[发明专利]用于可变参数和相关程序产品的控制器系统

说明书

技术领域

一般来说，本公开涉及控制器。更具体来说，本公开涉及用于可变参数和相关程序产品的控制器系统。

背景技术

大多数控制问题涉及对过程不确定性是健壮的控制器系统的设计和/或合成。过程控制应用常常提出定制安装的附加难题，其中不确定性的等级和类型不仅通过(无控制)制造可变性来推动，而且还常常通过实现成适合客户的具体要求的设计变化来施加。大多数时候，要求现场工程师(其可以具有或者可以没有反馈控制系统的背景)在现场对控制器系统进行调谐。通常，选择用于现场调谐的控制器属于PID种类(比例+积分+微分)，因为PID控制器的调谐相对更为直接、更好理解以及良好确立的，但是管理仍然极为棘手。

PID控制器的主要限制是缺乏对未建模动态的健壮性。由于PID控制器是线性的并且利用固定参数，所以PID控制系统的闭环性能对未建模过程动态是敏感的。例如，如图1所示，常规PID控制器可控制可变参数，使得对某个时间周期，实际参数值(x)与可变参数的目标值(x_m)基本上相同。但是，如图1所示，响应扰动、例如过程的所指示初始开始或者目标值的显著变化(例如下降)，利用PID控制器的过程可花费不期望的相当大的时间量来达到目标值。达到目标值所花费的时间极大地取决于总过程动态，以及过程动态的任何未建模方面可导致较慢系统响应或者闭环不稳定系统。

对未建模动态的这种敏感性能够导致若干难题。在一组控制器参数用于大量单元(即，大规模生产)的情况下，单元-单元可变性对PID控制器的总能力能够是重大挑战。在单独单元是定制设计的情况下，常常可能校准单独单元并且抑制单元-单元可变性难题，但是，这些单独调谐应用常常是高费用的，并且所产生的校准的效能因现场工程师的变化背景而是极有价值的。

常规控制器系统的另一个示例可包括自振荡自适应控制器。标准自振荡自适应(SOA)控制器10的框图在图2示出。SOA控制器10通常包括线性补偿器12(以及也许还包括主前向环路的第二滤波器(未示出))、主前向环路中的中继器14以及修改中继器的增益的增益变换器子系统30。所述的过程20具有响应命令或校正信号u的可变参数x，其理想地跟随参考模型22所提供的目标值x_m。线性补偿器12能够按照如文献中所建立的任何必要形式来构成(例如使用线性低阶滤波器或者使用表示闭环系统的所需能力的过程模型)。例如，线性补偿器12(G_f(s))可包括超前补偿滤波器，并且能够用来设置极限环的频率(即，中继器在稳态将引起的振荡或“颤动”)。增益变换器子系统34通常包括低通滤波器32、之后接着非线性增益变换器功能24，以确定不同工作条件的增益的大小。增益变换器功能34的主要目的是更慢地改变增益，使得系统能够具有提供瞬变条件下的健壮性的高增益等级(其特征在于大滤波误差值)，同时降低稳态条件下的中继器14的增益(其特征在于低滤波误差值)。如通过将图3与图1进行比较所示，SOA控制器10可在未建模动态、例如过程的初始开始期间或者在预期值的显著变化期间将过程20的实际可变参数值x更快地朝目标值x_m移动。但是，如图3所示，SOA控制器10输出可在高于和低于目标值x_m的较大范围之内连续振荡。因此，虽然SOA控制器10可允许该过程更靠近目标值x_m快速操作，但是值的大波动不是理想的。

能够提供健壮闭环响应的大多数现有控制算法具有中等至高复杂度。这类系统的合成可要求详细理论分析以及过程动态的深入了解。这种附加复杂度常常是许多实际反馈控制应用的PID控制器的选择的推动因素，尽管它们的所述限制。

发明内容

控制器系统包括至少一个计算装置，其在操作上连接到具有可变参数的目标值的过程。(一个或多个)计算装置配置成通过执行包括下列步骤的动作来控制可变参数：计算可变参数的目标值与实际值之间的误差。基于该误差，(一个或多个)计算装置可计算可变参数的预期增益调整以及可变参数的预期平均调整。可创建校正信号，以用于通过下列步骤来修改该过程：响应误差为正而通过对预期平均调整和预期增益调整求和来创建校正信号；以及响应误差为负而通过对预期平均调整和预期增益调整求差来创建校正信号。相关程序产品可执行相似功能。