用于可变参数和相关程序产品的控制器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 一般来说，本公开涉及控制器。更具体来说，本公开涉及用于可变参数和相关程序 产品的控制器系统。
【背景技术】
[0002] 大多数控制问题涉及对过程不确定性是健壮的控制器系统的设计和/或合成。过 程控制应用常常提出定制安装的附加难题，其中不确定性的等级和类型不仅通过（无控 制）制造可变性来推动，而且还常常通过实现成适合客户的具体要求的设计变化来施加。 大多数时候，要求现场工程师（其可以具有或者可以没有反馈控制系统的背景）在现场对 控制器系统进行调谐。通常，选择用于现场调谐的控制器属于PID种类（比例+积分+微 分），因为PID控制器的调谐相对更为直接、更好理解以及良好确立的，但是管理仍然极为 棘手。
[0003] PID控制器的主要限制是缺乏对未建模动态的健壮性。由于PID控制器是线性的 并且利用固定参数，所以PID控制系统的闭环性能对未建模过程动态是敏感的。例如，如图 1所示，常规PID控制器可控制可变参数，使得对某个时间周期，实际参数值（X)与可变参数 的目标值（Xm)基本上相同。但是，如图1所示，响应扰动、例如过程的所指示初始开始或者 目标值的显著变化（例如下降），利用PID控制器的过程可花费不期望的相当大的时间量来 达到目标值。达到目标值所花费的时间极大地取决于总过程动态，以及过程动态的任何未 建模方面可导致较慢系统响应或者闭环不稳定系统。
[0004] 对未建模动态的这种敏感性能够导致若干难题。在一组控制器参数用于大量单 元（即，大规模生产）的情况下，单元-单元可变性对PID控制器的总能力能够是重大挑 战。在单独单元是定制设计的情况下，常常可能校准单独单元并且抑制单元-单元可变性 难题，但是，这些单独调谐应用常常是高费用的，并且所产生的校准的效能因现场工程师的 变化背景而是极有价值的。
[0005] 常规控制器系统的另一个示例可包括自振荡自适应控制器。标准自振荡自适应 (SOA)控制器10的框图在图2示出。SOA控制器10通常包括线性补偿器12 (以及也许还 包括主前向环路的第二滤波器（未示出））、主前向环路中的中继器14以及修改中继器的增 益的增益变换器子系统30。所述的过程20具有响应命令或校正信号u的可变参数X，其理 想地跟随参考模型22所提供的目标值Xm。线性补偿器12能够按照如文献中所建立的任何 必要形式来构成（例如使用线性低阶滤波器或者使用表示闭环系统的所需能力的过程模 型）。例如，线性补偿器12(Gf(s))可包括超前补偿滤波器，并且能够用来设置极限环的频 率（即，中继器在稳态将引起的振荡或"颤动"）。增益变换器子系统34通常包括低通滤波 器32、之后接着非线性增益变换器功能24,以确定不同工作条件的增益的大小。增益变换 器功能34的主要目的是更慢地改变增益，使得系统能够具有提供瞬变条件下的健壮性的 高增益等级（其特征在于大滤波误差值），同时降低稳态条件下的中继器14的增益（其特 征在于低滤波误差值）。如通过将图3与图1进行比较所示，SOA控制器10可在未建模动 态、例如过程的初始开始期间或者在预期值的显著变化期间将过程20的实际可变参数值x更快地朝目标值Xm移动。但是，如图3所示，SOA控制器10输出可在高于和低于目标值Xm 的较大范围之内连续振荡。因此，虽然SOA控制器10可允许该过程更靠近目标值V决速 操作，但是值的大波动不是理想的。
[0006] 能够提供健壮闭环响应的大多数现有控制算法具有中等至高复杂度。这类系统的 合成可要求详细理论分析以及过程动态的深入了解。这种附加复杂度常常是许多实际反馈 控制应用的PID控制器的选择的推动因素，尽管它们的所述限制。
【发明内容】
[0007] 控制器系统包括至少一个计算装置，其在操作上连接到具有可变参数的目标值的 过程。（一个或多个）计算装置配置成通过执行包括下列步骤的动作来控制可变参数：计算 可变参数的目标值与实际值之间的误差。基于该误差，（一个或多个）计算装置可计算可 变参数的预期增益调整以及可变参数的预期平均调整。可创建校正信号，以用于通过下列 步骤来修改该过程：响应误差为正而通过对预期平均调整和预期增益调整求和来创建校正 信号；以及响应误差为负而通过对预期平均调整和预期增益调整求差来创建校正信号。相 关程序产品可执行相似功能。
[0008] 本发明的第一方面包括一种控制器系统，其中包括：至少一个计算装置，在操作上 连接到具有可变参数的目标值的过程，至少一个计算装置配置成通过执行包括下列步骤的 动作来控制可变参数：计算可变参数的目标值与实际值之间的误差；基于该误差，计算可 变参数的预期增益调整；基于该误差，计算可变参数的预期平均调整；以及通过下列步骤 来创建用于修改该过程的校正信号：响应误差为正而通过对预期平均调整和预期增益调整 求和来创建校正信号；以及响应误差为负而通过对预期平均调整和预期增益调整求差来创 建校正信号。
[0009] 本发明的第二方面包括非暂时计算机可读存储介质上存储的、用于控制具有可变 参数的目标值的过程的程序产品，非暂时计算机可读存储介质包括用于使计算机系统执行 下列步骤的程序代码：计算可变参数的目标值与实际值之间的误差；基于该误差，计算可 变参数的预期增益调整；基于该误差，计算可变参数的预期平均调整；以及通过下列步骤 来创建用于修改该过程的校正信号：响应误差为正而通过对预期平均调整和预期增益调整 求和来创建校正信号；以及响应误差为负而通过对预期平均调整和预期增益调整求差来创 建校正信号。
[0010] 本发明的第三方面包括一种控制器系统，其中包括：至少一个计算装置，在操作上 连接到具有可变参数的目标值的过程，至少一个计算装置配置成通过执行包括下列步骤的 动作来控制可变参数：计算可变参数的目标值与实际值之间的误差；基于该误差，通过下 列步骤来计算可变参数的预期增益调整：对该误差进行低通滤波，基于经低通滤波的误差 来确定增益调整，并且将所确定增益调整与预定增益调整相结合，以计算预期增益调整；基 于该误差，通过下列步骤来计算可变参数的预期平均调整：使用作为比例、比例加积分或者 比例加积分加微分其中之一的子控制器来确定误差的平均调整，并且将所确定平均调整与 预定平均调整相结合，以计算预期平均调整；以及通过下列步骤来创建用于修改该过程的 校正信号：响应误差为正而通过对预期平均调整和预期增益调整求和来创建校正信号；以 及响应误差为负而通过对预期平均调整和预期增益调整求差来创建校正信号。
[0011] 技术方案1 :一种控制器系统，包括： 至少一个计算装置，在操作上连接到具有可变参数的目标值的过程，所述至少一个计 算装置配置成通过执行包括下列步骤的动作来控制所述可变参数： 计算所述可变参数的所述目标值与实际值之间的误差； 基于所述误差，计算所述可变参数的预期增益调整； 基于所述误差，计算所述可变参数的预期平均调整；以及 通过下列步骤来创建用于修改所述过程的校正信号： 响应所述误差为正，通过对所述预期平均调整和所述预期增益调整求和来创建所述校 正信号，以及 响应所述误差为负，通过对所述预期平均调整和所述预期增益调整求差来创建所述校 正信号。
[0012] 技术方案2 :如技术方案1所述的控制器系统，其中，所述预期增益调整计算包 括： 对所述误差进行低通滤波； 基于经低通滤波的误差来确定增益调整；以及 将所确定增益调整与预定增益调整相结合，以计算所述预期增益调整。
[0013] 技术方案3 :如技术方案2所述的控制器系统，其中，所述增益调整确定包括得到 其存储值，以及所述预定增益调整基于所述控制器系统的预期响应性。
[0014] 技术方案4:如技术方案2所述的控制器系统，还包括响应所述误差超过指示所述 误差的大偏移的误差阈值而重置所述误差的低通滤波。
[0015] 技术方案5 :如技术方案1所述的控制器系统，其中，所述预期平均调整计算包 括： 使用作为比例、比例加积分或者比例加积分加微分其中之一的子控制器来确定所述误 差的平均调整；以及 将所确定平均调整与预定平均调整相结合，以计算所述预期平均调整。
[0016] 技术方案6 :如技术方案5所述的控制器系统，其中，所述预定平均调整基于所述 平均值调整特征的初步测试期间单独确定的所述过程的静态特性的模型。
[0017] 技术方案7 :如技术方案1所述的控制器系统，还包括： 在创建所述校正信号之前对所述误差进行超前补偿滤波，经超前滤波的误差用来确定 所述误差是正还是负。
[0018] 技术方案8 :如技术方案1所述的控制器系统，其中，所述计算所述可变参数的预 期增益调整并且创建所述校正信号包括使用自振荡自适应子控制器。
[0019] 技术方案9 :如技术方案1所述的控制器系统，其中，所述计算所述可变参数的预 期平均调整包括使