用于可變參數(shù)和相關(guān)程序產(chǎn)品的控制器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一般來說，本公開涉及控制器。更具體來說，本公開涉及用于可變參數(shù)和相關(guān)程序 產(chǎn)品的控制器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大多數(shù)控制問題涉及對(duì)過程不確定性是健壯的控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和/或合成。過 程控制應(yīng)用常常提出定制安裝的附加難題，其中不確定性的等級(jí)和類型不僅通過（無控 制）制造可變性來推動(dòng)，而且還常常通過實(shí)現(xiàn)成適合客戶的具體要求的設(shè)計(jì)變化來施加。 大多數(shù)時(shí)候，要求現(xiàn)場(chǎng)工程師（其可以具有或者可以沒有反饋控制系統(tǒng)的背景）在現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 控制器系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)諧。通常，選擇用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)諧的控制器屬于PID種類（比例+積分+微 分），因?yàn)镻ID控制器的調(diào)諧相對(duì)更為直接、更好理解以及良好確立的，但是管理仍然極為 棘手。
[0003] PID控制器的主要限制是缺乏對(duì)未建模動(dòng)態(tài)的健壯性。由于PID控制器是線性的 并且利用固定參數(shù)，所以PID控制系統(tǒng)的閉環(huán)性能對(duì)未建模過程動(dòng)態(tài)是敏感的。例如，如圖 1所示，常規(guī)PID控制器可控制可變參數(shù)，使得對(duì)某個(gè)時(shí)間周期，實(shí)際參數(shù)值（X)與可變參數(shù) 的目標(biāo)值（Xm)基本上相同。但是，如圖1所示，響應(yīng)擾動(dòng)、例如過程的所指示初始開始或者 目標(biāo)值的顯著變化（例如下降），利用PID控制器的過程可花費(fèi)不期望的相當(dāng)大的時(shí)間量來 達(dá)到目標(biāo)值。達(dá)到目標(biāo)值所花費(fèi)的時(shí)間極大地取決于總過程動(dòng)態(tài)，以及過程動(dòng)態(tài)的任何未 建模方面可導(dǎo)致較慢系統(tǒng)響應(yīng)或者閉環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)。
[0004] 對(duì)未建模動(dòng)態(tài)的這種敏感性能夠?qū)е氯舾呻y題。在一組控制器參數(shù)用于大量單 元（即，大規(guī)模生產(chǎn)）的情況下，單元-單元可變性對(duì)PID控制器的總能力能夠是重大挑 戰(zhàn)。在單獨(dú)單元是定制設(shè)計(jì)的情況下，常?？赡苄?zhǔn)單獨(dú)單元并且抑制單元-單元可變性 難題，但是，這些單獨(dú)調(diào)諧應(yīng)用常常是高費(fèi)用的，并且所產(chǎn)生的校準(zhǔn)的效能因現(xiàn)場(chǎng)工程師的 變化背景而是極有價(jià)值的。
[0005] 常規(guī)控制器系統(tǒng)的另一個(gè)示例可包括自振蕩自適應(yīng)控制器。標(biāo)準(zhǔn)自振蕩自適應(yīng) (SOA)控制器10的框圖在圖2示出。SOA控制器10通常包括線性補(bǔ)償器12 (以及也許還 包括主前向環(huán)路的第二濾波器（未示出））、主前向環(huán)路中的中繼器14以及修改中繼器的增 益的增益變換器子系統(tǒng)30。所述的過程20具有響應(yīng)命令或校正信號(hào)u的可變參數(shù)X，其理 想地跟隨參考模型22所提供的目標(biāo)值Xm。線性補(bǔ)償器12能夠按照如文獻(xiàn)中所建立的任何 必要形式來構(gòu)成（例如使用線性低階濾波器或者使用表示閉環(huán)系統(tǒng)的所需能力的過程模 型）。例如，線性補(bǔ)償器12(Gf(s))可包括超前補(bǔ)償濾波器，并且能夠用來設(shè)置極限環(huán)的頻 率（即，中繼器在穩(wěn)態(tài)將引起的振蕩或"顫動(dòng)"）。增益變換器子系統(tǒng)34通常包括低通濾波 器32、之后接著非線性增益變換器功能24,以確定不同工作條件的增益的大小。增益變換 器功能34的主要目的是更慢地改變?cè)鲆?，使得系統(tǒng)能夠具有提供瞬變條件下的健壯性的 高增益等級(jí)（其特征在于大濾波誤差值），同時(shí)降低穩(wěn)態(tài)條件下的中繼器14的增益（其特 征在于低濾波誤差值）。如通過將圖3與圖1進(jìn)行比較所示，SOA控制器10可在未建模動(dòng) 態(tài)、例如過程的初始開始期間或者在預(yù)期值的顯著變化期間將過程20的實(shí)際可變參數(shù)值x更快地朝目標(biāo)值Xm移動(dòng)。但是，如圖3所示，SOA控制器10輸出可在高于和低于目標(biāo)值Xm 的較大范圍之內(nèi)連續(xù)振蕩。因此，雖然SOA控制器10可允許該過程更靠近目標(biāo)值V決速 操作，但是值的大波動(dòng)不是理想的。
[0006] 能夠提供健壯閉環(huán)響應(yīng)的大多數(shù)現(xiàn)有控制算法具有中等至高復(fù)雜度。這類系統(tǒng)的 合成可要求詳細(xì)理論分析以及過程動(dòng)態(tài)的深入了解。這種附加復(fù)雜度常常是許多實(shí)際反饋 控制應(yīng)用的PID控制器的選擇的推動(dòng)因素，盡管它們的所述限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 控制器系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算裝置，其在操作上連接到具有可變參數(shù)的目標(biāo)值的 過程。（一個(gè)或多個(gè)）計(jì)算裝置配置成通過執(zhí)行包括下列步驟的動(dòng)作來控制可變參數(shù)：計(jì)算 可變參數(shù)的目標(biāo)值與實(shí)際值之間的誤差?；谠撜`差，（一個(gè)或多個(gè)）計(jì)算裝置可計(jì)算可 變參數(shù)的預(yù)期增益調(diào)整以及可變參數(shù)的預(yù)期平均調(diào)整?？蓜?chuàng)建校正信號(hào)，以用于通過下列 步驟來修改該過程：響應(yīng)誤差為正而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整求和來創(chuàng)建校正 信號(hào)；以及響應(yīng)誤差為負(fù)而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整求差來創(chuàng)建校正信號(hào)。相 關(guān)程序產(chǎn)品可執(zhí)行相似功能。
[0008] 本發(fā)明的第一方面包括一種控制器系統(tǒng)，其中包括：至少一個(gè)計(jì)算裝置，在操作上 連接到具有可變參數(shù)的目標(biāo)值的過程，至少一個(gè)計(jì)算裝置配置成通過執(zhí)行包括下列步驟的 動(dòng)作來控制可變參數(shù)：計(jì)算可變參數(shù)的目標(biāo)值與實(shí)際值之間的誤差；基于該誤差，計(jì)算可 變參數(shù)的預(yù)期增益調(diào)整；基于該誤差，計(jì)算可變參數(shù)的預(yù)期平均調(diào)整；以及通過下列步驟 來創(chuàng)建用于修改該過程的校正信號(hào)：響應(yīng)誤差為正而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整 求和來創(chuàng)建校正信號(hào)；以及響應(yīng)誤差為負(fù)而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整求差來創(chuàng) 建校正信號(hào)。
[0009] 本發(fā)明的第二方面包括非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的、用于控制具有可變 參數(shù)的目標(biāo)值的過程的程序產(chǎn)品，非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括用于使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行 下列步驟的程序代碼：計(jì)算可變參數(shù)的目標(biāo)值與實(shí)際值之間的誤差；基于該誤差，計(jì)算可 變參數(shù)的預(yù)期增益調(diào)整；基于該誤差，計(jì)算可變參數(shù)的預(yù)期平均調(diào)整；以及通過下列步驟 來創(chuàng)建用于修改該過程的校正信號(hào)：響應(yīng)誤差為正而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整 求和來創(chuàng)建校正信號(hào)；以及響應(yīng)誤差為負(fù)而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整求差來創(chuàng) 建校正信號(hào)。
[0010] 本發(fā)明的第三方面包括一種控制器系統(tǒng)，其中包括：至少一個(gè)計(jì)算裝置，在操作上 連接到具有可變參數(shù)的目標(biāo)值的過程，至少一個(gè)計(jì)算裝置配置成通過執(zhí)行包括下列步驟的 動(dòng)作來控制可變參數(shù)：計(jì)算可變參數(shù)的目標(biāo)值與實(shí)際值之間的誤差；基于該誤差，通過下 列步驟來計(jì)算可變參數(shù)的預(yù)期增益調(diào)整：對(duì)該誤差進(jìn)行低通濾波，基于經(jīng)低通濾波的誤差 來確定增益調(diào)整，并且將所確定增益調(diào)整與預(yù)定增益調(diào)整相結(jié)合，以計(jì)算預(yù)期增益調(diào)整；基 于該誤差，通過下列步驟來計(jì)算可變參數(shù)的預(yù)期平均調(diào)整：使用作為比例、比例加積分或者 比例加積分加微分其中之一的子控制器來確定誤差的平均調(diào)整，并且將所確定平均調(diào)整與 預(yù)定平均調(diào)整相結(jié)合，以計(jì)算預(yù)期平均調(diào)整；以及通過下列步驟來創(chuàng)建用于修改該過程的 校正信號(hào)：響應(yīng)誤差為正而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整求和來創(chuàng)建校正信號(hào)；以 及響應(yīng)誤差為負(fù)而通過對(duì)預(yù)期平均調(diào)整和預(yù)期增益調(diào)整求差來創(chuàng)建校正信號(hào)。
[0011] 技術(shù)方案1 :一種控制器系統(tǒng)，包括： 至少一個(gè)計(jì)算裝置，在操作上連接到具有可變參數(shù)的目標(biāo)值的過程，所述至少一個(gè)計(jì) 算裝置配置成通過執(zhí)行包括下列步驟的動(dòng)作來控制所述可變參數(shù)： 計(jì)算所述可變參數(shù)的所述目標(biāo)值與實(shí)際值之間的誤差； 基于所述誤差，計(jì)算所述可變參數(shù)的預(yù)期增益調(diào)整； 基于所述誤差，計(jì)算所述可變參數(shù)的預(yù)期平均調(diào)整；以及 通過下列步驟來創(chuàng)建用于修改所述過程的校正信號(hào)： 響應(yīng)所述誤差為正，通過對(duì)所述預(yù)期平均調(diào)整和所述預(yù)期增益調(diào)整求和來創(chuàng)建所述校 正信號(hào)，以及 響應(yīng)所述誤差為負(fù)，通過對(duì)所述預(yù)期平均調(diào)整和所述預(yù)期增益調(diào)整求差來創(chuàng)建所述校 正信號(hào)。
[0012] 技術(shù)方案2 :如技術(shù)方案1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述預(yù)期增益調(diào)整計(jì)算包 括： 對(duì)所述誤差進(jìn)行低通濾波； 基于經(jīng)低通濾波的誤差來確定增益調(diào)整；以及 將所確定增益調(diào)整與預(yù)定增益調(diào)整相結(jié)合，以計(jì)算所述預(yù)期增益調(diào)整。
[0013] 技術(shù)方案3 :如技術(shù)方案2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述增益調(diào)整確定包括得到 其存儲(chǔ)值，以及所述預(yù)定增益調(diào)整基于所述控制器系統(tǒng)的預(yù)期響應(yīng)性。
[0014] 技術(shù)方案4:如技術(shù)方案2所述的控制器系統(tǒng)，還包括響應(yīng)所述誤差超過指示所述 誤差的大偏移的誤差閾值而重置所述誤差的低通濾波。
[0015] 技術(shù)方案5 :如技術(shù)方案1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述預(yù)期平均調(diào)整計(jì)算包 括： 使用作為比例、比例加積分或者比例加積分加微分其中之一的子控制器來確定所述誤 差的平均調(diào)整；以及 將所確定平均調(diào)整與預(yù)定平均調(diào)整相結(jié)合，以計(jì)算所述預(yù)期平均調(diào)整。
[0016] 技術(shù)方案6 :如技術(shù)方案5所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定平均調(diào)整基于所述 平均值調(diào)整特征的初步測(cè)試期間單獨(dú)確定的所述過程的靜態(tài)特性的模型。
[0017] 技術(shù)方案7 :如技術(shù)方案1所述的控制器系統(tǒng)，還包括： 在創(chuàng)建所述校正信號(hào)之前對(duì)所述誤差進(jìn)行超前補(bǔ)償濾波，經(jīng)超前濾波的誤差用來確定 所述誤差是正還是負(fù)。
[0018] 技術(shù)方案8 :如技術(shù)方案1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算所述可變參數(shù)的預(yù) 期增益調(diào)整并且創(chuàng)建所述校正信號(hào)包括使用自振蕩自適應(yīng)子控制器。
[0019] 技術(shù)方案9 :如技術(shù)方案1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算所述可變參數(shù)的預(yù) 期平均調(diào)整包括使