[发明专利]一种通过单变量控制单元达成多变量控制的控制器

说明书

一种通过单变量控制单元达成多变量控制的控制器，其包含一控制单元、至少一变量、一动态偏离因子单元及一补偿单元。控制单元依据一测量讯号与一参考讯号而得到一输出讯号，输出讯号送到一程序中以使测量讯号趋近参考讯号。变量是程序中可影响测量讯号或受该控制单元影响的讯号。动态偏离因子单元依据变量的一短时间均值与一长时间均值而得到变量的一动态偏离因子。补偿单元将动态偏离因子补偿到测量讯号、参考讯号或输出讯号，而得到对应的补偿讯号。该补偿讯号取代对应的测量讯号、参考讯号或输出讯号以对程序进行控制。

技术领域

本发明关于一种控制器，特别关于一种通过单变量控制单元达成多变量控制的控制器。

背景技术

图1为一种动态程序(Dynamic Process，或制程)的示意图。在图1所示的动态程序中有三个或更多个模拟程序变量(Process Variable，PV)，每个程序变量会随着时间而改变，变量与变量间也会有不同的相互影响关系。其中至少有一个是独立变量(IdependentVariable)和一个依赖变量(Dependent Variable)。

如图2所示，为了控制其中一个依赖变量而将其定义为被控制变量(ControlledVariable，CV)并加入一个例如单变量控制器(Single-Input Single-Output，SISO)的控制单元101，便形成一个控制回路(Control Loop)，如此，动态程序还包含控制单元。可通过动态程序中的独立变量(或称操作变量(Manipulated Variable，MV))对被控制变量的影响，将被控制变量控制在特定参考值或设定值(Reference or Setpoint，SP)的范围内。图2中实线代表控制单元的输出入讯号与方向，细虚线代表变量间确定的相互影响关系，粗虚线代表变量间可能的相互影响关系，箭头方向代表相互影响关系的方向。

由于技术成熟以及简易通用性与价格考虑，一般工业程序都是使用单变量控制器。然而，一般的程序中大部分都有两个或更多的程序变量，因此除了简单独立式的单变量控制策略外，在先前技术中也有许多不同的方法，可以将单变量控制器扩展成适用于多变量环境中，以达到更好的控制效果。例如独立式的单变量控制策路(Single LoopControl)、串级式的单变量控制策略(Cascade Control)、前馈式的单变量控制策略(Feedforward Control)及多变量控制策略(Multi-Variable Control)等。在现有技术中的控制策路通常需要使用到多个单变量控制器，每一个单变量控制器对应一个被控制变量(即每一单变量控制器的MV与CV自成一个回路)，因而，只能提供单一的控制功能，并无法利用到其余的程序变量来协助控制。

因此，如何提供一种通过单变量控制单元达成多变量控制的控制器，特别是仅利用单变量控制器便可达到多变量或多功能控制的控制效能，实为当前重要课题之一。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种通过单变量控制单元达成多变量控制的控制器，该控制器可以将控制回路以外的程序变量很轻易地导入到动态程序的控制回路中，而不需修改或调整控制参数，便可将任何一个单变量控制器变成一个性能优越的多变量或多功能控制器。

为达上述目的，依据本发明构成的控制器包含一控制单元、至少一变量、至少一动态偏离因子单元以及一补偿单元。该控制单元依据一测量讯号与一参考讯号而得到一输出讯号，该输出讯号送到该程序以使该测量讯号改变。该变量是程序中可影响该测量讯号或受该控制单元影响的其中一个讯号。该至少一动态偏离因子单元依据该变量的一短时间均值与一长时间均值而得到该变量的一动态偏离因子(Dynamic Offshoot Factor，DOF)。该补偿单元将该动态偏离因子补偿到该测量讯号、该参考讯号与该输出讯号的其中一个，而得到对应的一补偿讯号，该补偿讯号取代该相对应的测量讯号、该参考讯号或该输出讯号，以对该控制单元进行控制。

在一实施例中，该控制单元为一单变量控制器或一多变量控制器中的一个单变量控制单元。