[其他]模式识别自校正控制器

说明书

概括地说，本发明涉及用于控制过程的自适应控制器，更具体的说，是涉及模式识别自校正控制器，其控制器的工作参数随实际的过程状态与所要求的过程状态之差而自动改变，使得控制器特性基本上与动态过程相一致。

在典型的控制环路中，控制器与一个过程相耦合，并且测量诸如温度、流量或水位等过程控制变量，然后以信号形式反馈到该控制器，控制器将该信号与称为设定值的期望值进行比较。响应于误差信号的各种控制器部件产生调节该过程的控制信号，使过程控制的变量保持为期望值。如同我们能够理解的那样，其优点是控制器特性基本上与过程的动态相适应，使得在该过程受到干扰或突然偏离设定值时，整个控制环路基本上保持在其最佳状态。

模式识别自校正控制器自动地调整控制器的工作参数，使得控制器特性按需要改变，以保持控制环路处于其最佳状态。众所周知，模式识别是一种用手动调节控制器工作参数的公知技术。一般来说，在稳态模式下工作的控制系统受到干扰，并检测响应的模式。然后由操作人员将该模式与所期望的模式相比较并修正控制器的设定参数，使这两个模式基本上一致。所以，在具备有关该过程的必不可少的经验和/或知识之前，建立控制器工作参数的尝试法是相当耗时并且费力的。

此外，由于控制器的各种设定值是针对特定的装置和工作条件范围的，所以，需要手动调整以补偿工作条件的改变，工作条件的改变可能是由于设定点的修正，过程负载干扰，或控制系统设备的寿命、磨损和受腐蚀所引起的。为了省去由技术熟练的操作员繁重的手动调整，在提供一种自适应控制器方面已然做出了种种努力，但收效甚微。

为了在许多方面的应用，描述控制环路动态特性的方程是相当复杂的，以致于很难从分析上确定要实现所希望的理想状态采用什么工作参数。所以，分析解经常是根据简化的，减小工作条件范围或无需人介入而控制过程应用次数的假定。

在授与E.H.Bristol的并转让给现在的受让人的美国专利3，798，426中，公开了具有不需操作员的调整能力的一种模式判别自适应控制器，如在该专利中所述的，待控制的过程从诸如局部干扰或设定值的变化中恢复过来时，该控制器根据Bristol的方案检验过程控制变量的起始恢复特性，然后计算各种求值时间间隔。过程控制变量对其希望值的偏离在总的求值间隔上积分并组合产生积分的误差。根据积分误差的大小，当该过程下次受到干扰时，按保证最佳控制作用的要求改变控制器的工作参数。

但是，初始恢复特性与有关的求值间隔的大小之间的关系对整个工作状态并非总是保持不变。虽然Bristol提出的控制器适用于控制复杂的非线性过程，但在需要操作员改变确定求值间隔所采用的准则之前，要限制所控制的状态数目。

因此，需要一种改进的自适应控制器，可以适用于宽的工作条件和/或应用范围。此外，要求将操作员的工作取消或减至最小，尤其是在操作员面临生命危险的情况下。

一种新型的、改进的自校正控制器克服了上述现有技术中的控制环路和控制器的缺点。该自校正控制器包括至少测量过程控制变量的两个特性的检测器，当该过程在工作条件下受到一个干扰时该控制变量特性产生变化。还包括响应于两个特征和按要求改变控制器的工作参数的连接到检测器输出端上的适配器，使得在以后的干扰或变化施加于该过程时，控制环路的响应能与规定的性能准则相一致。

在本发明的优选方案中，控制器为比例-积分-微分（PID）型。当控制器进入控制操作时，检测到超过以噪声带为基准的规定值的误差信号峰值，并用其计算控制环路的闭环响应的阻尼和超调特性。根据超调和阻尼特性的计算值与期望值之差，按所需的PID系数进行变化。同样做出了预适应模式的准备，其中包括控制器评价控制环路的开环响应，确定PID系数的初始值，与该过程近似时间周期有关的最大等待时间和噪声频带。

本发明也适用于控制宽范围的工作条件和应用，并不需操作者介入。本发明也无需积累大量有关将要控制的特定过程的知识。由于本发明评价根据翻转条件的每次过程反应的过程控制变量的特性，对于局部干扰、控制系统设备的寿命、磨损和腐蚀等进行自动地调节。另外，本申请人的发明由测量控制回路的实际性能特征，并与这些特征的期望值进行比较来评价控制环路的特性。因此避免了现有技术中与控制器有关的前述问题，该问题是试图求出描述控制环路的复杂方程的解析解。

对于本发明的上述及其它特点，我们可以通过阅读下面的带有附图的描述，进一步得到充分的理解。

图1A是控制环路的方框图，其中包括根据本发明制造的控制器。

图1B是说明图1A所示的控制器优选方案的电路组成方框图。