專利名稱：用于補(bǔ)償基于第一原理的仿真模型的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)一般涉及過(guò)程建模，以及更特別地涉及用于補(bǔ)償基于第一原理的仿真模型 的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在過(guò)程仿真的領(lǐng)域中，仿真器設(shè)計(jì)通常基于兩個(gè)不同的模型類型基于第一原理 和基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型。也被稱作高保真模型的基于第一原理的模型基于例如質(zhì)量、能量 和動(dòng)量守恒定律的第一原理物理定律來(lái)對(duì)設(shè)備和過(guò)程進(jìn)行建模。描述物理過(guò)程的基于第一 原理的模型常常是復(fù)雜的，并可以利用偏微分方程和/或微分代數(shù)方程來(lái)表示。這些方程 可以描述過(guò)程或設(shè)備屬性和/或在這些屬性中的變化。在許多基于第一原理的模型中，方 程是模塊化的，以對(duì)多設(shè)備或多過(guò)程系統(tǒng)中的過(guò)程和/或設(shè)備的特定部分進(jìn)行建模。因此， 能夠通過(guò)用相應(yīng)于被改變和/或更新的設(shè)備和/或過(guò)程的方程替換在所述模型中的方程來(lái) 在所述模型中容易地改變和/或更新設(shè)備和/或過(guò)程。然而，由于基于第一原理的模型不 能說(shuō)明與過(guò)程設(shè)備的實(shí)際特性或?qū)傩杂嘘P(guān)的不確定度，所以基于第一原理的模型常遭受建 模誤差。另一方面，通常也稱作黑箱模型的基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型通過(guò)依照設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)施 加測(cè)試輸入到實(shí)際的過(guò)程系統(tǒng)并測(cè)量相應(yīng)于該測(cè)試輸入的測(cè)試輸出來(lái)生成建模公式或方 程?；谒鲚斎牒洼敵?，生成用于確定輸入和輸出之間關(guān)系的方程以對(duì)過(guò)程或設(shè)備進(jìn)行 建模。在該方法中可以比基于第一原理的方程更容易獲得經(jīng)驗(yàn)方程，并且在所述經(jīng)驗(yàn)方程 中可以比在基于第一原理的方程中更好地捕獲和表示動(dòng)態(tài)瞬變現(xiàn)象。然而，必須設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn) 和執(zhí)行特殊的實(shí)驗(yàn)以獲得足夠獲取用于開(kāi)發(fā)所述模型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確且多樣的數(shù)據(jù)。此 外，當(dāng)改變或替換設(shè)備時(shí)必須開(kāi)發(fā)新的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其是費(fèi)時(shí)且昂貴的。不管使用的過(guò)程建模方法的類型為何，過(guò)程系統(tǒng)模型常常需要調(diào)節(jié)和/或調(diào)整。 一般通過(guò)可以重復(fù)多次的試錯(cuò)法來(lái)執(zhí)行這種調(diào)節(jié)和調(diào)整，以反映過(guò)程數(shù)據(jù)中由設(shè)備老化或 疲勞引起的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
此處描述用于補(bǔ)償基于第一原理的仿真模型的方法和裝置。一些示例性的補(bǔ)償基 于第一原理的仿真模型的方法包括施加一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)試輸入到過(guò)程系統(tǒng)以生成第一 輸出數(shù)據(jù)；施加一個(gè)或多個(gè)第二測(cè)試輸入到第一原理模型以生成第二輸出數(shù)據(jù)；以及基于 第一和第二輸出數(shù)據(jù)來(lái)生成誤差模型。所述示例性的方法進(jìn)一步包括施加輸入數(shù)據(jù)到第一 原理模型以生成仿真模型輸出數(shù)據(jù)以及經(jīng)由所述誤差模型來(lái)補(bǔ)償所述模型數(shù)據(jù)以生成被 補(bǔ)償?shù)哪Ｐ洼敵鰯?shù)據(jù)。還描述了示例性的用于補(bǔ)償基于第一原理的模型的裝置。一些示例性的被補(bǔ)償?shù)?基于第一原理的模型包括被實(shí)現(xiàn)于存儲(chǔ)器中以基于一個(gè)或多個(gè)輸入生成第一輸出數(shù)據(jù)的 第一原理模型、被實(shí)現(xiàn)于存儲(chǔ)器中以在操作階段補(bǔ)償?shù)谝惠敵鰯?shù)據(jù)來(lái)基于第一輸出數(shù)據(jù)生成被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼哪Ｐ偷妮敵龅恼`差模型，以及在訓(xùn)練階段基于第一輸出數(shù)據(jù)和 過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)生成所述誤差模型的誤差模型發(fā)生器。生成所述誤差模型包括從過(guò)程系統(tǒng)接收 基于一個(gè)或多個(gè)輸入的第一輸出數(shù)據(jù)和第二輸出數(shù)據(jù)以及基于第一和第二輸出數(shù)據(jù)來(lái)生 成誤差模型。另外，描述了一些示例性的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。所述示例性的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括 指令，所述指令當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)施加一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)試輸入到過(guò)程系統(tǒng) 以生成第一輸出數(shù)據(jù)；施加一個(gè)或多個(gè)第二測(cè)試輸入到第一原理模型以生成第二輸出數(shù) 據(jù)；基于第一和第二輸出數(shù)據(jù)來(lái)生成誤差模型；施加輸入數(shù)據(jù)到第一原理模型以生成仿真 模型輸出數(shù)據(jù)；以及經(jīng)由所述誤差模型來(lái)補(bǔ)償所述模型數(shù)據(jù)以生成被補(bǔ)償?shù)哪Ｐ洼敵鰯?shù) 據(jù)。描述了一些示例性的用于生成動(dòng)態(tài)誤差模型以補(bǔ)償基于第一原理的模型的方法。 所述示例性的方法包括確定第一預(yù)測(cè)方程以表示在一個(gè)或多個(gè)過(guò)程系統(tǒng)輸入和一個(gè)或多 個(gè)過(guò)程系統(tǒng)輸出之間的關(guān)系；基于一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸入和一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸出來(lái)確定用于 一個(gè)或多個(gè)模型參數(shù)的第一預(yù)測(cè)方程的初始條件；基于在第一時(shí)間之前的第二時(shí)間的第三 預(yù)測(cè)方程或初始條件中的至少一個(gè)來(lái)確定在第一時(shí)間的第二預(yù)測(cè)方程；確定優(yōu)化函數(shù)以優(yōu) 化在響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上相等的輸入的基于第一原理的模型和過(guò)程系統(tǒng)之間的輸出 上的差值；基于第二預(yù)測(cè)方程或第三預(yù)測(cè)方程中的至少一個(gè)來(lái)在約束條件范圍內(nèi)求解所述 優(yōu)化函數(shù)以確定所述模型參數(shù)；以及基于所述模型參數(shù)來(lái)生成動(dòng)態(tài)誤差模型。一些另外的示例性的用于生成動(dòng)態(tài)誤差模型以補(bǔ)償基于第一原理的模型的方法 包括施加測(cè)試輸入數(shù)據(jù)到一過(guò)程以生成測(cè)試輸出數(shù)據(jù)；基于所述測(cè)試輸入和輸出數(shù)據(jù)來(lái) 生成穩(wěn)態(tài)解；以及基于所述穩(wěn)態(tài)解來(lái)生成一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)方程。在第一時(shí)間的預(yù)測(cè)方程基 于下列中的至少一個(gè)在一個(gè)或多個(gè)先前的時(shí)間的測(cè)試輸出數(shù)據(jù)；在一個(gè)或多個(gè)先前的時(shí) 間的測(cè)試輸入數(shù)據(jù)；或者在先前的時(shí)間的一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)方程。所述示例性的方法進(jìn)一步 包括施加一個(gè)或多個(gè)約束條件到優(yōu)化函數(shù)，以及求解所述優(yōu)化函數(shù)以在一個(gè)或多個(gè)約束條 件范圍內(nèi)優(yōu)化一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)方程來(lái)生成動(dòng)態(tài)誤差模型。


圖1是并聯(lián)配置的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ偷哪K圖；圖2是串聯(lián)配置的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ偷哪K圖；圖3是圖1和2中說(shuō)明的示例性的第一原理模型的更詳細(xì)的模塊圖；圖4是在訓(xùn)練階段實(shí)現(xiàn)圖1和2的誤差模型發(fā)生器的示例性的誤差模型發(fā)生器的 模塊圖；圖5是描述利用并聯(lián)誤差模型配置來(lái)補(bǔ)償基于第一原理的模型的示例性的過(guò)程 的流程圖；圖6是描述利用串聯(lián)誤差模型配置來(lái)補(bǔ)償基于第一原理的模型的示例性的過(guò)程 的流程圖；圖7是描述生成誤差模型的示例性的過(guò)程的流程圖；圖8是描述生成一動(dòng)態(tài)誤差模型的示例性的過(guò)程的流程圖；圖9是示例性的處理器系統(tǒng)的模塊圖，所述示例性的處理器系統(tǒng)可被用于實(shí)現(xiàn)此處描述的示例性的裝置、方法和制品。
具體實(shí)施例方式盡管下面公開(kāi)了除了其它組件之外包括在硬件上執(zhí)行的軟件和/或固件的示例 性的系統(tǒng)，但應(yīng)該注意到這種系統(tǒng)僅僅是說(shuō)明性的而不應(yīng)該被認(rèn)為是限制。舉例來(lái)說(shuō)，考慮 了任意或所有這些硬件、軟件和固件組件能夠單純實(shí)施在硬件中、單純實(shí)施在軟件中或?qū)?施在硬件和軟件的任意組合中。相應(yīng)地，雖然下面描述了示例性的系統(tǒng)，但本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員將容易地理解提供的所述實(shí)例并不是實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)的唯一方式。在過(guò)程控制(例如，工業(yè)過(guò)程控制)領(lǐng)域，設(shè)備和/或過(guò)程很少是真正的黑箱。相 反地，因?yàn)檫@種設(shè)備和過(guò)程常常附有被充分記載的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和/或操作歷史數(shù)據(jù)，所以通 常知道一些關(guān)于所述設(shè)備和/或過(guò)程的信息。依照在下面更詳細(xì)描述的實(shí)例，來(lái)源于這種 文件的有用信息可被用于定義第一原理模型。第一原理模型接著可被用于對(duì)過(guò)程系統(tǒng)的主 要過(guò)程增益和非線性進(jìn)行建模。誤差模型接著可被開(kāi)發(fā)以消減和/或補(bǔ)償?shù)谝辉砟Ｐ椭?的誤差。在許多應(yīng)用中，在主要過(guò)程輸入和輸出變量之間的主要關(guān)系是已知的并利用第一 原理模型被很好地建模。然而，過(guò)程中的不確定度可能導(dǎo)致過(guò)程輸出中存在足夠的偏差，從 而為開(kāi)發(fā)誤差模型來(lái)校正所述偏差提供依據(jù)。此處描述的示例性的方法、裝置和制品可被用于補(bǔ)償基于第一原理的過(guò)程仿真模 型。更具體地說(shuō)，如果為過(guò)程給定一組輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，則此處描述的示例性的方法、 裝置和制品可被用于為一給定輸入或一組輸入確定誤差模型以補(bǔ)償在過(guò)程系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù) 和基于第一原理的模型輸出數(shù)據(jù)之間的差值。在確定誤差模型以后，可以利用由誤差模型 補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼哪Ｐ蛨?zhí)行進(jìn)一步的仿真。作為結(jié)果，可以利用基于第一原理的模型 的準(zhǔn)確性和靈活性，同時(shí)由誤差模型負(fù)責(zé)(即，補(bǔ)償)過(guò)程變化。圖1是并聯(lián)配置的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00的模塊圖。也 可被稱為加性模型的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00可被用來(lái)對(duì)例如工 業(yè)過(guò)程和/或工業(yè)設(shè)備進(jìn)行建模。舉例來(lái)說(shuō)，仿真模型100可以響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)輸入來(lái) 生成一個(gè)或多個(gè)輸出，以對(duì)改變輸入、改變過(guò)程和/或改變?cè)O(shè)備的一個(gè)或多個(gè)部件的效果 進(jìn)行精確的建模。在該實(shí)例中，被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00從接收一個(gè)或多個(gè) 輸入X的例如工業(yè)過(guò)程的過(guò)程系統(tǒng)102中接收一個(gè)或多個(gè)輸出Wo如圖1中所述，被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00包括第一原理模型104。通 常，示例性的第一原理模型104是一數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型仿真接收與過(guò)程系統(tǒng)102相同 或?qū)嵸|(zhì)相同的輸入，利用所述輸入或響應(yīng)于所述輸入來(lái)仿真過(guò)程系統(tǒng)102，并且生成除某些 建模誤差之外與過(guò)程系統(tǒng)102實(shí)質(zhì)相同的輸出ζ。如下所述，因?yàn)檫^(guò)程系統(tǒng)102是一物理 過(guò)程而第一原理模型104是所述物理過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，所以過(guò)程系統(tǒng)102和第一原理模型 104通常不接收完全相同的輸入并且在輸入相同時(shí)也不產(chǎn)生相同的輸出。如此處所提及的，接收相同的輸入可以指在質(zhì)量上和數(shù)量上接收相同的輸入，或 者可以指接收適當(dāng)?shù)谋硎拘问降妮斎氲亩勘硎?。舉例來(lái)說(shuō)，燃煤電廠的過(guò)程系統(tǒng)和燃煤 電廠的第一原理模型可以通過(guò)分別接收1，000千克(kg)的煤和1，OOOkg的煤的數(shù)學(xué)表示 來(lái)接收相同的或?qū)嵸|(zhì)上相同的輸入。相似地，如此處所提及的，具有相同的輸出可以指在質(zhì) 量上和數(shù)量上具有相同的輸出，或者可以指輸出適當(dāng)?shù)谋硎拘问降妮敵龅亩勘硎?。舉例
8來(lái)說(shuō)，燃煤電廠可以輸出302. 78千瓦小時(shí)(kWh)的電，同時(shí)燃煤電廠的第一原理模型可以 輸出302. 78kWh的數(shù)學(xué)表示。為減少在第一原理模型104的輸出中的建模誤差，提供了一種誤差模型發(fā)生器 106。誤差模型發(fā)生器106接收與過(guò)程系統(tǒng)102和/或第一原理模型104相同或?qū)嵸|(zhì)上相同 的輸入(和/或相同的輸入的數(shù)學(xué)表示)。誤差模型發(fā)生器106還接收相應(yīng)于所述輸入的 過(guò)程系統(tǒng)102和第一原理模型104的輸出之間的差值?；谒鲚斎牒洼敵霾钪?，誤差模 型發(fā)生器106生成一誤差模型108。示例性的誤差模型108接收與第一原理模型104相同 或?qū)嵸|(zhì)上相同的輸入，并生成一個(gè)或多個(gè)輸出文以補(bǔ)償在第一原理模型104和過(guò)程系統(tǒng)102 之間的誤差。通常，誤差模型108可以如在下面結(jié)合圖4所更詳細(xì)描述地包括穩(wěn)態(tài)誤差模 型和/或動(dòng)態(tài)誤差模型。減法器110生成過(guò)程系統(tǒng)102的輸出和第一原理模型104的輸出之間的差值y。 減法器110接著將差值y發(fā)送到誤差模型發(fā)生器106。加法器112接收來(lái)自于第一原理模 型104的輸出(ζ)以及來(lái)自于誤差模型108的輸出(y )，并對(duì)所述輸出求和以生成被補(bǔ)償 的第一原理模型的輸出。示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00可以從用戶接口 114接收一個(gè)或 多個(gè)約束條件、輸入數(shù)據(jù)、誤差模型函數(shù)和/或用于建模的其它數(shù)據(jù)。如在下面所更詳細(xì)說(shuō) 明的，可以由誤差模型發(fā)生器106使用所述約束條件、數(shù)據(jù)和/或誤差模型函數(shù)來(lái)以精確的 方式生成誤差模型108。示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00工作于以下兩個(gè)階段訓(xùn)練階段 和操作階段。在圖1和2中，利用虛線說(shuō)明了訓(xùn)練階段期間使用的對(duì)象和數(shù)據(jù)，同時(shí)利用實(shí) 線說(shuō)明了操作階段期間使用的對(duì)象和數(shù)據(jù)。在訓(xùn)練階段期間，示例性的過(guò)程系統(tǒng)102、示例 性的第一原理模型104和示例性的誤差模型發(fā)生器106接收相同或?qū)嵸|(zhì)上相同的測(cè)試輸 入。減法器110從過(guò)程系統(tǒng)102和第一原理模型104接收輸出w和ζ，并將差值發(fā)送到誤差 模型發(fā)生器106。誤差模型發(fā)生器106基于所述輸入和差值來(lái)生成誤差模型108。如在下 面所更詳細(xì)描述的，誤差模型108可以包括穩(wěn)態(tài)誤差模型和/或動(dòng)態(tài)誤差模型。在操作階段期間，第一原理模型104和誤差模型108接收相同或?qū)嵸|(zhì)上相同的輸 入和/或相同的輸入的數(shù)學(xué)表示。響應(yīng)于所述輸入，第一原理模型104生成仿真模型輸出 數(shù)據(jù)，而誤差模型108生成誤差模型輸出數(shù)據(jù)。加法器112接收來(lái)自于第一原理模型104 的仿真模型輸出數(shù)據(jù)ζ以及來(lái)自于誤差模型108的誤差模型輸出數(shù)據(jù)夕，對(duì)所述數(shù)據(jù)求和， 并輸出被補(bǔ)償?shù)牡谝辉砟Ｐ偷妮敵?。通常，?duì)于相同的輸入來(lái)說(shuō)更接近過(guò)程系統(tǒng)的輸出 的被補(bǔ)償?shù)牡谝辉砟Ｐ偷妮敵鍪歉虾跣枰?。在下面參考圖5的示例性的過(guò)程500來(lái) 描述示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00的詳細(xì)的訓(xùn)練與操作。圖2是串聯(lián)配置的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00的模塊圖。與 圖ι的仿真模型100類似，示例性的基于第一原理的仿真模型200可被用于對(duì)工業(yè)過(guò)程和/ 或工業(yè)設(shè)備建模，以基于一個(gè)或多個(gè)輸入來(lái)確定一個(gè)或多個(gè)輸出。也可被稱作乘法模型的 示例性的基于第一原理的仿真模型200接收過(guò)程系統(tǒng)102的輸出w，并包括第一原理模型 104、誤差模型發(fā)生器206和誤差模型208。示例性的誤差模型發(fā)生器206和/或誤差模型 208可以與結(jié)合圖1描述的誤差模型發(fā)生器106和/或誤差模型108中的相應(yīng)的一個(gè)相似 或相同。
與圖1的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00相似，圖2的示例性的被補(bǔ)償?shù)?基于第一原理的仿真模型200操作于訓(xùn)練階段和操作階段。在訓(xùn)練階段期間，示例性的過(guò) 程系統(tǒng)102和示例性的第一原理模型104接收相同或?qū)嵸|(zhì)上相同的測(cè)試輸入χ?；谒?測(cè)試輸入，過(guò)程系統(tǒng)102生成測(cè)試過(guò)程輸出數(shù)據(jù)而第一原理模型104生成測(cè)試模型輸出數(shù) 據(jù)。所述測(cè)試過(guò)程輸出數(shù)據(jù)和測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)由誤差模型發(fā)生器206接收。雖然誤差模 型發(fā)生器206使用憑經(jīng)驗(yàn)生成的數(shù)據(jù)，例如為建立過(guò)程系統(tǒng)102的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ投傻臄?shù)據(jù)， 但是誤差模型發(fā)生器206可以使用相對(duì)較少的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)建立誤差模型208。結(jié)果，可以 減少生成經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ退璧某杀竞蜁r(shí)間，并且可以在過(guò)程系統(tǒng)102上執(zhí)行簡(jiǎn)化、簡(jiǎn)略版本的 試驗(yàn)以生成測(cè)試過(guò)程輸出數(shù)據(jù)。因?yàn)檎`差模型208消減由例如未被第一原理模型104建模 的非常影響過(guò)程系統(tǒng)102的輸出的幾個(gè)變量引起的建模誤差，所以可以使用較少的經(jīng)驗(yàn)數(shù) 據(jù)。更多的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以被使用，但可能導(dǎo)致影響誤差模型208和/或被補(bǔ)償?shù)牡谝辉?模型的輸出的不希望得到的瞬態(tài)數(shù)據(jù)和/或噪音。誤差模型發(fā)生器206基于測(cè)試過(guò)程輸出數(shù)據(jù)w和測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)ζ來(lái)生成誤差 模型208以補(bǔ)償?shù)谝辉砟Ｐ?04。示例性的生成誤差模型208的方法被描述如下。示例 性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00與用戶接口 114通信以接收一個(gè)或多個(gè)約束條 件、數(shù)據(jù)、誤差模型函數(shù)和/或用于建模的其它數(shù)據(jù)。如在下面所進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的，可以 由誤差模型發(fā)生器206使用所述約束條件、數(shù)據(jù)和/或誤差模型函數(shù)來(lái)生成精確的誤差模 型 208。在生成誤差模型208以后，示例性的基于第一原理的仿真模型200進(jìn)入操作階段。 在操作階段期間，第一原理模型104接收表示對(duì)過(guò)程系統(tǒng)102的輸入的一個(gè)或多個(gè)輸入χ。 基于所述輸入X，第一原理模型104生成由誤差模型208作為輸入接收的輸出ζ (例如，響應(yīng) 于相應(yīng)的輸入χ對(duì)過(guò)程系統(tǒng)102的輸出w進(jìn)行建模)。誤差模型208補(bǔ)償由第一原理模型 104生成的模型輸出z，并輸出被補(bǔ)償?shù)牡谝辉砟Ｐ偷妮敵?。和圖1中所示的示例性的并 聯(lián)配置形成對(duì)比，圖2的誤差模型208補(bǔ)償?shù)谝辉砟Ｐ?04的輸出而不接收相應(yīng)的輸入 χ。因此，圖2的串聯(lián)配置更適合于具有線性傳遞函數(shù)的第一原理模型(以及作為擴(kuò)展，過(guò) 程系統(tǒng))。在下面參考圖6的示例性的過(guò)程600來(lái)描述示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼?仿真模型200的詳細(xì)的操作。任意或所有的示例性的第一原理模型104、示例性的誤差模型發(fā)生器106和/或 206、和/或示例性的誤差模型108和/或208可以利用硬件、固件和/或軟件的任意組合來(lái) 實(shí)現(xiàn)。然而，在固件和/或軟件中實(shí)現(xiàn)的第一原理模型104、示例性的誤差模型發(fā)生器106 和206、以及示例性的誤差模型108和208中的任意一個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤┰谟?jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)上，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括但不限于動(dòng)態(tài)(例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取)和/或靜態(tài)(例如，靜 態(tài)隨機(jī)存取)存儲(chǔ)器、固態(tài)存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)裝置(例如，固態(tài)硬盤、閃存)、光存儲(chǔ)器(例 如，CDs、DVDs)和/或磁存儲(chǔ)器(例如，磁帶、軟盤)。在這種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤?的固件或軟件可以包括用于在例如處理器912(圖9)的處理裝置上執(zhí)行的指令，和/或可 以被實(shí)現(xiàn)在專用集成電路(ASIC)上。圖3是圖1和2中所示的示例性的第一原理模型104的更詳細(xì)的模塊圖。示例性 的第一原理模型104包括模型組件A-F。利用基于第一原理的模型來(lái)對(duì)工業(yè)過(guò)程和/或設(shè) 備建模的優(yōu)點(diǎn)包括容易地改變所述模型以適應(yīng)新的或替換部件和/或過(guò)程的能力。模型組件A可以利用數(shù)學(xué)算法個(gè)別地建模以接收一個(gè)或多個(gè)輸入和/或生成一個(gè)或多個(gè)輸出。對(duì) 模型組件A的輸入可以接收自任意其它的模型組件B-F和/或接收自外部激勵(lì)(例如，對(duì) 第一原理模型104的輸入χ)。外部激勵(lì)可以例如是如結(jié)合圖1和2所描述的在訓(xùn)練階段期 間使用的測(cè)試輸入數(shù)據(jù)和/或在操作階段期間使用的輸入數(shù)據(jù)。在舉例說(shuō)明的實(shí)例中，模型組件A從外部激勵(lì)以及模型組件B、C和D中接收一個(gè) 或多個(gè)輸入。另外，模型組件A提供輸出到模型組件B、C和D。相似地，示例性的模型組件 F從模型組件D中接收輸入，并生成一個(gè)或多個(gè)輸出以輸出到模型組件D和/或從第一原 理模型104中輸出。第一原理模型104(例如，模型組件F)的輸出ζ可以是如結(jié)合圖1和 2所描述的在訓(xùn)練階段期間使用的測(cè)試模型輸出和/或在操作階段期間生成的模型輸出。在結(jié)合用于燃煤電廠的仿真模型來(lái)使用示例性的第一原理模型104的情況下，模 型組件A相應(yīng)于所述電廠的發(fā)熱組件或?qū)λ霭l(fā)熱組件進(jìn)行建模，所述發(fā)熱組件接收一定 體積的煤(即，對(duì)第一原理模型104的輸入)并生成被接收為對(duì)其它模型組件的輸入的輸 出(例如，熱)。此外，模型組件B可以對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行建模，模型組件C可以對(duì)蒸汽系統(tǒng) 進(jìn)行建模，而模型組件D可以對(duì)渦輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行建模。更進(jìn)一步地，示例性的模型組件E可 以對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行建模，而模型組件F可以對(duì)由渦輪機(jī)提供動(dòng)力的發(fā)電機(jī)進(jìn)行建模，其生 成第一原理模型104的輸出(例如，電力)。在圖3中描述的模型組件之間的舉例說(shuō)明的輸 入和輸出的相互關(guān)系僅僅是示例，可以使用任意其它的相互關(guān)系來(lái)適應(yīng)一特定的應(yīng)用。如上所述，基于第一原理的模型的優(yōu)點(diǎn)包括容易地增加或改變模型組件的能力。 在圖3的示例中，模型組件E可以從第一原理模型104中刪除并由一新的模型組件E2來(lái)替 換。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)工業(yè)設(shè)備的一部分上的舊的或磨損的部件被新的或改進(jìn)的設(shè)備的一部分 替換時(shí)，這種替換可能發(fā)生?？梢杂膳c被替換的過(guò)程生成相同的輸出的更有效的過(guò)程模型 組件(例如，E2)來(lái)替換示例性的過(guò)程模型組件(例如，E)。在用新的模型組件E2替換模 型組件E之后，示例性的新的模型組件E2利用相同類型和數(shù)目的輸入來(lái)進(jìn)行工作，并生成 相同類型和數(shù)目的輸出?；蛘撸碌哪Ｐ徒M件E2可以利用更少的輸入來(lái)生成相同的輸出， 或者利用相同的或更少的輸入來(lái)生成更少的輸出(例如，副產(chǎn)品)。圖4是可被用于在訓(xùn)練階段實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的圖1和2中的誤差模型發(fā)生器106或206 的示例性的誤差模型發(fā)生器400的模塊圖。示例性的誤差模型發(fā)生器400生成可被用于補(bǔ) 償基于第一原理的仿真模型的輸出的誤差模型(例如圖1的108或圖2的208)。示例性的 誤差模型發(fā)生器400包括穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402和動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404。示例性的 穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402生成穩(wěn)態(tài)誤差模型406，而示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404生成 動(dòng)態(tài)誤差模型408?？梢苑珠_(kāi)和/或組合地使用穩(wěn)態(tài)誤差模型406和動(dòng)態(tài)誤差模型408，以 實(shí)現(xiàn)圖1的誤差模型108和/或圖2的誤差模型208。為了清楚起見(jiàn)，示例性的誤差模型發(fā)生器400的下列討論將參考圖1的示例性的 誤差模型發(fā)生器106和示例性的誤差模型108。然而，下列討論同樣可適用于圖2的示例性 的誤差模型發(fā)生器206和示例性的誤差模型208。正如上面參考圖1和2所討論的，示例性的誤差模型發(fā)生器400接收輸入數(shù)據(jù) 410。舉例來(lái)說(shuō)，輸入數(shù)據(jù)410可以是表示對(duì)過(guò)程(例如，如圖1中配置的過(guò)程系統(tǒng)102)的 實(shí)際輸入χ的數(shù)據(jù)、過(guò)程(例如，如圖2中配置的過(guò)程系統(tǒng)102)的測(cè)試輸出W、第一原理模 型(例如，如圖2中配置的第一原理模型104)的測(cè)試輸出ζ和/或過(guò)程系統(tǒng)和第一原理模型的測(cè)試輸出之間的差值y (例如，如圖1中配置的減法器110的輸出)。附加地或者可替換地，示例性的誤差模型發(fā)生器400可以從用戶接口 114接收輸 入。系統(tǒng)用戶經(jīng)由用戶接口 114可以提供函數(shù)412給誤差模型發(fā)生器400，以例如為誤差 模型108指定數(shù)學(xué)形式。在某些實(shí)例中，誤差模型發(fā)生器400自主地確定將被使用的函數(shù)。 附加地或者可替換地，系統(tǒng)用戶經(jīng)由用戶接口 114可以提供約束條件414給誤差模型發(fā)生 器400以約束優(yōu)化解決方案的搜索空間。約束條件414可以限制誤差模型108的輸出服從 絕對(duì)和/或?qū)嶋H的約束條件，其實(shí)例被提供于下文。在下面示例性的誤差模型發(fā)生器400的操作說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)χ可以泛指例如對(duì)仿真 塊(例如，圖1和2的第一原理模型104)的仿真輸入和/或?qū)^(guò)程(例如，圖1和2的實(shí) 際過(guò)程102)的真實(shí)輸入的一個(gè)輸入。術(shù)語(yǔ)y可以泛指在實(shí)際輸出和相應(yīng)的模型輸出之間 的差值(例如，如圖1和2中所示的建模誤差z-w)。術(shù)語(yǔ)夕可以泛指由誤差模型確定的被 預(yù)期的或被仿真的誤差，例如圖1和2的誤差模型108和208的輸出。在操作中，誤差模型發(fā)生器400在訓(xùn)練階段期間接收輸入數(shù)據(jù)410、函數(shù)412和/ 或約束條件414。穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402基于接收的輸入數(shù)據(jù)410、函數(shù)412和/或約束 條件414來(lái)生成穩(wěn)態(tài)誤差模型406。示例性的誤差模型發(fā)生器400的詳細(xì)操作將在下面分 別參考圖7和8的流程圖700和800來(lái)進(jìn)行討論。對(duì)于穩(wěn)態(tài)模型表示，示例性的目標(biāo)可以是找到一個(gè)函數(shù)f(x，y，a)，以便基于一 個(gè)或多個(gè)選定的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出的0=^&,》，&)接近地?cái)M合原始的71。在描述的實(shí)例中，當(dāng) Gry1)的絕對(duì)值對(duì)于一給定的i減小時(shí)，模型被認(rèn)為更好。描述輸入X和輸出誤差1之間 關(guān)系的示例性的函數(shù)能夠用下面的方程1的通式來(lái)表示。y = B1 · fi (χ) +a2 · f2 (χ) +. · · +an · fn (χ)方程 1在方程1中，每個(gè)示例性的函數(shù)fi(x)是一獨(dú)立的常量或公式，或者是線性的或者 是非線性的，表示穩(wěn)態(tài)的關(guān)系。因此，對(duì)于一示例性的數(shù)據(jù)集(Xi，yi)，能夠如下面在方程2、 3和4中所示的來(lái)表示示例性的誤差模型計(jì)算方程。=αλ -/λ(χλ) + α2 ■ f2(&) + ... + · fnO1)方程 2y2 =αλ ./;(χ2) + α2 ./202) +…+ α ·/ (&)方程 3..............ym -A(xm) + a2 -/2(λ ) +…+ 義./ Om)方程 4示例性的參數(shù)或系數(shù)集a(即，La1, a2，· · ·，an])能夠由穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402 利用帶有約束的線性規(guī)劃、帶有約束的二次規(guī)劃和/或任意其它適當(dāng)?shù)墓奖硎净蜻^(guò)程來(lái) 求解。附加地或者可替換地，無(wú)約束最小二乘回歸可以由穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402實(shí)現(xiàn)以 確定參數(shù)集a。在該特定實(shí)例中，函數(shù)被系統(tǒng)用戶(例如，經(jīng)由用戶接口 114)定義為f\(X) = 1、 f2(x) = X、f3(x) = 1/χ以及f4(x) = In(X)，因此可以如下面在方程5中所示的來(lái)表示輸 出預(yù)測(cè)方程。ym =ax+a2-xm ^aJxm +a4 ■ \n(xm)方程 5基于被建模的系統(tǒng)，函數(shù)412f\、f2、f3和/或f4中的任意一個(gè)可以被修改，和/或 函數(shù)可以被添加或從該組函數(shù)412中刪除。約束條件414也可以由穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402接收。如上所述，約束條件414可以限制誤差模型108服從絕對(duì)和/或?qū)嶋H的約束條件。示例性的絕對(duì)約束條件可以是 5^100%,其中如果義是從一個(gè)空間(avolume of space)中刪除的物質(zhì)的相對(duì)量時(shí)。該 約束條件對(duì)應(yīng)于過(guò)程不能從空間中刪除多于100%的物質(zhì)的事實(shí)。當(dāng)χ和y的相對(duì)美元成 本使得過(guò)程在別的情況下實(shí)現(xiàn)起來(lái)不實(shí)際(例如，由于當(dāng)Xi接近力時(shí)刪除義所減少的收益) 時(shí)，示例性的實(shí)際約束條件可以是義。利用帶有約束的線性規(guī)劃方法，誤差模型發(fā)生器402企圖最小化在第一原理模型 104的輸出中的誤差(例如，y)和由誤差模型108預(yù)測(cè)的誤差歹之間的差值的絕對(duì)值之和， 如下面在方程6中所示。最小化Σ陰-兄.I方程6應(yīng)該注意到，方程6也可以表示為最小化在被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼哪Ｐ偷妮敵?和實(shí)際輸出w之間的差值的絕對(duì)值之和。利用帶有約束的二次規(guī)劃方法，穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā) 生器402企圖最小化在第一原理模型的輸出(例如，方程5)和實(shí)際輸出之間的差值的平方 之和，如下面在方程7中所示。
η最小化Σ(滅-兄.)2方程7
/=1就像方程6，方程7也可以表示為最小化在被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼哪Ｐ偷妮敵?和實(shí)際輸出w之間的差值的平方之和。如果從二次規(guī)劃方法中刪除約束條件，則可以利用 最小二乘回歸技術(shù)來(lái)找到解決方案。然而，在許多應(yīng)用中，約束優(yōu)化可以生成更合適的誤差 模型。為了評(píng)估方程6，示例性的穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402從過(guò)程系統(tǒng)102接收幾個(gè)獨(dú)立 的測(cè)試輸入(例如，Xi，其中i = 1到N)和相應(yīng)的相關(guān)測(cè)試過(guò)程輸出(例如，Wi,其中i = 1到N)，并從第一原理模型104接收相應(yīng)的相關(guān)仿真(例如，Zi，其中i = 1到N)輸入。在 所述舉例說(shuō)明的實(shí)例中，穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402確定或生成在測(cè)試過(guò)程輸出w和仿真輸 出ζ之間的差值的模型，并基于所述差值生成穩(wěn)態(tài)誤差模型406。附加地或者可替換地，穩(wěn) 態(tài)誤差模型發(fā)生器402將w和ζ之間的誤差的模型確定為函數(shù)f (χ)，并基于所述函數(shù)f (χ) 來(lái)生成穩(wěn)態(tài)誤差模型406。示例性的穩(wěn)態(tài)誤差模型406可以表示建模誤差和過(guò)程輸入之間 的線性和/或非線性的穩(wěn)態(tài)的相互關(guān)系。和穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402形成對(duì)比，示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404生成表 示線性誤差關(guān)系的動(dòng)態(tài)誤差模型408。雖然最小二乘法可被用于確定動(dòng)態(tài)誤差模型408，但 最小二乘法可能對(duì)輸入數(shù)據(jù)中的過(guò)程噪音和/或干擾敏感。另外，如果過(guò)程系統(tǒng)102和第 一原理模型104之間的誤差是自相關(guān)的和/或與輸入相關(guān)，其常常發(fā)生在實(shí)際應(yīng)用中，則識(shí) 別的參數(shù)也許不收斂于正確值。例如輔助變量法(以及輔助變量法的變形)的其它方法被 設(shè)計(jì)，以克服最小二乘法的大部分收斂問(wèn)題。然而，當(dāng)過(guò)程系統(tǒng)102和第一原理模型104之 間的誤差是自相關(guān)的時(shí)候，輔助變量法也可能遭受收斂問(wèn)題。大部分的最小二乘和輔助變 量法通常苦于幾個(gè)附加問(wèn)題中的任意一個(gè)或多個(gè)，例如對(duì)輸入激勵(lì)的程度的靈敏度、對(duì)過(guò) 程噪音的靈敏度、對(duì)未建模動(dòng)態(tài)的靈敏度、不能收斂于正確值和/或不能收斂于任意值。由于最小二乘和輔助變量法的相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)和局限，示例性的動(dòng)態(tài)模型發(fā)生器404 使用不同的優(yōu)化方法來(lái)搜索一組模型參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)減少或最小化預(yù)測(cè)誤差的目標(biāo)。以下在方程8、9和10中表示在不同時(shí)間的示例性的預(yù)測(cè)方程。y(k) - -α, . y{k -1)-α2 · y{k -2)-...-αη . y(k - η) + Zj1 . x(k -1) + ...bm · x(k — m)方程8 ；
y(k + 1) = -α, . y(k) — a2 . y(k 一 1) _ …_ · y(k -n + \) + bx ■ x(k) + ...bm ■ x(k -m + l)方程9 ；......................y(k + N) = . y{h - \ + N) - a2 ■ y(k — 2 + N) - ”, — an . y{k -n + N) +bx · x(k — 1 + TV) + …+ 厶m - x(k - m + N)方程10。示例性的預(yù)測(cè)方程9和10用在先前的時(shí)間的預(yù)測(cè)(即，預(yù)期的誤差)S^來(lái)代替觀 測(cè)的誤差y，其中預(yù)測(cè)方程;Kk+i)已經(jīng)被定義。換句話說(shuō)，對(duì)于在隨后的時(shí)間(例如，k+i+l 到k+i+n)的最多η個(gè)預(yù)測(cè)方程，使用給定的預(yù)測(cè)的;Kk+i)來(lái)代替測(cè)定值y(k+i)。當(dāng)存在 總共N+1個(gè)預(yù)測(cè)方程時(shí)，每個(gè)預(yù)測(cè)方程中存在η項(xiàng)，其中η < N。當(dāng)給定的預(yù)測(cè)的:^(k+i)已 經(jīng)被用于η個(gè)隨后的預(yù)測(cè)方程時(shí)，預(yù)測(cè)的被較新的預(yù)測(cè)方程替換。在某些實(shí)例中，最小化函數(shù)可以被定義為預(yù)測(cè)誤差夕和測(cè)得的或?qū)嶋H的誤差y之 間的誤差之和。為求解模型參數(shù)[a1; a2, . . . , an, b1 b2，. . .，bm]，優(yōu)化問(wèn)題變成不具有閉合 的解析解的一般的非線性優(yōu)化問(wèn)題。示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404可以識(shí)別提供可接 受的動(dòng)態(tài)誤差模型408的可接受的局部最小值。動(dòng)態(tài)誤差模型408可以選擇對(duì)由瞬態(tài)和/ 或未建模動(dòng)態(tài)所引起的高頻噪音免疫、實(shí)質(zhì)上免疫或者有抵抗力?；陬A(yù)測(cè)方程8-10進(jìn)行 約束優(yōu)化的計(jì)算方法包括1)找到模型參數(shù) ...知和！^...、的初始條件θ。；以及2)基 于所述初始條件通過(guò)利用預(yù)測(cè)方程的約束優(yōu)化來(lái)找到模型參數(shù)。為了找到模型參數(shù)的初始條件θ ^，動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404可以應(yīng)用最小二乘 法?？梢陨衫妙A(yù)測(cè)方程11、12和13的形式、一組N個(gè)測(cè)試輸入χ、一組N個(gè)測(cè)試誤差 y (即，測(cè)試過(guò)程輸出w和測(cè)試模型輸出ζ之間的差值)和初始的一組模型參數(shù)[ai，a2，...， an,和b1; b2，. . .，bj的N個(gè)預(yù)測(cè)方程。y(k) = -α,.少(眾一 1) — α2 ._ 2) — …一 . y(k -n) + br x(k -\) + ...bm ■ x(k — m)方程11y(k + l) = -a] -y(k)-a2 ；K^ —1)—…-y(k-n + \) + bx -x{k) + ...bm -x(k-m + \)方程12 (k + N、= -a、. y(k - \ + N) - a2 - y、k - 2 + N)-…-an ■ y(k - η + N) +b, -x(k-\ + N) + ... + bm -x(k-m + N)方程13方程11-13可以利用最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化，所述最小二乘法產(chǎn)生在下面由方程14 表示的優(yōu)化問(wèn)題，并且以下在方程15、16、17、18和19中提供對(duì)初始條件的明確的解析解
θ Οο最小化 {y(k + i) - y(k + O)2方程 14
θ 0 = (OtO)-1OtY方程 15其中θ= [B1, a2，· · ·，an, b1 b2，· · ·，bm]T 方程 16Y = [y (k+1)，y (k+2) ,...,γ (k+N) ]T方程 17φ=[釣，巧，...,5 ]7·方程 18
φ[ = [-y{k-\),-y{k - 2),...-y(k 一 n),x(k-\),x(k — 2),…,x(k - m)]方程19在上述方程中，k是任意的時(shí)間步長(zhǎng)，η是系統(tǒng)的階數(shù)，而變量m是影響給定輸出的 先前的輸入的數(shù)目。示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404確定θ ^以對(duì)方程15進(jìn)行最小化 來(lái)確定初始條件。在確定初始條件之后，示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404通過(guò)方程15的約束優(yōu)化 來(lái)找到模型參數(shù)。在許多工業(yè)過(guò)程中，基于過(guò)程和/或設(shè)備部件的先驗(yàn)知識(shí)和/或基于先 前在過(guò)程和/或設(shè)備方面的經(jīng)驗(yàn)，知道過(guò)程的增益處于一定范圍內(nèi)。這種關(guān)于過(guò)程增益的 知識(shí)可用于開(kāi)發(fā)約束優(yōu)化的約束條件。基于預(yù)測(cè)方程11-13，可以利用如下所述的方程20 來(lái)計(jì)算穩(wěn)態(tài)增益
_ b、+b7 +...-YbmGss = -^方程 20基于方程20中顯示的穩(wěn)態(tài)增益Gss，可以根據(jù)下面的方程21來(lái)約束方程14的解。Gss L <+ < Gii "方程 2丄
- 1 + α, +α2 + ... + αη -在方程21中，Gss h和GSSj分別是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益的上限和下限。示例性的約束條 件Gssjl和Gs“是線性約束條件，并且可以應(yīng)用其它的線性約束條件。然而，也可以如在下 面所舉例說(shuō)明地使用非線性約束條件。如上所述，系統(tǒng)用戶可能具有系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)。利用這樣的知識(shí)，系統(tǒng)用戶能夠創(chuàng) 建定義基于輸入值的輸出值的已知范圍的附加約束條件。下面在方程22中顯示了示例性 的約束條件。Yl (0 < y(k + 0 < Yh (0方程 22在方程22中，Yh⑴和Yl⑴分別是在時(shí)間(k+i)時(shí)的預(yù)測(cè)方程的輸出的上限和 下限。因?yàn)轭A(yù)測(cè)方程10的輸出不和時(shí)間成線性關(guān)系，所以示例性的約束方程22是非線性 的約束條件。相反，因?yàn)樵鲆婧湍Ｐ蛥?shù)成線性關(guān)系，所以約束方程21是線性的約束條件?？杀挥糜谏蓜?dòng)態(tài)誤差模型408的附加的或替代的技術(shù)可以包括廣義最小二乘 回歸、加權(quán)最小二乘回歸、重復(fù)最小二乘回歸、擴(kuò)展最小二乘回歸、子空間法、最大似然法、 輔助變量法、擴(kuò)展輔助變量法、頻域法或基于非線性優(yōu)化的方法。圖5、6、7和8舉例說(shuō)明了表示示例性的過(guò)程的流程圖，所述示例性的過(guò)程可被用 于實(shí)現(xiàn)圖1-4中的示例性的第一原理模型104、示例性的誤差模型發(fā)生器106和/或206、示 例性的誤差模型108和/或208、示例性的模型組件A-F、示例性的誤差模型發(fā)生器400、示 例性的穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402、示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404和/或更概括的示例性 的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00和200。這些過(guò)程可以被實(shí)現(xiàn)為包括程序的機(jī)器 可讀指令，所述程序由像圖9中的示例性的處理器系統(tǒng)910中所顯示的處理器912這樣的
15處理器來(lái)執(zhí)行。程序可以以眾所周知的方式被實(shí)現(xiàn)在存儲(chǔ)在有形介質(zhì)上的軟件中和/或被 實(shí)現(xiàn)在固件或?qū)Ｓ糜布?，所述有形介質(zhì)例如CD-ROM、軟盤、硬盤、數(shù)字多用途光盤(DVD) 或與處理器912相關(guān)的存儲(chǔ)器。舉例來(lái)說(shuō)，圖1-4中的示例性的第一原理模型104、示例性 的誤差模型發(fā)生器106和/或206、示例性的誤差模型108和/或208、示例性的模型組件 A-F、示例性的誤差模型發(fā)生器400、示例性的穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402、示例性的動(dòng)態(tài)誤差 模型發(fā)生器404和/或更概括的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00和200中 的任意或所有結(jié)構(gòu)能夠由軟件、硬件和/或固件來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，盡管參考圖5、6、7和/或8 中舉例說(shuō)明的流程圖來(lái)描述了示例性的過(guò)程，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解，可以 可替換地使用許多其它方法來(lái)實(shí)現(xiàn)圖1-4中的示例性的第一原理模型104、示例性的誤差 模型發(fā)生器106和/或206、示例性的誤差模型108和/或208、示例性的模型組件A-F、示 例性的誤差模型發(fā)生器400、示例性的穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402、示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā) 生器404和/或更概括的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼姆抡婺Ｐ?00和200。舉例來(lái) 說(shuō)，可以改變塊的執(zhí)行次序，和/或可以改變、刪去或組合所描述的一些塊。圖5是描述利用并聯(lián)誤差模型配置來(lái)補(bǔ)償基于第一原理的模型的示例性的過(guò)程 500的流程圖。示例性的過(guò)程500可被用于實(shí)現(xiàn)圖1的示例性的被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼?仿真模型100的訓(xùn)練和/或操作階段。示例性的過(guò)程500從施加一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸入χ到過(guò)程系統(tǒng)(例如，圖1的過(guò)程 系統(tǒng)102)以生成測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù)w(塊502)開(kāi)始。過(guò)程500也施加測(cè)試輸入χ到表示 過(guò)程系統(tǒng)102的基于第一原理的仿真模型(例如，圖1的第一原理模型104)以生成測(cè)試模 型輸出數(shù)據(jù)ζ (塊504)。施加到第一原理模型104的測(cè)試輸入χ可以是對(duì)過(guò)程系統(tǒng)102的 物理輸入的數(shù)學(xué)表示，并且測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)ζ可以是過(guò)程系統(tǒng)102的測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù) w的數(shù)學(xué)表示或數(shù)學(xué)估計(jì)。在施加測(cè)試輸入χ并生成測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù)w和測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)ζ (塊502和 504)之后，示例性的過(guò)程500確定測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù)和測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)之間的差值y (塊 506)。在圖1的實(shí)例中，塊506可以例如由減法器110來(lái)執(zhí)行?；谟蓽p法器110確定的 差值和測(cè)試輸入數(shù)據(jù)X，示例性的過(guò)程500 (例如，經(jīng)由誤差模型發(fā)生器106)識(shí)別誤差模型 (例如，誤差模型108)(塊508)。下面結(jié)合圖7來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)解釋塊508。示例性的過(guò)程500然后施加輸入數(shù)據(jù)χ到第一原理模型104并施加輸入數(shù)據(jù)χ到 誤差模型108 (塊510)。示例性的過(guò)程500 (例如，經(jīng)由圖1的加法器112)對(duì)第一原理模型 104的輸出ζ和誤差模型108的輸出夕求和以生成被補(bǔ)償?shù)妮敵?塊512)。示例性的過(guò)程 500接著確定是否存在另外的輸入數(shù)據(jù)x(塊514)。如果存在另外的輸入數(shù)據(jù)x(塊514)， 則控制可以返回到塊510以施加該輸入數(shù)據(jù)χ到第一原理模型104和誤差模型108。如果 沒(méi)有另外的輸入數(shù)據(jù)x(塊514)，則示例性的過(guò)程500可以結(jié)束。用這種方法，示例性的過(guò) 程500可被用于生成誤差模型以補(bǔ)償基于第一原理的模型的輸出。圖6是描述利用串聯(lián)誤差模型配置來(lái)補(bǔ)償基于第一原理的模型的示例性的過(guò)程 600的流程圖。示例性的過(guò)程600可被用于實(shí)現(xiàn)圖2中舉例說(shuō)明的基于第一原理的仿真模 型200的訓(xùn)練和操作階段。示例性的過(guò)程600從施加測(cè)試輸入χ到過(guò)程系統(tǒng)(例如，圖2中舉例說(shuō)明的過(guò)程 系統(tǒng)102)以生成測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù)w(塊602)開(kāi)始。示例性的過(guò)程600進(jìn)一步施加測(cè)試輸入χ到基于第一原理的仿真模型(例如，圖2的第一原理模型104)以生成測(cè)試模型輸出 數(shù)據(jù)ζ (塊604)?；趤?lái)源于塊602和604的測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù)w和測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)w， 示例性的過(guò)程600將測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)w和測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù)ζ (例如，經(jīng)由圖2的誤差模 型發(fā)生器206)聯(lián)系在一起(塊606)。舉例來(lái)說(shuō)，誤差模型發(fā)生器206可以將接收的測(cè)試模 型輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)與測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)聯(lián)系在一起。示例性的誤差模型發(fā)生器206接著基于測(cè)試模型輸出數(shù)據(jù)ζ和測(cè)試實(shí)際輸出數(shù)據(jù) w識(shí)別誤差模型(例如，圖2的誤差模型208)(塊608)。下面結(jié)合圖7來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)討論 實(shí)現(xiàn)塊608的示例性的過(guò)程700。示例性的過(guò)程600施加輸入數(shù)據(jù)χ到示例性的第一原理 模型104以生成模型輸出數(shù)據(jù)ζ (塊610)。模型輸出數(shù)據(jù)ζ被施加到誤差模型208以補(bǔ)償 模型輸出數(shù)據(jù)(塊612)。在某些實(shí)例中，誤差模型208是線性傳遞函數(shù)。誤差模型208接 著響應(yīng)于接收模型輸出數(shù)據(jù)而輸出被補(bǔ)償?shù)哪Ｐ洼敵鰯?shù)據(jù)(塊614)。示例性的過(guò)程600接著確定是否存在另外的輸入數(shù)據(jù)x(塊616)。如果存在另外 的輸入數(shù)據(jù)X(塊616)，則控制可以返回到塊610以施加該輸入數(shù)據(jù)X到第一原理模型104。 如果沒(méi)有另外的輸入數(shù)據(jù)χ (塊616)，則示例性的過(guò)程600可以結(jié)束。圖7是描述識(shí)別誤差模型的示例性的過(guò)程700的流程圖。示例性的過(guò)程700可以 由圖1、2和/或4中的誤差模型發(fā)生器106、206和/或400來(lái)實(shí)現(xiàn)。示例性的過(guò)程700從 生成(例如，經(jīng)由圖4的穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器402)穩(wěn)態(tài)模型(例如，圖4的穩(wěn)態(tài)誤差模型 406)(塊702)開(kāi)始。示例性的過(guò)程700接著生成(例如，經(jīng)由圖4的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器 404)動(dòng)態(tài)誤差模型(例如，圖4的動(dòng)態(tài)誤差模型408)(塊704)。示例性的誤差模型發(fā)生器 106接著基于穩(wěn)態(tài)誤差模型406和/或動(dòng)態(tài)誤差模型408識(shí)別誤差模型(例如，圖1和2的 誤差模型108和/或208)(塊706)。圖8是描述生成動(dòng)態(tài)誤差模型的示例性的過(guò)程800的流程圖。示例性的過(guò)程800 可被用于實(shí)現(xiàn)示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404和/或圖7中的示例性的塊704。示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404從確定第一時(shí)間k和將索引變量(例如，i)設(shè) 置為0(塊802)開(kāi)始。動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404接著利用時(shí)間變量k和索引變量i來(lái)確定 差分或預(yù)測(cè)方程(塊804)。在圖8中舉例說(shuō)明了一些示例性的預(yù)測(cè)方程(例如，上面的方 程11-13)，但可以使用其它的預(yù)測(cè)或差分方程。示例性的預(yù)測(cè)方程11-13具有η階。動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404接著基于方程11-13、測(cè)試輸入χ和過(guò)程系統(tǒng)(例如，圖 1或2的過(guò)程系統(tǒng)102)的測(cè)試過(guò)程輸出w來(lái)確定初始條件θ ^ (塊806)。舉例來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài) 誤差模型發(fā)生器404可以在方程11-13上執(zhí)行最小二乘分析，以確定模型參數(shù)[ai，a2，...， an, bi; b2，. . .，bm]的初始的一組θ。。動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404接著對(duì)i加1，以增加方程 11的時(shí)間變量(塊808)。接下來(lái)，示例性的過(guò)程800基于時(shí)間變量i是否大于方程的階數(shù)來(lái)修改方程11。 動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404確定i是否大于η ( S卩，方程11的階數(shù))(塊810)。如果i小于或 等于η (塊810)，則示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404確定;^(k+i)，其中對(duì)于j = 1 —i，用 -ajf(k-j+i)代替-aj · y(k-j+i)(塊812)。舉例來(lái)說(shuō)，如果i = 1，則方程12變成方程9， 其中用代替-ai · y (k)。用這樣的方式，在時(shí)間i = k+Ο時(shí)的初始條件被用于確定 在下一個(gè)時(shí)間i = k+Ι時(shí)的預(yù)期的輸出。
如果i大于η (塊810)，則示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404確定;^(k+i)，其中對(duì) 于j = 1 — n，用-Ojf (k-j+i)代替-aj · y (k-j+i)(塊814)。因?yàn)槭纠缘牟罘只蝾A(yù)測(cè)方 程只使用η項(xiàng)，所以示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404將最近的項(xiàng)代入預(yù)測(cè)方程。在確定 夕(k+i)以后(塊812或814)，動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404確定是否存在剩余的測(cè)試數(shù)據(jù)(例 如，來(lái)自于圖1和2中描述的訓(xùn)練階段)(塊816)。如果存在另外的測(cè)試數(shù)據(jù)(塊816)，則 控制返回到塊808以對(duì)時(shí)間變量i加1，并且返回到塊812或者814以確定;^k+i)。當(dāng)沒(méi)有剩余的測(cè)試數(shù)據(jù)(塊816)時(shí)，動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404確定優(yōu)化函數(shù)(例 如，方程14)(塊818)。優(yōu)化函數(shù)被選擇或確定以最小化預(yù)測(cè)輸出和實(shí)際輸出之間的誤差。 在舉例說(shuō)明的實(shí)例中，預(yù)測(cè)輸出由第一原理模型(例如，圖1或2中的第一原理模型104)生 成，而實(shí)際輸出由過(guò)程系統(tǒng)(例如，圖1或2中的過(guò)程系統(tǒng)102)生成。當(dāng)優(yōu)化函數(shù)已經(jīng)確定 時(shí)(塊818)，示例性的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404可以給優(yōu)化函數(shù)施加約束條件(塊820)。 約束條件可以由系統(tǒng)用戶經(jīng)由用戶接口(例如，圖1、2和4中舉例說(shuō)明的用戶接口 114)提 供。另外，可以使用線性和/或非線性的約束條件。方程14的優(yōu)化函數(shù)的示例性的約束條 件可以包括方程21和22。動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器404接著在任意的接收的約束條件范圍內(nèi)求解優(yōu)化函數(shù)(例 如，對(duì)方程14進(jìn)行最小化)(塊822)。求解優(yōu)化函數(shù)的結(jié)果是一組模型參數(shù)[a1; a2,..., an, bi; b2，. . .，bm]，所述模型參數(shù)可被用于方程10中以在仿真被建模的過(guò)程系統(tǒng)期間補(bǔ)償 第一原理模型。示例性的過(guò)程800接著結(jié)束并回到圖7的示例性的過(guò)程700的塊706。圖9是示例性的處理器系統(tǒng)的模塊圖，所述示例性的處理器系統(tǒng)可被用于實(shí)現(xiàn)此 處描述的示例性的裝置、方法和制品。如圖9中所示，處理器系統(tǒng)910包括與互連總線914 耦合的處理器912。處理器912包括寄存器組或寄存器空間916，其在圖9中被描述為是完 全位于片上的，但其能夠可替換地完全或部分地位于片外并經(jīng)由專用電連接和/或經(jīng)由互 連總線914與處理器912直接耦合。處理器912可以是任意適當(dāng)?shù)奶幚砥?、處理單元或微?理器。盡管未在圖9中示出，但系統(tǒng)910可以是多處理器系統(tǒng)，并且因此可以包括一個(gè)或多 個(gè)另外的處理器，所述另外的處理器與處理器912相同或類似且通信耦合到互連總線914。圖9的處理器912與芯片組918耦合，所述芯片組918包括存儲(chǔ)器控制器920和 輸入/輸出(I/O)控制器922。眾所周知，芯片組一般提供I/O和存儲(chǔ)器管理功能以及可由 耦合到芯片組918的一個(gè)或多個(gè)處理器訪問(wèn)或使用的多個(gè)通用和/或?qū)Ｓ眉拇嫫鳌⒍〞r(shí)器 等。存儲(chǔ)器控制器920執(zhí)行允許處理器912 (或者如果存在多個(gè)處理器時(shí)的多個(gè)處理器) 訪問(wèn)系統(tǒng)存儲(chǔ)器924和大容量存儲(chǔ)器925的功能。系統(tǒng)存儲(chǔ)器924可以包括任意期望類型的易失和/或非易失性存儲(chǔ)器，舉例來(lái)說(shuō) 例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、閃存器、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 等。大容量存儲(chǔ)器925可以包括任意期望類型的大容量存儲(chǔ)裝置，包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、光驅(qū)、 磁帶存儲(chǔ)裝置等。I/O控制器922執(zhí)行允許處理器912經(jīng)由I/O總線932與外圍輸入/輸出(I/O)裝 置926和928以及網(wǎng)絡(luò)接口 930進(jìn)行通信的功能。I/O裝置926和928可以是任意期望類 型的I/O裝置，舉例來(lái)說(shuō)例如鍵盤、視頻顯示器或監(jiān)視器、鼠標(biāo)等。網(wǎng)絡(luò)接口 930可以是，例 如，允許處理器系統(tǒng)910與另一個(gè)處理器系統(tǒng)進(jìn)行通信的以太網(wǎng)裝置、異步傳送模式(ATM)
18裝置、802. 11裝置、DSL調(diào)制解調(diào)器、電纜調(diào)制解調(diào)器、蜂窩調(diào)制解調(diào)器等。雖然存儲(chǔ)器控制器920和I/O控制器922在圖9中被描述為芯片組918中的獨(dú)立 的功能塊，但是由這些塊執(zhí)行的功能可以集成在單個(gè)半導(dǎo)體電路內(nèi)，或者可以利用兩個(gè)或 多個(gè)獨(dú)立的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管此處已經(jīng)描述了某些方法、裝置和制品，但本專利的覆蓋范圍并不局限于此。 相反，或者按照字面上的意思或者根據(jù)等同原則，本專利實(shí)質(zhì)上覆蓋屬于所附權(quán)利要求范 圍內(nèi)的所有方法、裝置和制品。
權(quán)利要求
一種用于補(bǔ)償基于第一原理的仿真模型的方法，包括施加一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)試輸入到過(guò)程系統(tǒng)以生成第一輸出數(shù)據(jù)；施加一個(gè)或多個(gè)第二測(cè)試輸入到第一原理模型以生成第二輸出數(shù)據(jù)；基于所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)來(lái)生成誤差模型；施加輸入數(shù)據(jù)到所述第一原理模型以生成仿真模型輸出數(shù)據(jù)；以及經(jīng)由所述誤差模型對(duì)所述仿真模型輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償以生成被補(bǔ)償?shù)哪Ｐ洼敵鰯?shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償包括生成誤差模型輸出數(shù) 據(jù)以及對(duì)所述仿真模型輸出數(shù)據(jù)和所述誤差模型輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行求和。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括施加所述第一測(cè)試輸入或所述第二測(cè)試輸入 中的至少一個(gè)到所述誤差模型以對(duì)所述誤差模型進(jìn)行訓(xùn)練，來(lái)將所述第一測(cè)試輸入或所述 第二測(cè)試輸入中的至少一個(gè)與差值數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中施加到所述誤差模型的所述第一測(cè)試輸入或所述第 二測(cè)試輸入中的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于在基于所述第一測(cè)試輸入或所述第二測(cè)試輸入中的至少 一個(gè)的所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)之間的差值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成所述誤差模型包括應(yīng)用最小二乘回歸、廣義最 小二乘回歸、加權(quán)最小二乘回歸、重復(fù)最小二乘回歸、擴(kuò)展最小二乘回歸、子空間法、最大似 然法、輔助變量法、擴(kuò)展輔助變量法、頻域法或基于非線性優(yōu)化的方法中的一個(gè)或多個(gè)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成所述誤差模型包括確定一個(gè)或多個(gè)模型參數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述過(guò)程系統(tǒng)的改變來(lái)修改所述第一原 理模型。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一測(cè)試輸入和所述第二測(cè)試輸入彼此對(duì)應(yīng)， 并且其中所述第一輸出數(shù)據(jù)和第二輸出數(shù)據(jù)與所述第一測(cè)試輸入和所述第二測(cè)試輸入中 的相應(yīng)的一個(gè)對(duì)應(yīng)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成所述誤差模型包括生成穩(wěn)態(tài)誤差模型或動(dòng)態(tài)誤 差模型中的至少一個(gè)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中生成所述誤差模型包括確定第一預(yù)測(cè)方程以表示所述第一測(cè)試輸入和所述第一輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系； 基于所述第一測(cè)試輸入和所述第一輸出數(shù)據(jù)來(lái)確定用于一個(gè)或多個(gè)模型參數(shù)的所述 第一預(yù)測(cè)方程的初始條件；基于在第一時(shí)間之前的第二時(shí)間的第三預(yù)測(cè)方程或所述初始條件中的至少一個(gè)來(lái)確 定在所述第一時(shí)間的第二預(yù)測(cè)方程；確定優(yōu)化函數(shù)，以優(yōu)化在響應(yīng)于所述第一測(cè)試輸入和所述第二測(cè)試輸入的所述第一輸 出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)中的差值；以及基于所述第二預(yù)測(cè)方程或所述第三預(yù)測(cè)方程中的至少一個(gè)來(lái)在約束條件范圍內(nèi)求解 所述優(yōu)化函數(shù)，以確定所述誤差模型的所述一個(gè)或多個(gè)模型參數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中生成所述誤差模型進(jìn)一步包括對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)施 加一個(gè)或多個(gè)約束條件。
12.一種用于補(bǔ)償基于第一原理的模型的裝置，包括第一原理模型，所述第一原理模型實(shí)現(xiàn)于存儲(chǔ)器中以基于一個(gè)或多個(gè)輸入來(lái)生成第一輸出數(shù)據(jù)；誤差模型，所述誤差模型實(shí)現(xiàn)于存儲(chǔ)器中以在操作階段補(bǔ)償所述第一輸出數(shù)據(jù)來(lái)基于 所述第一輸出數(shù)據(jù)生成被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼哪Ｐ偷妮敵?；以及誤差模型發(fā)生器，所述誤差模型發(fā)生器在訓(xùn)練階段基于所述第一輸出數(shù)據(jù)和過(guò)程數(shù)據(jù) 來(lái)在存儲(chǔ)器中生成所述誤差模型，其中所述誤差模型發(fā)生器將生成接收自過(guò)程系統(tǒng)的誤差 模型數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述誤差模型包括穩(wěn)態(tài)誤差模型或動(dòng)態(tài)誤差模型 中的至少一個(gè)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述誤差模型發(fā)生器包括生成所述穩(wěn)態(tài)誤差模型 的穩(wěn)態(tài)誤差模型發(fā)生器或生成所述動(dòng)態(tài)誤差模型的動(dòng)態(tài)誤差模型發(fā)生器中的至少一個(gè)。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中以串聯(lián)配置或并聯(lián)配置中的至少一種方式來(lái)配置 所述第一原理模型和所述誤差模型。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述并聯(lián)配置進(jìn)一步包括加法器，其中所述誤差 模型發(fā)生器將基于所述一個(gè)或多個(gè)輸入、所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)來(lái)生成所 述誤差模型，以及其中所述加法器將對(duì)所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述誤差模型輸出數(shù)據(jù)求和以 生成所述被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼哪Ｐ偷妮敵觥?br> 17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述誤差模型將在串聯(lián)配置中接收所述第一輸出 數(shù)據(jù)，并基于所述第一輸出數(shù)據(jù)來(lái)輸出所述被補(bǔ)償?shù)幕诘谝辉淼哪Ｐ偷妮敵觥?br> 18.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述誤差模型發(fā)生器將接收一個(gè)或多個(gè)函數(shù)或約 束條件。
19.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述誤差模型發(fā)生器將確定第一預(yù)測(cè)方程以表示在一個(gè)或多個(gè)過(guò)程系統(tǒng)輸入和一個(gè)或多個(gè)過(guò)程系統(tǒng)輸出之 間的關(guān)系，基于所述一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸入和所述一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸出來(lái)確定用于一個(gè)或多個(gè)模 型參數(shù)的所述第一預(yù)測(cè)方程的初始條件；基于在第一時(shí)間之前的第二時(shí)間的第三預(yù)測(cè)方程或所述初始條件中的至少一個(gè)來(lái)確 定在所述第一時(shí)間的第二預(yù)測(cè)方程；確定優(yōu)化函數(shù)，以優(yōu)化在響應(yīng)于所述測(cè)試輸入的所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述過(guò)程系統(tǒng)輸 出之間的差值；以及基于所述第二預(yù)測(cè)方程或所述第三預(yù)測(cè)方程中的至少一個(gè)來(lái)在所述約束條件范圍內(nèi) 求解所述優(yōu)化函數(shù)，以確定所述誤差模型的所述模型參數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述誤差模型進(jìn)一步將對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)施加一個(gè) 或多個(gè)約束條件。
21.一種包括指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令在由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī) 施加一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)試輸入到過(guò)程系統(tǒng)以生成第一輸出數(shù)據(jù)；施加一個(gè)或多個(gè)第二測(cè)試輸入到第一原理模型以生成第二輸出數(shù)據(jù)； 基于所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)來(lái)生成誤差模型； 施加輸入數(shù)據(jù)到所述第一原理模型以生成仿真模型輸出數(shù)據(jù)；以及 經(jīng)由所述誤差模型對(duì)所述仿真模型輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償以生成被補(bǔ)償?shù)哪Ｐ洼敵鰯?shù)據(jù)。
22.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令在被執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)通 過(guò)生成誤差模型輸出數(shù)據(jù)以及對(duì)所述仿真模型輸出數(shù)據(jù)和所述誤差模型輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行求 和來(lái)對(duì)所述仿真模型輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。
23.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令在被執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)施 加所述第一測(cè)試輸入或所述第二測(cè)試輸入中的至少一個(gè)到所述誤差模型以對(duì)所述誤差模 型進(jìn)行訓(xùn)練，來(lái)將所述第一測(cè)試輸入或所述第二測(cè)試輸入中的至少一個(gè)與差值數(shù)據(jù)聯(lián)系在 一起。
24.如權(quán)利要求23所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中施加到所述誤差模型的所述第一測(cè)試 輸入或所述第二測(cè)試輸入中的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于在基于所述第一測(cè)試輸入或所述第二測(cè)試 輸入中的至少一個(gè)的所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)之間的差值。
25.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令在被執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)通 過(guò)生成穩(wěn)態(tài)誤差模型或動(dòng)態(tài)誤差模型中的至少一個(gè)來(lái)生成所述誤差模型。
26.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令在被執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)通 過(guò)應(yīng)用最小二乘回歸、廣義最小二乘回歸、加權(quán)最小二乘回歸、重復(fù)最小二乘回歸、擴(kuò)展最 小二乘回歸、子空間法、最大似然法、輔助變量法、擴(kuò)展輔助變量法、頻域法或基于非線性優(yōu) 化的方法中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)生成所述誤差模型。
27.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令在被執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)通 過(guò)確定一個(gè)或多個(gè)模型參數(shù)來(lái)生成所述誤差模型。
28.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令在被執(zhí)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)基 于過(guò)程系統(tǒng)的改變來(lái)修改所述第一原理模型。
29.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述第一測(cè)試輸入和所述第二測(cè)試輸 入彼此對(duì)應(yīng)，并且其中所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)與所述第一測(cè)試輸入和所述 第二測(cè)試輸入中的相應(yīng)的一個(gè)對(duì)應(yīng)。
30.一種用于生成動(dòng)態(tài)誤差模型以補(bǔ)償基于第一原理的模型的方法，包括確定多個(gè)預(yù)測(cè)方程以表示在一個(gè)或多個(gè)過(guò)程系統(tǒng)輸入和一個(gè)或多個(gè)過(guò)程系統(tǒng)輸出之 間的關(guān)系；基于所述一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸入和所述一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸出來(lái)確定用于一個(gè)或多個(gè)模 型參數(shù)的基于所述預(yù)測(cè)方程的初始條件；基于在第一時(shí)間之前的第二時(shí)間的第三預(yù)測(cè)方程或所述初始條件中的至少一個(gè)來(lái)確 定在所述第一時(shí)間的第二預(yù)測(cè)方程；確定優(yōu)化函數(shù)，以優(yōu)化在響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上相等的輸入的基于第一原理的模型 和所述過(guò)程系統(tǒng)之間的輸出上的差值；基于所述第二預(yù)測(cè)方程或所述第三預(yù)測(cè)方程中的至少一個(gè)來(lái)在約束條件范圍內(nèi)求解 所述優(yōu)化函數(shù)，以確定所述一個(gè)或多個(gè)模型參數(shù)；以及基于所述一個(gè)或多個(gè)模型參數(shù)來(lái)生成動(dòng)態(tài)誤差模型。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中初始時(shí)間的所述第一預(yù)測(cè)方程包括相應(yīng)的模型參 數(shù)和測(cè)試輸出的乘積的一個(gè)或多個(gè)總和以及相應(yīng)的模型參數(shù)和測(cè)試輸入的乘積的一個(gè)或 多個(gè)總和。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中用所述第一預(yù)測(cè)方程的一個(gè)或多個(gè)預(yù)期輸出來(lái)代替所述第二和第三預(yù)測(cè)方程中在相應(yīng)一個(gè)或多個(gè)先前的時(shí)間的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸 出數(shù)據(jù)。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述優(yōu)化函數(shù)包括在所述第一預(yù)測(cè)方程的一個(gè)或 多個(gè)預(yù)期輸出與對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的測(cè)試輸入的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試輸出之間的差值的 平方之和。
34.如權(quán)利要求30所述的方法，其中求解所述優(yōu)化函數(shù)包括確定局部最小值或局部最 大值中的至少一個(gè)。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中基于所述約束條件來(lái)確定所述局部最小值或所述局部最大值。
36.如權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)施加一個(gè)或多個(gè)約束條件。
37.一種用于生成動(dòng)態(tài)誤差模型以補(bǔ)償基于第一原理的模型的方法，包括 對(duì)過(guò)程施加測(cè)試輸入數(shù)據(jù)以生成測(cè)試輸出數(shù)據(jù)；基于所述測(cè)試輸入數(shù)據(jù)和所述測(cè)試輸出數(shù)據(jù)來(lái)生成穩(wěn)態(tài)解；基于所述穩(wěn)態(tài)解來(lái)生成一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)方程，其中第一時(shí)間的預(yù)測(cè)方程基于下列中的 至少一個(gè)在一個(gè)或多個(gè)先前的時(shí)間的測(cè)試輸出數(shù)據(jù)； 在一個(gè)或多個(gè)先前的時(shí)間的測(cè)試輸入數(shù)據(jù)；或 在先前的時(shí)間的一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)方程； 對(duì)優(yōu)化函數(shù)施加一個(gè)或多個(gè)約束條件；以及求解所述優(yōu)化函數(shù)，以在所述一個(gè)或多個(gè)約束條件范圍內(nèi)優(yōu)化所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)方 程來(lái)生成動(dòng)態(tài)誤差模型。
全文摘要
公開(kāi)了用于補(bǔ)償基于第一原理的仿真模型的方法和裝置。示例性的用于補(bǔ)償基于第一原理的仿真模型的方法包括施加一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)試輸入到過(guò)程系統(tǒng)以生成第一輸出數(shù)據(jù)；施加一個(gè)或多個(gè)第二測(cè)試輸入到第一原理模型以生成第二輸出數(shù)據(jù)；基于所述第一輸出數(shù)據(jù)和所述第二輸出數(shù)據(jù)來(lái)生成誤差模型，施加輸入數(shù)據(jù)到所述第一原理模型以生成仿真模型輸出數(shù)據(jù)；以及經(jīng)由所述誤差模型來(lái)補(bǔ)償所述模型數(shù)據(jù)以生成被補(bǔ)償?shù)哪Ｐ洼敵鰯?shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101950315SQ201010229070
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者C·門藤, R·W·科法特, X·程 申請(qǐng)人:愛(ài)默生過(guò)程管理電力和水解決方案公司