果這些值沒有輸入，控制系統(tǒng)將采用0.3和0.5作為DMP(用戶)和OVR(用戶)項。完成執(zhí)行預(yù)置(PERFORM INITIALIZATION)功能后，適配器34傳送作為處理器信號40一部分的初始值PID系數(shù)，這些處理器信號使得PID控制器42建立作為PID系數(shù)的初始值。
通常，自校正控制系統(tǒng)10的工作可用9種狀態(tài)來描述。第一狀態(tài)是矩形框63的靜寂狀態(tài)(QUIESCENT MODE)。當(dāng)軌跡50的值M主要集中在時間基線附件的上水平和下水平之間時，第一狀態(tài)與這一情況有關(guān)系。上水平和下水平分別主要具有相當(dāng)于四倍的噪聲頻帶NB的值。我們應(yīng)當(dāng)刻，噪聲頻帶NB是通過輸入端44到轉(zhuǎn)接器34的初始輸入信號之一。處于第一狀態(tài)時，自校正控制系統(tǒng)10借助設(shè)置在PID控制器42中的PID系數(shù)工作，并起到圖3A矩形框64中所描述的那種作用。只要誤差信號32的值保持在上水平和下水平之間時(相當(dāng)于圖2所描述的位于時間Tq左側(cè)的軌跡50的情況)，對PID系數(shù)的變化不做出判定。
當(dāng)軌跡50的幅值M首次超過上水平時(相當(dāng)于4NB)，控制系統(tǒng)10改變成第二狀態(tài)，這一狀態(tài)是矩形框65的確定峰值1狀態(tài)(LOCATE PEAK 1 MODE)，在這一狀態(tài)中，適配器34隨之將值M與位于RAM 406(圖1B)中的第一個峰值存貯寄存器中存貯標(biāo)為PKI的數(shù)值相比較。參考圖3B中的循環(huán)66，如果值M超過存貯的值PKI，這一存貯值就改變?yōu)榕c值M相等，此后適配器34對誤差信號32進(jìn)行新的測量。就象我們所知道的那樣，當(dāng)量值M的值提高時，量PKI(最初等于零)也會隨之增加，直到與峰值振幅E1相等。當(dāng)軌跡50的值M不再超過所存貯的值并開始減少時，對寄存器不做進(jìn)一步的修改，適配器34即變?yōu)榈谌隣顟B(tài)。
第三狀態(tài)始于矩形框67，我們叫它檢驗峰值1狀態(tài)(VERIFY PEAK 1 MODE)。在本說明中，軌跡50升至正的峰值振幅E1。于是PKI的信號(SIGN)調(diào)整到等于+1。如果誤差信號32的第一峰值為負(fù)，信號(SIGN)的值應(yīng)當(dāng)是-1。信號(SIGN)用于控制系統(tǒng)的后一部分。當(dāng)軌跡50的值降為E1的95%水平時，定時器(在圖1B中微處理器404中)具有值T(存貯在圖1B的RAM406中)并預(yù)置為零。定時器是計量每次測量值M的測量時間的時鐘。當(dāng)M值主要等于PKI的95%時，對定時器的初始化有助于使控制回路的寂靜時間和噪聲對第一峰值實(shí)際的出現(xiàn)時間和形狀的不可能影響降至最小。換言之，如果第一峰值不具有嚴(yán)格定義的局部極值，適配器將被安排去響應(yīng)更具體的M是PKI的95%狀態(tài)。如果根據(jù)菱形框200的軌跡50隨之降低至E1的60%以下，只要滿足某些條件，這一狀態(tài)的時間T60(測量的)也存貯起來，供以后使用。
當(dāng)定時器的值T超過To/4的商(周期To被4除)，或者軌跡50變得低于E1/2時(第一峰值振幅被2除)第一峰值52就標(biāo)出被檢驗的符號，控制器系統(tǒng)也就轉(zhuǎn)為下面將要討論的第四狀態(tài)。我們應(yīng)當(dāng)記得，理想的第二峰54預(yù)期在第一峰出現(xiàn)后的To/2時間間隔中出現(xiàn)。因此，在To/4時間后開始尋找第二個峰值，既使實(shí)際瞬變響應(yīng)周期由于因子2的不同而不同也可以檢測到第二個峰值。再者，在可以選擇的軌跡50的量值等于E1/2的條件下開始尋找第二個峰，如果它發(fā)現(xiàn)早于To/4的時間，仍然允許檢測第二個峰值。這種安排補(bǔ)償了實(shí)際的閉環(huán)響應(yīng)大大高于根據(jù)最初計算的時間周期To所期望的頻率的情況。圖3B中它的菱形框圖68和69將在后面解釋。
在始于圖4A的程序框70的第四種狀態(tài)中，這種狀態(tài)也稱為定位峰2狀態(tài)(LOCATE PEAK 2 MODE)，適配器34通過軌跡50的值M與存貯在第二峰存貯寄存器(存貯在圖1B的RAM406中)中的量PK2的比較檢測局部最小值的出現(xiàn)。如果該值M小于存貯的值，那么修改存貯器中量PK2使相等于量值M并且適配器34測量下一個誤差信號32。如圖4A的循環(huán)T71所示的這一過程是連續(xù)進(jìn)行的，直至軌跡50的量降低，循環(huán)71包括的菱形框72，在本申請書的下一部分將予以解釋。當(dāng)軌跡50的量值首先達(dá)到其局部最小值E2時，值PK2調(diào)整至等于E2，并且由定時器T值確定峰值54發(fā)生的時間作為量TPK(2)貯存在第二峰時間寄存器中(存在于圖1B的RAM406中)。此后，當(dāng)峰值54出現(xiàn)后，進(jìn)行數(shù)值M的下一次測量，適配器34變化進(jìn)入其第五種狀態(tài)。
第五種狀態(tài)始于圖4A的程序框73，并稱之為檢驗峰值2狀態(tài)(VERIFY PEAK 2 MODE)。如圖4B的程序框74和75所描述的，當(dāng)定位第二峰值54的時間超過等于To/4的間隔或軌跡50的量變得小于E1/4時，表明第二個峰54已檢驗過，然后，控制器系統(tǒng)進(jìn)入第六狀態(tài)。
第六種狀態(tài)始于圖5A的程序框76，并稱之為定位峰值3狀態(tài)(LOCATE PEAK 3 MODE)，這里適配器34比較軌跡50的量值M與貯存在第三個峰值貯存寄存器(存在于圖1B的RAM406中)中的量值PK3，以搜索局部最大值。如果M值大于貯存的值，量值PK3調(diào)整到等于該值。然后，適配器34測量軌跡50的下一個量值。在循環(huán)77中所解釋的過程將繼續(xù)執(zhí)行，直至軌跡50的量值增大為止。當(dāng)軌跡50達(dá)到其局部極大值E3時，量值PK3調(diào)整等于E3，并且，由定時器T值確定峰值56的發(fā)生時間作為量TPK(3)貯存在第三個峰值寄存器中(存在圖1B的RAM 406中)。此后，適配器34改變進(jìn)入其第七種狀態(tài)。在下面將更詳細(xì)地解釋循環(huán)77中所含的菱形程序框78。
第七種狀態(tài)始于程序框79，并稱之為檢驗峰值3狀態(tài)(VERIFY PEAK 3 MODE)。參照圖5B，當(dāng)確定峰值56超過To/4時間間隔或軌跡50的量值小于E1/4時，則標(biāo)志第三個峰值56被檢驗過了。一旦第三個峰值已被檢驗過了，適配器34改變進(jìn)入其第八種狀態(tài)。該狀態(tài)始于圖5B的程序框80，并稱為時間修正狀態(tài)(TIME UP DATE MODE)?，F(xiàn)在參照圖6A解釋如下。三個峰值52、54、56是明顯不同的，因為E1大于4NB，E3大于NB和E2小于-NB。所以，適配器34進(jìn)行矩形框81的操作并利用量值TPK(2)和TPK(3)設(shè)置變量TPEAK(2)、TPEK(3)的值和周期To。此后，根據(jù)圖6B的矩形框82計算兩個中間時間TMAX和TMIN，這里，符號TMAX＝最大值(X，Y)，指的是對括號中的X，Y進(jìn)行相互比較的邏輯運(yùn)算，并且，讓具有最大值的量等于TMAX;符號TMIN＝最小值(X，Y，Z)，指的是對括號中的量X，Y，Z進(jìn)行邏輯運(yùn)算，讓最小值等于TMIN。
計算兩個中間時間后，適配器進(jìn)入如圖7的程序框83所示稱之為修改狀態(tài)(ADAPT MODE)。根據(jù)測量的峰值振幅E1、E2、E3，適配器計算前面定義的阻尼和超調(diào)性能，這些性能分別標(biāo)記為DMP(測量的)和OVR(測量的)。通常，在修改狀態(tài)中采用三個步驟來確定新的PID系數(shù)。這三個步驟是
1、根據(jù)誤差信號32的模式形狀調(diào)整齊格斯-尼克斯(Ziegler-Nichols)比率;
2、根據(jù)調(diào)整過的周期和調(diào)整過的Ziegler-Nichols比值改變PID系數(shù);
3、根據(jù)要求對阻尼和超調(diào)項的約束改變PID系數(shù)。
正如進(jìn)一步解釋的那樣，適配器34進(jìn)行形狀誤差SERR計算，其中SERR＝A或B兩者中最小值，式中A＝DMP(用戶)-DMP(測量的)B＝OVR(用戶)-OVR(測量的)或DMP(用戶)和OVR(用戶)是在矩形框62預(yù)置(PERFORM INITIALIZATION)操作期間設(shè)置的。
在本申請人的發(fā)明中，DMP(用戶)和OVR(用戶)的值通常是人為地由操作員(即用戶)設(shè)置。因此，這些值是預(yù)置信號46的一部分。如果操作員決定不設(shè)置DMP(用戶)和OVR(用戶)值，那么安排適配器34的DMP(用戶)為0.3和OVR(用戶)為0.5。如圖8A所示，根據(jù)下述關(guān)系，先計算形狀調(diào)整因子FAC若SERR＜0，F(xiàn)AC＝FAC1＝1.0+Ks(SERRG)SERR;
若SERR＞0，F(xiàn)AC＝FAC2＝1.0/〔1.0+Ks(SERR-0.3)SEER〕再回到圖7，必須解釋Ks值或為2.0，或為K＝(Ki-1+6.0)/2.0式中系數(shù)i的范圍從1到誤差信號32的連續(xù)周期數(shù)n(軌跡50為一個周期，這里，性能量度由下面的不等式描述DMP(用戶)＜0.15 (1)DMP(用戶)-DMP(測量的)＞0 (2)
式中DMP(測量的i)是根據(jù)與i有關(guān)的特殊響應(yīng)計算的阻尼項。如同進(jìn)一步解釋的那樣，若軌跡50不能用這兩個不等式(1)和(2)描述，那么，Ks＝2.0。但是，如果軌跡50是由這兩個不等式(1)和(2)所描述的第一軌跡，那么i＝1和K1＝(K0+6.0)/2.0。因為K0已令其等于2.0那么K1＝(2.0+6.0)/2.0＝4.0如果軌跡50以后的下一個軌跡也可以用這兩個不等式來描述，那么i＝2，并且K2＝(K1+6.0)/2.0＝(4.0+6.0)/2.0＝5.0在程序框84中采用的符號表示上述的安排，其中Ks(現(xiàn)狀)＝Ki-1由于0.2或0.6中任一個值，常數(shù)G的值是基于將在下面一部分所描述的關(guān)系，在這一部分中將確定菱形程序框210中的量。
確定FAC的值以后，適配器34計算新的比例系數(shù)P如下P＝P(現(xiàn)狀)×FAC式中P(現(xiàn)狀)是從軌跡50中得到的現(xiàn)在的比例系數(shù)(PID控制器42中使用的系數(shù))。
再回到圖8A，還記得，軌跡50的三個峰可認(rèn)為是不同的峰，所以適配器34離開程序框91進(jìn)入下一菱形程序框85。必須指出，Rati和Ratd是比值，它們被控制工程師稱為Ziegler-Nichols比值。這些比值定義為I/周期和D/周期。在現(xiàn)有技術(shù)中可獲悉，控制器能夠根據(jù)Ziegler-Nichols比值進(jìn)行調(diào)節(jié)，對于控制器的各個積分I系數(shù)和微分D系數(shù)，該比值具有固定值，例如0.5和0.12。但是，這種控制準(zhǔn)則的應(yīng)用仍受到限制，因為誤差信號32的時間周期受到對I和D系數(shù)的實(shí)際調(diào)節(jié)所影響。在本發(fā)明中，測量軌跡50的時間周期是根據(jù)I和D系數(shù)的變化而調(diào)整的，并且受要等于固定值的約束。
正如結(jié)合圖8A進(jìn)一步解釋的那樣，適配器34具有做出下述判定的邏輯如果DMP(測量的)-OVR(測量的)＞0.2并且I(現(xiàn)在的)＜1.1×Rati(現(xiàn)在的)×To;
那么Rati＝85%×Rati(現(xiàn)在的);和Ratd＝85%×Ratd(現(xiàn)在的)但是，參考圖8B，若下面的事情發(fā)生如果DMP(測量的)-OVR(測量的)＜0，那么Rati＝1.2×Rati(現(xiàn)在的)Ratd＝1.2×Ratd(現(xiàn)在的)適配器最后進(jìn)入程序框88，在88中利用Rati和Ratd的新值以便計算I和D系數(shù)的新值，表示如下I＝TMAX×RatiD＝TMIN×Ratd比例P、積分I和微分D系數(shù)的新值一經(jīng)計算出來，適配器34傳送這些值到PID控制器42作為處理器信號40，以便對控制器做新的設(shè)置。而后，根據(jù)程序框89對某些變量進(jìn)行新的確定，并且適配器34返回其第一狀態(tài)和等待由于施加在過程12的新翻轉(zhuǎn)條件引起的誤差信號的另一個周期?？梢岳斫?，當(dāng)誤差信號的量值M的絕對值超過4NB時，這一新周期才開始?？刂破飨到y(tǒng)10的動態(tài)特性現(xiàn)在已改變，以便改善其對下一個翻轉(zhuǎn)條件的響應(yīng)。根據(jù)上述討論，在圖7的程序框210中提及的變量是已知的，所以根據(jù)程序框210所描述的條件可計算常數(shù)G的值。
參考第三狀態(tài)(圖3B的程序框67)，菱形程序框68的目的尚未解釋。如果圖2的軌跡包括噪聲尖峰信號53，適配器34可能識別尖峰信號作為局部最大值，因此，PKI的值可能設(shè)置為等于峰值53的幅值，因而可能失掉其真實(shí)峰52。所以，為了避免這一不希望的結(jié)果，適配器34包括菱形程序框68，使先于軌跡50發(fā)生第一個真實(shí)峰出現(xiàn)的噪聲尖峰被基本上忽略。正如進(jìn)一步解釋的那樣，若量值M大于PKI，那么適配器返回狀態(tài)2。
狀態(tài)3也包括菱形程序框69。還記得，在適配器預(yù)置步驟時，已予置WMAX。WMAX與過程12的估計最大時間有關(guān)。但是，如控制器42的調(diào)節(jié)是非常緩慢的，控制環(huán)路8可能以異常時間響應(yīng)翻轉(zhuǎn)條件。換言之，與WMAX相比較，周期To是比較大的。在這種情況下，當(dāng)遇到緩慢的條件時，適配器34包括再調(diào)節(jié)控制器32的裝置。因此，如果從適配器34首次進(jìn)入狀態(tài)2的時間超過WMAX，則適配器進(jìn)行狀態(tài)8，并開始進(jìn)入圖6A的菱形程序框90所述的操作。從該圖我們可以看到，根據(jù)T60(測量的)的特性(如果其存在的話)和根據(jù)從先前響應(yīng)的數(shù)據(jù)推導(dǎo)的已有數(shù)據(jù)計算的各種變量的值。在涉及軌跡50的說明中，還未預(yù)先測定，因為軌跡50的第一響應(yīng)發(fā)生在控制系統(tǒng)10首次接通操作后。因此，先前數(shù)據(jù)的初始值是預(yù)置PERFORM INITIALI ZATION程序框完成后的結(jié)果。適配器完成圖8B的程序框89后，與菱形框90中“(現(xiàn)在的)”有關(guān)的變量將具有確定的值，該值成為上述的先前數(shù)據(jù)并取代最初設(shè)置值。
參考圖3A和圖3B以及有對菱形框69的討論，適配器經(jīng)由輸入8C進(jìn)入狀態(tài)8，如圖8A的菱形框91所述的，若僅認(rèn)為PKI是不同的，那么，根據(jù)程序框92計算1系數(shù)和D系數(shù)。然而，如果誤差信號32的量值M僅是從相應(yīng)于狀態(tài)“NO”的第一峰緩慢地降低，狀態(tài)“NO”中PK2和PK3的絕對值每一個都大于NB，那么新的I系數(shù)和D系數(shù)是根據(jù)圖8B的程序框88，該程序框包括中間時間TMAX和TMIN以及調(diào)整過的Ziegler-Nichols比值。
狀態(tài)4包括圖4A示出的菱形程序框72。這一安排是對于這樣一種情況，在超前于WMAX的時間T(相應(yīng)于出現(xiàn)PKI的95%)以前沒出現(xiàn)第二峰。在這種情況下，適配器34經(jīng)由輸入8c進(jìn)入狀態(tài)8，并按前面討論的方式繼續(xù)進(jìn)行操作。這種安排補(bǔ)償了前述的控制器緩慢的情況。
當(dāng)適配器在狀態(tài)5時，在如圖4B所示的其操作中包括菱形程序框93。如果圖2的軌跡50包括噪聲峰55，適配器將認(rèn)為峰值55為局部極小值，所以沒有檢測到真實(shí)的第二個峰值54。采用菱形程序框避免了這種不希望有的情況，因為適配器將以類似于前述菱形程序框68的方式忽略噪聲峰55。
當(dāng)適配器處于圖5A的狀態(tài)6，其操作包括菱形程序框78。如果在菱形程序框78中規(guī)定的時間間隔內(nèi)未發(fā)現(xiàn)第三個峰，那么，適配器經(jīng)由輸入8B進(jìn)入狀態(tài)8。而后，適配器從圖6A的菱形框94開始進(jìn)行其邏輯操作。
在處于狀態(tài)7的適配器的操作包括了圖5B的菱形程序框95。如果圖2的軌跡50包括噪聲尖峰57，那么，適配器將峰57認(rèn)為局部極大值，因此，沒有檢測到真實(shí)的第三個峰56。因為適配器將以前述菱形程序框68相同方式忽略噪聲峰56，所以，包括菱形框95以避免這種不希望出現(xiàn)的情況從以上的全部敘述，我們可以理解，當(dāng)控制回路8響應(yīng)翻轉(zhuǎn)條件時，本發(fā)明根據(jù)過程控制變量14特性的三個特征曲線處理信息。該三個特征曲線最好是根據(jù)存在的三個不同的峰的振幅信息。然而，若僅檢測到二個峰或僅檢測到一個峰，仍然對確定這些特征曲線做出準(zhǔn)備。為計算阻尼約束需要三個特征曲線。但是，如果控制器42僅根據(jù)超調(diào)約束工作，那么，測量控制環(huán)路8的超調(diào)性能僅需要兩個特性曲線。如果僅存在一個峰，本發(fā)明根據(jù)未完成搜索的誤差信號值產(chǎn)生第二和第三特征曲線。
本發(fā)明的優(yōu)選方案中，對預(yù)適應(yīng)模式也做出了準(zhǔn)備，在預(yù)適應(yīng)中自動識別各種過程特征，以便確定P、I和D系數(shù)的初始設(shè)置，最長等待時間和噪聲帶NB的量值。因此，預(yù)適應(yīng)模式免除了操作員手動輸入初始設(shè)置的必要。在預(yù)適應(yīng)模式中，控制器系統(tǒng)10處于特定的手控狀態(tài)，其中控制環(huán)路是開環(huán)的，所以PID控制器42不再采用設(shè)置工作點(diǎn)。參考附圖1A，由作用開關(guān)110使控制器系統(tǒng)置于手動狀態(tài)，使得系統(tǒng)的傳感器16與比較器30斷開，并將傳感器連接到耦合到預(yù)適配器112上的常規(guī)模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器170。預(yù)適應(yīng)狀態(tài)要求過程處于第一穩(wěn)定狀態(tài)。預(yù)適配器112傳送信號給控制器42，導(dǎo)致過程控制變量14將被改變(被干擾)到一個新值，該新值最好小于先前穩(wěn)定值的3%。當(dāng)過程12達(dá)到其新的穩(wěn)定狀態(tài)或過程控制變量改變10%時，該過程再回到其初始穩(wěn)定狀態(tài)值。
圖9示出的是過程控制變量14隨時間(單位分鐘)變化的曲線。軌跡114表示響應(yīng)于過程變量12的過程控制變量從穩(wěn)態(tài)值N“沖擊”到大于N的10%的新值的情況。可以理解，軌跡114是響應(yīng)的一個示例和唯一可以用來解釋當(dāng)控制器系統(tǒng)10處于其預(yù)適應(yīng)狀態(tài)時控制器系統(tǒng)10的操作。
在TBMP所標(biāo)記的時間點(diǎn)上，過程12受到?jīng)_擊，并且預(yù)適配器112跟蹤結(jié)果軌跡114。預(yù)適配器記錄規(guī)定點(diǎn)120、122、124和126的出現(xiàn)時間，這些點(diǎn)的相應(yīng)量值分別為N+1%N、N+2%N、N+3%N和N+4%N。進(jìn)而，預(yù)適配器由將要敘述的技術(shù)確定軌跡114的彎曲點(diǎn)116，這種技術(shù)在下文中稱為作弦法。
如進(jìn)一步解釋的那樣，在水平軸上選擇一個Tf點(diǎn)，該點(diǎn)在下面的時間基線上，此時過程12處于第一穩(wěn)定狀態(tài)。在預(yù)適應(yīng)器112每次進(jìn)行過程控制變量測量時，預(yù)適配器也確定連接點(diǎn)Tf和軌跡114上代表測量值點(diǎn)的線的斜率。例如，如果流量測量時間為Tx，相應(yīng)測量的過程控制變量的量值為Nx，則點(diǎn)118被確定。同為每個座標(biāo)(時間和幅值)是已知的。從而聯(lián)接點(diǎn)Tf和點(diǎn)118稱之為弦130的線的斜率很容易計算出來，正如我們所能理解的那樣，當(dāng)點(diǎn)118接近上彎曲點(diǎn)116時相關(guān)弦的斜率達(dá)到最大值。上述作弦法確定軌跡114的上彎曲點(diǎn)的精確度取決于Tf的實(shí)際位置。在本發(fā)明的一個特定方案中，點(diǎn)Tf外于時間TBMP的15秒之前。
一旦預(yù)適配器確定上彎曲點(diǎn)116后，從四條線可求出具有最大斜率的線，這四條線是從彎曲點(diǎn)116分別延長到點(diǎn)120、122、124和126。在本說明中，線132是斜率最大的那條線。線132與下面的時間基線的交點(diǎn)136用來表示過程12的靜止時間Tdt。眾所周知，線132正比于被控制工程師所熟知的過程靈敏度的特性。在本發(fā)明中，過程靈敏度SEN是線132的斜率(記為SLOPE)乘以控制器信號20(圖1A)的百分比變化計算出來的，這個變化是過程控制變量從第一低穩(wěn)定狀態(tài)沖擊到新的穩(wěn)定狀態(tài)所得結(jié)果。
根據(jù)以上的軌跡114的特性，由預(yù)適應(yīng)器112計算的初始PID系數(shù)和WMAX如下P(現(xiàn)在的)＝120×Tdt/SENI(現(xiàn)在的)＝1.5×TdtD(現(xiàn)在的)＝I(現(xiàn)在的)/6WMAX＝5.0×TdtWMAX＝5.0×Tdt上述值不僅傳送到控制器42，也傳送到適配器34，以便當(dāng)需要時，圖3A的程序框62能夠進(jìn)行操作。
在時間Tr以后，過程12返回其第一低穩(wěn)態(tài)。然后，預(yù)適配器112用三分鐘檢測過程控制變量14的值，以確定等于2NB的峰-峰噪聲帶。
圖10示出了方框圖形式的噪聲帶電路，該電路在本申請人的發(fā)明中用來確定2NB噪聲帶。過程12已經(jīng)返回其初始低穩(wěn)定狀態(tài)后，測量變量18(示于圖1A中)加到高通濾波器140的輸入端，這人們所熟悉的裝置，它用來除去測量變量中用軌跡141表示的低頻部分。這一濾波器的截止頻率是可變的，最好將其調(diào)整到等于3倍的Tdt。用軌跡143表示的輸出信號142加到絕對值積分器144，該積分器最好用3分鐘的時間對輸出信號142積分，并產(chǎn)生軌跡146所表示的信號145。一個常規(guī)的均值電路148接收信號145，用信號145乘以4再除以積分器144采用的3分鐘的積分時間以求出信號145的平均值。平均值電路148產(chǎn)生的結(jié)果信號150的量值是過程12的峰-峰噪聲帶2NB。這應(yīng)解釋為，如果信號141是正弦波的話，在均值電路中采用的因子4是根據(jù)結(jié)果的近似值。結(jié)果信號150送到適配器34供需要時使用。
預(yù)適配器112也包括根據(jù)噪聲帶2NB的大小的需要用來計算D(現(xiàn)在的)系數(shù)新的初始值的邏輯電路，如同進(jìn)一步解釋的，該邏輯電路按如下運(yùn)算計算一個量Z＝(3.0-2NB)/2.5;
如果Z＞1，那么設(shè)置D(現(xiàn)在的)＝I(現(xiàn)在的)/6(換言之，初始值對前述計算值來說是未變的);
如果Z＜0，那么設(shè)置D(現(xiàn)在的)＝0;
如果0＜Z＜1，那么設(shè)置D(現(xiàn)在的)＝I(現(xiàn)在的)÷6×Z。
預(yù)適應(yīng)狀態(tài)一經(jīng)完成，控制器系統(tǒng)返回其靜止?fàn)顟B(tài)。
預(yù)適配器112最好以計算機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)，該程序可以根據(jù)上述功能和操作(與圖9和圖10有關(guān))由本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員編排。參看圖1B，實(shí)現(xiàn)預(yù)適配器功能的程序存貯在微處理機(jī)404使用的EPROM 408中，預(yù)適配器112接收、發(fā)生和產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和信息都存貯在RAM406中。
必須指出，盡管適配器34響應(yīng)于控制回路8的閉環(huán)響應(yīng)，但其開環(huán)響應(yīng)也是有用的，因為預(yù)適配器112也是自校正控制器。
圖11所示出的是對于多種情況的16條曲線收斂圖，在這些情況中，過程是主滯后的并且D系數(shù)等于零，使得控制器是PI型的。每條曲線的每個X表示控制器P系數(shù)和I系數(shù)的初始值。必須注意到，曲線的每一段表示控制器的適應(yīng)評價周期。因此，每條曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)表示系數(shù)的新值已經(jīng)在該控制器中建立的情況。如我們看到的，雖然初始值分散在相當(dāng)寬的區(qū)域，但全部16條曲線收斂于P和I系數(shù)的同一最終值。圖11中也繪出了軌跡300(未用水平和垂直標(biāo)尺標(biāo)出)，當(dāng)控制器對P系數(shù)和I系數(shù)設(shè)置最終值時，該軌跡是誤差信號特性的模式，該軌跡排到在收斂曲線的右側(cè)。
在圖12中，控制器是PID型并且過程是主滯后的。必須注意到，對這種情況的阻尼DMP和超調(diào)OVR的約束來與圖11所示情況所采用的約束不同。如我們看到的，對P系數(shù)和I系數(shù)的全部16條曲線都收斂于同一最終值。還要注意到，圖12是二維圖，沒有示出D系數(shù)的收斂。軌跡302是控制器設(shè)置PID系數(shù)最終值所得到的誤差信號圖形。
參看圖13，控制器是PID型，并且過程是靜寂時間占優(yōu)勢的。在這種情況下，14條曲線都收斂于PID系數(shù)的最終一組值。軌跡304是控制器設(shè)置最終值，誤差信號特性圖形，最終值示于曲線的右側(cè)。
在圖14示出情況下采用的控制器是PID型。在這種情況，過程的特性曲線是變化的，軌跡306表示P和I系數(shù)的值(未示出D系數(shù))，這些系數(shù)是計算后被控制器采用。應(yīng)該解釋的是，系數(shù)的最終值是絕不能計算的，因為控制器求出這些最終值之前，過程的特性是變化的。在控制器的可重復(fù)特性的實(shí)驗中，過程特性按照一種方式回到其初始值，這種方式是為了提高過程特性曲線所采用的相反方式。如我們能夠看到的，軌跡306的返回部分基本上與前導(dǎo)部分相同。軌跡308是控制器設(shè)置PID系數(shù)初始值，誤差信號特性的圖形。這些初始值列在曲線的右邊。
在參考優(yōu)選方案敘述本發(fā)明中，我們會清楚地看到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域：
一般技術(shù)人員也可以做出改進(jìn)或變型。例如，不是阻尼或超調(diào)的準(zhǔn)則也可以用來確定理想模式。另外，控制器不一定是PID型，因為其它控制器，諸如Smith預(yù)測器或Dahlin控制器也適用。此外，其它普通的，可購買的計算機(jī)，諸如HP9845或DEC VAX 11/780也能夠用來代替微處理機(jī)404、RAM406或EPROM408。
權(quán)利要求
1.用于控制系統(tǒng)的一種模式識別型自校正控制裝置，其中所述的控制器裝置用至少一個工作參數(shù)來表示其特性，并且，控制器裝置耦合到控制系統(tǒng)的過程中，以便控制過程控制變量的值；上述控制器裝置包括檢測器裝置，根據(jù)上述過程控制變量的閉環(huán)特性，測量上述特性的第一和第二特性曲線，其中上述第一特性曲線是上述閉環(huán)特性的局部極值的峰值振幅，而上述第二特性是在上述局部極值以后的點(diǎn)上的上述閉環(huán)特性的振幅；調(diào)節(jié)裝置，與上述檢測器裝置相聯(lián)，以響應(yīng)第一和第二特性曲線，并根據(jù)規(guī)定的關(guān)系改變上述工作參數(shù)，使上述控制器裝置的特性基本上與上述的過程的特性相一致。
2.權(quán)利要求
1的裝置，其中所述規(guī)定的關(guān)系包括具有期望值的性能判別準(zhǔn)則，并且，所述控制器裝置還包括用于組合所述第一和第二特性曲線的裝置，該裝置用來產(chǎn)生所述性能判別準(zhǔn)則的測量值;獲得所述性能準(zhǔn)則的期望值與測量值之差的裝置，其中所述的調(diào)節(jié)和裝置根據(jù)上述差值改變所述的工作參數(shù)。
3.權(quán)利要求
2的裝置，其中所述檢測器裝置測量上述過程控制變量的閉環(huán)特性的第三特性曲線，所述規(guī)定關(guān)系還包括具有期望值的第二性能判別準(zhǔn)則，所述組合裝置進(jìn)一步組合上述第一、第二和第三特性曲線，產(chǎn)生第二性能判別準(zhǔn)則的測量值，并且，所述的差裝置得到上述第二性能判別準(zhǔn)則的期望值與測量值之差，并且，其中所述裝置還包括與所述調(diào)節(jié)裝置相耦合的邏輯裝置，以選擇所述第一性能準(zhǔn)則的差值和所述第二性能準(zhǔn)則的差值，并根據(jù)所述選擇改變所述的工作參數(shù)。
4.權(quán)利要求
2的裝置，其中所述性能準(zhǔn)則是超調(diào)率，它正比于所述第一和第二特性曲線。
5.權(quán)利要求
4的裝置，其中所述檢測器裝置測量所述過程控制變量的閉環(huán)特性的第三特性曲線，所述規(guī)定關(guān)系進(jìn)一步包括具有期望值的第二性能判別準(zhǔn)則，所述組合裝置進(jìn)一步組合所述第一、第二和第三特性曲線，以產(chǎn)生所述第二性能判別準(zhǔn)則的測量值，并且，所述差裝置進(jìn)一步得到所述第二性判別能準(zhǔn)則的期望值與測量值之差，并且，上述裝置還包括耦合到調(diào)節(jié)裝置上的邏輯裝置，以選擇所述第一性能準(zhǔn)則的差值和第二性能準(zhǔn)則的差值，使得調(diào)節(jié)裝置根據(jù)所述選擇以改變所述的工作參數(shù)。
6.權(quán)利要求
5的裝置，其中所述第二性能準(zhǔn)則是阻尼比，它正比于所述第一、第二和第三特性曲線。
7.權(quán)利要求
6的裝置，其中所述工作參數(shù)包括比例(P)系數(shù)和積分(I)系數(shù)，其中所述裝置還包括分別測量第一和第二特性曲線及第一和第三特性曲線之間的時間間隔的裝置，并且，該裝置根據(jù)所述時間間隔以確定代表閉環(huán)特性的周期T0并且其中所述裝置根據(jù)所述邏輯裝置所做出的選擇改變所述P系數(shù)，并且根據(jù)適應(yīng)比和所述測量周期T0改變所述I系數(shù)。
8.權(quán)利要求
7的裝置，其中所述第一和第二適應(yīng)比的值是根據(jù)預(yù)選確定的關(guān)系改變的，該預(yù)先確定的關(guān)系是基于所述周期T0的值、所述測量的阻尼和超調(diào)率以及存在于所述產(chǎn)生正在評價閉環(huán)特性的裝置中的I系數(shù)。
9.權(quán)利要求
8的裝置，其中所述工作參數(shù)還包括微分(D)系數(shù)，其值根據(jù)第二適應(yīng)比和所述周期T0而變化。
10.權(quán)利要求
9的裝置，其中所述第一和第二適應(yīng)比的值是根據(jù)預(yù)定的關(guān)系而變化，該預(yù)定關(guān)系是基于所述周期T0值、所述測量的阻尼與超調(diào)率和存在于所述產(chǎn)生正在評價閉環(huán)特性的裝置的I系數(shù)。
11.權(quán)利要求
10的裝置，其中所述第一和第二適應(yīng)比是Ziegler-Nichols比。
12.權(quán)利要求
10的裝置，其中P系數(shù)的變化也與根據(jù)所述阻尼比的測量值和期望值以及所述閉環(huán)特性的前一周期信息所規(guī)定的關(guān)系有關(guān)。
13.權(quán)利要求
12的裝置，其中所述P系數(shù)也是根據(jù)預(yù)定的關(guān)系而變化，該預(yù)定關(guān)系包括所述第一和第二適應(yīng)比、所述周期T0、存在于所述產(chǎn)生正在評價閉環(huán)特性的裝置的I系數(shù)和D系數(shù)的值。
14.權(quán)利要求
13的裝置，其中所述第一、第二和第三特性曲線只是在第一特性曲線的絕對值大于預(yù)定的噪聲水平時才進(jìn)行測量。
15.權(quán)利要求
14的裝置還包括測量所述第一特性曲線出現(xiàn)時間的裝置，和當(dāng)所述閉環(huán)特性的幅度絕對值下降到一個規(guī)定的水平時根據(jù)下一個時間間隔改變上述出現(xiàn)時間的裝置。
16.權(quán)利要求
15的裝置，其中所述規(guī)定水平等于所述第一特性曲線測量振幅的百分之九十五。
17.權(quán)利要求
15的裝置，其中所述測量周期T0是根據(jù)包括所述測量的第一、第二和第三特性曲線的振幅，所述第一、第二和第三特性曲線之間的時間間隔，根據(jù)所述第一特性曲線出現(xiàn)時間和閉環(huán)特性的絕對值下降到第二規(guī)定水平之間的第四特性曲線，以及所述的閉環(huán)特性的前一周期的第一、第二和第三特性曲線出現(xiàn)時間的時間間隔進(jìn)一步調(diào)整。
18.權(quán)利要求
17的裝置，其中所述第二規(guī)定水平等于所述第一特性曲線測量振幅的百分之六十。
19.權(quán)利要求
17的裝置，其中所述第一、第二和第三個特性曲線是三個局部極值，極值振幅的絕對值大于每一個根據(jù)預(yù)先確定的噪聲水平的相關(guān)水平。
20.權(quán)利要求
17的裝置，其中所述第一、第二和第三特性曲線是三個局部極值，并且，僅前兩個極值振幅的絕對值大于每一個根據(jù)預(yù)先確定的噪聲水平的相關(guān)水平。
21.權(quán)利要求
17的裝置，其中所述第一、第二和第三特性曲線是三個局部極值，并且第四特性曲線小于所述閉環(huán)特性的前一評價周期的第四特性曲線。
22.權(quán)利要求
17的裝置，其中僅所述第一和第二特性曲線分別是所述閉環(huán)特性的兩個局部極值，并且，極值振幅的絕對值大于每一個根據(jù)預(yù)先確定的噪聲水平的相關(guān)水平。
23.權(quán)利要求
17的裝置，其中僅所述的第一特性曲線是所述閉環(huán)特性的局部極值，并且，第四特性曲線小于所述閉環(huán)特性的前一評價周期的第四特性曲線。
24.權(quán)利要求
17的裝置，其中所述第二和第三特性曲線兩者出現(xiàn)時間等于規(guī)定的從第一特性曲線出現(xiàn)時間起的最大時間間隔，并且，所述第四特性曲線大于零，小于所述閉環(huán)特性的前一評價周期的第四特性曲線。
25.權(quán)利要求
17的裝置中，所述第一和第二特性曲線是所述閉環(huán)特性的局部極值，并且所述第三特性曲線出現(xiàn)在從所述第一特性曲線出現(xiàn)時間起的規(guī)定的最大間隔之后，所述第四特性曲線大于零。
26.權(quán)利要求
17的裝置，其中對第二特性曲線的搜索開始于從所述第一特性曲線出現(xiàn)時間起的第一個規(guī)定的搜索間隔之后，對第三特性曲線的搜索開始于從所述第一特性曲線出現(xiàn)時間起的第二個規(guī)定的搜索間隔之后。
27.權(quán)利要求
26的裝置，其中所述第一個規(guī)定的搜索間隔是根據(jù)周期T0除以4，并且所述第二T規(guī)定的搜索間隔是根據(jù)周期T0除以4和所述第二特性曲線的出現(xiàn)時間。
28.權(quán)利要求
17的裝置，其中對所述第二特性曲線的搜索開始于第一特性曲線出現(xiàn)之后并且所述閉環(huán)特性振幅的絕對值下降到規(guī)定的搜索水平以后的時間。
29.權(quán)利要求
28的裝置，其中規(guī)定的搜索水平等于上述第一特性曲線振幅的50%。
30.權(quán)利要求
17的裝置，其中所述檢測器裝置還包括鑒別存在于第一、第二和第三特性曲線中的作為噪聲峰的短持續(xù)峰的裝置，并且，裝置與所述噪聲鑒別裝置連接以在每個所述第一、第二和第三特性曲線出現(xiàn)時間前除去噪聲峰。
31.權(quán)利要求
30的裝置還包括根據(jù)所述過程控制變量的開環(huán)特性確立所述工作參數(shù)初始值的裝置。
32.權(quán)利要求
31的裝置還包括根據(jù)所述過程控制變量的穩(wěn)定狀態(tài)測量所述噪聲水平的裝置。
33.模式識別自校正控制裝置由一種工作參數(shù)表示其特性，并耦合到一個過程中以控制過程控制變量的值，其中，該過程響應(yīng)所述控制裝置裝置產(chǎn)生的控制信號，對所述控制裝置的改進(jìn)包括斜率檢測裝置響應(yīng)于上述過程控制變量的開環(huán)特性，當(dāng)所述控制信號在時間T，被適當(dāng)?shù)膹囊粋€水平?jīng)_擊到另一個水平，使得所述過程控制變量相應(yīng)的從一個具有第一時間基線的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)改變到具有第二時間基線的新穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，所述斜率檢測裝置包括當(dāng)上述過程控制變量從所述第一穩(wěn)態(tài)條件變化到所述新的穩(wěn)態(tài)條件時，確定從固定在上述第一時間基線上的Tf點(diǎn)延伸到開環(huán)特性上連續(xù)點(diǎn)的直線斜率的裝置。從所述各條線中選擇具有最大斜率絕對值的線的裝置;通過所述最大斜率線鑒別在所述開環(huán)特性上的點(diǎn)作為拐點(diǎn)的裝置;選擇所述開環(huán)特性增值點(diǎn)的裝置，所述增值點(diǎn)出現(xiàn)在所述上拐點(diǎn)之前。測量過程表示線的斜率絕對值的裝置，表示線通過所述上拐點(diǎn)和所述增值點(diǎn);測量所述過程表示線與所述第一時間基線交叉點(diǎn)的裝置;測量所述交叉點(diǎn)與時間T之間的時間差，并產(chǎn)生代表所述過程的過程靜寂時間特性Tdt的第一信號的裝置;根據(jù)所述過程表示線斜率，產(chǎn)生代表過程靈度特性SEN的第二信號的裝置;連接到接收所述斜率檢測裝置輸出端的，根據(jù)所述第一和第二信號，按照預(yù)先確定的關(guān)系改變所述控制裝置的工作參數(shù)。
34.權(quán)利要求
33的裝置，其中所述增值點(diǎn)比較所述開環(huán)特性上的第一和第二點(diǎn)，所述的過程表示線是從第一線和第二線中選擇出來的，該第一線和第二線分別通過所述的拐點(diǎn)和第一、第二點(diǎn)，所述檢測器裝置還包括在第一和第二線中選擇具有最大斜率絕對值的裝置，所述最大斜率線作為過程表示線。
35.權(quán)利要求
34的裝置，其中所述工作參數(shù)包括比例系數(shù)(P)，積分(Z)和微分(D)系數(shù)，并且，所述預(yù)定關(guān)系包括P等于120乘以Tdt被SEN除(P＝120×Tdt/SEN)I等于1.5乘以Tdt (I＝1.5×Tdt)D等于I被6除 (D＝I/6)周期T0等于5乘以Tdt (T0＝5×Tdt)
36.權(quán)利要求
35的裝置還包括確定所述過程控制變量的所述開環(huán)特性的噪聲電平特性的裝置;耦合所述噪聲裝置，根據(jù)預(yù)先確定的正比于所述噪聲水平特性的關(guān)系改變所述D系數(shù)的裝置。
37.權(quán)利要求
36的裝置，其中所述噪聲裝置包括高通濾波裝置，從所述開環(huán)特性中除去規(guī)定的高頻分量;連接到接收所述濾波裝置的輸出端的積分器裝置，在整個規(guī)定的時間期間內(nèi)對所述輸出積分;均值裝置根據(jù)所述積分器的輸出，產(chǎn)出具有2NB值的代表所述開環(huán)特性的峰-峰噪聲帶特性的噪聲頻帶信號，并且，它基于所述積分器裝置輸出規(guī)定的平均值。
38.權(quán)利要求
37的裝置，其中所述預(yù)定關(guān)系是根據(jù)量值Z，其中Z＝(30-2NB)/2.5并根據(jù)下述關(guān)系如果0＜Z＜1，D＝I÷6×Z如果Z＜0，D＝0
專利摘要
本發(fā)明提供一種用于過程控制的模式識別自校正控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)從過程變量的測量值與設(shè)定值之差導(dǎo)出誤差信號，并至少包含誤差信號的一個峰值，從而識別誤差信號的特征，以便當(dāng)該過程受到干擾或改變設(shè)置點(diǎn)時，該控制器能以最短的時間使之恢復(fù)到最佳狀態(tài)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，該控制器是用比例-積分-微分(PID)方式設(shè)計的，其P、I、D系數(shù)是根據(jù)誤差信號的阻尼、超調(diào)和周期計算出來的。
文檔編號G05B13/02GK85102894SQ85102894
公開日1986年12月31日 申請日期1985年4月15日
發(fā)明者湯瑪斯 申請人:?？怂贡Ａ_公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan