[发明专利]用于补偿基于第一原理的仿真模型的方法和装置

说明书

本申请是2010年7月12日提出的申请号为201010229070.6的“用于补偿基于第一原理的仿真模型的方法和装置”的分案申请。

技术领域

本公开一般涉及过程建模，以及更特别地涉及用于补偿基于第一原理的仿真模型的方法和装置。

背景技术

在过程仿真的领域中，仿真器设计通常基于两个不同的模型类型：基于第一原理和基于经验数据的模型。也被称作高保真模型的基于第一原理的模型基于例如质量、能量和动量守恒定律的第一原理物理定律来对设备和过程进行建模。描述物理过程的基于第一原理的模型常常是复杂的，并可以利用偏微分方程和/或微分代数方程来表示。这些方程可以描述过程或设备属性和/或在这些属性中的变化。在许多基于第一原理的模型中，方程是模块化的，以对多设备或多过程系统中的过程和/或设备的特定部分进行建模。因此，能够通过用相应于被改变和/或更新的设备和/或过程的方程替换在所述模型中的方程来在所述模型中容易地改变和/或更新设备和/或过程。然而，由于基于第一原理的模型不能说明与过程设备的实际特性或属性有关的不确定度，所以基于第一原理的模型常遭受建模误差。

另一方面，通常也称作黑箱模型的基于经验数据的模型通过依照设计的实验施加测试输入到实际的过程系统并测量相应于该测试输入的测试输出来生成建模公式或方程。基于所述输入和输出，生成用于确定输入和输出之间关系的方程以对过程或设备进行建模。在该方法中可以比基于第一原理的方程更容易获得经验方程，并且在所述经验方程中可以比在基于第一原理的方程中更好地捕获和表示动态瞬变现象。然而，必须设计、实现和执行特殊的实验以获得足够获取用于开发所述模型的经验数据的正确且多样的数据。此外，当改变或替换设备时必须开发新的经验模型，其是费时且昂贵的。

不管使用的过程建模方法的类型为何，过程系统模型常常需要调节和/或调整。一般通过可以重复多次的试错法来执行这种调节和调整，以反映过程数据中由设备老化或疲劳引起的偏差。

发明内容

此处描述用于补偿基于第一原理的仿真模型的方法和装置。一些示例性的补偿基于第一原理的仿真模型的方法包括施加一个或多个第一测试输入到过程系统以生成第一输出数据；施加一个或多个第二测试输入到第一原理模型以生成第二输出数据；以及基于第一和第二输出数据来生成误差模型。所述示例性的方法进一步包括施加输入数据到第一原理模型以生成仿真模型输出数据以及经由所述误差模型来补偿所述模型数据以生成被补偿的模型输出数据。

还描述了示例性的用于补偿基于第一原理的模型的装置。一些示例性的被补偿的基于第一原理的模型包括被实现于存储器中以基于一个或多个输入生成第一输出数据的第一原理模型、被实现于存储器中以在操作阶段补偿第一输出数据来基于第一输出数据生成被补偿的基于第一原理的模型的输出的误差模型，以及在训练阶段基于第一输出数据和过程数据来生成所述误差模型的误差模型发生器。生成所述误差模型包括从过程系统接收基于一个或多个输入的第一输出数据和第二输出数据以及基于第一和第二输出数据来生成误差模型。

另外，描述了一些示例性的计算机可读介质。所述示例性的计算机可读介质包括指令，所述指令当由计算机执行时使所述计算机施加一个或多个第一测试输入到过程系统以生成第一输出数据；施加一个或多个第二测试输入到第一原理模型以生成第二输出数据；基于第一和第二输出数据来生成误差模型；施加输入数据到第一原理模型以生成仿真模型输出数据；以及经由所述误差模型来补偿所述模型数据以生成被补偿的模型输出数据。

描述了一些示例性的用于生成动态误差模型以补偿基于第一原理的模型的方法。所述示例性的方法包括：确定第一预测方程以表示在一个或多个过程系统输入和一个或多个过程系统输出之间的关系；基于一个或多个测试输入和一个或多个测试输出来确定用于一个或多个模型参数的第一预测方程的初始条件；基于在第一时间之前的第二时间的第三预测方程或初始条件中的至少一个来确定在第一时间的第二预测方程；确定优化函数以优化在响应于一个或多个实质上相等的输入的基于第一原理的模型和过程系统之间的输出上的差值；基于第二预测方程或第三预测方程中的至少一个来在约束条件范围内求解所述优化函数以确定所述模型参数；以及基于所述模型参数来生成动态误差模型。