[发明专利]基于模型预测控制MPC的受迫斜坡变化的应用

说明书

一种实现由模型预测控制（MPC）执行的高性能自动等级改变的控制器参考轨迹设计技术。技术包括：（1）适当的过程输出参考轨迹延迟的自动确定，以实现过程输入移动的最佳协调；（2）替代仅仅随着等级改变进展增量地，在等级改变的开始提供整个计划的过程输出参考轨迹斜坡，再次实现过程输入的移动以替代仅仅朝向当前目标而沿着所计划的未来路径来驱动过程输出；以及（3）使用过程输入受迫斜坡变化来允许具有其它过程输入移动的最佳协调的过程输入的线性斜坡变化，从而保持所有过程输出遵循期望的轨迹。技术益处是更快且更高性能的等级改变。此外，此技术的使用允许自动等级改变包的更容易设立和维护。

技术领域

本发明总体上涉及用于造纸中的等级改变的基于模型预测控制的实现的技术。

背景技术

在造纸过程中，期望的是从一个纸等级到另一个的生产转变快速地并且以最少的不合规生产来发生。被称为等级改变的这些事件可以由专门的软件包来自动地控制。这些包允许在过程输出（质量）变量设置点的开环斜坡变化（ramping）中斜坡变化的过程输入变量与其它特征的组合来协调过程输入移动，从而快速地实现期望的质量变量斜坡变化并且没有从规范的显著偏差。尽管数年的努力，但是可用于任务、控制配置和操作以最佳地协调过程输入移动的许多方法和多个工具是具有挑战性的。

发明内容

当改变等级或者从一个操作点向另一个转变过程时，合期望的是沿着平滑轨迹（诸如，斜坡（ramp）或S形状曲线）将一些过程输出或者受控变量（CV）移动到新的值。引起CV遵循期望轨迹所需要的过程输入或受操纵的变量（MV）的移动也应当是平滑的并且协调良好的，以便按照预期移动CV而没有不必要的或者过于侵犯的致动器移动。另外，情况经常是：在等级改变中，一些CV需要被移动到新的值，但是其它CV需要保持处在恒定值。在此情况下，MV的移动需要协调良好以沿着其期望轨迹移动一些CV，同时保持其它CV处于其恒定目标，而没有引起针对轨迹或目标的显著偏差。而且，在一些情况下，优选的是使得某些MV根据预定的轨迹移动预定的量。在此情况下，其它MV的移动必须与具有预定轨迹的MV协调良好，使得所有CV保持到其轨迹或目标而没有显著偏差。

MPC是可以用来找到最佳MV移动以将CV的移动指引成遵循所计划的轨迹的控制技术。MPC使用过程模型来基于过去的MV移动和所计划的MV移动来预测CV的未来移动。出于此原因，MPC是应用到等级改变的优秀的技术。特别地，MPC可以自动地确定引起CV以最少的偏差量来遵循轨迹所需要的MV移动的集合。MPC还可以考虑到预定MV移动在CV的未来移动上的效应。

将MPC成功用于等级改变的一个重要方面是在CV轨迹和预定MV轨迹的设计中计及过程时间延迟，使得在没有偏差的情况下协调MV移动来保持CV遵循其轨迹在物理上是可能的。

本发明部分地基于实现由模型预测控制（MPC）执行的高性能自动等级改变的控制器参考轨迹设计技术的开发。本发明的独特方面包括：（1）适当过程输出参考轨迹延迟的自动确定，以实现过程输入移动的最佳协调；（2）替代仅仅增量地随着等级改变进展，在等级改变的开始提供整个计划的过程输出参考轨迹斜坡，再次使得过程输入的移动能够替代仅仅朝向当前目标而沿着所计划的未来路径来驱动过程输出；以及（3）使用过程输入受迫斜坡变化来允许具有其它过程输入移动的最佳协调的过程输入的线性斜坡变化以保持所有过程输出遵循期望轨迹。本发明的技术益处是更快且更高性能的等级改变。此外，此技术的使用允许自动等级改变包的更容易设立和维护。