[发明专利]用于多输入多输出设备的基于自适应模型的控制的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本非临时申请根据35U.S.C.§119(e)，要求提交于2014年8月29日的名称为“用于多输入多输出设备的基于自适应模型的控制的方法和系统”的美国临时专利申请No.62/043744的优先权益，该申请通过引用全部结合于本文中。

背景技术

对于多输入多输出(MIMO)设备(plant)，基于模型的控制系统具有要在不同操作条件下控制的多于一个主要目标。通常，多个输入是执行器驱动的控制句柄。基于模型的控制系统确定到设备中多个执行器的输入命令，以便控制多个设备输出以实现在不同操作条件下的多个控制目的。例如，设备可以是喷气发动机，其中，多个执行器控制喷气发动机的过程以产生对应于诸如推力、风扇可操作性和/或核可操作性和燃料消耗的多个控制目的诸如风扇速度、压力比、喷嘴位置或者核心温度的输出。MIMO控制系统中的执行器可由于各种原因而受约束，导致在设备输出上某个级别的控制效果或者全部控制效果的丢失。基于模型的控制性能取决于设备模型，并且如果设备模型不能捕捉受约束执行器中包括的或者由其诱发的某些设备动态更改，则由模型产生的基于模型的控制可能不适当或者稳定地控制具有此类更改的设备。

发明内容

一方面，本发明的实施例涉及根据基于模型的控制和设备模型来控制设备的方法，设备具有多个执行器、对应于执行器的操作状态的多个输入和对应于设备的操作条件的多个输出。对输出进行优先排序以定义输出优先级排序，并且确定多个执行器中的每个执行器的当前模式以定义多个执行器模式。使用输出优先级排序和执行器模式建立至少一个设备模型自适应因子阵列。然后，使用至少一个设备模型自适应因子阵列实时重新配置设备模型以使设备模型适应于输出优先级排序和执行器模式。建立基于模型的控制使得基于模型的控制自动适应于输出优先级排序和执行器模式。

另一方面，本发明的实施例涉及用于设备的控制系统，所述设备具有对应于设备的操作条件的多个输出和多个执行器，所述多个执行器具有对应于执行器的操作状态的多个输入。输出优先级排序模块配置成对多个输出进行优先排序以确定输出优先级排序。执行器模式管理模块配置成确定多个执行器中的每个执行器的模式以定义多个执行器模式。管理模块配置成使用输出优先级排序和执行器模式来建立至少一个设备模型自适应因子阵列。设备模型模块配置成使用至少一个设备模型自适应因子阵列来重新配置设备模型，并且基于模型的控制模块配置成建立自动适应于输出优先级排序和执行器模式的基于模型的控制。

提供了以下技术方案：

1.一种根据基于模型的控制和设备模型(41)控制设备(20)的方法，所述设备(20)具有多个执行器(21)、对应于所述执行器(21)的操作状态的多个输入(22)和对应于所述设备(20)的操作条件的多个输出(24)，所述方法包括：

将所述输出(24)优先排序以定义输出优先级排序(52)；

确定所述多个执行器(21)中的每个的模式以定义多个执行器模式(62)；

使用所述输出优先级排序(52)和所述执行器模式(62)建立至少一个设备模型自适应因子阵列(82)；

使用所述至少一个设备模型自适应因子阵列(82)实时重新配置所述设备模型(41)以使所述设备模型(41)适应于所述输出优先级排序(52)和执行器模式(62)；以及

建立所述基于模型的控制，使得所述基于模型的控制自动适应于所述输出优先级排序(52)和执行器模式(62)。

2.如技术方案1所述的方法，还包括基于所述设备操作条件(56)确定已知设备模型误差(72)，其中还使用所述已知设备模型误差(72)建立所述至少一个设备模型自适应因子阵列(82)。

3.如技术方案1所述的方法，其中预确定所述输出优先级排序(52)。

4.如技术方案1所述的方法，还包括重复所述优先排序、确定、建立至少一个设备模型、重新配置和建立所述基于模型的控制。

5.如技术方案1所述的方法，其中建立至少一个设备模型自适应因子阵列(82)的步骤实时进行。

6.如技术方案1所述的方法，其中所述基于模型的控制是动态逆控制。

7.如技术方案1所述的方法，其中所述基于模型的控制是线性二次调节器控制。

8.如技术方案1所述的方法，其中所述执行器模式(62)是执行器约束模式或者执行器无约束模式之一。

9.如技术方案8所述的方法，其中所述执行器约束模式是执行器固定模式或者执行器准自由移动模式之一。