[发明专利]基于双模式模型的过程控制

说明书

所公开的系统和技术使基于模型的控制器能够进行双模式操作，其中，控制器能够以(i)约束解模式和(ii)无约束解模式两者进行操作。双模式操作改进了控制，因为它在可能时使用约束解模式操作(约束解通常能够实现出色的控制)，并且在不可能使用约束解模式时(例如，当不可能在可用的时间内形成约束解时)使用无约束解模式。与典型的模型预测控制(MPC)控制器相比，这可以实现出色的控制。

技术领域

本公开内容总体上涉及使用基于模型的预测控制，并且更具体地，涉及使用同时生成针对优化问题的约束和无约束解的双模式操作。

背景技术

分布式过程控制系统，例如在发电、化学、石油或其他过程中使用的那些分布式或可扩展过程控制系统，通常包括彼此通信地耦合、经由过程控制网络通信地耦合到至少一个主机或操作员工作站、以及经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线通信地耦合到一个或多个仪表或现场设备的一个或多个过程控制器。

现场设备执行过程或工厂内的功能，例如打开或关闭阀、开启和关闭设备、以及测量过程参数。示例性现场设备包括阀、阀定位器、开关和变送器(例如，包括用于测量温度、压力或流量的传感器的设备；以及用于发送感测到的温度、压力和流量的变送器)。

通常位于工厂环境内的过程控制器接收指示由现场设备获取的过程测量结果的信号(或与现场设备有关的其它信息)，并执行控制器应用，该控制器应用运行例如做出过程控制决策的不同控制模块，基于接收到的信息生成控制信号，并与智能现场设备(例如，和Fieldbus现场设备)中实现的控制模块或块进行配合。

控制模块的执行使过程控制器通过通信链路或信号路径向现场设备发送控制信号，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作(例如，控制在工厂或系统内运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分)。例如，第一组控制器和现场设备可以控制由过程工厂或系统控制的过程的第一部分，而第二组控制器和现场设备可以控制过程的第二部分。

由一个或多个控制器、通信地连接到一个或多个控制器的现场设备、以及促进控制器与现场设备之间的通信的中间节点形成的网络可以被称为“I/O网络”或“I/O子系统”。

来自(多个)I/O网络的信息可以通过数据高速公路或通信网络(“过程控制网络”)对一个或多个其它硬件设备(例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、手持设备、数据历史库、报告生成器、集中式数据库、或其它集中式管理计算设备)可用，这些设备通常放置在控制室或远离工厂的恶劣现场环境的其它位置，例如，在过程工厂的后端环境中。

通过过程控制网络传送的信息使操作员或维护人员能够经由连接到网络的一个或多个硬件设备来执行关于过程的期望功能。这些硬件设备可以运行这样的应用，该应用使操作员能够例如更改(多个)过程控制例程的设置，修改过程控制器或智能现场设备内的控制模块的操作，查看过程的当前状态或过程工厂中特定设备的状态，查看现场设备和过程控制器生成的警报，模拟过程的操作以培训人员或测试过程控制软件，诊断过程工厂中的问题或硬件故障等。硬件设备、控制器和现场设备使用的过程控制网络或数据高速通道可以包括有线通信路径、无线通信路径、或有线和无线通信路径的组合。

作为示例，由艾默生(Emerson)销售的DeltaV^TM控制系统和Ovation^TM分布式控制系统(DCS)每个都包括多个应用，这些应用存储在位于过程工厂内不同位置的不同设备中并由它们执行。驻留在过程控制系统或工厂的后端环境中的一个或多个工作站或计算设备中的配置应用使用户能够创建或更改过程控制模块，并经由数据高速通道将这些过程控制模块下载到专用分布式系统。通常，这些控制模块由通信互连的功能块组成，这些功能块是面向对象的编程协议中的对象，这些对象(i)基于其输入执行控制方案中的功能，以及(ii)将输出提供给控制方案中的其它功能块。配置应用还可以允许配置设计者创建或更改操作员界面，查看应用使用该操作员界面将数据显示给操作员，并使操作员能够更改过程控制例程中的设置，例如设定值。