[发明专利]自动间隙估计

说明书

技术领域

本发明总的涉及控制系统中间隙的检测和估计。特别的，本发 明涉及一种用于控制系统中间隙的自动估计的方法，该控制系统包括控制 器和将被控制的过程，其中所述控制器能够采用一个或多个控制器参数来 执行对所述过程的积分控制，以相对于所述过程的过程输出信号的设定点 值控制所述过程的所述过程输出信号。本发明进一步涉及用于间隙的这样 的自动估计的相关设备、控制系统和计算机程序产品。

背景技术

任意控制系统包括一个或多个可控构件，通过其控制过程。控 制阀门可能是这样的可控构件的最普通的示例。如工业控制有关的任意人 员所熟知的，控制阀门遭受磨损。操作一段时间后，该磨损导致使控制性 能恶化的摩擦和间隙。因此，在过程控制中阀门已经被认为是环路级的问 题的主要源头。

具有高级静态摩擦(静摩擦)的阀门导致造成控制环路振荡的 粘滑运动。随着摩擦量的增大，定位器和阀门致动器中的联接机构中的间 隙也增加。该间隙给控制环路增加了时间延迟，其恶化了控制。由于过程 控制应用中的控制环路经常被耦合到周围的控制环路，所以也存在由一个 环路中的间隙造成的扰动将被传播到其它环路的风险。

当静摩擦或间隙变大，当然该阀门将被修理或更换。但是这通 常在不中断过程的情况下不能被完成。由此原因，以及其它经济原因，感 兴趣于试图保持该阀门运行尽可能长的时间。假设静摩擦或间隙的程度或 量对于所采用的补偿方法是已知的，则静摩擦和间隙可采用有效的方法被 补偿。

即使由静摩擦和间隙造成的问题是严重的，过程控制工厂中的 操作者也经常不能发现它们。主要原因在于人员的减少已经导致每个操作 者简单地具有太多的控制环路要管理的情形。因此，在过去的十年中对于 自动性能监控的程序的研究已经非常活跃。在最近这些年中这样的程序的 工业应用也已经快速增加。关于静摩擦，已知多种自动方法用于检测具有 静摩擦的控制环路。在另一方面，对于间隙，在现有技术中没有有效的自 动检测或估计程序是已知的。代替的，过程控制操作者已需要手动调查。 现在将简要描述根据现有技术这样的手动调查的一个示例。

图1示出具有间隙的控制环路的框图，控制环路包括控制器C 和将被控制的过程P。控制器C接收设定点值信号y_sp和过程输出信号y 作为输入，且产生控制信号u作为输出。控制器输出u不是直接地输入到 过程P；更确切的，其经过间隙，给出真实的过程输入u_b。图2图示了间 隙的函数，由间隙造成的死区被标记为d。当控制信号u被反转时，过程 输入u_b保持恒定直到u已经通过死区d。

图1的控制环路中的间隙的量能够通过图3所示的程序容易地 被手动地确定。在图3中，上图示出过程输出信号y，下图示出控制信号 u。实验以相同方向的控制信号u的两个步骤的变化开始。如果第一步骤 足够大，间隙的影响不出现在第二步骤。随后在相反的方向进行第三步骤。 现在，在阀门移动之前，控制信号u必须通过整个间隙。如果最后两个步 骤是相同的大小，间隙是d＝Δy/K_p，其中Δy是第二和第三步骤之后的过程 输出之间的差值(参看图3)，而K_p是静态过程增益(也可以从图3容易 的得到)。每当控制系统操作者检查控制环路时，可以采用该手动程序。

但是，如已经解释的，在不同的工业领域中存在减少过程控制 工厂中的人员的发展趋势。从而，控制环路的手动检查之间的时间经常长。 因此，在不同的工业领域中能够自动地检测和估计间隙的量(即无需人员 操作者任意投入)是有利的。

发明内容

从上面可知，本发明的目的在于解决或至少减小上面讨论的问 题。更具体的，本发明的实施例意于提供控制环路中间隙的量的自动检测 和估计。而且目的在于使得这样的自动间隙估计在存在的、实际的过程控 制应用中易于实现。这样，本发明人已经意识到这样的自动间隙估计应该 基于来自控制系统的普通操作数据，即没有必须由控制系统操作者提供的 参数或其它指导的形式的用户输入。

总地，上述目的通过根据所附的独立的权利要求的方法、设备、 控制系统和计算机程序产品来获得。