[发明专利]基于模型优化和无模型控制的在线集成控制系统

说明书

技术领域

本公开内容一般地涉及控制系统，以及更具体地涉及包括基于模型的控制器的控制系统，基于模型的控制器被配置成修改无模型的控制器的参数。

背景技术

在过去的几十年中，基于模型的优化和控制已经在学术界和工业两者中受到越来越多的关注。这至少部分地由于它们在过程工业中的成功。然而，无模型的策略如比例-积分-微分（PID）控制器在工业应用中仍然很普遍。其它无模型的控制策略如专家系统、模糊逻辑控制器等也用于一些工业应用中。无模型的控制方法的一个缺点是：控制器响应不对未来的系统的潜在响应负责。因而，存在如下需要：使用基于模型的优化策略、使用预测信息增强无模型的控制策略的性能。

发明内容

在一个实施例中，一种控制系统包括无模型的控制器，该无模型的控制器被配置成控制工厂或过程的操作。该控制系统还包括自动化控制器，该自动化控制器可操作地连接用以访问由无模型的控制器控制的工厂或过程的模型。自动化控制器被配置成经由显式优化流程来修改无模型的控制器的参数。

在另一实施例中，非暂态机器可读存储介质包括由处理器可执行的程序指令。程序指令包括用于基于模型的控制模块的指令，该基于模型的控制模块包括由无模型的控制器控制的工厂或过程的模型。程序指令还包括用于参数调整模块的指令，该参数调整模块被配置成基于该基于模型的控制模块的输出来修改无模型的控制器的参数。

在另一实施例中，非暂态机器可读存储介质包括由多核处理器可执行的程序指令。程序指令包括用于无模型的控制模块的指令，无模型的控制 模块被配置成控制工厂或过程的操作。无模型的控制模块由多核处理器的第一处理核执行。程序指令还包括用于基于模型的控制模块的指令，该基于模型的控制模块包括由无模型的控制模块控制的工厂或过程的模型。基于模型的控制模块由多核处理器的第二处理核执行。另外，基于模型的控制模块包括参数调整模块，该参数调整模块被配置成基于该基于模型的控制模块的输出来修改无模型的控制模块的参数。

附图说明

当参照附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将变得更好理解，贯穿所有图，相同的附图标记表示相同的部分，在附图中：

图1是包括可以使用MPC控制器增强的位置PID控制器的控制系统的示意图；

图2是包括可以使用MPC控制器增强的速度PID控制器的控制系统的示意图；

图3是控制系统的示意图，在该控制系统中使用MPC控制器连同PID控制器，如图1和图2中示出的PID控制器；

图4是另一控制系统的示意图，在该另一控制系统中使用MPC控制器连同PID控制器，如图1和图2中示出的PID控制器；

图5是控制系统的示意图，在该控制系统中使用MPC控制器以改进PID控制器的性能，以及其中在被控制的系统的操作期间由MPC控制器修改PID控制器的PID系数；

图6是图5的控制系统的示意图，示出了MPC控制器、PID控制器和参数调整模块的示例性部件；

图7是可以用于MPC控制器中的示例性参数混合模型的示意图；

图8是被配置成相互通信的基于模型的控制器和无模型的控制器的示意图；

图9是具有多核处理器的控制装置的示意图，多核处理器被配置成在多核处理器的不同的处理核中执行基于模型的控制器和无模型的控制器；以及

图10是本文中所描述的实施例所使用的计算上高效的解算器的示例性算法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例针对用于使用基于模型的优化策略、使用预测信息增强无模型的控制策略如比例-积分-微分（PID）控制器的性能的系统和方法。如上面所描述的，无模型的控制策略如PID控制器已经在工业控制应用中变得普遍。这样的控制器已经证实在操作中相当健壮又相对简单。然而，至少部分地由于设计的相对简单，这样的控制器表现某些固有的缺点如不能对被控制的系统的潜在未来的响应负责。