[发明专利]具有改进的前馈反馈结合的过程控制

说明书

本发明涉及一种具有反馈和前馈结合在一起的控制系统的过程控制器，特别是一种具有改进的自动调节装置，以便针对不同的负载而进行反馈控制的过程控制器。

本发明是对以下美国专利的一种改进：

美国专利号：4，714，988;

申请人：Hiroi等;

授予专利日期：1987年12月22日

本申请溶合了该美国专利公开的所有内容。

对于各个不同的制造厂家来说，最重要的一点是要有高度灵活的产生能力、节省的能源和优质的产品。为此，工厂必须由最优控制参量控制。然而，由于受干扰或类似因素的影响，控制系统容易发生很大的变化，因此选择最优控制参量是非常困难的。这样，就需要一种自动调节装置，它能在一个选择控制参量有困难的控制系统中，比较容易地自动调节最佳控制参量。

在以上所描述的背景之下，一种具有前馈模式自动调节功能的过程控制器便问世了，如美国专利4，714，988图5所示。下面采用该专利中的参考号进行描述。

该过程控制器包括反馈和前馈控制系统。在反馈控制系统中，比较器31根据目标变量SV和通过测量被控变量X得到的过程变量X，计算偏差en。偏差en加到调整单元32上，执行速度PID操作，然后，调整单元32的PID输出通过加法器33，由速度-位置信号转换器34转换成位置信号A。位置信号加到加法器35上，得到操作信号M。操作信号M再加到被控对象36上，这样更换调整了被控变量X。

在前馈控制系统中，乘法器40从干扰信号D得到前馈被控变量B。然后，干扰信号D在控制系统中引起的变化由静态和动态特性补偿装置补偿。

静态特性补偿装置包括差值运算单元51、开关62B，等。由乘法器40得到的前馈被控变量B经差值运算单元51转换成速度信号C。然后，速度信号C通过开关62B1加到加法器33上。动态特性补偿装置类似地包括开路微分器42、开关62B，等。开路微分器42从前馈被控变量B得到动态特性中的变化量E，变化量E再经开关62B2加给加法器35。

在如上所述的过程控制器中，用于前馈控制系统的参量（系数）是这样确定的：自动调节控制装置包括减法器43，它从速度-位置信号转换器34得到前馈被控变量B和输出信号A之间的偏差信号，除了偏差信号，自动调节控制装置还得到控制偏差信号en、静态特性补偿信号c和动态特性补偿信号E，并且将这些信号送至相应的信号电平检测器55至59。当偏差信号超过预定范围时，信号电平检测器55发出ON信号（H）。当其它信号电平检测器57至59的输入信号（C、F、en）在预定范围内时，它们发出ON信号（H）。当从所有的信号电平检测器55至59输出ON信号时，从AND电路（60、61）便输出一个启动控制信号，启动计时电路（62-64）。从启动计时电路算起经过一段预定的时间之后，定时电路输出一个调节定时信号，以接通开关62A。当开关62A接通时，偏差信号经开关62A输入到前馈参量校正运算单元44，以确定用于前馈控制的参量。这样，根据该参量，完成调节控制，特别是，前馈参量校正运算单元44利用偏差信号的整数值和预定系数校正前馈基准参量，并将所得的参量输送给乘法器40。前馈控制参量被调节（自动调节），以致于减法器43输出的偏差信号变为零。在参量调节期间，开关62B1和62B2保持关断。这便可以压缩前馈参量调节期间引起的操作变量的变化。

然而，上述自动调节控制装置从设备的各自部分取得了一些工作状态信号（C、E、en，等），并在稳定的条件之下自动调节参量。于是在一些工厂中，做到自动调节定时是很困难的。如果稳定状态有所变化，则参数的调节精度会大大变低。

为得到自动调节定时，便增加了大量的功能，这导致了非常复杂的电路结构。此外，许多环路控制器采用了分布型控制器。在这种情况下，为了实现设备的小型化和功能的多样化，就要限制存储器容量，因此，设备就不可能具有那么多的功能。如果设备设计成具有美国专利4，714，988的图5中所示的所有功能的话，就必须存储大量的计算过程，及为这些计算过程所需要的过程数据，于是就要求有相当大的存储容量。尽管如此，设计具有所有这些功能的设备仍然是很困难的。

本发明考虑到了上述情况，提供了一种过程控制器，它能连续地执行前馈调节控制，而不管调节时刻如何，它还能在不影响其它控制功能的条件下，采用简单的电路结构，可靠地执行自动调节。