過(guò)程控制方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】過(guò)程控制方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及過(guò)程控制領(lǐng)域。更具體的說(shuō)，本發(fā)明設(shè)及將產(chǎn)品或產(chǎn)品組件在特定的 過(guò)程條件下保持相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間W便得到所期望的最終產(chǎn)品的過(guò)程控制領(lǐng)域。 陽(yáng)〇〇引發(fā)明背景
[0003] 有關(guān)過(guò)程控制領(lǐng)域已經(jīng)出版了數(shù)不清的書(shū)籍和文章。大多數(shù)已知的過(guò)程控制領(lǐng)域 的方法包括接收來(lái)自它們控制著的過(guò)程的輸入的模型和基于所述輸入計(jì)算輸出用W調(diào)整 所述過(guò)程的有關(guān)參數(shù)。
[0004] 在制造一件產(chǎn)品的過(guò)程中，例如，食品，過(guò)程參數(shù)及被控制的過(guò)程將會(huì)對(duì)最終的產(chǎn) 品構(gòu)成產(chǎn)生重要影響。對(duì)產(chǎn)品的制造者來(lái)說(shuō)，運(yùn)可能意味著利潤(rùn)隨著最終產(chǎn)品而變化的非 常大。因此，過(guò)程的控制，盡可能的接近最優(yōu)控制過(guò)程，有著非常重要的意義。最壞情況的 產(chǎn)品，當(dāng)產(chǎn)品離最終產(chǎn)品所期望的狀態(tài)有著太大變化時(shí)，產(chǎn)品可能不得不被丟棄，對(duì)制造者 來(lái)說(shuō)可能意味著重大損失。 陽(yáng)〇化]為了用一種更加可預(yù)見(jiàn)的方式來(lái)處理過(guò)程控制，已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)不同的模型和控制策 略相結(jié)合的各種各樣的嘗試。
[0006] 已知的第US7856281號(hào)美國(guó)專(zhuān)利，一種過(guò)程控制器，其基于過(guò)程：
[0007] 輸入產(chǎn)生輸出并且包括一個(gè)模型，可能是非線性模型，該模型產(chǎn)生預(yù)期的信號(hào)用 于輸出的。進(jìn)一步，可能會(huì)提供一個(gè)修正單元用來(lái)修正預(yù)期矢量用于補(bǔ)償過(guò)程的非線性。
[0008] 已知的第US7317953號(hào)美國(guó)專(zhuān)利，一種過(guò)程控制器，具有多變量的過(guò)程模型，其特 征在于作為一套兩個(gè)或更多的單輸入單輸出模型（SIS0模型）。適應(yīng)系統(tǒng)探測(cè)到過(guò)程輸入 中的變化，并且可能啟動(dòng)一個(gè)適應(yīng)循環(huán)，適應(yīng)系統(tǒng)判定SIS0模型的某一個(gè)子設(shè)備是否需要 改變。在適應(yīng)之后，適應(yīng)通過(guò)判定適應(yīng)的多變量過(guò)程是否比目前的模型有更低的模型錯(cuò)誤 進(jìn)行驗(yàn)證，W及使用調(diào)整過(guò)的模型后是否錯(cuò)誤更低。
[0009] 第W0 2011/014350A1號(hào)專(zhuān)利，設(shè)及過(guò)程控制系統(tǒng)，并且更詳細(xì)地，關(guān)于在線的、自 我配置的、基于模型的可預(yù)期的自適應(yīng)過(guò)程控制器用于多區(qū)域系統(tǒng)，能夠調(diào)節(jié)溫度、濕度、 壓力、流速等等，可能在工業(yè)領(lǐng)域使用于各種各樣的過(guò)程控制應(yīng)用。第W02011/014350A1 號(hào)發(fā)明，包括判斷每一個(gè)控制區(qū)域的系統(tǒng)參數(shù)（例如，溫度區(qū)域）并且運(yùn)些參數(shù)之間的相關(guān) 性持續(xù)到加熱和冷卻階段，并且，通過(guò)利用捕獲的信息來(lái)維持溫度控制系統(tǒng)的每一個(gè)區(qū)域 的單個(gè)設(shè)定點(diǎn)溫度。
[0010] 盡管運(yùn)些在先已知的過(guò)程控制方法對(duì)過(guò)可程預(yù)期性提供了一些改進(jìn)，但是，與輸 入材料流入過(guò)程有關(guān)的重大差異仍然可能發(fā)生，造成過(guò)程參數(shù)偏離預(yù)期，并且導(dǎo)致最終產(chǎn) 品也偏離預(yù)期。
[0011] 因此，一種改進(jìn)的方法應(yīng)該是優(yōu)越的，并且尤其一種更有效的和/或可靠的過(guò)程 控制應(yīng)該是優(yōu)越的。 陽(yáng)〇1引發(fā)明概述
[0013]因此，本發(fā)明優(yōu)選的追求單獨(dú)的或用各種組合來(lái)緩和、減輕或消除一個(gè)或多個(gè)上 述方法中的劣勢(shì)。
[0014]本發(fā)明的目的可w通過(guò)具有在權(quán)利要求1中定義的特征的方法、通過(guò)權(quán)利要求10 中定義的控制系統(tǒng)、并且通過(guò)權(quán)利要求11中定義的生產(chǎn)設(shè)備達(dá)到。優(yōu)選的實(shí)施例在從屬權(quán) 利要求中進(jìn)行了定義，在下面的描述中進(jìn)行了闡釋?zhuān)⑶艺故驹诟綀D中。
[0015]特別地，可W看出本發(fā)明的一個(gè)目的，通過(guò)提供一種過(guò)程控制方法，解決一個(gè)或更 多上面提到過(guò)的缺點(diǎn)，將會(huì)提供對(duì)有關(guān)來(lái)自過(guò)程的輸出的一種改進(jìn)。
[0016] 運(yùn)一目的和其他幾個(gè)目的自本發(fā)明的第一個(gè)方面得到，通過(guò)提供一種方法來(lái)控制 一個(gè)過(guò)程，該方法包括一個(gè)自適應(yīng)控制模型和至少一個(gè)過(guò)程輸入W及至少一個(gè)過(guò)程輸出， 控制模型包括：
[0017]-在過(guò)程中預(yù)測(cè)相關(guān)目標(biāo)，
[0018] 其特征在于
[0019]-基于所述預(yù)測(cè)目標(biāo)選定用于過(guò)程的相關(guān)驅(qū)動(dòng)器。
[0020] 實(shí)施例中，所述方法包括基于一個(gè)或多個(gè)輸入適應(yīng)一些參數(shù)，并且利用自適應(yīng)的 參數(shù)作為輸入用于目標(biāo)預(yù)測(cè)。
[0021] 實(shí)施例中，所述方法包括測(cè)量一個(gè)非在線的參數(shù)和提供非在線的參數(shù)測(cè)量作為輸 入用于參數(shù)選擇。
[0022] 優(yōu)選的，所述方法包括一個(gè)預(yù)處理單元用來(lái)準(zhǔn)備輸入信號(hào)用于自適應(yīng)過(guò)程。
[0023]優(yōu)選的，所述方法包括操控的輸入變量、從屬的輸出變量、非操控的輸入變量和/ 或執(zhí)行目標(biāo)和測(cè)量。
[0024]有利的，所述方法包括非線性參數(shù)適應(yīng)、目標(biāo)預(yù)測(cè)、目標(biāo)調(diào)整、驅(qū)動(dòng)器調(diào)整和驅(qū)動(dòng) 器選擇，作為過(guò)程輸入進(jìn)行控制。
[00巧]有利的，所述操控輸入變量和從屬的輸出變量是用于非線性參數(shù)自適應(yīng)，并且進(jìn) 一步同來(lái)自非線性參數(shù)自適應(yīng)的輸出一起用于目標(biāo)預(yù)測(cè)。
[00%] 優(yōu)選的，所述非操控變量輸入和執(zhí)行目標(biāo)和測(cè)量用于目標(biāo)調(diào)整。
[0027]優(yōu)選的，所述方法包括測(cè)量非在線的參數(shù)并且提供非在線參數(shù)測(cè)量作為輸入用于 目標(biāo)調(diào)整。
[002引優(yōu)選的，所述目標(biāo)預(yù)測(cè)和目標(biāo)調(diào)整是用于驅(qū)動(dòng)器調(diào)整。
[0029]本發(fā)明，尤其地，但是不專(zhuān)口地，用于獲取一個(gè)更加可預(yù)期的控制的過(guò)程的結(jié)果是 具有優(yōu)勢(shì)的。
[0030]本發(fā)明的深入的一個(gè)方面，所述控制系統(tǒng)是可預(yù)見(jiàn)的，能夠自適應(yīng)執(zhí)行按照本發(fā) 明關(guān)于一種制造設(shè)備的方法。
[0031]本發(fā)明的更深入的一個(gè)方面，提供一種制造設(shè)備，所述制造設(shè)備包括一個(gè)控制系 統(tǒng)運(yùn)行一種按照本發(fā)明所述的方法。
[0032]優(yōu)選的，所述制造設(shè)備包括測(cè)量設(shè)備用于測(cè)量過(guò)程中的操控?cái)?shù)據(jù)和過(guò)程中或過(guò)程 周?chē)橘|(zhì)的非操控?cái)?shù)據(jù)，W及反饋給控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
[0033] 上文所述中，有關(guān)一般的控制系統(tǒng)已經(jīng)使用了各種術(shù)語(yǔ)。下面的闡述意在說(shuō)明所 用術(shù)語(yǔ)，同時(shí)，它不能被理解成用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0034] 驅(qū)動(dòng)器：輸入（例如，螺旋傳送帶周轉(zhuǎn)率或者一個(gè)閥口的打開(kāi)），可能被調(diào)整（操 控的）并且影響目標(biāo)值。所述過(guò)程并不總是傳遞關(guān)于驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)。
[0035] 目標(biāo)：輸出，被測(cè)量的，并且作為目標(biāo)使用，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制接近一個(gè)設(shè)定點(diǎn)。
[0036] 其他（非可調(diào)性）輸入：測(cè)量，并非目標(biāo)，但是可能用來(lái)調(diào)整目標(biāo)（設(shè)定點(diǎn)）。運(yùn) 可能包括在線測(cè)量和非在線測(cè)量。非在線測(cè)量一般認(rèn)為是，例如，W低頻率執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)室測(cè) 量，例如，每小時(shí)。在運(yùn)些中，通常是優(yōu)質(zhì)的測(cè)量（執(zhí)行測(cè)量），是主要的最優(yōu)目標(biāo)。
[0037] 本發(fā)明的第一和第二方面可能各自同其它任何方面結(jié)合。本發(fā)明的運(yùn)些及其他方 面將通過(guò)下文實(shí)施例闡明。
[0038] 附圖描述
[0039] 現(xiàn)在本發(fā)明將通過(guò)舉例方式，結(jié)合如下附圖進(jìn)行闡明： W40] 圖1為按照本發(fā)明所述方法的流程圖訊
[0041]圖2輸入測(cè)量圖表介紹 陽(yáng)0創(chuàng)實(shí)施例詳細(xì)描述 [0043]根據(jù)圖1的自適應(yīng)過(guò)程控制描述 W44] 過(guò)程數(shù)據(jù)
[0045] 過(guò)程數(shù)據(jù)細(xì)分為如下：
[0046] 操控輸入變量：運(yùn)些過(guò)程變量能夠通過(guò)控制直接改變。（驅(qū)動(dòng)器）。
[0047] 從屬輸出變量：運(yùn)些過(guò)程變量不能被直接改變。（目標(biāo)）。運(yùn)些過(guò)程變量已知與執(zhí) 行測(cè)量有相互關(guān)系。
[0048] 非操控輸入變量：運(yùn)些過(guò)程輸入變量已知影響執(zhí)行，但并不被控制。
[0049] 執(zhí)行測(cè)量和目標(biāo)：執(zhí)行目標(biāo)被期望為執(zhí)行過(guò)程值。運(yùn)個(gè)變量一般不能被在線測(cè)量， 例如，持續(xù)的，相反，它是被非在線測(cè)量的，例如，周期性的抽樣調(diào)查（執(zhí)行測(cè)量）。
[0050] 其它變量：過(guò)程能夠包含源自其它模型和控制中忽略掉的輸入或輸出變量。（未 顯示在圖中）。 陽(yáng)0川預(yù)處理
[0052] 預(yù)處理模型執(zhí)行過(guò)程數(shù)據(jù)信號(hào)過(guò)濾。通常，運(yùn)樣做是為了去除過(guò)程數(shù)據(jù)中的高頻 起伏現(xiàn)象（噪音）。
[0053] 非線性參數(shù)自適應(yīng)
[0054] 運(yùn)個(gè)模型執(zhí)行一種持續(xù)的過(guò)程參數(shù)在線自適應(yīng)，使用在目標(biāo)預(yù)測(cè)器模型中。在響 應(yīng)模型中，參數(shù)為響應(yīng)幅度和時(shí)間。幅度參數(shù)基于平均值調(diào)整后的。非線性時(shí)間調(diào)整是利 用相互關(guān)系來(lái)執(zhí)行的。在操作期間，當(dāng)過(guò)程情況變化巨大的時(shí)候，參數(shù)調(diào)整作為維持一個(gè)良 好的系統(tǒng)模型是有優(yōu)勢(shì)的。 陽(yáng)05引 目標(biāo)預(yù)測(cè)器
[0056]目標(biāo)預(yù)測(cè)器模型利用系統(tǒng)模型來(lái)預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)變化對(duì)目標(biāo)的影響。為了對(duì)未來(lái)的目標(biāo) 變化建立較強(qiáng)的評(píng)估，目標(biāo)預(yù)測(cè)器是必需的。
[0057] 驅(qū)動(dòng)器調(diào)整
[0058] 驅(qū)動(dòng)器調(diào)整模型利用預(yù)測(cè)目標(biāo)值和當(dāng)前目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)來(lái)計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)的可能的調(diào) 整選擇方案。驅(qū)動(dòng)器調(diào)整模型是引導(dǎo)目標(biāo)接近預(yù)期設(shè)定點(diǎn)的控制器部分。
[0059] 目標(biāo)調(diào)整
[0060] 為了達(dá)到執(zhí)行目標(biāo)，目標(biāo)調(diào)整模型根據(jù)非操控變