[发明专利]过程控制回路参数估计值的统计确定法

说明书

相关申请

本申请是1997年9月29日提交的题为“Method of and Apparatus forNonobtrusively Obtaining On-line Measurements of a Process Control DeviceParameter”的美国专利申请的部分连续申请，也是根据1998年8月31日提交的题为“Statistical Determination of Estimates of Process Control LoopParameters”是临时申请60/098,464而正式提交的申请。

技术领域

本发明一般涉及过程控制网络，尤其涉及在将过程控制回路在线连接在过程环境内的同时，对过程控制回路参数估计值作统计确定的方法和设备。

背景技术

大规模商业制造和精炼过程一般使用过程控制器来控制一个或多个阀结构等过程控制装置的工作，这样，各过程控制装置又控制着一个或多个过程变量，包括例如流程内的流体流量、温度、压力等，一般而言，阀定位器等过程控制装置有一个定位器控制的执行器，它根据过程控制器产生的指令信号，移动有关的控制单元，如阀塞、调节板或某种其它可变打开件。过程控制装置的控制单元例如可以根据对弹簧偏压膜改变流体压力，或根据主轴旋转(两者都可由指令信号变化引起)而移动。在一普通阀机构中，幅值变化范围为4-20mA(毫安)的指令信号，令定位器以正比于该指令信号幅值的方式改变压力室内的流体量，从而改变流体压力。改变压力室内的流体压力，使隔膜向偏压弹簧移动，从而使耦合至隔膜的阀塞移动。

过程控制装置通常产生指示其对指令信号反应的反馈信号，并将该反馈信号(即响应指示)提供给过程控制器用于控制某一过程。例如，阀机构通常产生一反馈信号，指示阀塞位置(如行程)、阀流体室内的压力或一些与阀塞实际位置相关的其他现象的值。

虽然过程控制器通常应用这类反馈信号连同其它信号作为对影响过程总体控制的高度调谐的集中控制算法的输入，但是已经发现，连接在控制回路内的各个控制装置不良的操作条件仍会造成控制回路性能低下。在许多场合中，与一个或多个各别过程控制装置有关的问题，无法用过程控制器调除出控制回路，结果，运行不良的控制回路就得寄托于人工操纵，或者失调到用人工有效的程度。与这些控制回路有关的过程要求用一名或多名富有经验的操作员经常监视，这是不希望的。

控制回路性能低下通常可以这样解决，即监视接在回路内每个过程控制装置或至少接在回路内最关键的过程控制装置的操作状态或“健全”状况，修理或调换性能差的过程控制装置。通过测量与过程控制装置关联的一个或多个参数，并确定这些参数是否偏出可接受范围，就能断定该过程控制装置是否健全。

可用于确定并指示过程控制装置(如阀)健全的一个过程控制装置或回路参数是摩擦测量。摩擦测量一般涉及为使阀塞开始初步移动而克服摩擦力必须对阀移动部件施加的力或压力量。若装置的摩擦测量值变成大于设定值，可能表示阀塞因故发生粘附，该装置需要修理或调换。

可用于确定和指示过程控制装置健全状况的另一个过程控制装置参数是死区。一般而言，在过程仪器仪表中，死区是输入信号可按反方向变化而不引起输出信号有看得见变化的量程。死区可能由机械互连元件之间的物理作用、摩擦和/或其它已知物理现象造成，在指令信号使过程控制装置的可动单元作反向运动时最为明显。在反向期间，在过程控制装置可动单元实际呈现按新方向运动之前，指令信号经受离散的变化量(死区)。换个说法，过程控制装置单元以第一方向最终出现运动的指令信号(或其它控制信号)值与该过程控制装置单元首次以第二个不同方向运动的指令信号(或其它控制信号)值之差，就是该过程控制装置的死区量度。

可用来确定过程控制装置或回路的健全状况的其它装置参数是不作用时间，响应时间，振荡和主轴卷绕。不作用时间与时间量有关，并认为是使过程控制装置响应于控制信号变化实际开始移动可动单元的时间量测量值。响应时间是过程控制装置的可动单元响应于控制信号到达其最终的某一百分比(如63％)所花的时间量。振荡是一个确定与过程控制装置或回路有关的信号是否为周期性从而具有某种振荡行为(通常是不希望有的)的度量。主轴卷绕(Windup)是执行器在施加的压力达到克服机构固有摩擦作用的量之前所发生出现的行程(一般在旋转阀中)。