[发明专利]一种改进的自校正控制器

说明书

本发明涉及用于过程调整的自校正自适应控制器，更具体地说，涉及模式识别、自校正控制器。

自校正的模式识别方法是独特的。该方法利用监测的过程变量的直接性能反馈来确定过程最优化所要求的操作。更具体地说，模式识别自校正控制器连续地监测和自动地评估被测过程变量对于正常出现的和由于设定点或负载的变化所造成的不可测量的干扰的闭环响应模式。每次干扰过后，闭环误差响应特性诸如过调和衰减都会被识别出来，并且将其与所期望的特性相比较。所期望特性和测量到的特性之间的差值再被用来自动产生新的校正值，以按照过程的要求调整控制器，以便达到误差响应的目标波形。选择目标波形使积分的绝对误差近于极小化。

自动识别和评估闭环响应模式的过程响应特性的第一套成功的自适应过程控制系统，是H.Edgar H.Bristol，II发明的，并且在美国专利第3,798,426号文献中公开，根据Bristol的方法，自适应装置是通过检测由其幅值超出预定噪声区的干扰引起的闭环响应模式来触发的。一旦触发，通过量测前半周期中响应模式达到干扰的极值的预定的百分比值所需要的时间来辨识滞后时间和上升时间。假定滞后时间同早期的可测变量响应中最为显著的任何过程滞后时间密切相关，而上升时间则被假定同过程的闭环自然周期密切相关。

测出的上升时间被定以标度，以便为自适应过程确定评估的时间间隔。选择用以确定时间间隔的标度常数，使得谐振响应的前半周期在一个评估间隔内形成，而第一个全周期则在另一间隔内全部形成。响应模式的评估，是通过计算测出的过程控制误差与每个评估时间间隔的目标值之间积分差来进行的。其中所测过程控制误差，按第一个误差响应峰值的大小归一化。积分差被用来修正控制器的操作参数，以便在下一个过程干扰期间改善控制作用。

对于有效的自适应过程控制系统，若干个关键参数必须由操作人员设定。例如，标度常数的恰当的选择对于定义合理的评估时间间隔是关键的。不能将通用的标度常数用于不同类型的过程。这种控制系统还需要操作人员为每个评估时间间隔选择适当的目标值。这些目标值，通常从操作人员对给定过程的经验导出。

Thomas W.Kraus提出了一种改进的模式识别自校正的控制器。按照Kraus的方法，当误差超过标称噪声阈值时，启动自适应过程。一旦启动，就对闭环响应模式进行监测，以便检测最先出现的三个连续极值或峰值(“peaks”)以及它们相对第一个峰值出现的时间。

通常出现没有三个峰值的过阻尼控制回路响应，所以如果在检验出第一个峰值后的预定等待时间之后第二个峰值不出现，Kraus自适应过程自动地将该响应识别为过阻尼响应。如果第二个峰值存在，那么，在与第一和第二峰值之间的时间成正比的时间周期内，寻找第三个峰值。若是第二或第三个峰值检测不出，就停止峰值搜寻，并且指定伪(“pseudo”)峰值。

然后，利用测出的响应模式的极值来计算诸如过调量、阻尼和周期之类的闭环响应模式特性。这些测出的特性与期望特性之间的差值再用来计算新的控制操作参数，以便优化控制作用。这一方法在Thomas Kraus的美国专利号4,602,326中有详尽的描述，该专利的题目是“模式识别自校正控制器”。如结合本文作为参考的授专利给Bristol和Kraus的两美国专利所描述那样，系统针对最后的干扰来校正控制器。若是过程是非线性的过程，这会造成对下一个干扰的控制器的非优化校正。

Kraus系统的若干关键性参数还必须由操作人员设定。例如，在Kraus的系统中，特别是过程操作是在广泛的范围条件下进行时，选择预定等待周期是关键性的。这一等待周期之所以关键是因为在触发峰值搜索之前，它还确定了一等待时间。如果等待周期设置不适当，系统就不能有效地操作。当在噪声带内无第二和第三个峰值时，该系统还有一种固定过程的校正的趋势。在若干次干扰之后，响应可能变成过度振荡，引起系统对过程的过度校正而导致过阻尼的响应。再者，噪声带的阈值或者由用户选定或者在开环条件下预调整时来确定。这对闭环过程中条件的变化不能自适应响应。

本发明的目的在于提供一种具有校正算法的自适应控制器，所述算法对在干扰作用下的误差响应的模式特性敏感，而对干扰的类型或波形以及它相对于主过程滞后的位置则不太敏感。

本发明另一目的在于提供一种通过利用拐点检测方案找出准第二和第三峰值而从过阻尼校正中较快复原的方法。

本发明的另一目的在于减少为达到理想的优化控制作用、操作人员必须设定的关键性参数的数目。

本发明另一目的在于当出现第二类干扰或者设定点变化时，防止相对于一类干扰的失调。