[发明专利]基于模型的控制技术中的鲁棒过程模型识别

说明书

技术领域

本公开总地涉及过程控制系统，尤其涉及用于高级控制例程的过程模型开发，比如用在过程控制系统中的模型预测及神经网络控制例程的过程模型开发。

背景技术

过程控制系统-如用于化学、石油或其它过程的分布式过程控制系统或可定标过程控制系统-典型地包括一个过程控制器或多个过程控制器，过程控制器通过模拟总线、数字总线或模拟/数字混合总线彼此通信相连，通信连接至最少一个主机或操作员工作站及一个或更多现场设备。现场设备可能是阀、阀定位器、开关及变送器(例如温度传感器、压力传感器及流率传感器)，它们在过程中发挥功能，如开启或关闭阀及测量过程参数。过程控制器接收显示现场设备所作的过程测量及/或其它与现场设备有关的信息的信号、并使用这些信息来实施控制例程，然后产生控制信号并通过总线传送至现场设备，以控制过程的操作。来自现场设备及控制器的信息典型地用于由操作工作站执行的一项或多项应用，以使操作员能履行任何涉及过程的、需要的功能，比如检视过程的目前情况、修改过程操作、等等。

在过去，传统现场设备的用途是：通过一条模拟总线或多条模拟线、将模拟(如4-20mA)信号发送至过程控制器和从过程控制器接收模拟(如4-20mA)信号。这些4-20mA信号本质上是有限信号，这是由于它们表示设备进行的测量、或表示由控制器产生的需要控制设备操作的控制信号。然而，最近，包括微处理器及内存的智能现场设备在过程控制行业已经很普遍。除了在过程中履行一项基本功能外，智能现场设备存储与设备有关的数据、以数字格式或数字及模拟混合格式与控制器及/或其它设备进行通信，以及履行多项次要任务，如自校准、识别、诊断、等等。许多标准及公开的智能设备通信协议，如(可寻址远程传感器高速通道)协议、(过程现场总线)协议、(工厂仪表世界协议)、(设备网)协议及CAN(控制器局域网络)协议已经被开发，以便使不同生产商制造的智能现场设备可以在同一过程控制网络内一起使用。

此外，过程控制行业内已经采取了分散过程控制功能的行动。例如FieldbusFoundation(现场总线基金会)公布的、被称为FOUNDATIONTMFieldbus(基金会现场总线)(下文中简称Fieldbus)协议的全数字、双线总线协议，利用位于不同现场设备的功能块来执行过去是在一个集中式控制器内执行的控制操作。明确地说，每个Fieldbus现场设备都能包含及执行一个或更多功能块，而每个功能块都从其它功能块(在同一设备内或在不同设备内)接收输入及/或向其它功能块提供输出，而且每个功能块都执行一些过程控制操作，例如测量或检测过程参数、控制设备或执行控制操作，如执行比例积分微分(PID)控制例程。同一过程控制系统内的不同功能块的配置使它们可以与每一功能块通信(例如：通过总线)，以形成一个或更多过程控制回路，其个别操作散布于过程的全部，因此其过程控制功能是分散的。

过程控制器典型地被编程：为过程定义的、或包含于过程内的多个不同回路(例如：流率控制回路、温度控制回路、压力控制回路、等等)的每一回路执行不同算法、子例程或控制回路(这些都是控制例程)。一般而言，这些控制回路中的每种控制回路都包括一个或更多诸如模拟输入(AI)功能块之类的输入块、诸如比例积分微分(PID)控制功能块或模糊逻辑控制功能块之类的单输出控制块，和诸如模拟输出(AO)功能块的单输出块。这些控制回路典型地执行单输入单输出控制，因为控制块生成一个单输出，用于控制一个单过程输入，如阀位置等等。然而，在某些情况下，使用多个独立操作的单输入单输出控制回路并不是很有效；这是由于被控制的过程变量受到超过一个单过程输入的影响，而且每一过程输入事实上可能影响许多过程输出的状态。在这些情况下，使用单输入单输出控制回路可能造成过程输出振荡而一直不能达到稳态条件-这是不合要求的。