專利名稱：具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的現(xiàn)場基地過程控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種低復(fù)雜性和能用于低功率低存儲(chǔ)應(yīng)用的堅(jiān)韌自調(diào)節(jié)的工業(yè)過程控制器，如一現(xiàn)場安裝控制單元。
現(xiàn)場安裝控制單元包括各種各樣器件，如變送器，執(zhí)行裝置，轉(zhuǎn)變器，開關(guān)和獨(dú)立控制器?，F(xiàn)場安裝控制單元用在過程控制系統(tǒng)中去控制過程、測量過程變量和產(chǎn)生表示例如過程變量的輸出用于與過程控制環(huán)路中央控制器或現(xiàn)場控制部件(例如閥門)通信。環(huán)路包括雙線，三線和四線過程控制環(huán)。其它環(huán)路也可使用，例如光和無線電頻率控制環(huán)。
現(xiàn)場安裝控制單元是安裝在電流和電壓被特別限制以提供內(nèi)部安全的場所。該單元經(jīng)常沿環(huán)路被供電。一個(gè)分開的轉(zhuǎn)換器檢測每個(gè)控制過程變量并提供該檢測變量給變送器用于傳送到中央控制器?？刂破骺梢园惭b在中央控制室或在現(xiàn)場與轉(zhuǎn)換器輸出結(jié)合產(chǎn)生合適的輸出信號(hào)。控制輸出信號(hào)典型地沿一分開的控制環(huán)傳送到遠(yuǎn)程執(zhí)行裝置，如閥門，這些執(zhí)行裝置根據(jù)控制輸出信號(hào)控制該過程。在某些應(yīng)用中，控制器為過程控制設(shè)備選擇最恰當(dāng)?shù)闹噶罴?br> 在一種應(yīng)用中，變送器本身包括一種將控制輸出信號(hào)直接提供給遠(yuǎn)程器件的控制功能，從而旁路中央控制器?？刂乒δ苓€可以設(shè)置在其他現(xiàn)場控制部件中，例如閥門。這類控制單元被稱為“靈敏”現(xiàn)場安裝控制單元并且在公開的瓦里沃(Warrior)等的專利號(hào)為5333114的美國專利中較詳細(xì)地描述，可以作為參考。
由在變送器中或中央控制室中由控制器執(zhí)行的控制算法和方程是特別適應(yīng)用于其中使用控制器的過程。有幾個(gè)基本的算法，包括比例(P)，比例積分(PI)比例-微分(PD)和比例-積分-微分(PID)控制算法對(duì)于理想型的PID控制算法，控制算法的性能取決于控制參數(shù)，如分別對(duì)應(yīng)為比例增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間的KP，TI和TD。在一些應(yīng)用中，KP是用比例帶寬參數(shù)PB替換，它是KP的函數(shù)。其它的PID算法也存在，如并聯(lián)和串聯(lián)方程。這些算法有類似于理想型參數(shù)的響應(yīng)參數(shù)。這些控制參數(shù)基于基礎(chǔ)的過程摸型被調(diào)節(jié)去優(yōu)化地操作該過程。
在調(diào)節(jié)控制參數(shù)中最重要的任務(wù)之一是確定初始過程模型和估算相應(yīng)模型參數(shù)。一個(gè)自調(diào)節(jié)過程的摸型，如溫度，流量或壓力控制過程，能經(jīng)常由一個(gè)一階脈沖截止時(shí)間方程確定。一個(gè)非自調(diào)節(jié)過程的模型，如液面控制過程，能由一個(gè)積分方程確定。相應(yīng)的模型參數(shù)是由分配這過程和觀測過程變量中的響應(yīng)來估算的。
一旦過程摸型參數(shù)被確定有幾種調(diào)節(jié)方法適合于調(diào)節(jié)控制參數(shù)。在“齊格勒一尼科爾斯”(Ziegler-Nichols)開環(huán)調(diào)節(jié)方法中，控制變量y(+)是手動(dòng)地或自動(dòng)地控制到一穩(wěn)定狀態(tài)Yss且一階躍函數(shù)被應(yīng)用到控制信號(hào)u(+)。然后由觀測過程變量中的響應(yīng)估算出過程模型參數(shù)。過程模型參數(shù)估算通常對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)值Yss是靈敏的。如果在啟動(dòng)階躍函數(shù)前沒有理想的建立穩(wěn)態(tài)Yss，那么要獲得期望的環(huán)路響應(yīng)是很難的。
在修改的Ziegler-Nichols的頻域(閉環(huán))方法中，一個(gè)中繼反饋信號(hào)被加到穩(wěn)定狀態(tài)控制信號(hào)u(t)＝Us并且在兩個(gè)值之間反復(fù)以限制在估算的頻域參數(shù)(最終周期TU和增益KU)過程變量中周期振蕩。然后根據(jù)基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)公式生成控制參數(shù)，頻率參數(shù)TU和KU的估算也是對(duì)Yss敏感的。此外，負(fù)載和閥門摩擦都使調(diào)節(jié)困難并可能導(dǎo)致少于優(yōu)化調(diào)節(jié)環(huán)路。為了堅(jiān)韌和重復(fù)調(diào)節(jié)的目的，在施加擾動(dòng)到過程之前經(jīng)常需要有予調(diào)節(jié)階段以具有一穩(wěn)態(tài)Yss。該預(yù)調(diào)節(jié)的需要增加了算法的復(fù)雜性和調(diào)節(jié)時(shí)間。如果不是不可能的話，這附加的復(fù)雜性使調(diào)節(jié)難以在具有限制功率、存儲(chǔ)器和計(jì)算能力的應(yīng)用中執(zhí)行一種調(diào)節(jié)算法，例如在現(xiàn)場安裝的控制變送器中。這些方法和其他調(diào)節(jié)方法都已在由Addison-Wesley(1989)出版的K.Astron和B.wittenmark的自適應(yīng)控制中第8章中描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的過程控制系統(tǒng)包括一個(gè)具有過程變量輸入端和控制輸出端的控制器?？刂破髟诳刂戚敵龆水a(chǎn)生一個(gè)控制輸出信號(hào)作為在過程變量輸入端接收的測量的過程變量的函數(shù)。一個(gè)自調(diào)器連接到控制器。該自動(dòng)調(diào)節(jié)器激勵(lì)這過程，基于在測量過程變量中的上升截止時(shí)間、上升變化率、下降截止時(shí)間和下降變化率估算一個(gè)過程模型并且隨后基于該過程模型調(diào)節(jié)對(duì)于該過程的控制器函數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)器獲得堅(jiān)韌結(jié)果，而且計(jì)算簡單以致這個(gè)電路能在低功率和低存儲(chǔ)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，例如在變送器或現(xiàn)場安裝的控制單元的閥門中。
自動(dòng)調(diào)節(jié)器能構(gòu)造成為自調(diào)節(jié)過程和非自調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)控制函數(shù)。在一實(shí)施例中，自動(dòng)調(diào)節(jié)器包括一個(gè)用于接收用戶定義性能系數(shù)的性能輸入。自動(dòng)調(diào)節(jié)器基于過程模型和性能系數(shù)調(diào)節(jié)控制函數(shù)。該性能系數(shù)能夠被選擇以提主動(dòng)的、恒定的和臨界阻尼的性能。這自動(dòng)調(diào)節(jié)器能用于為如P，PI，PD，PI D控制函數(shù)和各種其它類型的控制函數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)。
該過程控制系統(tǒng)還能包括一個(gè)觸發(fā)器電路，該觸發(fā)器電路隨著一個(gè)接收的觸發(fā)命令、實(shí)時(shí)時(shí)鐘輸出、或該過程的觀測的函數(shù)觸發(fā)自動(dòng)調(diào)節(jié)器。
附圖簡介

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的液面控制圖。
圖2是圖1中所示一變送器的方框圖，其中包括一個(gè)控制單元。
圖3是本發(fā)明的一個(gè)過程控制系統(tǒng)圖。
圖4示出了本發(fā)明非自調(diào)節(jié)過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)階段和閉環(huán)控制階段的波形圖。
圖5示出了自調(diào)節(jié)過程中的自調(diào)節(jié)階段的波形圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具有一控制單元的閥門的方框圖。
實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明是一個(gè)具有堅(jiān)韌的自動(dòng)調(diào)節(jié)特性的過程控制系統(tǒng)，其操作運(yùn)算簡單以致于該系統(tǒng)能夠在一個(gè)過程控制系統(tǒng)中的一個(gè)低功率的現(xiàn)場安裝的控制單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
圖1是一個(gè)使用本發(fā)明的一過程控制系統(tǒng)的一實(shí)施例圖。該過程控制系統(tǒng)包括主控制器10，變送器12，水箱14，輸入閥門16和輸出閥門18。主控制器10通過雙線控制環(huán)20接到變送器12和輸入閥門16。環(huán)路20可以包括一個(gè)4-20mA或者10-50mA的電流環(huán)，例如，環(huán)路允許主控制器10，變送器12和閥門16通過變化環(huán)路里的電流大小互相通信。在替代的其它實(shí)施例中，主控制器10，變送器12和閥門16中用變化的電壓大小在環(huán)路上相互通信。同樣地，主控制器10和變送器12以載波調(diào)制方式沿環(huán)路進(jìn)行數(shù)字通信，如哈特(HART)協(xié)議。
也能采用其它的數(shù)字通信，包括一個(gè)由幀總線協(xié)會(huì)現(xiàn)在正采用的幀總線標(biāo)準(zhǔn)。換句話說，環(huán)路20傳送如ED協(xié)議的基帶調(diào)制數(shù)字信號(hào)。此外，主控制器10和變送器12可以通過單的或雙光纖光學(xué)地或用無線電頻率相互通信。光纖控制電路的實(shí)例如在美國的專利號(hào)是No.5258868的專利中所公開的，這里被作為參考。
主控制器10包括一個(gè)控制器22和一個(gè)給環(huán)路提供電源和控制的電源23。主控制器10可以安裝在中央控制室或與變送器12一起安裝在位于遠(yuǎn)距離的地方。主控制器10，變送器12和閥門16能以如在瓦里沃(Warrior)等的美國專利No.5,333,114中較詳細(xì)地討論的可變結(jié)構(gòu)方式相互連接。
圖1所示的實(shí)施例中，流過環(huán)路12的電流的大小表示一個(gè)控制輸出u(t)，該輸出是通過控制閥門16的位置控制水箱14的流入流量。變送器12最好包括能從主控器10接替環(huán)路20的操作和提取電流量的自控制功能去調(diào)節(jié)控制輸出量u(t)。閥門18的位置控制水箱14的流出量。閥門18是由變送器26經(jīng)雙線過程控制環(huán)路28提供的閥門控制信號(hào)o(t)來調(diào)節(jié)的，其環(huán)路28是與環(huán)路20以級(jí)聯(lián)的方式并聯(lián)接到環(huán)路20(如圖虛線所示)。這種并接的結(jié)構(gòu)被稱為多站結(jié)構(gòu)。閥門的控制信號(hào)o(t)還可以由一分開的連接到變送器12或主控制器10的環(huán)路提供。
連接到水箱14的傳感器24用作水箱液面的測量，液面高度的變化率dy(t)/dt是閥門16和閥門18的位置函數(shù)。控制輸出量u(t)“直接作用”于過程變量y(t)，因?yàn)閡(t)的一個(gè)增加引出y(t)的一個(gè)增加。信號(hào)o(t)對(duì)于過程變量y(t)有“反向作用”，因?yàn)閛(t)的增加導(dǎo)致y(t)減少。傳送器24可為任意適用的傳感器，如象絕對(duì)或差分壓力傳感器，超聲波或微波傳送的。其它能夠產(chǎn)生表示水箱液面高度的的傳送器均可采用。圖1表示的液面控制系統(tǒng)是一個(gè)非自調(diào)節(jié)過程的實(shí)例。本發(fā)明也能夠用于自調(diào)節(jié)過程和其他非自調(diào)節(jié)過程。
圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的變送器12的方框圖。變送器12是一個(gè)“靈敏”變送器，它具有計(jì)算能力，例如象微處理器所執(zhí)行的。變送器12包括一個(gè)堅(jiān)固的防爆的外殼34用于現(xiàn)場安裝，輸入端子36，輸出端子38，輸入-輸出電路40，解調(diào)器42，數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器44，調(diào)制器46，微處理器48，模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器50，過程變量傳感器52，時(shí)鐘電路54和存貯器56。時(shí)鐘電路54聯(lián)接到微處理器48使微處理器按順序操作。
輸入端子36與主控制器10(如圖1所示出)相接，而輸出端38與閥門16(也在圖1中示出)相接。輸入-輸出電路40接于輸入端36和輸出端38之間。電路40包括輸入濾波電路70，電壓調(diào)節(jié)器72，以串聯(lián)方式相互在環(huán)路20中相連接的電流變換器74和電流變換器76。輸入-輸出電路40在輸入端36從環(huán)路20接收過程信號(hào)并且在輸出端38提供控制輸出信號(hào)u(t)作為過程信號(hào)的函數(shù)。輸入-輸出電路40中的電壓調(diào)節(jié)器72從環(huán)路20接入電源并且為變送器12的所有各種元件提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓。
用于產(chǎn)生控制輸出u(t)的過程信號(hào)包括所期望的過程狀態(tài)設(shè)定值表示、由過程產(chǎn)生的過程變量、用于運(yùn)行微處理器48的命令和全部或部分指令集、用于控制微處理器48的相關(guān)術(shù)語和主控制器10所要求的各種狀態(tài)。輸入濾波電路70接收過程信號(hào)并將該信號(hào)傳至解調(diào)器42。解調(diào)器42解調(diào)來自電流環(huán)路的調(diào)制的過程信號(hào)并且給微處理器48提供相應(yīng)的數(shù)字信息。如果需要，該信息可以存貯在存貯器56中。
微處理器還接收來自過程變量傳感器52的過程信號(hào)。傳感器52測得過程變量y(t)，如圖1所示的液面高度，并將該變量提供給為微處理器48數(shù)字化該測量的A/D變換器50。然后測量過程變量可以存入存儲(chǔ)器56用作分析或者沿環(huán)路20傳送回主控器10。微處理器48通過調(diào)制這個(gè)信息到環(huán)路20上的調(diào)制器46和電流變換器76傳送數(shù)字信息給主控制器10。在替代的一實(shí)施例中，傳感器52和A/D變換器50是處于變送器12的外面。在這個(gè)實(shí)施例中，由傳感器52測得的過程變量與來自不同傳感器的其它過程變量一起沿著環(huán)路20與微處理器48聯(lián)通。
電流變換器74通過調(diào)節(jié)流過環(huán)路20的電流的大小來調(diào)節(jié)控制輸出u(t)。微處理器48基于控制算法或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器56中的軟件程序經(jīng)過D/A變換器44控制電流變換器74而作為所測過程變量y(t)，存儲(chǔ)的控制參量和自主控制器10接收的指令的一個(gè)函數(shù)。例如，主控制10可以提供一個(gè)設(shè)定值YSET或其它的命令給微處理器48，這將指示該微處理器去調(diào)節(jié)控制輸出u(t)以使控制變量y(t)接近設(shè)置值YSET。
根據(jù)本發(fā)明，存儲(chǔ)器56還包括一種自動(dòng)調(diào)節(jié)算法或軟件程序，該軟件調(diào)節(jié)由控制算法所有的控制參數(shù)與控制過程相匹配。自動(dòng)調(diào)節(jié)算法使微處理器48在整個(gè)時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)控制輸出u(t)并且觀測過程變量y(t)的響應(yīng)。從這個(gè)響應(yīng)中，微處理器48可為過程估算模型參數(shù)并且用這模型參數(shù)去計(jì)算期望的控制參數(shù)。
這種通信方法以及參看圖2討論的變送器的連接僅僅是做為例子提供的。其它的結(jié)構(gòu)也能夠采用，例如在美國專利No.5333114中所描述的那些。
自動(dòng)調(diào)節(jié)圖3是本發(fā)明的一實(shí)施例中自動(dòng)調(diào)節(jié)和由微處理器48執(zhí)行的控制功能的圖解，控制系統(tǒng)100包括一個(gè)求和節(jié)點(diǎn)102，PID控制器104，調(diào)節(jié)電路106，開關(guān)節(jié)點(diǎn)108和過程模塊110。對(duì)于一個(gè)“直接作用”控制輸出，一個(gè)過程變量設(shè)置值YSET提供給求和節(jié)點(diǎn)102的一個(gè)正的輸入而測量的過程變量y(t)是提供給求和節(jié)點(diǎn)102的一個(gè)負(fù)的輸入。對(duì)于一個(gè)“反相作用”的控制輸出(圖中沒有顯示出)YSET給求和節(jié)點(diǎn)102提供一個(gè)負(fù)的輸入而y(t)給求和節(jié)點(diǎn)102提供一個(gè)正的輸入。求和節(jié)點(diǎn)102的輸出形成一個(gè)表示設(shè)置值YSET和測得過程變量y(t)之間差值的誤差信號(hào)e(t)。誤差信號(hào)e(t)輸入到PID控制器104。PID控制器104包括一個(gè)比例增益模塊112，一個(gè)積分模塊114和一個(gè)微分模塊116。在替代的實(shí)施例中(未示出)，被測過程變量y(t)直接提供給微分模塊116，與經(jīng)過求和節(jié)點(diǎn)102提供的正相反。模塊112，114和116的輸出提供給求和節(jié)點(diǎn)118正的輸入。在閉環(huán)控制中，求和節(jié)點(diǎn)118的輸出提供輸出u(t)到控制過程110。PID控制器104的基本功能由方程式1定義

式中Kp，TI和Td是決定PID控制器104特性的可調(diào)節(jié)控制參數(shù)。這些個(gè)控制參數(shù)是可以根據(jù)本發(fā)明調(diào)節(jié)或者修改使之在過程控制中的予處理階段或者任意點(diǎn)上與過程處理模塊110的特性相匹配。
調(diào)節(jié)電路106包括調(diào)節(jié)控制電路122，激勵(lì)電路124，過程模型估算電路126和控制參數(shù)規(guī)則電路128。調(diào)節(jié)控制電路122連接激勵(lì)電路124，過程模型估算電路126和控制參數(shù)規(guī)則電路128去控制調(diào)節(jié)電路106的整體功能。激勵(lì)電路124提供一個(gè)隨時(shí)間變化的開環(huán)激勵(lì)信號(hào)經(jīng)由開關(guān)節(jié)點(diǎn)108到過程模塊110。該激勵(lì)信號(hào)在開環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)階段用作控制輸出信號(hào)。開關(guān)節(jié)點(diǎn)108可以是一個(gè)實(shí)際的開關(guān)，或者也可以是來自一個(gè)算法或軟件程序到下一級(jí)的變換控制。然后模型估算電路126觀察在測量的過程變量y(t)中的響應(yīng)并產(chǎn)生過程模塊110的控制模型，下面將會(huì)給出更詳細(xì)的描述。這個(gè)模型提供給控制參數(shù)規(guī)則電路128用于以選定的一組調(diào)節(jié)規(guī)則為基準(zhǔn)為PID控制器104調(diào)節(jié)控制參數(shù)。然后該過程模型和調(diào)節(jié)控制參數(shù)被存入儲(chǔ)器56中(圖2)并且通過過程控制環(huán)路36提供給主控制器10去優(yōu)化該過程控制的監(jiān)控或級(jí)聯(lián)控制。本過程模型可提供給其他的級(jí)聯(lián)器件用于附加的調(diào)節(jié)過程。
調(diào)節(jié)電路106還包括一個(gè)觸發(fā)電路134，一個(gè)調(diào)節(jié)報(bào)警電路136和一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘138，它們可以分別或給合一體地聯(lián)接到調(diào)整控制電路122。觸發(fā)電路134觸發(fā)調(diào)節(jié)控制電路122用以基于由觸發(fā)器輸入140報(bào)警電路136或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘電路138提供的觸發(fā)信號(hào)執(zhí)行本發(fā)明自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。觸發(fā)器輸入140是由微處理器48響應(yīng)由主控制器10通過過程控制環(huán)路36所提供的命令所提供的。這些命令可依據(jù)用戶需要或者主控制器10的要求而啟動(dòng)。換句話說，實(shí)時(shí)時(shí)鐘138可以根據(jù)所選定的時(shí)間周期觸發(fā)自動(dòng)調(diào)整功能，例如每半小時(shí)一個(gè)周期。在替代的實(shí)施例中，實(shí)時(shí)時(shí)鐘138可與主控制器10結(jié)為一體，并沿過程控制環(huán)路36提供觸發(fā)信號(hào)到觸發(fā)輸入140。
調(diào)節(jié)警報(bào)電路136經(jīng)由觸發(fā)輸出142觸發(fā)自動(dòng)調(diào)整功能。在閉環(huán)控制階段，調(diào)節(jié)控制電路122觀察e(t)，u(t)和Y(t)并且被動(dòng)地經(jīng)由電路126和128計(jì)算新的控制參數(shù)。調(diào)節(jié)報(bào)警電路136將該新計(jì)算量與原先存貯的過程控制參數(shù)相比較。如果二個(gè)計(jì)算量之間的差大于一特定的范圍，調(diào)節(jié)報(bào)警電路136經(jīng)由觸發(fā)電路134觸發(fā)自動(dòng)調(diào)整功能，或者經(jīng)由報(bào)警輸出144通知用戶或主控制器10。調(diào)節(jié)報(bào)警電路136還用過程模塊通過適合模型方程(如下討論)的y(t)和u(t)的電流值來被動(dòng)較準(zhǔn)過程模型估值以看模型是否正確。假如該模型不正確，電路136觸發(fā)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能或者在輸出144上發(fā)出報(bào)警。電路136還可在過程模塊里設(shè)置值變化或一主要干擾之后監(jiān)視e(t)和y(t)，而且假設(shè)沒給出所要求的性能(例如臨界阻尼)發(fā)出一個(gè)報(bào)警。例如，誤差信號(hào)e(t)的平方的積分或者誤差的絕對(duì)值積分可以與存貯器56中貯存的門限值相比較。假如該誤差積分超過這門限值，電路136發(fā)出報(bào)警。此外電路136在調(diào)節(jié)階段監(jiān)視y(t)。假如y(t)不響應(yīng)或不正確響應(yīng)，電路136在輸出144產(chǎn)生一調(diào)節(jié)失敗報(bào)警。用戶便可采取行動(dòng)來糾正自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，如改變UMIN，UMAX設(shè)定數(shù)值或改變下面所述的一性能系數(shù)α。
圖4是控制輸出u(t)和過程變量y(t)的波形圖解。自動(dòng)調(diào)整階段一旦啟動(dòng)，調(diào)節(jié)控制電路122就對(duì)e(t)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視以判斷Y(t)究竟是高于還是低于YSET。假如e(t)是負(fù)的，y(t)就是高于YSET，控制環(huán)路被開關(guān)節(jié)點(diǎn)108打開而激勵(lì)電路124迫使u(t)在時(shí)間t0點(diǎn)輸出一個(gè)用戶設(shè)定的最小控制輸出值UMIN以使y(t)趨向YEST。而后調(diào)節(jié)控制電路122監(jiān)視e(t)，一旦e(t)低于所設(shè)定的誤差電平的門限，激勵(lì)電路124就在時(shí)間tR點(diǎn)給過程模塊110施加一個(gè)用戶設(shè)定的最大控制輸出值Umax以致y(t)開始增加。在時(shí)間tMAX，y(t)增加最大。在時(shí)間tF，最小控制輸出值UMIN再次加到過程處理器110使得y(t)開始減小。在時(shí)間tMAX，y(t)最大減小。在時(shí)間tA，自動(dòng)調(diào)節(jié)階段結(jié)束而過程控制系統(tǒng)100成為一閉合PID控制環(huán)，該環(huán)調(diào)節(jié)u(t)使得過程變量達(dá)到設(shè)置值y(+)＝Y(jié)SET.
假如e(t)信號(hào)的符號(hào)在時(shí)間t0為正，那么激勵(lì)波形u(t)(如圖4所示)將被簡單倒置。激勵(lì)電路124將輸出u(t)＝UMAX使得y(t)上升趨向YSET，那么u(t)＝UMIN致使y(t)下降然后u(t)＝Umax致使y(t)再次上升。
在自動(dòng)調(diào)節(jié)階段，由于控制輸出u(t)隨時(shí)間的變化，故調(diào)節(jié)電路106具有用重復(fù)的和堅(jiān)韌結(jié)果準(zhǔn)確地估計(jì)全部系統(tǒng)參數(shù)的能力以使PID控制器104提供所期望的性能。根據(jù)本發(fā)明調(diào)節(jié)電路106可以設(shè)置成用于為非自調(diào)節(jié)和自調(diào)節(jié)過程中估算過程模型參數(shù)。
非自調(diào)節(jié)過程圖1所示的液面過程控制器是非自調(diào)節(jié)過程控制的一個(gè)例子。非自調(diào)節(jié)過程控制是只要控制信號(hào)u(t)不等于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)值Uss，在該過程控制中所測得的過程變量y(t)將持續(xù)增加或減小的一個(gè)過程(即，在液面過程控制中輸入和輸出流量是不等的)。圖1所示的液面過程控制器的液面平衡方程如下所示

方程2假設(shè)閥門16和閥門18是線性的并且忽略排出壓力對(duì)閥門的作用。L是本系統(tǒng)的截止時(shí)間，而m1和m2是相對(duì)于流入和流出水箱14的水流量除以水箱14的面積而得的常數(shù)。
當(dāng)控制輸出u(t)處于穩(wěn)定狀態(tài)Uss，則截止時(shí)間作用消失，

當(dāng)y(t)處于最大增長時(shí)(參看圖4)，u(t)=UMAX，則

類似地，當(dāng)y(t)處于最大遞減時(shí)(參看圖4)，u(t)=UMIN，則

方程4除以方程5，可得如下數(shù)學(xué)關(guān)系

過程變量y(t)的上升截止時(shí)間LR和下降截止時(shí)間LF(參看圖4)表示如下LR=tMAX-tR-y(tMAX)-yMINRR]]>

式中，y(tMAX)是在當(dāng)Y(t)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)達(dá)到正向最大時(shí)的時(shí)間tMAX時(shí)的過程變量相關(guān)似地y(t_MAX)是在y(t)的時(shí)間導(dǎo)致達(dá)到負(fù)向最大時(shí)的時(shí)間t-MAx。YMIN項(xiàng)是在時(shí)間TR和tF之間y(t)的最小值，而YMAX項(xiàng)是在tF至tA時(shí)間段之間y(t)的最大值。通過方程4-5和7-8，過程模型估計(jì)電路126計(jì)算LR、LF，RR和RF。
從方程4-5和6-8，可以估算過程模型參數(shù)UEST(穩(wěn)定狀態(tài)估值Uss)，m1和L如下UEST=RRUMIN+RFUMAXRR+RF]]>

L＝max(LR，LF)為允許結(jié)果PID功能對(duì)最壞的情況補(bǔ)償，整個(gè)系統(tǒng)截止時(shí)間L由方程11估算作為LR和LF的最大值。按照方程9-11，過程控制模型估算電路126估算過程模型參數(shù)UEST，m1和L。方程式9-11能容易地通過交換UMAX和UMIN修改去估算系統(tǒng)是反相作用的一過程。這些過程模型參數(shù)按照選定的規(guī)則提供給調(diào)節(jié)控制參量Kp、TI和TD的控制參量規(guī)則電路128，下面會(huì)更詳細(xì)討論。
未濾波的過程變量y(t)可能是噪聲太大而不能產(chǎn)生重復(fù)調(diào)節(jié)參數(shù)。盡管有幾種適宜的方法處理一個(gè)噪聲過程變量，本發(fā)明最好采用一個(gè)低通濾波器130(還可以稱為動(dòng)態(tài)濾波器或用戶衰減濾波器)接到過程控制110的輸出。用低通濾波器130，過程模型估算電路126通過運(yùn)用方程9-11提供堅(jiān)韌的模型估算參數(shù)UEST，m1和L。
在替代的實(shí)施例中，方程組4-5和7-8用如下方程組置換以便改進(jìn)降低噪音并得到更可靠的結(jié)果，在整個(gè)采樣周期T內(nèi)，過程變量中的變化RR的上升率可定義為RR1=ml(UMAX-USS),whereRR1=dy(t)dtatt=tMAX]]>

RRN=ml(UMAX-USS),whereRRN=dy(t)dtatt=tMAX+(N-1)T]]>因?yàn)榉匠?2中所有的RR′對(duì)應(yīng)于同樣的控制信號(hào)UMAX，所以這些RR′可以根據(jù)如下數(shù)學(xué)描述求平均為更好的RR近似值，以使在估算常數(shù)ml中最小均方誤差減到最小

相類似地，下列方程用于下降方向

這上升和下降截止時(shí)間LR和LF由方程組7-8估算。
控制參數(shù)規(guī)則電路128根據(jù)選定的一組規(guī)則為PID控制器104調(diào)節(jié)控制參數(shù)。雖然根據(jù)本發(fā)明可采用任意合適的規(guī)則組，但電路128最好包含有內(nèi)部的基本模型控制(IMC)調(diào)節(jié)規(guī)則。用方程組9-11，用很低復(fù)雜性計(jì)算就能估算出過程模型參數(shù)。用IMC調(diào)節(jié)規(guī)則可推出與PID控制器相符的控制參數(shù)

TT＝2τ+LTD=τL+L2/42τ+L]]>式中KP，TI和TD分別是PID控制器104的比例增益，積分時(shí)間和微分時(shí)間，而τ是一個(gè)期望的閉合環(huán)路響應(yīng)時(shí)間常數(shù)。對(duì)于P，PI和PD控制器的控制參數(shù)與在方程15和16中參數(shù)有細(xì)微的差別，這差別可以在積分模型控制，PLD控制器設(shè)計(jì)中找到，25，ind.Eng.chem.Process Des.Dev.252-65(1986)。根據(jù)本發(fā)明，時(shí)間常數(shù)τ定義為性能參數(shù)α的函數(shù)，這里τ＝αL 方程18性能系數(shù)α最好設(shè)置在1/2和3之間以復(fù)蓋期望的性能等級(jí)。例如α＝1產(chǎn)生臨界阻尼閉環(huán)響應(yīng)。一個(gè)較小的α產(chǎn)生活躍的較快的響應(yīng)，而較大的α產(chǎn)生穩(wěn)定的較慢的響應(yīng)。將方程21代入方程18-20，相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)控制系數(shù)變成KP=4mlTI]]>TT＝(2α+1)L

因此PID調(diào)節(jié)控制參數(shù)Kp，TI和TD能由控制參數(shù)規(guī)則電路128用低運(yùn)算復(fù)性方法來計(jì)算。性能系數(shù)α經(jīng)由輸入132和控制電路122提供給電路128。在圖2所示的實(shí)施例中，性能系數(shù)α由主控制器10作為一個(gè)調(diào)制到環(huán)路20上的數(shù)字值提供給微處理器48。
在替代的實(shí)施例中，過程模型估算電路126與控制參數(shù)規(guī)則電路128結(jié)合在一起而控制參數(shù)作為LR、LF、RR和RF的函數(shù)直接計(jì)算。過程模型參數(shù)方程并入控制參數(shù)方程致使過程模型參數(shù)不需分開計(jì)算。
在上述討論中，過程控制假設(shè)是線性的。對(duì)于非線性的過程控制，如一個(gè)具有非線性閥門特性和閥門上水頭壓力影響的過程，在正常閉合環(huán)路控制中在時(shí)序tA的結(jié)合點(diǎn)，實(shí)際穩(wěn)定狀態(tài)的閥門位置能夠用方程式10和15中的估算值UEST來代替而獲得一個(gè)更可靠的性能。
自調(diào)節(jié)過程過程模型估算電路126(如圖3中所示)還能設(shè)計(jì)構(gòu)成用于估算一個(gè)如熱交換器溫度，流量和壓力控制過程這樣的自調(diào)節(jié)過程的過程模型參數(shù)。大多數(shù)自調(diào)節(jié)過程能夠由下面一階脈沖截止時(shí)間方程來建立數(shù)學(xué)模型

式中過程模型參數(shù)L，TC和Ks分別地表示過程的截止時(shí)間，時(shí)間常數(shù)和過程靜態(tài)增益。
過程模型參數(shù)通過應(yīng)用圖5所示的開環(huán)控制圖形u(t)來估算。如在非自調(diào)節(jié)過程中那樣，本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)電路將過程模型參數(shù)分別以上升方向和下降方向來建立最壞使用性能模型。
當(dāng)u(t)＝UMAX，且y(t)為增長(dy(t)/dt＞0)并假設(shè)截止時(shí)間L已經(jīng)過去時(shí)，認(rèn)為上升方向，從時(shí)間tMAX到時(shí)間tF，可得如下方程TRRR1+y1＝KRUMAXTRRR2+y2＝KRUMAX方程23…TRRRN+yB＝KRUMAX式中TR和KR是在上升方向時(shí)間常數(shù)和穩(wěn)定過程增益而N是y(t)在上升方向的抽樣數(shù)目。RRN是在tMAX后在第n個(gè)抽樣處的y(t)的變化率，可定義為

式中T的抽樣周期，上面方程的矩陣形式如下

這個(gè)方程能夠在用方程式25左手邊的矩陣的偽轉(zhuǎn)置矩陣最小化最小均方誤差的同時(shí)解出以估算TR和KP。這能夠用方程26修改上面的方程做到

其結(jié)果為

從方程27可導(dǎo)出如下估算

同樣的方法可以推導(dǎo)出如用在非自調(diào)節(jié)過程中的上升系統(tǒng)截止時(shí)間LR

式中RR1是y(t)在采樣數(shù)目n＝1時(shí)的上升變化率。
在下降方向，u(t)＝UMIN而y(t)在減少(dy(t)＜0)。用類似的方程來估算下降方向的時(shí)間常數(shù)TF，靜態(tài)增益KF和截止時(shí)間LF，如下所示

LF=t-MAX-tF-y(t-MAX)-yMAXRF1]]>式中RF1是y(t)在采樣n＝1時(shí)的下降變化率。
在操作中，從時(shí)間tR至tF，過程模型估算電路126(圖3)根據(jù)方程32估算LR，并統(tǒng)計(jì)方程28中的變量∑RRn，∑RRn2，∑yn和∑ynRRn。從時(shí)間tF到tA，電路126根據(jù)方程34估算LF并統(tǒng)計(jì)方程33中的變量∑RFn，∑R2Fn、∑yn和∑ynRFn。
典型的過程在上升方向和下降方向行為不同。例如，在溫度控制應(yīng)用中，因?yàn)檫^程中吸熱和放熱反應(yīng)而過程會(huì)顯示這種行為。不論上升方向或下降方向情形中任意選擇過程模型參數(shù)有時(shí)會(huì)導(dǎo)致非期望的閉環(huán)控制執(zhí)行。本發(fā)明的過程模型估算電路獲得得更堅(jiān)韌的PID控制執(zhí)行。首先，采用強(qiáng)的低通濾波器防止噪聲以免破壞微分信號(hào)dy(t)/dt。其次，過程模型參數(shù)通過電路126按下列方程估算KS＝max(KR，KF)TC＝min(TR，TF) 方程32-34L＝max(LR，LF)一旦用于一階脈沖截止時(shí)間過程方程的過程模型參數(shù)被估算得出，P，I和D控制參數(shù)可作為n個(gè)存在的調(diào)節(jié)規(guī)則的函數(shù)來調(diào)節(jié)。例如，已找出下列的內(nèi)部模型控制(IMC)調(diào)節(jié)規(guī)則，用于給出較好的PID控制性能KP=2TC+LKS(2τ+L)]]>

TD=TCL2TC+L]]>式中KP，TI和TD分別為比例增益，積分時(shí)間和求導(dǎo)時(shí)間。正如非自調(diào)節(jié)過程一樣，閉環(huán)時(shí)間常數(shù)λ定義為性能系數(shù)α的函數(shù)，即τ＝αL方程38如上討論，性能系數(shù)α最好是分布在1/2和3之間。方程34保證最大閉環(huán)時(shí)間常數(shù)τ。對(duì)于給定性能系數(shù)α方程32和33保證最小可能比例增益Kp。
本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)電路還可在一個(gè)閥門控制單元中執(zhí)行。圖6類似于圖2是一個(gè)閥門控制單元160的方框圖，設(shè)單元包括輸入濾波電路162，電壓穩(wěn)壓器164，可調(diào)電流變換器166，電流轉(zhuǎn)換器168，解調(diào)器170，A/D變換器172，調(diào)制器174，微處理器176，存貯器178，時(shí)鐘電路180，D/A變換器182和執(zhí)行裝置184。電路162，穩(wěn)壓器164和電流轉(zhuǎn)換器168以串聯(lián)的方式與過程控制環(huán)路186相接用于接收來自環(huán)路所測的過程變量y(t)和調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如設(shè)置值YSET。
解調(diào)器170解調(diào)數(shù)據(jù)并提供該數(shù)據(jù)給微處理器176進(jìn)行分析。穩(wěn)壓器164從環(huán)路上接收電力并提供一穩(wěn)定電壓給閥門控制單元160的部件供電。電流轉(zhuǎn)換器168測量環(huán)路186上的模擬電流值y(t)，由A/D變換器172變換這模擬值y(t)到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)給微處理器176。微處理器176采用經(jīng)過變換器166由調(diào)制器174調(diào)制的電流沿環(huán)路186傳送該數(shù)據(jù)，比如按HART協(xié)議。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器178中的自調(diào)節(jié)算法，控制算法，過程模型和調(diào)節(jié)參數(shù)用于設(shè)定微處理器176經(jīng)過D/A變換器182做為測量過程變量y(t)和設(shè)置YSET的函數(shù)去控制執(zhí)行裝置184。
本發(fā)明的自調(diào)節(jié)電路具有若干已有調(diào)節(jié)技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)。該自調(diào)節(jié)電路僅僅用簡單的計(jì)算就產(chǎn)生精確的模型參數(shù)。這種簡單計(jì)算得自調(diào)節(jié)電路以低功率和低存貯應(yīng)用方式實(shí)現(xiàn)，例如在現(xiàn)場安裝的控制單元中。一個(gè)4-20mA的電流環(huán)(在信號(hào)范圍減少后)提供功率給單元中全部電子元器件僅僅幾個(gè)毫安。這限制了器件的復(fù)雜性和存貯空間。例如一個(gè)典型的變送器中存貯器會(huì)受限于8-64K字節(jié)。
本發(fā)明的自調(diào)節(jié)電路不需要多的用戶交互。不象齊格勒-尼科爾斯(Zie91er-Nichols′)開環(huán)測試，本發(fā)明的自調(diào)節(jié)電路不需要用戶在開環(huán)測試運(yùn)行前建立一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)而還有能力去確定該穩(wěn)定條件。用戶通過提供初始變量(如所期望UMAX和Umin電平)建立調(diào)節(jié)過程。選擇期望的性能參數(shù)α然后初始化自調(diào)節(jié)過程。
本發(fā)明的自調(diào)節(jié)電路可以用手動(dòng)操作或自動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)，還可以在系統(tǒng)初始化時(shí)刻或任何其他用戶想要調(diào)節(jié)環(huán)路的時(shí)候工作在測試階段。對(duì)于自動(dòng)操作，自調(diào)節(jié)電路能夠引導(dǎo)過程變量接近設(shè)置值并且不用人為的干涉自動(dòng)地開啟調(diào)節(jié)運(yùn)行。對(duì)于手動(dòng)操作，用戶引導(dǎo)過程變量接近設(shè)置值然后通過主控制器10初始化調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的自調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生過程的引導(dǎo)干擾。不象基于調(diào)節(jié)的閉環(huán)中繼控制或其他頻率域技術(shù)，本發(fā)明可以限制在一個(gè)指定范圍內(nèi)操作。例如，有些用戶可能建議u(t)干擾只能是滿刻度的10％和75％。自自調(diào)節(jié)電路是簡單的，用戶界面友好的，可重復(fù)的和堅(jiān)韌的。它可以用來調(diào)節(jié)控制參數(shù)為P，PI，PD，PID和其他類型的控制器如象模糊邏輯控制器。合適的模糊邏輯控制器由J.Quin在“自調(diào)節(jié)模糊邏輯控制”一文中描述，發(fā)表在馬里蘭巴爾的摩(Baltmore Maryland)，1994年ACC年會(huì)文集中，在此被作為參考。
盡管本發(fā)明參照提出較佳的實(shí)施例已經(jīng)描述，在技術(shù)上熟練的人們將認(rèn)識(shí)到在形式和細(xì)節(jié)上可做的變化是沒有脫離本發(fā)明的精神與范圍的。調(diào)節(jié)電路可以通過編程計(jì)算機(jī)計(jì)算存在存貯器里的算法和軟件程序?qū)崿F(xiàn)，例如用微處理器。在替代的實(shí)施例中，電路通過數(shù)字或模擬硬件實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)電路可以安裝于變送器中，閥門中或主控制器10中。主控制器10可以安裝于中央控制室內(nèi)，遠(yuǎn)距離安裝在靠近變送器或閥門在委托域內(nèi)用于聯(lián)接變送器的手持配置器內(nèi)。調(diào)節(jié)電路可以在不同的計(jì)算階段估算模型參數(shù)和調(diào)節(jié)控制參數(shù)或者將過程模型參數(shù)方程合并到控制參數(shù)方程內(nèi)以致于只有一個(gè)計(jì)算步驟。根據(jù)本發(fā)明還可以采用其他的配置。
權(quán)利要求
1.一個(gè)過程控制裝置用于通過作為所測過程變量的函數(shù)的控制輸出信號(hào)去控制一個(gè)過程，其特征在于它包括具有控制變量輸入和輸出的控制裝置，其中該控制裝置對(duì)應(yīng)于從過程變量輸入端接收的測量過程變量和基于控制功能參數(shù)，在控制輸出產(chǎn)生控制輸出端信號(hào)；和調(diào)節(jié)裝置，它包括用于產(chǎn)生一個(gè)在整個(gè)時(shí)間上有上升和下降的激勵(lì)信號(hào)的具有一個(gè)激勵(lì)輸出耦合到控制輸出的激勵(lì)裝置；估算裝置，其對(duì)應(yīng)激勵(lì)信號(hào)計(jì)算被測過程變量中一個(gè)上升截止時(shí)間LR，一個(gè)下降截止時(shí)間LF，一個(gè)上升變化率RR和一個(gè)下降變化率RF以及用于估算一個(gè)以LR，LF，RR和RF為基礎(chǔ)的過程模型；和連到估算裝置用于以過程模型為基礎(chǔ)計(jì)算控制功能參數(shù)的參數(shù)計(jì)算裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制裝置，其特征在于估算裝置包括用于根據(jù)以下數(shù)學(xué)表達(dá)式RR=Σn=1NRRnN]]>RF=Σn=1NRFnN]]>計(jì)算RR和RF的裝置，式中N是在上升和下降方向上被測過程變量的采樣的所選編號(hào)而RRn和RFn是在第n次采樣時(shí)所測過程變量的上升和下降變化率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制裝置，其特征在于估算裝置包括用于從一選定的最小值UMIN到一選定的最大值UMAX增大激勵(lì)輸出信號(hào)和用于減少激勵(lì)信號(hào)從UMAX到UMIN的裝置；以及用于根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式LR=tMAX-tR-y(tMAX)-yMINRR]]>Lf=t-MAX-tF-y(t-max)-yMAX-RF]]>式中tMAX和t_MAX分別是所測過程變量最大地增加和減小的時(shí)間。tR和tF分別是UMAX和UMIN中到激勵(lì)輸出的時(shí)間，y(tMAX)和y(t_MAX)分別是測量過程變量在時(shí)間tMAX和t_MAX時(shí)的值，yNIN是在tR和tF之間最小的被測過程變量，而yMAX是在tF和tA之間的最大被測過程變量，這里tA是脫離UMIN的時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制裝置，其特征在于該過程模型包括一個(gè)過程截止時(shí)間值L和該估算裝置估算作為LR和LK的最大值的L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制裝置，其特征在于激勵(lì)裝置包括用于從一選定的最小值UMIN到一選定的最大值UMAX增大激勵(lì)信號(hào)和用于減少激勵(lì)信號(hào)從UMAX至UMIN的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述過程控制裝置，其特征在于該裝置被構(gòu)成為控制一個(gè)非自調(diào)節(jié)過程，其中過程模型參數(shù)包括一個(gè)常數(shù)m，且估算裝置包含用于根據(jù)下面數(shù)學(xué)表達(dá)式估算m1的裝置，m1=RR+RFUMAX-UMIN]]>
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過程控制裝置，其特征在于該裝置被構(gòu)成是為控制一個(gè)非自調(diào)節(jié)過程，其中過程模型參數(shù)包括控制輸出信號(hào)的一估算穩(wěn)定狀態(tài)值UEST和估算裝置包括根據(jù)下面數(shù)學(xué)表達(dá)式估算UEST的裝置，URST=RRUMIN+RFUMAXRR+RF]]>
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過程控制裝置，其特征在于該裝置被構(gòu)成是為控制一個(gè)自調(diào)節(jié)過程，其中過程控制模型參數(shù)包括一個(gè)時(shí)間常數(shù)TC，一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程增益KS，和一個(gè)過程截止時(shí)間L且其中估算裝置包括用于根據(jù)下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算一個(gè)上升時(shí)間常數(shù)TR，一個(gè)上升穩(wěn)態(tài)過程增益KR，一個(gè)下降時(shí)間常數(shù)TF和一個(gè)下降穩(wěn)態(tài)增益KF的裝置，TRKR=1UMAX(NΣRRn2-(ΣRRn)2)-NUMAXΣynRRn+UMAX(ΣRRn)(Σyn)(-ΣRRn)(ΣRRnyn)+(ΣRRn2)(Σyn)]]>TFKF=1UMIN(NΣRFn2-(ΣRFn)2)-NUMINΣynRFn+UMIN(ΣRFn)(Σyn)(-ΣRFn)(ΣRFnyn)+(ΣRFn2)(Σyn)]]>式中N是在上升和下降方向上被測過程變量的一個(gè)采樣編號(hào)，n的范圍從1到N，RRn是在第n次采樣時(shí)所測過程變量的上升變化率，yn是第n次采樣時(shí)所測過程變量而RFn是在第n次采樣時(shí)所測過程變量的下降變化率；和用于估算作為TR和TF的最小值的TC以及估算作為KR和KS的最大值KS的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制過程裝置，其特征在于估算裝置還包括用于計(jì)算一個(gè)上升過程截止時(shí)間LR和一個(gè)下降過程截止時(shí)間LK的裝置，該計(jì)算是按照下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式LR=tMAX-tR-y(tMAX)-yMINRR1]]>LF=t-MAX-tF-y(t-MAX)-yMAXRF1]]>式中tMAX和t_MAX分別是在所測過程變量最大地增加和減少時(shí)的時(shí)間，tR和tF分別是UMAX和UMIN加到激勵(lì)輸出的時(shí)間，y(tMAX)和y(t-MAX)分別是測量過程變量在時(shí)間tMAX和t-MAX時(shí)的值，yMIN是在時(shí)間tR和tF之間最小被測過程變量，yMAX是在tF和tA之間最大被測過程變量，在這兒tA是UMIN被除去的時(shí)間，而RR1和RF分別是采樣n＝1時(shí)，被測過程變量的上升和下降變化率；和用于估算作為一個(gè)LR和LF的最大值L的裝置。
10.一個(gè)靈敏的給過程控制環(huán)供電并且用于基于測量的過程變量通過控制輸出信號(hào)控制一個(gè)過程的現(xiàn)場安裝控制單元，其特征在于它包括適合于連接到該過程控制環(huán)路并且用于從過程控制環(huán)上接收電能的輸入-輸出裝置；微處理器裝置其連接到該輸入-輸出裝置，并包括；有一個(gè)過程變量輸入和一個(gè)控制輸出的控制裝置，其中該控制裝置對(duì)應(yīng)于在過程變量輸入所接收的被測過程變量和基于控制功能參數(shù)在控制輸出端產(chǎn)生控制輸出信號(hào)；和基于所測過程變量用于對(duì)該過程調(diào)節(jié)控制功能參數(shù)的連接到控制裝置的調(diào)節(jié)裝置；和用于存儲(chǔ)控制功能參數(shù)連接到微處理器裝置的一個(gè)存儲(chǔ)器。
11.一種為過程控制系統(tǒng)確定調(diào)節(jié)參數(shù)的方法，該過程控制系統(tǒng)通過以作為所測過程變量函數(shù)的一控制輸出信號(hào)和一設(shè)置值去控制一個(gè)過程，其特征在于該方法包括在整個(gè)時(shí)間內(nèi)改變控制信號(hào)，以使被測過程變量上升和下降；在所測過程變量中確定一個(gè)上升截止時(shí)間LR；在所測過程變量中確定一個(gè)上升變化率RR；在所測過程變量中確定一個(gè)下降截止時(shí)間LF；在所測過程變量中確定一個(gè)下降變化率RF；和基于LR，LF，RR和RF，調(diào)節(jié)該過程控制系統(tǒng)的功能。
全文摘要
一個(gè)過程控制系統(tǒng)(100)基于一個(gè)設(shè)置值(Y
文檔編號(hào)G05B11/42GK1192813SQ96196254
公開日1998年9月9日 申請日期1996年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月15日
發(fā)明者鄒何洪, 克爾·P·赫斯特朗, 介·奧里爾, 科·L·海斯 申請人:羅斯蒙德公司