專利名稱：從mpc(模型預(yù)測控制器)的模型中移除pid動(dòng)態(tài)值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種復(fù)數(shù)制程的多重變量控制，例如化學(xué)制造廠或石油精練廠里的制程。本發(fā)明中揭示一種從MPC中移除PID動(dòng)態(tài)值的方法，此是利用制程的識(shí)別試驗(yàn)而開發(fā)。如此即可創(chuàng)造出一種閥基離線制程模擬器并可當(dāng)在任何PID控制形態(tài)或調(diào)諧有所變動(dòng)時(shí)提供產(chǎn)生新的復(fù)數(shù)多重可變制程控制，而如此做也并不須實(shí)施新的制程識(shí)別試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
所謂MPC是指一種算法屬級(jí)，用以計(jì)算控制變量調(diào)整系列的計(jì)算，以便易于執(zhí)行將來的復(fù)數(shù)多重變量制程的進(jìn)行。原來是為了迎合石油精練及化學(xué)制程的需要而開發(fā)。MPC目前已有廣泛的應(yīng)用范圍，包含食品工業(yè)，汽車工業(yè)，航天工程，冶金工業(yè)及纖維制紙工業(yè)等各方面。MPC在化學(xué)及石油精練方面最著名的應(yīng)用為動(dòng)態(tài)矩陣控制或DMC方面。
MPC控制器是利用一種制程的軟件模型來預(yù)估控制變量的過去變化的效果及收益輸出上可量測的干擾，計(jì)算獨(dú)立的變量藉使在所知預(yù)期基礎(chǔ)的一定期間內(nèi)的將來系統(tǒng)得以順利進(jìn)行。在通常的場合任何所望作用均可用來推行。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)以明確的制程模型來說明，原則上這可以很多不同數(shù)學(xué)方式來表示。制程的輸入輸出限制條件是直接包含在問題公式內(nèi)，因而將來的限制條件的違反得以預(yù)測并予防止。
實(shí)務(wù)上有多種不同的方式已被開發(fā)并商業(yè)化來實(shí)現(xiàn)MPC控制法。其中最成功的實(shí)現(xiàn)法是利用線性模型于工廠動(dòng)態(tài)。線性模型開發(fā)的第一步是藉引進(jìn)以獨(dú)立變動(dòng)值的試驗(yàn)干擾及獨(dú)立變動(dòng)值的干擾效果的測定來收集制程上的數(shù)據(jù)。此一起始步驟可看做是識(shí)別而且此識(shí)別數(shù)據(jù)的新穎利用屬于本發(fā)明的精髓。
美國專利4,349,869及4,616,308敘述一MPC控制的實(shí)施法叫做動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)。這些專利描述的MPC涳算法是基于工廠的線性模型并且說明制程的限制條件如何包含于問題的公式。同時(shí)也說明了利用制程數(shù)據(jù)的MPC控制器的起始識(shí)別。
藉更進(jìn)一步的背景此一制程動(dòng)態(tài)的識(shí)別須有預(yù)試，其中制程的獨(dú)立變量是一某些形態(tài)移動(dòng)藉以決定對(duì)依附變量的影響。在化學(xué)或精練制程中，獨(dú)立變量為包含PID(比例-積分-微分)控制器的位置用以選擇依附變量，手動(dòng)PID控制器的閥位置，與溫度，材料流動(dòng)，壓力及控制器領(lǐng)域范圍以外所決定的成份。對(duì)任何制程識(shí)別試驗(yàn)，獨(dú)立變量是固定以供數(shù)據(jù)的分析。此外在MPC控制器領(lǐng)域內(nèi)的任何PID控制器是固定的。為了使用自識(shí)別用動(dòng)態(tài)制程模型而建立的MPC控制器必須具有與獨(dú)立變量屬完全同樣的形態(tài)，此形態(tài)在完成了識(shí)別時(shí)就已存在。因此在識(shí)別中存在的PID控制器形態(tài)是埋入PID控制器動(dòng)態(tài)值于動(dòng)態(tài)模型中。
現(xiàn)行的識(shí)別技術(shù)特性代表一個(gè)未解決的問題正被本發(fā)明所處理。此問題引起MPC技術(shù)利用上的限制顯示于兩個(gè)不同的領(lǐng)域。
第一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)镸PC本身。由于PID控制器的動(dòng)態(tài)值是埋入于MPC摸型中，任何PID控制器的調(diào)諧上的變動(dòng)或從自動(dòng)到手動(dòng)，或反其道而行的PID狀態(tài)的變動(dòng)會(huì)改變動(dòng)態(tài)模型。為了改正此一情形就須就變動(dòng)的情形下重新試驗(yàn)制程單元。復(fù)數(shù)多重變動(dòng)值制程用的一種設(shè)計(jì)周到的識(shí)別試驗(yàn)可能須經(jīng)2～3周的牽涉小心策劃與熟練人員的努力。
第二個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椴僮魅藛T訓(xùn)練模擬器方面，有效的訓(xùn)練模擬器對(duì)化學(xué)工業(yè)制程尤其重要。對(duì)新化學(xué)制程的大量投資及復(fù)數(shù)制程所涉及的安全須靠受有良好訓(xùn)練的操作人才。這對(duì)為了須延長時(shí)間而仍留于計(jì)算機(jī)控制的制程單元特別重要的，由于操作人員并無控制單元的機(jī)會(huì)。MPC模型利用于創(chuàng)造訓(xùn)練用模擬器，但現(xiàn)今由識(shí)別技術(shù)可得到MPC模型由于上揭問題而有缺完善，亦即因現(xiàn)在的PID控制器形態(tài)在識(shí)別期間是埋入PID控制器動(dòng)態(tài)值于動(dòng)態(tài)模型中。其結(jié)果由于操作人員在不能降低模型可靠性的情形下無法改變PID控制器狀態(tài)(自動(dòng)或手動(dòng))，可靠的訓(xùn)練自有其困難之處?；瘜W(xué)工業(yè)制程內(nèi)控制室的檢查顯示他們?cè)谄饎?dòng)后甚少有用，因?yàn)椴僮魅藛T認(rèn)為模擬器不允許他們參與實(shí)際的控制變動(dòng)，一種基于具有真實(shí)性去支持制程的限制，顯示所有溫度，壓力，流動(dòng)，及閥位置并允許操作人員執(zhí)行啟閉任何PID控制器的手動(dòng)或自動(dòng)的識(shí)別模型的訓(xùn)練模擬器，才是訓(xùn)練上有力的工具。
本領(lǐng)域的實(shí)務(wù)者曾經(jīng)做了無數(shù)次不成功的嘗試企圖實(shí)現(xiàn)此一識(shí)別上的難題。其中一個(gè)方法是以人工的正?？刂萍軜?gòu)執(zhí)行識(shí)別試驗(yàn)。由于制程無法達(dá)到任何形式的穩(wěn)定狀態(tài)，此法當(dāng)然是失敗了。另有嘗試是先以正常架構(gòu)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別試驗(yàn)，然后以閥位置建立模型當(dāng)作獨(dú)立變量值。這樣的嘗試經(jīng)常以不穩(wěn)定的結(jié)果遭致失敗。由于閥位置是關(guān)聯(lián)到現(xiàn)實(shí)世界中經(jīng)常存在的經(jīng)量測到或未量測到的干擾的動(dòng)態(tài)值，因而是非獨(dú)立的。
認(rèn)清了此一事實(shí)，就知道本發(fā)明的精髓是在從數(shù)據(jù)組中去除噪音與未經(jīng)量測的干擾的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種從多種變動(dòng)值控制制程所使用的MPC控制器中移除PID控制器動(dòng)態(tài)值的方法。此法可以產(chǎn)生閥基離線制程模擬器。
本發(fā)明的再一目的在提供如此的一種方法，可用于MPC控制器的多樣實(shí)施。
本發(fā)明的又一目的在提供一種方法，用以在變動(dòng)發(fā)生于任何PID控制形態(tài)或調(diào)諧時(shí)能創(chuàng)造出新的復(fù)數(shù)多重變動(dòng)制程控制用MPC控制器，而不須執(zhí)行制程的新識(shí)別試驗(yàn)。
本發(fā)明的又一目的在創(chuàng)造出一種制程模擬器，其是基于具有已移除未量測干擾效果的閥位置，以便可應(yīng)用具有高真實(shí)性制程模擬器于制程的模擬與訓(xùn)練。如此的模擬器可利用于任何形態(tài)的模擬并與個(gè)別的控制器做各種調(diào)諧形態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明，茲提供一種方法，可用于自一制程的控制模型中去除PID控制器動(dòng)態(tài)值的模型預(yù)測控制，該制程中具有復(fù)數(shù)的可獨(dú)立控制并處理的變量值，及至少一個(gè)經(jīng)控制的依附于可獨(dú)立控制并處理的變量，該方法至少包含下列步驟收集有關(guān)制程的數(shù)據(jù)，藉分別引進(jìn)一試驗(yàn)干擾于各自處理的變量中并量測干擾對(duì)控制下變量的影響；利用干擾對(duì)控制下變量的影響而產(chǎn)生第一線性化矩陣模型，使該模型至少關(guān)聯(lián)一控制下變量與可獨(dú)立控制處理的變量；互換經(jīng)選定的閥位置控制下變量與其對(duì)應(yīng)的經(jīng)選定可獨(dú)立控制與處理的第一線性化動(dòng)態(tài)模型內(nèi)的PID控制器安置點(diǎn)變量，是利用矩陣排消除數(shù)學(xué)以產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型其為一可獨(dú)立控制處理變量的新組合，第二線性化動(dòng)態(tài)模型具有經(jīng)選定的可獨(dú)立控制并處理的PID控制器安置點(diǎn)變量而已從第二動(dòng)態(tài)模型移除。
為了使用這模型于控制方法，本方法包含的控制制程中具有復(fù)數(shù)的可獨(dú)立控制并處理的變量，而且至少一依附于可獨(dú)立控制并處理的變量的控制下變量，其步驟有收集有關(guān)制程的數(shù)據(jù)，是藉分別引進(jìn)一試驗(yàn)干擾于和自處理的變量中并量測干擾對(duì)控制下變量的影響；利用干擾對(duì)控制下變量的影響而產(chǎn)生第一線性化動(dòng)態(tài)模型，使該模型至少關(guān)聯(lián)一控制下變量與可獨(dú)立控制處理的變量；互換經(jīng)選定的閥位置控制下變量與其對(duì)應(yīng)的經(jīng)選定可獨(dú)立控制與處理的第一線性化動(dòng)態(tài)模型內(nèi)的PID控制器安置點(diǎn)變量，是利用矩陣排消除數(shù)學(xué)以產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型，其為一可獨(dú)立控制處理變量的新組合，第二線性化動(dòng)態(tài)模型具有經(jīng)選定的可獨(dú)立控制處理的PID控制器安置點(diǎn)變量從第二線性化動(dòng)態(tài)模型移除的動(dòng)態(tài)值；量測變量的現(xiàn)值；從所收集關(guān)于制程的數(shù)據(jù)，所量得的現(xiàn)值及預(yù)為選定的操作限制來計(jì)算隨意的時(shí)間間隔，藉設(shè)定現(xiàn)在與將來的至少對(duì)該經(jīng)控制處理的變量的動(dòng)向來獲得該經(jīng)控制處理的變量的新值，并推動(dòng)該至少一個(gè)依附可控制變量趨向該等限制中的至少一個(gè)；及藉調(diào)整該現(xiàn)在與將來的設(shè)定動(dòng)向用該等經(jīng)調(diào)整處理的變量來改該制程以引起該制程推動(dòng)該至少一個(gè)依附可控制變量趨向該等限制中的至少一個(gè)。
為了利用本發(fā)明以便當(dāng)任何PID控制形態(tài)或調(diào)諧有所改變時(shí)產(chǎn)生復(fù)數(shù)多重變量制程控制用新的MPC控制器，而且這樣做也不必執(zhí)行新的制程識(shí)別試驗(yàn)，下述制程可加利用藉在原來線性化動(dòng)態(tài)模型中的至少一個(gè)PID控制器安置點(diǎn)的變量與其對(duì)應(yīng)的原始線性化動(dòng)態(tài)模型中閥位置控制變量交換，是利用矩陣排消除數(shù)學(xué)來產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型，其至少具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的閥位置可作為一新而可獨(dú)立控制并處理的變量；然后向外以數(shù)學(xué)模仿器模仿新的所要的PID調(diào)諧以便得到至少一個(gè)與第二線性化動(dòng)態(tài)模型新調(diào)諧的PID控制器的模仿效果；然后藉分段每一處理過的變量試驗(yàn)第二線性化動(dòng)態(tài)模型對(duì)其模仿的PID調(diào)諧以獲得新的線性化動(dòng)態(tài)模型，其包含有至少一PID控制器的動(dòng)態(tài)值。
所應(yīng)注意的是經(jīng)調(diào)整的控制架構(gòu)可透過一可由現(xiàn)代用具包入手的DCS控制臺(tái)或控制臺(tái)模仿器輕易由外部模仿到制程的模型。此可令操作員將PID控制器設(shè)定于手動(dòng)模式，分裂串接，再調(diào)諧PID控制器，或甚至重新建構(gòu)調(diào)整控制架構(gòu)。
為了利用本發(fā)明來產(chǎn)生基于具有移除未量測的干擾效果的閥位置的制程模擬器，以便可應(yīng)用高真實(shí)性模擬器于制程模擬及訓(xùn)練，可使用下述方法第一，藉分別引進(jìn)一試驗(yàn)干擾于和經(jīng)控制的變量來收集有關(guān)制程的數(shù)據(jù)，并量測對(duì)控制下變量的干擾影響；然后利用對(duì)控制下變量的干擾效果來產(chǎn)生第一線性化動(dòng)態(tài)模型并將至少一控制下變量與可獨(dú)立控制及處理的變量關(guān)聯(lián)；然后將各可獨(dú)立控制處理的PID控制器安置位置變量與相對(duì)應(yīng)的第一線性化動(dòng)態(tài)模型的閥位置控制下變量互換，利用矩陣排消除數(shù)學(xué)來產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型以達(dá)成，其具有對(duì)應(yīng)的閥位置作為可獨(dú)立控制處理的變量的新組合，第二線性他動(dòng)態(tài)模型具有經(jīng)選定的可獨(dú)立控制處理的PID控制器安置點(diǎn)變量從第二線性他動(dòng)態(tài)模型移除；然后在外以數(shù)學(xué)模仿器模仿一所要調(diào)整控制架構(gòu)以模仿PID控制器，采用人工，串接或自動(dòng)模式均可，如同前揭情形，經(jīng)調(diào)整的控制架構(gòu)可透過一可由現(xiàn)代用具包入手的DCS控制臺(tái)或控制臺(tái)模仿器輕易的由外部模仿到制造的模型。此可令操作員將PID控制器設(shè)定于手動(dòng)模式，分裂串接，再調(diào)諧PID控制器，或甚至重新建構(gòu)調(diào)整控制架構(gòu)。
目前最常用于煉油與化工制程的識(shí)別方法為動(dòng)態(tài)矩陣識(shí)別法(DMI)。DMI將用于說明本發(fā)明的方法原理，但應(yīng)請(qǐng)注意本發(fā)明并不受限于特殊的識(shí)別技術(shù)。


圖1為分餾器的工作流程圖；圖2為依據(jù)閥位置所做分餾器模型的模擬；圖3為分餾器廠試驗(yàn)的圖示結(jié)果；圖4為分餾器連同PID控制器的模擬；及圖5為分餾器的原始與恢復(fù)值的圖標(biāo)結(jié)果。
圖號(hào)說明5 饋供流量率6 爐7 分餾器8 PI控制器9 PI控制器10第三PI控制器11分析器具體實(shí)施方式
本發(fā)明的方法是連同模型預(yù)測控制運(yùn)用于自MPC控制器移除PID控制器的動(dòng)態(tài)值。
一MPC制程模型屬于一組線性方程式，所以只要有關(guān)存在于獨(dú)立與依附變量之間，數(shù)學(xué)上任何獨(dú)立變量應(yīng)可與依附變量互換。
接受變換的組合即為PID控制器的安置點(diǎn)(獨(dú)立的)及其連同的PID控制器的閥位置(依附的)。
一個(gè)MPC控制器往往是基于制程系統(tǒng)的線性模型。雖然此處所描述的發(fā)明可應(yīng)用于多方面，但其實(shí)例將取自化工與煉油制程。
任何系統(tǒng)內(nèi)皆有兩種形式的變量；即獨(dú)立變量與依附變量。獨(dú)立變量為系統(tǒng)的輸入。獨(dú)立變量分成經(jīng)控制與干擾(前饋)變量。經(jīng)控制的變量為可由操作員改變的變量，例如閥位置或PID控制器安置位置。干擾變量為那些獨(dú)立變量，是有影響力于系統(tǒng)，但不能為操作員所改變。變量例如饋供組合物，饋供溫度，及周圍溫度等為干擾變量的實(shí)例。
依附變量為系統(tǒng)的輸出。依附變量受獨(dú)立變量改變的影響。操作員不能直接改變它們。依附變量值得以控制，但藉正確的改變控制變量值時(shí)就可以。再者，當(dāng)有干擾侵入系統(tǒng)時(shí)，控制變量必須予以正確調(diào)整以抵制干擾。
使用線性模型可以矩陣數(shù)學(xué)來描述復(fù)數(shù)與多重變量控制。茲有一些常用MPC模型的公式。其中一種常用控制用模型為步級(jí)反應(yīng)模型δO1＝A1，1ΔI1+…+A1，jΔIj+…+A1，nindΔInind   δOi＝Ai，1ΔI1+…+Ai,jΔIj+…+Ai，nindΔInind   δOndep＝Andep，1ΔI1+…+Andep jΔIj+…+Andep，nindΔInind式1步級(jí)反應(yīng)動(dòng)態(tài)矩陣，方塊矩陣格式其中δO‾i=Oi,1-Oi,0Oi,2-Oi,0Oi,3-Oi,0···Oi,ncoef-Oi,0.]]>各時(shí)段中第i次依附變量的累積變化
ΔI‾j=ΔIj,1ΔIj,2ΔIj,3···ΔIj,ncoef,]]>各時(shí)段中第J次獨(dú)立變量的步級(jí)變化，及 動(dòng)態(tài)矩陣此步級(jí)反應(yīng)方程式的另一格式為有限沖擊反應(yīng)(FIR)格式。如以下敘述，其可由步級(jí)反應(yīng)格式導(dǎo)出。
再由定義呼出bi，j，k＝ai，j，kfor k＝1，bi，j，k＝ai，j，k-ai，j，(k-1)for k:2→ncoef而ΔOi，k＝Oi，k-Oi，(k-1)for k:1→ncoef我們可微分上揭方程式系統(tǒng)，得ΔO1＝B1，1ΔI1…+B1，jΔIj…+B1，nindΔInind  ΔOi＝Bi，1ΔI1…+Bi，jΔIj…+Bi，nindΔInind  ΔOndepBndep，1ΔI1…+BndepjΔIj…+Bndep，nindΔInind式2有限沖擊反應(yīng)式一方塊矩陣格式其中ΔO‾i=Oi,1-Oi,0Oi,2-Oi,1Oi,3-Oi,2···Oi,ncoef-Oi,(ncofe-1),]]>跨越各時(shí)段的第J次依附變量中的變化
ΔI‾j=ΔIj,1ΔIj,2ΔIj,3···ΔIj,ncoef]]>如上述情形，及 沖擊系數(shù)的模型矩陣這些方程式有5個(gè)格式，這里只列示了前二個(gè)。由于這些格式在數(shù)學(xué)上為同等，而所有格式皆可用于識(shí)別預(yù)測與控制，它們有非常不同的性質(zhì)。
δO＝AΔI-最常用于控制計(jì)算。
ΔO＝BΔI-用于穩(wěn)定狀態(tài)變量的識(shí)別。
ΔΔO＝BΔΔI -用于斜線上升變量的識(shí)別。
δO＝BδI-不常用，為舊式的IDCOM控制公式。
ΔO＝AΔΔI-不常用。
C.R.Cutler及C.R.Johnston在論文“動(dòng)態(tài)矩陣格式的分析”中討論了這些矩陣格式的性質(zhì)。此論文于1985年10月提出InstrumentSociety of America ISA85 Advanced in Instrumentation Volume 40.Number 1。
這些線性模型技術(shù)的應(yīng)用，包含模型的識(shí)別與控制用模型的使用及用于有限制條件的控制等均在兩項(xiàng)美國專利4,349,869及4616308中有所描述。這些專利引用于本說明書中作為參考。
現(xiàn)在來導(dǎo)出本發(fā)明的算法以說明從控制器中移除PID動(dòng)態(tài)值的方法。從式2的FIR模型開始導(dǎo)出，為了導(dǎo)出算法，茲假定第J次獨(dú)立變量為PID控制器的安置點(diǎn)，而第i次依附變量為對(duì)安置點(diǎn)變更的PID閥反應(yīng)。我們希望重組模型以便令閥成為制程模型中的獨(dú)立變量；也就是說我們希望從所有受影響的模型反應(yīng)中移除這個(gè)PID控制器的動(dòng)態(tài)值。這可藉互換第i次依附變量與第J次依附變量來完成，如以下所示 其中 為恒等矩陣。
請(qǐng)注意此對(duì)上式2只是恒等矩陣乘以ΔQ’s而已。藉執(zhí)行排消除演算，得 此可重寫成
=B^1,1···B^(i^-1),1B^i^,1B^(i^+1),1···B^ndep,1×ΔI‾1+…+B^1,(j^-1)···B^(i^-1),(j^-1)B^i^,(j^-1)B^(i^+1),(j^-1)···B^ndep,(j^-1)×ΔI‾(j^-1)+0···0-I0···0×ΔI‾j^+B^1,(j^+1)···B^(i^-1),(j^+1)B^j^,(j^+1)B^(i^+1),(j^+1)···B^ndep,(j^+1)×ΔI‾(j^+1)…+B^1,nind···B^(i^-1),nindB^i^,nindB^(i^+1),nind···B^ndep,nind×ΔI‾nind]]>=I···000···0×ΔO‾1+…+0···I00···0×ΔO‾(i^-1)+-B^1,j^···-B^(i^-1),j^-B^i^,j^-B^(i^+1),j^···-B^ndep,j^×ΔO‾i^+0···00I···0×ΔO‾(i^+1)+…+0···000···I×ΔO‾ndep]]>或可重新安排成B^1,1···B^(i^-1),1B^i^,1B^(i^+1),1···B^ndep,1I‾1B^1,(j^-1)···B^(i^-1),(j^-1)B^i^,(j^-1)B^(i^+1),(j^-1)···B^ndep,(j^-1)I‾(j^-1)+B^1,(j^+1)···B^(i^-1),j^B^i^,j^B^(i^+1),j^···B^ndep,j^×ΔO‾i^+B^1,(j^+1)···B^(i^-1),(j^+1)B^i^,(j^+1)B^(i^+1),(j^+1)···B^ndep,(j^+1)×ΔI‾(j^+1)…+B^1,nind···B^(i^-1),nindB^i^,nindB^(i^+1),nind···B^ndep,nind×ΔI‾nind]]>=I···000···0×ΔO‾1+…+0···I00···0×ΔO‾(i^-1)+0···0I0···0×ΔI‾j^+0···00I···0×ΔO‾(i^+1)+…+0···000···I×ΔO‾ndep]]>或?qū)⒕仃嚪匠淌搅斫M合成
請(qǐng)注意ΔOi；與ΔIj；已被互換，因此現(xiàn)在閥位置已成為一獨(dú)立的變量而PID安置點(diǎn)則成為依附變量。這說明了只從一PID控制器移除了PID動(dòng)態(tài)值，但在演算中顯然是一般的可將多重獨(dú)立/依附變量配互換藉此移除多重控制器的動(dòng)態(tài)值。
現(xiàn)在利用數(shù)字來說明一實(shí)例究竟如何應(yīng)用此方法于模型預(yù)測控制器來移除特別的PID控制器中的動(dòng)態(tài)值。
假設(shè)-FIR具有2個(gè)獨(dú)立變量，2個(gè)是附變量及4個(gè)模型系數(shù)，而第二個(gè)獨(dú)立變量是PID控制器的安置點(diǎn)，而第二個(gè)依附變量是PID控制器的閥位置。我們希望重建模型而其PID閥位置為獨(dú)立變量而不是PID安置點(diǎn)。這須要將PID控制器的動(dòng)態(tài)值依照上述算法從所有系統(tǒng)反應(yīng)中移除。此一實(shí)例同樣對(duì)方程式ΔO＝BΔIi，δO＝BδI，及ΔΔO＝BΔΔI格式有效。
依附乏-1獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2b1，1，1＝1.5b1，2，1＝0.5b1，1，2＝0.6b1，2，2＝0.4b1，1，3＝0.2b1，2，3＝0.2b1，1，4＝0.1b1，2，4＝0.1
系附乏-2獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2b2，1，1＝-0.3b2，2，1＝0.75b2，1，2＝-0.4b2，2，2＝0.25b2，1，3＝-0.1b2，2，3＝0.15b2，1，4＝-0.05 b2，2，4＝0.05此問題在下列矩陣中指出。
指出樞軸要素

式5乘以(-1/0.75)

式5乘以0.5，加算于式1并取代式1式5乘以0.4，加算于式2并取代式2式5乘以0.2，加算于式3并取代式3式5乘以0.1，加算于式4并取代式4
式5乘以0.25，加算于式6并取代式6式5乘以0.15，加算于式7并取代式7式5乘以0.05，加算于式8并取代式8

式6乘以(-1/0.75)

式5乘以0.5，加算于式2并取代式2式5乘以0.4，加算于式3并取代式3式5乘以0.2，加算于式4并取代式4式5乘以0.25，加算于式7并取代式7式5乘以0.15，加算于式8并取代式8

式7乘以(-1/0.75)


式5乘以0.5，加算于式3并取代式3式5乘以0.4，加算于式4并取代式4式5乘以0.25，加算于式8并取代式8

式8乘以(-1/0.75)

式5乘以0.5，加算于式4并取代式4

重新整理方程式


PID除去動(dòng)態(tài)值后的新模型系數(shù)如下系附乏-1獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-21，1，1＝1.7 1，2，1＝0.6671，1，2＝0.961，2，2＝0.3111，1，3＝0.4 1，2，3＝0.0301，1，4＝0.181 1，2，4＝0.017依附乏-2獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-22，1，1＝0.4 2，2，1＝1.3332，1，2＝0.4 2，2，2＝-0.4442，1，3＝-0.082，2，3＝-0.1192，1，4＝-0.0133 2，2，4＝0.040請(qǐng)注意所有系數(shù)值均變了，此一新的控制器現(xiàn)在有了第二獨(dú)立變量(PID安置點(diǎn))移除后的動(dòng)態(tài)值。此控制器現(xiàn)在可用來控制制程而此控制器的開發(fā)已被作為離線用而不須在制程上執(zhí)行另一費(fèi)時(shí)而昂貴的識(shí)別試驗(yàn)。
移除PID動(dòng)態(tài)值的算法，開啟環(huán)路步級(jí)反應(yīng)格式在推導(dǎo)與實(shí)例中，我們討論了從一基于沖擊或?qū)?shù)FIR模型的方程式格式中移除PID動(dòng)態(tài)值的算法。同樣的算法可為模型δO＝AΔI步級(jí)系數(shù)格式推導(dǎo)，現(xiàn)在就個(gè)獨(dú)立，2個(gè)依附變量的例子做說明。為了此例子的目的，我們假定第二獨(dú)立與第二依附值應(yīng)予互換。問題可以矩陣格式列出如下A1,1A1,2A2,1A2,2×ΔI‾1ΔI‾2=I00I×δO‾1δO‾2]]>完成消除操作(樞軸法)，得A^1,10B^2,1-I×ΔI‾1ΔI‾2=I-B^1,20-C^2,2×δO‾1δO‾2]]>重新整理A^1,1B^1,2B^2,1C^2,2×ΔI‾1δO‾2=I00I×δO‾1ΔI‾2]]>可書寫成A^1,1ΔI‾1+B^1,2δO‾2=δO‾1]]>B^2,1ΔI‾1+C^2,2δO‾2=ΔI‾2]]>請(qǐng)記住沖擊系數(shù)定義為bi，j，k＝ai，j，kfor k＝1bi，j，k＝ai，j，k-ai，j，(k-1)＝Δai，j，kfor k:2→ncoef同理，茲定義第二不同系數(shù)為ci，j，k＝bi，j，kfor k＝1ci，j，k＝bi，j，k-bi，j，(k-1)＝Δbi，j，kfor k:2→ncoef注意bi,j,m=Σm=1l(ci,j,l)]]>ai,j,k=Σl=1k(bi,j,l)=Σlk(Σm=1l(ci,j,m))]]>請(qǐng)注意現(xiàn)在矩陣成為步級(jí)反應(yīng)系數(shù)(A)，沖擊系數(shù)(B)，及二次不同系數(shù)(C)的混合給合。由于新獨(dú)立變量屬“累積”形式而不是“微商”形式，而新的依附變量屬“微商”形式而非“累積”形式。為了轉(zhuǎn)換此一方程式系統(tǒng)成為步級(jí)格式藉以恢復(fù)步級(jí)系數(shù)，就須要執(zhí)行下列二個(gè)步驟步驟1轉(zhuǎn)換新的獨(dú)立變量由“累積”至“微商”形式，δO2ΔO2。
步驟2轉(zhuǎn)換新的依附變量由“微商”至“累積”形式，ΔI2δI2。
步驟1轉(zhuǎn)換新的獨(dú)立變量由“累積”至“微商”。
此一步驟只須重新整理方程式中的各項(xiàng)，請(qǐng)注意，δO2在本矩陣中出現(xiàn)于二段 由于bi，j，k＝ai，j，kk＝1時(shí)bi，j，k＝ai，j，k-ai，j，(k-1)＝Δai，j，kk:2→ncoef時(shí)及ci，j，k＝bi，j，kk＝1時(shí)ci，j，k＝bi，jk-bi，j，(k-1)＝Δbi，j，kk:2→ncoef時(shí)我們可將上式寫成
=a^1,2,1(O2,1-O2,0)a^1,2,2O2,1-a^1,2,2O2,0-a^1,2,1O2,1+a^1,2,1O2,0+a^1,2,1O2,2-a^1,2,1O2,0a^1,2,3O2,1-a^1,2,3O2,0-a^1,2,2O2,1+a^1,2,2O2,0+a^1,2,2O2,2-a^1,2,2O2,0-a^1,2,2O2,2+a^1,2,1O2,0+a^1,2,1O2,3-a^1,2,1O2,0···b^2,2,1(O2,1-O2,0)b^2,2,2O2,1-b^2,2,2O2,0-b^2,2,1O2,1+b^2,2,1O2,0+b^2,2,1O2,2-b^2,2,1O2,0b^2,2,3O2,1-b^2,2,3O2,0-b^2,2,2O2,1+b^2,2,2O2,0+b^2,2,2O2,2-b^2,2,2O2,0-b^2,2,1O2,2+b^2,2,1O2,0···]]>=a^1,2,1(O2,1-O2,0)a^1,2,2(O2,1-O2,0)+a^1,2,1(O2,2-O2,1+O2,0-O2,0)a^1,2,3(O2,1-O2,0)+a^1,2,2(O2,2-O2,1+O2,0-O2,0)+a^1,2,1(O2,3-O2,2+O2,0-O2,0)···b^2,2,1(O2,1-O2,0)b^2,2,2(O2,1-O2,0)+b^2,2,1(O2,2-O2,1+O2,0-O2,0)b^2,2,3(O2,1-O2,0)+b^2,2,2(O2,2-O2,1+O2,0-O2,0)+b^2,2,1(O2,3-O2,2+O2,0-O2,0)···]]>
由于B^1,2δO‾2C^2,2δO‾2=A^1,2ΔO‾2B^2,2ΔO‾2]]>我們可重寫此方程式系統(tǒng)為A^1,1ΔI‾1+A^1,2ΔO‾2=δO‾1]]>B^2,1ΔI‾1+B^2,2ΔO‾2=ΔI‾2]]>至此完成步驟1.
步驟2轉(zhuǎn)換新依附變量由“微分”至“累積”形式新的第二依附變量方程式寫成如下，須要將這些方程式由“微商”轉(zhuǎn)換成“累積”形式。
2，1，1ΔI1，1+2，2，1ΔO2，1＝I2，1-I2，0＝ΔI2，12，1，2ΔI1，1+2，1，1ΔI1，2+2，2，2ΔO2，1+2，2，1ΔO2，2＝I2，2-I2，1＝ΔI2，22，1，3ΔI1，1+2，1，2ΔI1，2+2，1，1ΔI1，3+2，2，3ΔO2，1+2，2，2ΔO2，2+2，2，1ΔO2，3＝I2，3-I2，2＝ΔI2，32，1，4ΔI1，1+2，1，3ΔI1，2+2，1，2ΔI1，3+2，1，1ΔI1，4+2，2，4ΔO2，1+2，2，3ΔO2，2+2，2，2ΔO2，3+2，2，1ΔO2，4＝I2，4-I2，3＝ΔI2，4     由于據(jù)定義bi，j，1＝ai，j，1及Ij，1-Ij，0＝ΔIj，1＝δIj，1式1變成2，1，1ΔI1，1+2，2，1ΔO2，1＝δI2，1為了求得第二步級(jí)系數(shù)方程式，應(yīng)將最先兩個(gè)沖擊系數(shù)方程式累加起來(2，1，1+2，1，2)ΔI1，1+2，1，1ΔI1，2+(2，2，1+2，2，2)ΔO2，1+2，2，1ΔO2，2＝I2，2-I2，1+I2，1-I2，0＝I2，2-I2，0或2，1，2ΔI1，1+2，1，1ΔI1，2+2，2，2ΔO2，1+2，2，1ΔO2，2＝δI2，2為了求得第二步級(jí)系數(shù)方程式，應(yīng)將最先3個(gè)沖擊系數(shù)方程式累加起來(2，1，1+2，1，2+2，1，3)ΔI1，1+(2，1，1+2，1，2)ΔI1，2+2，1，1ΔI1，3+(2，2，1+2，2，2+2，2，3)ΔO2，1+(2，2，1+2，2，2)ΔO2，2+2，2，1ΔO2，3＝I2，3-I2，2+I2，2-I2，1+I2，1-I2，0＝I2，3-I2，0或，2，1，3ΔI1，1+2，1，2ΔI1，2+2，1，1ΔI1，3+2，2，3ΔO2，1+2，2，2ΔO2，2+2，2，1ΔO2，3＝δI2，3
為了求得笫四步級(jí)系數(shù)方程式，應(yīng)將最先4個(gè)沖擊系數(shù)方程式累加起來(2，1，1+2，1，2+2，1，3+2，1，4)ΔI1，1+(2，1，1+2，1，2+2，1，3)ΔI1，2+(2，1，1+2，1，2)ΔI1，3+2，1，1Δ1，4+(2，2，1+2，2，2+2，2，3+2，2，4)ΔO2，1+(2，2，1+2，2，2+2，2，3)ΔO2，2+(2，2，1+2，2，2)ΔO2，3+2，2，1ΔO2，4＝I2，4-I2，3+I2，3-I2，2+I2，2-I2，1+I2，1-I2，0＝I2，4-I2，0或2，1，4ΔI1，1+2，1，3ΔI1，2+2，1，2ΔI1，3+2，1，1ΔI1，4+2，2，4ΔO2，1+2，2，3ΔO2，2+2，2，2ΔO2，3+2，2，1ΔO2，4＝δI2，4如此，新的第二次依附變量現(xiàn)在變成2，1，1ΔI1，1+2，2，1ΔO2，1＝I2，1-I2，0＝δI2，12，1，2ΔI1，1+2，1，1ΔI1，2+2，2，2ΔO2，1+2，2，1ΔO2，2＝I2，2-I2，0＝δI2，22，1，3ΔI1，1+2，1，2ΔI1，2+2，1，1ΔI1，3+2，2，3ΔO2，1+2，2，2ΔO2，2+2，2，1ΔO2，3＝I2，3-I2，0＝δI2，32，1，4ΔI1，1+2，1，3ΔI1，2+2，1，2ΔI1，3+2，1，1ΔI1，4+2，2，4ΔO2，1+2，2，3ΔO2，2+2，2，2ΔO2，3+2，2，1ΔO2，4＝I2，4-I2，0＝δI2，4         因此，整個(gè)方程式系統(tǒng)變成； 此式可改寫成A^1,1ΔI‾1+A^1,2ΔO‾2=δO‾1]]>A^2,1ΔI‾1+A^2,2ΔO‾2=δI‾2]]>為了更進(jìn)一步說明本發(fā)明的應(yīng)用，茲列出另一數(shù)字上的例子來釋示剛為了開啟環(huán)路步驟反應(yīng)模型所推導(dǎo)的算法。此一算法應(yīng)用于方程式的形式δO＝AΔI。茲令有2個(gè)獨(dú)立變量，2個(gè)依附變量及4個(gè)模型系數(shù)的模型，其中第二獨(dú)立變量為PID控制器的安置點(diǎn)，而第二依附變量為PID控制器的閥位置，我們希望重建模型其PID閥位置為獨(dú)立變量而非PID安置點(diǎn)。此須要把PID控制器的動(dòng)態(tài)值依照前揭算法從所有系統(tǒng)反應(yīng)移除。此例中有下劃線的模型與附錄2中所使用者相同。
依附乏-1I獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2a1，1，1＝1.5a1，2，1＝0.5a1，1，2＝2.1a1，2，2＝0.9a1，1，3＝2.3a1，2，3＝1.1a1，1，4＝2.4a1，2，4＝1.2依附乏-2獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2a2，1，1＝-0.3 a2，2，1＝ 0.75a2，1，2＝-0.7 a2，2，2＝1.0a2，1，3＝-0.8 a2，2，3＝1.15a2，1，4＝-0.85 a2，2，4＝1.2問題特寫成如下的矩陣，指出樞軸要素


式5乘以(-1/0.75)

式5乘以0.5，加算于式1并取代式1式5乘以0.9，加算于式2并取代式2式5乘以1.1，加算于式3并取代式3式5乘以1.2，加算于式4并取代式4式5乘以1.0，加算于式6并取代式6式5乘以1.15，加算于式7并取代式7式5乘以1.2，加算于式8并取代式8

式6乘以(-1/0.75)

式5乘以0.5，加算于式2并取代式2式5乘以0.9，加算于式3并取代式3式5乘以1.1，加算于式4并取代式4式5乘以1.0，加算于式7并取代式7式5乘以1.15，加算于式8并取代式8

式7乘以(-1/0.75)

式5乘以0.5，加算于式3并取代式3式5乘以0.0，加算于式4并取代式3式5乘以1.0，加算于式8并取代式8

式8乘以(-1/0.75)


式5乘以0.5，加算于式4，并取代式4

重新整理方程式

為新的二次獨(dú)立變量累積系數(shù)

為新的二次獨(dú)立變量累積系數(shù)


移除PID動(dòng)態(tài)值后的新模型系數(shù)依附乏-1獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2a1，1，1＝1.700a1，2，1＝0.667a1，1，2＝2.660a1，2，2＝0.978a1，1，3＝3.060a1，2，3＝1.007a1，1，4＝3.241a1，2，4＝1.024依附乏-1獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2a2，1，1＝0.400a2，2，1＝1.333a2，1，2＝0.800a2，2，2＝0.889a2，1，3＝0.720a2，2，3＝0.770a2，1，4＝0.707a2，2，4＝0.810請(qǐng)注意所有系數(shù)值都變了請(qǐng)核對(duì)應(yīng)的沖擊系數(shù)符合于那些已與FIR例子識(shí)別依附乏-1獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2b1，1，1＝1.700b1，2，1＝0.667b1，1，2＝0.960b1，2，2＝0.311
b1，1，3＝0.400b1，2，3＝0.030b1，1，4＝0.181b1，2，4＝0.017依附乏-2獨(dú)立乏-1獨(dú)立乏-2b2，1，1＝0.400b12，2，1＝1.333b2，1，2＝0.400b2，2，2＝-0.444b2，1，3＝-0.080 b2，2，3＝-0.119b12，1，4＝-0.013 b2，2，4＝0.040柱模擬實(shí)例使用演算法的另一實(shí)施例表示于下，此實(shí)施例釋示以下各項(xiàng)利用閥基有限沖擊反應(yīng)(FIR)模型為制程模擬器。
廠方步級(jí)試驗(yàn)及FIR模型的識(shí)別是基于特殊調(diào)整控制形態(tài)。
使用經(jīng)推薦的算法來移除PID控制器動(dòng)態(tài)值并恢復(fù)下位閥基模型。
此一實(shí)施中，基于閥位置的FIR模型是用為制程模型以模擬復(fù)合分餾器的行為。分餾器的調(diào)整控制由3個(gè)PI(比例/積分)及饋控制器組成。廠方步級(jí)試驗(yàn)是利用調(diào)整控制器安置點(diǎn)執(zhí)行模擬。FIR模型于是為基于PI控制器的安置點(diǎn)的分餾器而獲得。此一基于調(diào)整控制架構(gòu)的模型就可輸入演算以移除PI控制器動(dòng)態(tài)值及憭復(fù)原始FIR制程模型。
請(qǐng)注意有限沖擊反應(yīng)模型此一名詞是用在模型的開啟環(huán)路步級(jí)反應(yīng)格式，因?yàn)椴郊?jí)格式是可以直接從沖擊系數(shù)計(jì)算得來的。
復(fù)合分餾器架構(gòu)的說明圖1為復(fù)合分餾器的示意圖。饋供流量率是受控制于上流單元而在爐內(nèi)預(yù)熱。分餾器7有一頂部，中間部與底部產(chǎn)品。分餾器上空溫度是受控制于PI控制器8的預(yù)部回流加熱。中間產(chǎn)品的回引溫度是受控制于PI控制器9的推動(dòng)中間產(chǎn)品回引率。第三PI控制器10推動(dòng)底部產(chǎn)品率以控制分餾器的底部水準(zhǔn)。底部的組合物(輕量成份)是以一分析器11量測。
有限沖擊反應(yīng)(FIR)模型此實(shí)例中所用制程模型為一開啟環(huán)路，基于閥位置的步級(jí)反應(yīng)模型，總結(jié)如下模型的獨(dú)立變量TIC-2001.OP頂部回流閥TIC2002.OP-中間產(chǎn)品流動(dòng)閥LIC-2007.09-底部產(chǎn)品流動(dòng)閥FIC-2004.SP-中間回流率FI-2005.PV-分餾器饋供率模型的依附變量TIC2001.PV-分餾器上空溫度TIC2002.PV-中間產(chǎn)品引出溫度LIC-2007.PV-分餾器底部水準(zhǔn)AI-2022.PV-分餾器底部組合物(輕量成份)開啟環(huán)路步級(jí)反應(yīng)模型可由理想化的觀點(diǎn)來看成如以下的通俗化了。以系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，第一獨(dú)立變量以一個(gè)工程單元在時(shí)間＝0時(shí)增加，但是保持其它獨(dú)立變量為常數(shù)。對(duì)所有依附變量值即以相同時(shí)間間隔量測直至系統(tǒng)再達(dá)于穩(wěn)定狀態(tài)。每一依附變量對(duì)第一獨(dú)立變量的模型反應(yīng)曲線即以從依附變量在每一將來時(shí)間間隔的量測值減去依附變量在時(shí)間＝0時(shí)的值計(jì)算而得。主要是，步級(jí)反應(yīng)曲線代表的是獨(dú)立變量的變化對(duì)依附變量的影響。此一過程就被繼續(xù)反復(fù)至所有獨(dú)立變量產(chǎn)生完整的模型。模型的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間是被系統(tǒng)中最慢反應(yīng)的曲線的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間所規(guī)范。
顯然的在現(xiàn)實(shí)世界中，模型無法以此方式予以一般化，這是由于過程往往不是處于穩(wěn)定狀態(tài)。此外，在獨(dú)立變化步驟中不可能防止未量測的干擾影響系統(tǒng)。模型的產(chǎn)生須就每一獨(dú)立變量(廠方步級(jí)試驗(yàn))做那多重步驟。于是所收集的數(shù)據(jù)就用一種軟件包裝例如AspenTech’s DMCplus Model program來計(jì)算開啟環(huán)路步級(jí)反應(yīng)模型。
這樣的模型一經(jīng)被識(shí)別，即可用來依據(jù)過去獨(dú)立變量的變化來預(yù)測將來的系統(tǒng)反應(yīng)。也就是說，假如我們知道所有獨(dú)立變量如何以一穩(wěn)定狀態(tài)在過去變化，我們可用模型來預(yù)測獨(dú)立變量如何在將來改變一穩(wěn)定狀態(tài)，但應(yīng)假設(shè)再無獨(dú)立變量的變化。這說明了模型的應(yīng)用于預(yù)測(這是利用FIR模型作為制程模擬器的基礎(chǔ))。
茲假設(shè)基于將來已無獨(dú)立變量的變化來預(yù)測的將來系統(tǒng)反應(yīng)，及假設(shè)對(duì)所有獨(dú)立與依附變量的限制條件，模型即可用來規(guī)劃一個(gè)策略，其獨(dú)立變量趨于維持所有獨(dú)立及依附變量于限制范圍內(nèi)。這說明了模型的利用于控制。
利用有限沖擊反應(yīng)(FIR)模型于制程模擬器此一實(shí)例的模型具有一維持90min的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間。使用3min的時(shí)間間隔。結(jié)果每一反應(yīng)曲線被一30次的向量所規(guī)范。該30次代表該依附變量對(duì)獨(dú)立變量在時(shí)間＝0時(shí)的步級(jí)變化的橫跨時(shí)間的累積變化，而一方面維持所有其它獨(dú)立變量為常數(shù)。
模型系數(shù)值可示于表1，及模型曲線繪制于圖2。這個(gè)基于閥位置的模型是利用于預(yù)測將來系統(tǒng)的行為于依據(jù)模型獨(dú)立變量的過去與現(xiàn)在變化的模型依附變量中。
表1分餾器模擬的閥基模型系數(shù)依附變量1的步級(jí)反應(yīng)系數(shù)TIC-2001.PV DEG F


依附變量2的步級(jí)反應(yīng)系數(shù)TIC-2002.PV DEG F


依附變量3的步級(jí)反應(yīng)系數(shù)LIC-2001.PV％


依附變量4的步級(jí)反應(yīng)系數(shù)AI-2022.PV MOLE％


如上文中已提到，此系統(tǒng)中含有3個(gè)PI(比例/積分)控制器。這些PI控制器的性能如下表2分餾器PI控制器

以這些PI控制器調(diào)整制程下施行一廠方試驗(yàn)(依該數(shù)據(jù)描繪曲線示于圖3)。系統(tǒng)的獨(dú)立與依附變量如下模型的獨(dú)立變量TIC-2001.SP-頂部回流閥SPTIC-2002.SP-中間產(chǎn)品流動(dòng)閥SPLIC-2007.SP-底部產(chǎn)品流動(dòng)閥SPFIC-2004.SP-中間部回流率FI-2005.PV-分餾器饋供率模型的依附變量TIC-2001.PV-分餾器上空溫度TIC-2002.PV-中間產(chǎn)品引出溫度LIC-2007.PV-分餾器底部水準(zhǔn)TIC-2001.OP-頂部回流閥
TIC-2002.OP-中間產(chǎn)品流動(dòng)閥LIC-2007.OP-底部產(chǎn)品流動(dòng)閥AI-2022.PV-分餾器底部組成物(輕量成分)這說明了閥基FIR模型利用作為制程的模擬器。如上文的說明，PID的控制計(jì)算是在制程模擬器的外部完成。
所得數(shù)據(jù)經(jīng)分析后就識(shí)別了基于此一PID形態(tài)的模型，如圖4所示。
移除PID動(dòng)態(tài)值的新算法應(yīng)用于圖4所示的模型，而此已移除PID動(dòng)態(tài)值的模型與原先的模擬模型相比較，如在圖5中可以看出，算法成功的恢復(fù)了原先的閥基模型。請(qǐng)注意經(jīng)恢復(fù)模型的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間是長于原先模型的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間。這是具有PID控制器的模型的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間較長的結(jié)果。原先的閥基模擬模型的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間為90分鐘(min)。當(dāng)PID控制器形態(tài)已造成而廠方步級(jí)試驗(yàn)也已完成，但由于須等待PID回饋控制的安排，制程到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)須要花費(fèi)180分鐘。經(jīng)恢復(fù)的閥基模型其穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間維持時(shí)間與含有產(chǎn)生動(dòng)態(tài)值的PID一樣。由是可見，無論如何，經(jīng)恢復(fù)的模型已達(dá)于穩(wěn)定狀態(tài)90分鐘，而假設(shè)在那時(shí)點(diǎn)切短，即剛好符合于原先的閥基模型。
工業(yè)上的可應(yīng)用性過去，當(dāng)PID控制器被再調(diào)諧或當(dāng)調(diào)整控制架構(gòu)被重組形態(tài)，即有一新廠完成及新模型構(gòu)成。本文中所描述的發(fā)明可移除PID控制器動(dòng)態(tài)值而不必執(zhí)行另一廠方試驗(yàn)。
此一移除PID動(dòng)態(tài)值的能力允許只基于閥位置就能產(chǎn)生一離線制程模擬器而不必用PID安置點(diǎn)。廠方試驗(yàn)可藉任何穩(wěn)定的調(diào)整形態(tài)及PID調(diào)諧來完成，而可得到一對(duì)應(yīng)的模型。移除PID動(dòng)態(tài)值的算法即可應(yīng)用于所得模型來移除所有PID控制器的動(dòng)態(tài)值，而從安置點(diǎn)轉(zhuǎn)換模型輸入至閥門。于是調(diào)整控制架構(gòu)可經(jīng)DCS控制臺(tái)或控制臺(tái)模仿器在制程模型外部模仿。這可容許操作員設(shè)定PID控制器于手動(dòng)模態(tài)，斷裂串接，再調(diào)諧PID控制器，甚至重組調(diào)整控制架構(gòu)的形態(tài)。
關(guān)于基于模型的控制應(yīng)用，當(dāng)須要修正系統(tǒng)內(nèi)PID控制器的PID調(diào)諧是有時(shí)間的。借著移除動(dòng)態(tài)值的能力，可產(chǎn)生一具基于此PID控制器閥的模型。于是離線模擬計(jì)算得以施行來產(chǎn)生一新制程模型，其中含有新的PID調(diào)諧，而此新穎的模型可融合于基于模型的控制器，因此藉以避免廠方步級(jí)試驗(yàn)。此技術(shù)亦可應(yīng)用于如果調(diào)整控制架構(gòu)須要重建形態(tài)的場合。假設(shè)我們有一溫度控制器安置點(diǎn)作為我們模型的輸入。假如那具閥門已不靈而非經(jīng)關(guān)閉單元不能修復(fù)，即算法可應(yīng)用于移除溫度控制器的動(dòng)態(tài)值而控制應(yīng)用可繼續(xù)而不必依賴溫度控制器。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)為制程可以一個(gè)調(diào)整形態(tài)來試驗(yàn)而且基于模型的控制器可與不同的形態(tài)互通。其一實(shí)例為流體化床觸煤碎化單元(Fluidized Bed Catalytic Unit Fccu)，其系統(tǒng)壓力是以PID控制器推動(dòng)濕瓦斯壓縮機(jī)的速率來控制，往往最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)單元的處所是在最高速率的壓縮機(jī)，但在此場合壓力并非直接控制。壓力不加控制來試驗(yàn)單元是困難的。解決之道在藉PID控制器推動(dòng)壓縮機(jī)速率來試驗(yàn)工廠，并控制掌握速率。當(dāng)獲得模型時(shí)，壓力控制器PID動(dòng)態(tài)值被移除而基于模型的控制應(yīng)用將直接推動(dòng)壓縮機(jī)速率。在此實(shí)例中，基于模型的控制應(yīng)用控制系統(tǒng)壓力當(dāng)做輸出，而當(dāng)壓縮機(jī)速率最大時(shí)處理控制其它的輸入。
往往在試驗(yàn)?zāi)骋粏卧獣r(shí)，某些PID控制器的閥在做廠方試驗(yàn)期間未經(jīng)控制的驅(qū)動(dòng)。在現(xiàn)時(shí)，此數(shù)據(jù)不可用于建立制程模型。藉新算法，使用所有數(shù)據(jù)甚至PID控制器未控制下是有可能的。這可首先藉如同前法利用只有PID控制器在控制下場合的數(shù)據(jù)來識(shí)別模型。然后修正此模型以移除PID動(dòng)態(tài)值并濾入新的數(shù)據(jù)于模型中。
因此，本發(fā)明可以建造高真實(shí)性，可利用于離線制程模擬器而且將加強(qiáng)實(shí)行并維持基于模型的控制應(yīng)用能力。
本發(fā)明較佳的實(shí)施例已揭示并說明于圖示中，由于較佳實(shí)施例的變化對(duì)熟悉此方面技術(shù)的人士顯而易見，本發(fā)明不得解釋為其范圍僅局限于本說明中所示與描述的部份而已，而應(yīng)可在下列專利范圍內(nèi)變更實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種模型預(yù)測控制器MPC的應(yīng)用方法，用以自制程控制器模型中移除未經(jīng)量測的干擾影響，該制程中具有復(fù)數(shù)的可獨(dú)立控制并處理的變量，及至少一個(gè)經(jīng)控制的依附于可獨(dú)立控制并處理的變量，該方法包含的步驟為收集有關(guān)該制程的數(shù)據(jù)，藉分別引進(jìn)一試驗(yàn)干擾于各該處理的變量中并量測干擾對(duì)該控制下變量的影響；利用干擾對(duì)該控制下變量的影響而產(chǎn)生第一線性化動(dòng)態(tài)值模型，使該模型至少關(guān)聯(lián)一該控制下變量與該可獨(dú)立控制處理的變量；及互換經(jīng)選定的閥位置控制下變量與其對(duì)應(yīng)的經(jīng)選定可獨(dú)立控制處理的第一線性化動(dòng)態(tài)模型內(nèi)的PID控制器安置點(diǎn)變量，利用矩陣排消除數(shù)學(xué)以產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型，其為一可獨(dú)立控制處理變量的新組合，該第二線性化動(dòng)態(tài)模型具有經(jīng)選定的可獨(dú)立控制并處理的PID控制器安置點(diǎn)變量而已從該第二動(dòng)態(tài)模型移除。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一線性化動(dòng)態(tài)模型為一步變反應(yīng)模型。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一線性化動(dòng)態(tài)模型為一有限沖擊模型。
4.一種控制制程的方法，該制程具有復(fù)數(shù)的可獨(dú)立控制處理的變量及至少一個(gè)經(jīng)控制的依附于該可獨(dú)立控制處理變量的變量，該方法包含的步驟為收集有關(guān)該制程的數(shù)據(jù)，藉分別引進(jìn)一試驗(yàn)干擾于各該處理的變量中并量測干擾對(duì)該控制下變量的影響；利用干擾對(duì)該控制下變量的影響而產(chǎn)生第一線性化動(dòng)態(tài)值模型，使該模型至少關(guān)聯(lián)一該控制下變量與該可獨(dú)立控制處理的變量；互換經(jīng)選定的閥位置控制下變量與其對(duì)應(yīng)的經(jīng)選定可獨(dú)立控制處理的第一線性他動(dòng)態(tài)模型內(nèi)的PID控制器安置點(diǎn)變量，利用矩陣排消除數(shù)學(xué)以產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型，其為一可獨(dú)立控制處理變量的新組合，該第二線性化動(dòng)態(tài)模型具有經(jīng)選定的可獨(dú)立控制并處理的PID控制器安置點(diǎn)變量而已從該第二線性化動(dòng)態(tài)模型移除；量測該等變量的現(xiàn)值；從該收集到的關(guān)于該制程，該經(jīng)量測的現(xiàn)值及預(yù)為選定的操作限制計(jì)算隨意的時(shí)間間隔，藉設(shè)定現(xiàn)在與將來的至少對(duì)該經(jīng)控制處理的變量的動(dòng)向來獲得該控制處理的變量的新值，并推動(dòng)該至少一個(gè)依附可控制變量向該等限制中的至少一個(gè)；及藉調(diào)整該現(xiàn)在與將來的設(shè)定動(dòng)向用該等經(jīng)調(diào)整處理的變量來改變?cè)撝瞥桃砸鹪撝瞥掏苿?dòng)該至少一個(gè)依附可控制變量趨向該等限制中的至少一個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述制程包含至少一個(gè)未經(jīng)控制的變量，其是依附于該等經(jīng)控制處理的變量，及該計(jì)算為現(xiàn)在與將來設(shè)定的動(dòng)向的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便使該未經(jīng)控制的變量受限于一預(yù)定的限制條件內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述計(jì)算為現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便使至少一個(gè)該等經(jīng)控制處理的變量受限于一預(yù)定的限制條件內(nèi)。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述為了現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向計(jì)算的步驟包含利用二次方程式程序技術(shù)來計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述為了現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向計(jì)算的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便使該等經(jīng)調(diào)整控制變量中的至少一個(gè)受限于一預(yù)定的限制條件內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述制程包含至少包含一個(gè)未經(jīng)控制的變量其是依附于該等經(jīng)控制處理的變量，而且該為了現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向計(jì)算的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便使該未經(jīng)控制的變量受限于一預(yù)定的限制條件內(nèi)。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述為了現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向計(jì)算的步驟包含利用線性程序技術(shù)來計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述為了現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向計(jì)算的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便使至少一個(gè)該等經(jīng)控制處理的變量受限于一預(yù)定的限制條件內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述制程包含至少一個(gè)未經(jīng)控制的變量其是依附于讓等經(jīng)控制處理的變量，而且該為了現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向計(jì)算的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便使該未經(jīng)控制的變量受限于一預(yù)定的限制條件內(nèi)。
13.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便使至少一個(gè)該等經(jīng)控制處理的變量受限于一預(yù)定的限制條件內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述制程包含至少一個(gè)未經(jīng)控制的變量其是依附于該等經(jīng)控制處理的變量，而且該為了現(xiàn)在與將來設(shè)定動(dòng)向計(jì)算的步驟更包含計(jì)算該設(shè)定動(dòng)向以便該未經(jīng)控制的變量受限于一預(yù)定的條件內(nèi)。
15.一種開發(fā)一制程的新穎線性化動(dòng)態(tài)模型而該制程中至少一個(gè)PID控制器的調(diào)諧改變時(shí)就不須執(zhí)行新的廠方識(shí)別試驗(yàn)的方法，其包含的步驟為利用矩陣排消除數(shù)學(xué)互換該原先線性化動(dòng)態(tài)模型內(nèi)的至少一個(gè)PID控制器與其相對(duì)應(yīng)的在該原先線性他動(dòng)態(tài)內(nèi)的閥位置控制變量，以產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型，其具有該至少一個(gè)相對(duì)應(yīng)的閥位置作為新的獨(dú)立可控制處理的變量；透過數(shù)學(xué)的模仿器在外部模仿新的所希望的PID調(diào)諧以模作該至少一個(gè)新的與第二線性化動(dòng)態(tài)模型調(diào)諧的PID控制器；及藉步級(jí)化每一經(jīng)控制處理的變量試驗(yàn)該第二線性化動(dòng)態(tài)模型與其經(jīng)模仿的PID調(diào)諧以獲得該新的線性化動(dòng)態(tài)模型，其將含有該至少一個(gè)PID控制器的動(dòng)態(tài)值。
16.一種產(chǎn)生使用于制程模擬及訓(xùn)練模擬人員用的離線制程模擬器，是藉從一制程的控制器模型移除未經(jīng)量測的干擾影響而產(chǎn)生，該制程具有復(fù)數(shù)的可獨(dú)立控制，處理的變量及至少一個(gè)經(jīng)控制的變量依附于該等可獨(dú)立控制，處理的變量，包含的步驟為收集有關(guān)該制程的數(shù)據(jù)；是藉分別引進(jìn)一試驗(yàn)干擾于各該處理的變量中并量測干擾對(duì)該控制下變量的影響；利用干擾對(duì)該控制下變量的影響而產(chǎn)生第一線性化動(dòng)態(tài)值模型，使該模型至少關(guān)聯(lián)一該控制下變量與該可獨(dú)立控制處理的變量；利用矩陣排消除數(shù)學(xué)互換各可獨(dú)立控制，處理的PID控制器安置點(diǎn)變量與其相對(duì)應(yīng)的該第一線性化動(dòng)態(tài)模型內(nèi)的閥位置控制下變量，以產(chǎn)生第二線性化動(dòng)態(tài)模型，其具有該等相對(duì)應(yīng)的閥位置作為新的可獨(dú)立控制處理的變量的組合，該第二線性化動(dòng)態(tài)模型具有該經(jīng)選定的可獨(dú)立控制，處理PID控制器安置位置變量的動(dòng)態(tài)值從該第二線性化動(dòng)態(tài)模型移除；及透過數(shù)學(xué)的模仿器在外部模仿新的所希望的調(diào)整控制架構(gòu)以手動(dòng)，串接或自動(dòng)模式模仿PID控制器。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于從一經(jīng)驗(yàn)動(dòng)態(tài)模型產(chǎn)生的一種離線制程模擬器。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種從一MPC中移除PID動(dòng)態(tài)值的方法，該MPC是利用制程的識(shí)別試驗(yàn)而開發(fā)。如此即可創(chuàng)造出一種閥基離線制程模擬器并可當(dāng)在任何PID控制形態(tài)或調(diào)諧有變動(dòng)時(shí)提供產(chǎn)生新的復(fù)數(shù)多重可變制程控制，而如此做也并不須實(shí)施新的制程識(shí)別試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G05B11/42GK1695138SQ03803482
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者查爾斯·R·卡勒 申請(qǐng)人:查爾斯·R·卡勒