專利名稱：混合預(yù)測(cè)器和混合預(yù)測(cè)方法及用其控制進(jìn)程的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制進(jìn)程的系統(tǒng)和方法，尤其涉及用于預(yù)測(cè)進(jìn)程輸出的混合預(yù)測(cè)器和混合預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明還涉及用該混合預(yù)測(cè)器和混合預(yù)測(cè)方法控制進(jìn)程的系統(tǒng)和方法。
上述混合預(yù)測(cè)器是一種產(chǎn)生預(yù)測(cè)向量的設(shè)備，產(chǎn)生的方法是使用具有進(jìn)程動(dòng)態(tài)特性的模型和在設(shè)定的預(yù)測(cè)范圍中根據(jù)進(jìn)程輸入信號(hào)對(duì)進(jìn)程輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)向量表示了被預(yù)測(cè)的進(jìn)程輸出信號(hào)。
在這樣的混合預(yù)測(cè)器中，特別使用一種可隨進(jìn)程的變動(dòng)而加以修改的參數(shù)模型。該參數(shù)模型被用于實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)向量的移變和獲得階躍響應(yīng)系數(shù)?；旌项A(yù)測(cè)器首先在一預(yù)測(cè)范圍中根據(jù)進(jìn)程輸入信號(hào)對(duì)進(jìn)程輸出信號(hào)作預(yù)測(cè)。接著，混合預(yù)測(cè)器用實(shí)測(cè)的進(jìn)程輸出信號(hào)修正預(yù)測(cè)值，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前產(chǎn)生的進(jìn)程輸入信號(hào)值對(duì)將在下一預(yù)測(cè)范圍中產(chǎn)生的輸出作預(yù)測(cè)。重復(fù)混合預(yù)測(cè)器的上述程序以產(chǎn)生用于進(jìn)程控制的諸預(yù)測(cè)值。
眾所周知，傳統(tǒng)的反饋控制器在對(duì)進(jìn)程的控制方面具有局限性，主要是空載時(shí)間和含有大量相互作用的多變量進(jìn)程所致。為了消除在傳統(tǒng)反饋控制器中涉及的局限性，已經(jīng)開發(fā)了若干使用預(yù)測(cè)器的預(yù)測(cè)控制技術(shù)。


圖1表示包含進(jìn)程控制器的常規(guī)控制環(huán)，該進(jìn)程控制器使用傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)器執(zhí)行所希望的控制。如圖1所示，控制環(huán)包括預(yù)測(cè)器100、參考值提供器200、減法器250、控制器300和進(jìn)程400。預(yù)測(cè)器100包括模型響應(yīng)單元130、預(yù)測(cè)向量單元140和范圍選擇單元150。
進(jìn)程400從控制器300接收控制信號(hào)u(k-1)。進(jìn)程400還接收可以測(cè)量的擾動(dòng)信號(hào)d(k-1)。根據(jù)這些信號(hào)u(k-1)和d(k-1)，進(jìn)程400產(chǎn)生響應(yīng)，即進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)。信號(hào)u(k-1)和d(k-1)也加到模型響應(yīng)單元130。
模型響應(yīng)單元130中存儲(chǔ)著與信號(hào)u(k-1)和d(k-1)有關(guān)的階躍響應(yīng)系數(shù)。利用這些存儲(chǔ)的階躍響應(yīng)系數(shù)，模型響應(yīng)單元130輸出表示進(jìn)程輸出信號(hào)特征的模型響應(yīng)向量，而該進(jìn)程輸出信號(hào)是在當(dāng)前步由加到進(jìn)程400的信號(hào)u(k-1)和d(k-1)產(chǎn)生的。
預(yù)測(cè)向量單元140接收來自模型響應(yīng)單元130的模型響應(yīng)向量和來自進(jìn)程400的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)。預(yù)測(cè)向量單元140根據(jù)進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)修正模型響應(yīng)向量，從而輸出預(yù)測(cè)向量Y(k/k)(Y(k/k)＝[y(k)，…，y(k+n-1)]T)。
范圍選擇單元150從預(yù)測(cè)向量單元140接收預(yù)測(cè)向量Y(k/k)，將它變換成其元素?cái)?shù)與在控制器300中使用的預(yù)測(cè)范圍P相符的預(yù)測(cè)向量。
減法器250接收來自范圍選擇單元150的已變換預(yù)測(cè)向量，并輸出是預(yù)測(cè)向量和從參考值提供器200接收的參考向量之差的誤差向量。該誤差向量代表希望的進(jìn)程輸出和預(yù)測(cè)的進(jìn)程輸出之差。
控制器300接收來自減法器250的誤差向量，根據(jù)該誤差向量通過使用控制算法輸出控制器信號(hào)u(k)。
在上述傳統(tǒng)的控制環(huán)中所利用的預(yù)測(cè)方法使用下列截短的響應(yīng)模型(Lee，J.H，M.Morari，and C.E.Garcia，State-space Interpretation of Mode1 PredictiveControl(模型預(yù)測(cè)控制的狀態(tài)空間描述)，Automatics，Vol.30，No.4，pp.707-717，1994)Y(k+1/k)＝MY(k/k)+SuΔu(k)+SdΔd(k)其中“Y(k+1/k)”對(duì)應(yīng)于[y(k+1)，y(k+2)…y(k+n)]T(Y(k+1/k)＝[y(k+1)，y(k+2)…y(k+n)]T)，它代表對(duì)從當(dāng)前步k起到未來步n止各步的進(jìn)程輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)向量。“n”也代表模型截短階次(model truncating order)。該模型截短階次設(shè)置為使進(jìn)程充分穩(wěn)定y(k+n)＝y(tǒng)(k+n+1)＝…的數(shù)值?！癝u”和“Sd”是分別表示輸入信號(hào)u和可測(cè)量的擾動(dòng)信號(hào)d的階躍響應(yīng)的n×1向量。在以上方程式中，“M”表示將向量移變一步的向量移變矩陣。向量移變矩陣M是n×n矩陣。矩陣M和向量Su和Sd由下式表示
圖2是表示在時(shí)刻k用傳統(tǒng)預(yù)測(cè)器進(jìn)行預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)方法的圖形。
在圖2中，圖形200A表示在時(shí)刻k之后控制信號(hào)u(k)不變動(dòng)的情況下對(duì)時(shí)刻k-1的控制信號(hào)u(k-1)的變動(dòng)和對(duì)進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)的變動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的經(jīng)過。根據(jù)在時(shí)刻k實(shí)測(cè)的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)進(jìn)行修正的上一步的預(yù)測(cè)向量Y(k/k)230對(duì)應(yīng)于“[y(k)，y(k+1)…y(k+n-2)，y(k+n-1)]T”(Y(k/k)＝[y(k)，y(k+1)…y(k+n-2)，y(k+n-1)]T)。這里，“n”是在進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)充分穩(wěn)定之后獲得的數(shù)值。在時(shí)刻k的預(yù)測(cè)向量Y(k+1/k)240表示在時(shí)刻k+1之后出現(xiàn)的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)中的變動(dòng)220。通過移變?cè)跁r(shí)刻k+1之后得到的、但是已在時(shí)刻k修正的預(yù)測(cè)向量Y(k/k)的值而獲得預(yù)測(cè)向量Y(k+1/k)的值，移變的方法如下
按照傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法，在進(jìn)程充分穩(wěn)定之后，條件y(k+n-1)＝y(tǒng)(k+n)＝y(tǒng)(k+n+1)＝…成立，如圖2中的圖形200A所示。因此，條件Y(k+1/k)＝[y(k+1)，y(k+2)…y(k+n-1)，y(k+n)]T成立。
由于傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)器如上所述地應(yīng)該存儲(chǔ)數(shù)目與模型截短階次n相符的階躍響應(yīng)系數(shù)，所以該傳統(tǒng)預(yù)測(cè)器需要大的存儲(chǔ)器容量。由于派生的預(yù)測(cè)向量Y(k+1/k)的元素?cái)?shù)不同于在控制器中使用的預(yù)測(cè)范圍P，所以有這樣的缺點(diǎn)應(yīng)當(dāng)使用范圍選擇單元150來重新整理預(yù)測(cè)向量Y(k+1/k)使它的元素?cái)?shù)與預(yù)測(cè)范圍P一致。對(duì)于包含對(duì)變量積分的進(jìn)程，應(yīng)該各別地構(gòu)造向量移變矩陣M的最后一列，即
T。在進(jìn)程出現(xiàn)變化的情況下，不可能進(jìn)行再次推導(dǎo)出有關(guān)的模型響應(yīng)系數(shù)的自適應(yīng)預(yù)測(cè)。
因此，本發(fā)明的目的在于解決先有技術(shù)中遇到的這些問題，提供能減少所需存儲(chǔ)器容量和實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)預(yù)測(cè)的混合預(yù)測(cè)器及使用該混合預(yù)測(cè)器的混合預(yù)測(cè)方法，以及提供把該混合預(yù)測(cè)器和預(yù)合預(yù)測(cè)方法使用于對(duì)進(jìn)程控制的系統(tǒng)和方法，其中所述控制系統(tǒng)和控制方法能有效地消除傳統(tǒng)的進(jìn)程控制技術(shù)的有關(guān)缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明，通過提供結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)預(yù)測(cè)器改進(jìn)的混合預(yù)測(cè)器來實(shí)現(xiàn)以上目的，改進(jìn)之處在于增添模型參數(shù)估計(jì)器和模型響應(yīng)變換器。在該結(jié)構(gòu)中直接計(jì)算表示預(yù)測(cè)范圍長(zhǎng)度的預(yù)測(cè)向量。因此，有可能減少所需的存儲(chǔ)器容量；與此同時(shí)，模型參數(shù)估計(jì)器根據(jù)進(jìn)程中的變動(dòng)更新模型響應(yīng)系數(shù)，因而可以進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)測(cè)。按照本發(fā)明，在向量移變方法中使用模型參數(shù)估計(jì)器提供的參數(shù)模型。因此，即使對(duì)于涉及對(duì)變量積分的進(jìn)程，也可能使用同樣的向量移變矩陣。
按照一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種混合預(yù)測(cè)器，包括模型參數(shù)估計(jì)器，用于接收來自包含在進(jìn)程控制器中的控制器的控制信號(hào)和來自被控制的進(jìn)程的輸出信號(hào)，用于根據(jù)該控制信號(hào)和該進(jìn)程輸出信號(hào)之間的相關(guān)性估計(jì)使所述進(jìn)程輸出信號(hào)和模型響應(yīng)信號(hào)之差為最小的參數(shù)模型的諸參數(shù)，及用于輸出所估計(jì)的模型參數(shù)；模型響應(yīng)變換器，用于接收來自模型參數(shù)估計(jì)器的模型參數(shù)以及根據(jù)這些模型參數(shù)為控制信號(hào)的各個(gè)單位信號(hào)元產(chǎn)生相應(yīng)的單位模型響應(yīng)系數(shù)；模型響應(yīng)單元，用于接收來自控制器的控制信號(hào)、來自模型響應(yīng)變換器的諸模型響應(yīng)系數(shù)和來自模型參數(shù)估計(jì)器的諸模型參數(shù)，其中模型響應(yīng)單元的作用是根據(jù)控制信號(hào)和模型響應(yīng)系數(shù)產(chǎn)生表示受到在當(dāng)前時(shí)刻加到進(jìn)程上的控制信號(hào)輸入的影響的進(jìn)程輸出信號(hào)的特征的模型響應(yīng)向量；以及預(yù)測(cè)向量單元，用于接收進(jìn)程輸出信號(hào)和來自模型響應(yīng)單元的模型響應(yīng)向量，其中預(yù)測(cè)向量單元的作用是根據(jù)進(jìn)程輸出信號(hào)修正模型響應(yīng)向量，從而輸出修正的預(yù)測(cè)向量。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種在用于控制進(jìn)程的進(jìn)程控制器中使用的混合預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟測(cè)量從包含在進(jìn)程控制器中的控制器輸出的控制信號(hào)和從被控制的進(jìn)程產(chǎn)生的輸出信號(hào)，并根據(jù)來自該進(jìn)程的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)向量的初始化；根據(jù)控制信號(hào)和進(jìn)程輸出信號(hào)估計(jì)參數(shù)模型的諸參數(shù)；以及根據(jù)模型參數(shù)構(gòu)造預(yù)測(cè)向量和輸出構(gòu)成的預(yù)測(cè)向量。
根據(jù)又一方面，本發(fā)明提供一種進(jìn)程控制器，包括控制器，用于接收誤差信號(hào)及根據(jù)誤差信號(hào)把控制信號(hào)送給進(jìn)程，從而對(duì)進(jìn)程輸出信號(hào)進(jìn)行控制；參考值提供器，用于提供希望的參考值；預(yù)測(cè)設(shè)備，用于接收來自控制器的控制信號(hào)，從而輸出預(yù)測(cè)向量信號(hào)；以及減法器，用于計(jì)算參考值信號(hào)和來自預(yù)測(cè)設(shè)備的預(yù)測(cè)向量之差并將所計(jì)算的差值作為誤差信號(hào)送給控制器；其中預(yù)測(cè)設(shè)備包括混合預(yù)測(cè)器，用于接收來自控制器的控制信號(hào)和來自進(jìn)程的進(jìn)程輸出信號(hào)、根據(jù)接收的信號(hào)推導(dǎo)參數(shù)模型以及根據(jù)參數(shù)模型輸出表示在預(yù)測(cè)范圍期間從進(jìn)程產(chǎn)生的輸出的特征的預(yù)測(cè)向量信號(hào)。
根據(jù)再一方面，本發(fā)明提供一種對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制的方法，包括以下步驟測(cè)量從包含在進(jìn)程控制器中的控制器輸出的控制信號(hào)，來自外部的擾動(dòng)信號(hào)和由接受控制的進(jìn)程產(chǎn)生的輸出信號(hào)，并根據(jù)測(cè)得的進(jìn)程輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)向量的初始化；根據(jù)控制信號(hào)、擾動(dòng)信號(hào)和進(jìn)程輸出信號(hào)估計(jì)參數(shù)模型的參數(shù)；根據(jù)這些模型參數(shù)構(gòu)造預(yù)測(cè)向量，從而輸出構(gòu)成的預(yù)測(cè)向量；根據(jù)參考值向量和構(gòu)成的預(yù)測(cè)向量求得參考值誤差向量；以及根據(jù)參考值誤差向量計(jì)算控制器輸出信號(hào)和輸出計(jì)算出的控制器輸出信號(hào)。
本發(fā)明的其他目的和其他方面將從參考附圖對(duì)實(shí)施例的以下說明中變得明顯可見。
圖1是表示使用傳統(tǒng)預(yù)測(cè)器的傳統(tǒng)進(jìn)程控制器的方框圖；圖2是表示使用傳統(tǒng)預(yù)測(cè)器的在時(shí)刻k進(jìn)行預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)方法的圖形；圖3是把包含本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器的進(jìn)程控制器使用于對(duì)進(jìn)程加以控制的進(jìn)程控制環(huán)的方框圖；圖4是表示包含在本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器內(nèi)的模型響應(yīng)單元和預(yù)測(cè)向量單元的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的方框圖；圖5是描述使用本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器在時(shí)刻k進(jìn)行預(yù)測(cè)的圖形；圖6是表示使用本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器實(shí)現(xiàn)混合預(yù)測(cè)方法的流程圖；圖7是表示使用本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)程控制方法的流程圖。
圖3表示把包含本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器的進(jìn)程控制器使用于對(duì)進(jìn)程加以控制的進(jìn)程控制環(huán)。在圖3中，和圖1中的部件分別對(duì)應(yīng)的部件用同一標(biāo)號(hào)表示。
如圖3所示，進(jìn)程控制環(huán)包括混合預(yù)測(cè)器100A、參考值提供器200、減法器250、控制器300和進(jìn)程400。
參考值提供器200提供恒定的參考值信號(hào)。用減法計(jì)算處理參考值信號(hào)和從混合預(yù)測(cè)器100A產(chǎn)生的預(yù)測(cè)向量信號(hào)。通過此減法求得誤差信號(hào)。
減法器250計(jì)算來自參考值提供器200的參考值信號(hào)和來自混合預(yù)測(cè)器100A的預(yù)測(cè)向量信號(hào)之差，從而輸出算出的差值作為誤差信號(hào)。
控制器300接收來自減法器250的誤差信號(hào)并根據(jù)該誤差信號(hào)把控制信號(hào)送給進(jìn)程400。即，控制器300控制進(jìn)程400輸出表示進(jìn)程變量的特征的信號(hào)。
參考值提供器200、減法器250和控制器300具有圖1所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，將不對(duì)這些單元作詳細(xì)說明。
如圖3所示，本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器100A包括模型參數(shù)估計(jì)器110、模型響應(yīng)變換器120、模型響應(yīng)單元130A和預(yù)測(cè)向量單元140A。
模型參數(shù)估計(jì)器110接收來自控制器300的控制信號(hào)u(k-1)和來自進(jìn)程400的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)，從而估計(jì)參數(shù)模型的參數(shù)。通過求出使進(jìn)程輸出信號(hào)和模型響應(yīng)信號(hào)之差為最小的控制信號(hào)和進(jìn)程輸出信號(hào)之間的相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)參數(shù)估計(jì)。在參數(shù)估計(jì)中，反映了表示對(duì)進(jìn)程400有影響的可測(cè)量擾動(dòng)的擾動(dòng)信號(hào)d(k-1)。
模型響應(yīng)變換器120接收來自模型參數(shù)估計(jì)器110的模型參數(shù)向量，根據(jù)模型參數(shù)向量取得階躍響應(yīng)系數(shù)向量。即，模型響應(yīng)變換器120是將參數(shù)模型變換成響應(yīng)模型的設(shè)備。每當(dāng)通過模型參數(shù)估計(jì)器110出現(xiàn)模型參數(shù)的變化時(shí)，模型響應(yīng)變換器120就執(zhí)行階躍響應(yīng)系數(shù)的變化。
模型響應(yīng)單元130A接收由模型響應(yīng)變換器120求得的階躍響應(yīng)系數(shù)。這與從外部接收階躍響應(yīng)系數(shù)的傳統(tǒng)模型響應(yīng)單元130不同。模型響應(yīng)單元130A根據(jù)階躍響應(yīng)系數(shù)輸出模型響應(yīng)向量，該模型響應(yīng)向量表示以加到進(jìn)程400的信號(hào)u(k-1)和d(k-1)得到的當(dāng)前步進(jìn)程輸出信號(hào)的特征。模型響應(yīng)向量的元素?cái)?shù)與在控制器300中使用的預(yù)測(cè)范圍P相符。模型響應(yīng)單元130A的另一作用是移變從預(yù)測(cè)向量單元140A接收的預(yù)測(cè)向量。為了該預(yù)測(cè)向量的移變，模型響應(yīng)單元130A使用從模型參數(shù)估計(jì)器110接收的模型參數(shù)。
預(yù)測(cè)向量單元140A接收來自模型響應(yīng)單元130A的模型響應(yīng)向量和來自進(jìn)程400的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)。預(yù)測(cè)向量單元140A根據(jù)進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)修正模型響應(yīng)向量，從而輸出預(yù)測(cè)向量Y(k/k)(Y(k/k)＝[y(k)，…，y(k+P-1)]T)。
圖4是表示包含在本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器100A內(nèi)的模型響應(yīng)單元130A和預(yù)測(cè)向量單元140A的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖4所示，模型響應(yīng)單元130A包括模型響應(yīng)計(jì)算器132、加法器133和向量移變器134。
模型響應(yīng)計(jì)算器132接收控制信號(hào)u(k-1)和擾動(dòng)信號(hào)d(k-1)以及來自模型響應(yīng)變換器120的階躍響應(yīng)模型向量Su和Sd。模型響應(yīng)計(jì)算器132根據(jù)階躍響應(yīng)模型向量在預(yù)測(cè)范圍P期間計(jì)算信號(hào)u(k-1)和d(k-1)對(duì)進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)的影響。向量移變器134的作用是移變與上一步有關(guān)的且表示為Y(k/k)＝[y(k)，y(k+1)…，y(k+P-2)，y(k+P-1)]T的移變向量Y(k/k)，從而得出預(yù)測(cè)向量Y(k+1/k)(Y(k+1/k)＝[y(k+1)，y(k+2).，y(k+P-1)，y(k+P)]T)。在此情況下，最后一項(xiàng)“y(k+P)”的推導(dǎo)使用了從模型參數(shù)估計(jì)器110送來的模型參數(shù)θ。
加法器133將來自向量移變器134的輸出加到來自模型響應(yīng)計(jì)算器132的輸出上，從而輸出模型響應(yīng)向量。
另一方面，預(yù)測(cè)向量單元140A包括未修正的預(yù)測(cè)向量單元142、減法器143、預(yù)測(cè)向量修正單元144和修正的預(yù)測(cè)向量單元146。
未修正的預(yù)測(cè)向量單元142存儲(chǔ)從模型響應(yīng)單元130A接收的模型響應(yīng)向量作為未修正的預(yù)測(cè)向量。該未修正的預(yù)測(cè)向量單元把與當(dāng)前步有關(guān)的進(jìn)程預(yù)測(cè)信號(hào)加到減法器143上。
從未修正的預(yù)測(cè)向量單元142接收當(dāng)前步的進(jìn)程預(yù)測(cè)信號(hào)的減法器143從與當(dāng)前步有關(guān)的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)減去接收信號(hào)，從而輸出減法結(jié)果作為預(yù)測(cè)誤差信號(hào)。
預(yù)測(cè)向量修正單元144接收來自未修正的預(yù)測(cè)向量單元142的未修正預(yù)測(cè)向量和來自減法器143的預(yù)測(cè)誤差信號(hào)。根據(jù)預(yù)測(cè)誤差信號(hào)，預(yù)測(cè)向量修正單元144修正未修正的預(yù)測(cè)向量，從而輸出修正的預(yù)測(cè)向量。
修正的預(yù)測(cè)向量單元146存儲(chǔ)從預(yù)測(cè)向量修正單元144輸出的修正的預(yù)測(cè)向量，并更新以前存儲(chǔ)的與上一步有關(guān)的修正的預(yù)測(cè)向量。修正的預(yù)測(cè)向量單元146還把修正的預(yù)測(cè)向量送到模型響應(yīng)單元130A中的向量移變器134和進(jìn)程控制器中的減法器250。
圖5是描述使用本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器在時(shí)刻k進(jìn)行預(yù)測(cè)的圖形。
在圖5中，該圖形示出在Δu(k)＝Δu(k+1)＝……＝0(其中“Δu(k)”表示控制信號(hào)u(k-1)的變動(dòng)510，這和圖2所示的相同)的條件下預(yù)測(cè)未來的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)的變動(dòng)的經(jīng)過。根據(jù)在時(shí)刻k測(cè)得的進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)修正的上一步的預(yù)測(cè)向量Y(k/k)530對(duì)應(yīng)于“[y(k)，y(k+1)…y(k+P-2)，y(k+P-1)]T”(Y(k/k)＝[y(k)，y(k+1)…y(k+P-2)，y(k+P-1)]T)。用于對(duì)時(shí)刻k之后的進(jìn)程輸出進(jìn)行預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)向量Y(k+1/k)540對(duì)應(yīng)于“[y(k+1)，y(k+2)…y(k+P-1)，y(k+P)]T”(Y(k+1/k)＝[y(k+1)，y(k+2)y(k+P-1)，y(k+P)]T)。獲得預(yù)測(cè)向量Y(k+1/k)各數(shù)值的方法是如下地移變?cè)跁r(shí)刻k+1之后獲得的并已在時(shí)刻k修正的預(yù)測(cè)向量Y(k/k)的數(shù)值
其中“P”表示直接用在控制器中的預(yù)測(cè)范圍。預(yù)測(cè)范圍P的數(shù)值小于在已有技術(shù)中使用的模型截短階次n。根據(jù)本發(fā)明，使用參數(shù)模型以便推導(dǎo)在移變后新輸入的最后項(xiàng)“y(k+p)”。為這樣的參數(shù)模型使用下列ARMA(Auto-Regressive Moving Average，自回歸滑動(dòng)平均)模型A(q-1)y(k)＝B(q-1)u(k)其中“q-1”表示后向移變算子，多項(xiàng)式A和B表達(dá)如下A(q-1)＝l+a1q-1+……+anaq-naB(q-1)＝b1+b2q-1+…….+bnbq-nb其中“na”和“nb”分別表示模型的階次。這些模型階次比模型截短階次小得多。在此條件下，最后項(xiàng)“y(k+P)”可以推導(dǎo)如下y(k+P)＝-a1y(k+P-1)，……，-anay(k+P-na)+b1u(k-1)，…，+bnbu(k-1)“Ma”和“Mb”分別表示向量移變矩陣，“Su”和“Sd”分別表示階躍響應(yīng)系數(shù)向量。向量移變矩陣“Ma”和“Mb”及階躍響應(yīng)系數(shù)向量“Su”和“Sd”表達(dá)如下
在此情況下，階躍響應(yīng)系數(shù)的推導(dǎo)如下s1＝b1s1=-Σj=1naajsi-1+Σj=1nbb1,i=1,2,···,P]]>圖6表示使用本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)器實(shí)現(xiàn)混合預(yù)測(cè)方法的流程圖。
按照本混合預(yù)測(cè)方法，首先將系統(tǒng)，即進(jìn)程控制器，初始化(步驟610)。進(jìn)程控制器初始化是為了穩(wěn)定進(jìn)程400。使進(jìn)程穩(wěn)定意味著這樣的條件因?yàn)榭刂菩盘?hào)或擾動(dòng)信號(hào)不變，所以進(jìn)程輸出信號(hào)不變，進(jìn)程處于穩(wěn)定狀態(tài)。即，控制信號(hào)u處于Δu(-1)＝Δu(-2)＝……＝0的狀態(tài)，并且擾動(dòng)信號(hào)d處于Δd(-1)＝Δd(-2)＝……＝0的狀態(tài)。
此后，執(zhí)行初始信號(hào)的測(cè)量(步驟S612)。
即，測(cè)量在最初開始預(yù)測(cè)的時(shí)刻產(chǎn)生的控制信號(hào)、擾動(dòng)信號(hào)和進(jìn)程輸出信號(hào)。因此，得到初始控制信號(hào)u(0)、初始擾動(dòng)信號(hào)d(0)和初始進(jìn)程輸出信號(hào)y(0)。此刻，還求出輸入信號(hào)的變動(dòng)，即控制信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)的變動(dòng)。這就是說，確定“Δu(0)”和“Δd(0)”如下Δu(0)＝u(0)-u(-1)Δd(0)＝d(0)-d(-1)接著，執(zhí)行預(yù)測(cè)向量的初始化(步驟S614)。預(yù)測(cè)向量初始化是分別用初始進(jìn)程輸出信號(hào)的值設(shè)置預(yù)測(cè)向量的各個(gè)元素。預(yù)測(cè)向量Y(0/0)定義如下Y(0/0)＝[y(0)，……，y(0)]T預(yù)測(cè)向量的元素?cái)?shù)與預(yù)測(cè)范圍P一致。
然后執(zhí)行模型參數(shù)的估計(jì)(步驟616)。模型參數(shù)估計(jì)是使用測(cè)得的輸入信號(hào)(即控制信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào))和輸出信號(hào)(即進(jìn)程輸出信號(hào))來估計(jì)參數(shù)模型的參數(shù)。通過為參數(shù)估計(jì)分別測(cè)量輸入和輸出信號(hào)來獲得輸入和輸出信號(hào)。模型參數(shù)θ具有如下的向量形式θ＝[a1a2…anab1b2…bnb]
然后計(jì)算階躍響應(yīng)系數(shù)(步驟S618)。
階躍響應(yīng)系數(shù)使用在模型參數(shù)估計(jì)步驟S618中獲得的模型參數(shù)θ而導(dǎo)出。于是產(chǎn)生了階躍響應(yīng)系數(shù)向量。階躍響應(yīng)系數(shù)的推導(dǎo)在u(k-1)＝u(k)＝…＝1的條件下執(zhí)行如下s1＝b1s1=-Σj=1naajsi-1+Σj=1nbb1,i=1,2,···,P]]>在計(jì)算出階躍響應(yīng)系數(shù)之后，將預(yù)測(cè)向量移變(步驟S620)。
預(yù)測(cè)向量移變步驟是將上一時(shí)刻的已存儲(chǔ)已修正的預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素向未來移一步。移變后向量的最后一個(gè)元素使用參數(shù)模型來推導(dǎo)。使用參數(shù)模型就是使用上一時(shí)刻已修正預(yù)測(cè)向量中選定的元素和參數(shù)模型的模型參數(shù)來推導(dǎo)已移變向量的最后一個(gè)元素。
即，通過將上一時(shí)刻已修正預(yù)測(cè)向量Y(k-1/k-1)(Y(k-1/k-1)＝[y(k-1)，y(k)…y(k+P-3)，y(k+P-2)]T)的每個(gè)元素向未來移一步及通過新輸入預(yù)測(cè)向量Y(k/k-1)的最后一項(xiàng)來求得當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)向量Y(k/k-1)(Y(k/k-1)＝[y(k)，y(k+1)…y(k+P-2)，y(k+P-1)]T)。使用參數(shù)模型推導(dǎo)預(yù)測(cè)向量Y(k/k-1)的最后元素Y(k+p-1)如下y(k+P-1)＝-a1y(k+P-2)，…，-anay(k+P-1-na)+b1u(k-2)，…，+bnbu(k-2)在此情況下，在預(yù)測(cè)范圍P期間出現(xiàn)的輸入u的影響在每次掃描時(shí)分別計(jì)算。把當(dāng)前掃描時(shí)算出的影響與上次掃描時(shí)算出的影響疊加。因此，條件u(k-1)＝u(k)＝u(k+1)＝……＝u(k+P-1-nb)＝u(k-2)成立。
然后預(yù)測(cè)輸入的影響(步驟S622)。
這一步是使用階躍響應(yīng)系數(shù)預(yù)測(cè)測(cè)得的輸入信號(hào)(即控制信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào))對(duì)進(jìn)程輸出信號(hào)的影響。這一步可包括以下各步求出每一測(cè)出的輸入信號(hào)的變動(dòng)；將求出的變動(dòng)乘以階躍響應(yīng)系數(shù)向量的每個(gè)元素，從而形成模型響應(yīng)向量；以及把模型響應(yīng)向量加到在預(yù)測(cè)向量移變步驟S620產(chǎn)生的預(yù)測(cè)向量上。結(jié)果如下
Y(k/k-1)＝Y(jié)(k/k-1)+SuΔu(k-1)+SdΔd(k-1)此后，執(zhí)行進(jìn)程輸出信號(hào)y(k)的測(cè)量(步驟S626)。
然后修正預(yù)測(cè)向量(步驟S626)。執(zhí)行修正的方法是求出預(yù)測(cè)誤差和把預(yù)測(cè)誤差加到預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素上去。預(yù)測(cè)誤差代表實(shí)測(cè)的進(jìn)程輸出信號(hào)和未修正預(yù)測(cè)向量有關(guān)元素之差。此修正步驟可包括以下步驟確定預(yù)測(cè)誤差，及根據(jù)確定的預(yù)測(cè)誤差調(diào)整未修正預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素，從而產(chǎn)生修正的預(yù)測(cè)向量如下Y(k/k)＝Y(jié)(k/k-1)+y(k)-NY(k/k-1)N＝[100…00]其中向量N用于只求取未修正的預(yù)測(cè)向量中與實(shí)測(cè)的進(jìn)程輸出信號(hào)同步的元素。
最后，輸出修正的預(yù)測(cè)向量(步驟S628)。
輸出修正的預(yù)測(cè)向量以便用到作下次預(yù)測(cè)用的預(yù)測(cè)向量移變步驟S620中。
為了在下次掃描推導(dǎo)預(yù)測(cè)向量，執(zhí)行測(cè)量輸入信號(hào)的步驟S630，然后重復(fù)執(zhí)行從模型參數(shù)估計(jì)步驟S616起的預(yù)測(cè)過程。
圖7是表示使用本發(fā)明的混合預(yù)測(cè)方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)程控制方法的流程圖。
該進(jìn)程控制方法的步驟S710至S718和混合預(yù)測(cè)方法的步驟S610和S618相同。按照本進(jìn)程控制方法，首先執(zhí)行進(jìn)程控制器的系統(tǒng)初始化(步驟S710)，然后執(zhí)行初始信號(hào)的測(cè)量(步驟S712)。使用測(cè)得的初始信號(hào)執(zhí)行預(yù)測(cè)向量的初始化(步驟S714)。接著執(zhí)行模型參數(shù)的估計(jì)(步驟S716)。然后使用估計(jì)的模型參數(shù)計(jì)算階躍響應(yīng)系數(shù)(步驟S718)。
此后，構(gòu)造階躍響應(yīng)矩陣(步驟S720)。
雖然上述預(yù)測(cè)過程是在假定從當(dāng)前時(shí)刻起的每次未來掃描中控制信號(hào)沒有變動(dòng)(Δu(k)＝Δu(k+1)＝…＝0)的情況下執(zhí)行的，但是使用控制器來計(jì)算在控制范圍C期間產(chǎn)生的一系列未來的控制信號(hào)值ΔU(k-1)(ΔU(k-1)＝[u(k-1)，u(k)，u(k+1)…u(k+C-1)])。階躍響應(yīng)矩陣Sum表達(dá)如下Smu=s10...0s2s1...0.........spsp-1...sp·m+1]]>接著，移變預(yù)測(cè)向量(步驟S722)如下Y(k/k-1)＝MaY(k-1/k-1)+Mbu(k-2)然后預(yù)測(cè)輸入的影響(步驟S724)如下Y(k/k-1)＝Y(jié)(k/k-1)+Suu(k-1)+Sdd(k-1)此后，執(zhí)行擾動(dòng)和輸出信號(hào)d(k)和y(k)的測(cè)量(步驟S726)。
然后修正預(yù)測(cè)向量(步驟S728)如下Y(k/k)＝Y(jié)(k/k-1)+y(k)-NY(k/k-1)N＝[100…00]此后，執(zhí)行誤差向量的計(jì)算(步驟S730)。
誤差向量代表在假定未來預(yù)測(cè)范圍P中控制信號(hào)沒有變動(dòng)(Δu(k)＝Δu(k+1)＝…＝0)的條件下預(yù)測(cè)值和參考值之差(該兩值都與從當(dāng)前時(shí)刻起在未來預(yù)測(cè)范圍P中每次掃描產(chǎn)生的進(jìn)程輸出有關(guān))，誤差向量表達(dá)如下E(k+1/k)＝Y(jié)sp(k+1/k)-[MaY(k/k)+Mbu(k-1)+SdΔd(k)]其中“Ysp(k+1/k)”表示參考值向量(Ysp(k+1)＝[Ysp(k+1)，Ysp(k+2)，…，Ysp(k+P)]T)。
然后執(zhí)行控制信號(hào)的計(jì)算(步驟S732)。
控制信號(hào)計(jì)算的實(shí)現(xiàn)依靠在未來范圍P中的每次掃描時(shí)使用使參考值向量和進(jìn)程輸出預(yù)測(cè)向量之差(Ysp(k+1/k)-Y(k+1/k))為最小的算法。例如，假設(shè)控制信號(hào)計(jì)算的實(shí)現(xiàn)使用下列最小化的目標(biāo)函數(shù)
MinimizeΦ＝(Ysp-Ypred)TГTГ(Ysp-Ypred)+ΔuTΛTΛΔu其中“Ypred”等于“Y(k+1/k)”而“Г”和“Λ”分別是權(quán)向量。
假定沒有約束，則下列等式成立Δu(k)＝N(SumTГTГSum+ΛTΛ)-1SumTГTГE(k+1/k)其中N＝[100…0]E(k+1/k)＝Y(jié)sp(k+1/k)-[MaY(k/k)+Mbu(k-1)+SdΔd(k)]以上述方式推導(dǎo)的控制信號(hào)u(k)加到進(jìn)程400，進(jìn)程400又根據(jù)控制信號(hào)u(k)產(chǎn)生進(jìn)程輸出y(k+1)。
從模型參數(shù)估計(jì)步驟S716起重復(fù)執(zhí)行以上的控制過程。
公開本發(fā)明優(yōu)先實(shí)施例是為了說明的目的，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，可能作出各種修改增添和替換而不脫離在權(quán)利要求書中公開的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種混合預(yù)測(cè)器，包括模型參數(shù)估計(jì)器，用于接收來自包含在進(jìn)程控制器內(nèi)的控制器的控制信號(hào)和來自接受控制的進(jìn)程的輸出信號(hào)，根據(jù)所述控制信號(hào)和所述進(jìn)程輸出信號(hào)之間的相關(guān)性估計(jì)使所述進(jìn)程輸出信號(hào)和模型響應(yīng)信號(hào)之差為最小的參數(shù)模型的參數(shù)，及輸出所述已估計(jì)的模型參數(shù)；模型響應(yīng)變換器，用于接收來自所述模型參數(shù)估計(jì)器的所述模型參數(shù)和根據(jù)所述模型參數(shù)為所述控制信號(hào)的各個(gè)單位信號(hào)元產(chǎn)生單位模型響應(yīng)系數(shù)；模型響應(yīng)單元，用于接收來自所述控制器的所述控制信號(hào)、來自所述模型響應(yīng)變換器的所述模型響應(yīng)系數(shù)和來自所述模型參數(shù)估計(jì)器的所述模型參數(shù)，其中所述模型響應(yīng)單元的作用是根據(jù)所述控制信號(hào)和所述模型響應(yīng)系數(shù)產(chǎn)生表示受到在當(dāng)前時(shí)刻加到所述進(jìn)程上的所述控制信號(hào)輸入的影響的進(jìn)程輸出信號(hào)的特征的模型響應(yīng)向量；以及預(yù)測(cè)向量單元，用于接收所述進(jìn)程輸出信號(hào)和來自所述模型響應(yīng)單元的所述模型響應(yīng)向量，其中所述預(yù)測(cè)向量單元的作用是根據(jù)所述進(jìn)程輸出信號(hào)修正所述模型響應(yīng)向量，從而輸出修正的預(yù)測(cè)向量。
2.按照權(quán)利要求1所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述模型參數(shù)估計(jì)器包括擾動(dòng)輸入單元，該擾動(dòng)輸入單元適用于接收表示對(duì)所述進(jìn)程有影響的可測(cè)擾動(dòng)的特征的擾動(dòng)信號(hào)，使得當(dāng)擾動(dòng)信號(hào)加到所述擾動(dòng)輸入單元時(shí)所述模型參數(shù)估計(jì)器根據(jù)所述控制信號(hào)、所述擾動(dòng)信號(hào)和所述進(jìn)程輸出信號(hào)之間的相關(guān)性執(zhí)行模型參數(shù)的估計(jì)。
3.按照權(quán)利要求2所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述模型響應(yīng)變換器的作用是每當(dāng)所述模型參數(shù)更新時(shí)更新所述模型響應(yīng)系數(shù)。
4.按照權(quán)利要求3所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于在從所述模型參數(shù)估計(jì)器輸出的模型參數(shù)與參數(shù)模型“θ＝[a1a2…anab1b2…bnb]”的模型參數(shù)一致的條件下，所述模型響應(yīng)系數(shù)推導(dǎo)如下s1＝b1s1=-Σj=1naa1si-1+Σj=1nbb1,i=1,2,···,P]]>其中“θ”表示模型參數(shù)，“na”和“nb”是比模型截短階次“n”小得多的模型階次。
5.按照權(quán)利要求1所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述模型響應(yīng)單元包括模型響應(yīng)計(jì)算器，用于接收所述控制信號(hào)和所述模型響應(yīng)系數(shù)及用于響應(yīng)于所述控制信號(hào)而產(chǎn)生模型響應(yīng)向量；向量移變器，用于從所述模型參數(shù)估計(jì)器接收與上一時(shí)刻有關(guān)的修正的預(yù)測(cè)向量，并且移變所述接收的預(yù)測(cè)向量，從而輸出所述移變的預(yù)測(cè)向量作為與下一時(shí)刻有關(guān)的預(yù)測(cè)向量；以及加法器，用于把從所述向量移變器輸出的所述預(yù)測(cè)向量加到從所述模型響應(yīng)計(jì)算器輸出的所述模型響應(yīng)向量上。
6.按照權(quán)利要求5所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述模型響應(yīng)計(jì)算器包括乘法器，用于將從所述模型響應(yīng)變換器接收的所述模型響應(yīng)系數(shù)乘以所述控制信號(hào)中的變動(dòng)，以推導(dǎo)表示所述控制信號(hào)對(duì)于所述進(jìn)程未來產(chǎn)生的輸出信號(hào)的影響的模型響應(yīng)向量。
7.按照權(quán)利要求5所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述向量移變器的作用是把與上一時(shí)刻有關(guān)的已修正預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素移變一步，同時(shí)根據(jù)所述模型參數(shù)來推導(dǎo)要新輸入到最新預(yù)測(cè)范圍中的預(yù)測(cè)向量的最后元素的數(shù)值。
8.按照權(quán)利要求7所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于根據(jù)所述模型參數(shù)推導(dǎo)預(yù)測(cè)向量的最后元素?cái)?shù)值的方法是把上一時(shí)刻的已修正預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素“Y(k-1/k-1)”(Y(k-1/k-1)＝[y(k-1)，y(k)…y(k+P-3)，y(k+P-2)]T)向未來移變一步，同時(shí)要新輸入用所述模型參數(shù)估計(jì)器輸出的參數(shù)模型“θ＝[a1a2…anab1b2…bnb]”推導(dǎo)的預(yù)測(cè)向量“Y(k/k-1)”的最后項(xiàng)“y(k+P-1)”y(k+P-1)＝-a1y(k+P-2)，…，-anay(k+P-1-na)+b1u(k-2)，…，+bnbu(k-2)
9.按照權(quán)利要求8所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述模型參數(shù)的使用是在u(k-1)＝u(k)＝u(k+1)＝……＝u(k+P-1-nb)＝u(k-2)成立的條件下實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)楦鶕?jù)疊加原理在每次掃描時(shí)分別計(jì)算在預(yù)測(cè)范圍“P”期間出現(xiàn)的輸入“u”的影響。
10.按照權(quán)利要求1所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述預(yù)測(cè)向量單元包括未修正的預(yù)測(cè)向量單元，用于接收來自所述模型響應(yīng)單元的模型響應(yīng)向量作為未修正的預(yù)測(cè)向量，其中所述未修正的預(yù)測(cè)向量單元臨時(shí)存儲(chǔ)所述未修正預(yù)測(cè)向量，然后輸出所述存儲(chǔ)的未修正預(yù)測(cè)向量；減法器，用于接收所述進(jìn)程輸出信號(hào)和求出所述進(jìn)程輸出信號(hào)和在所述進(jìn)程輸出信號(hào)的同一時(shí)刻從所述未修正的預(yù)測(cè)向量單元輸出的未修正預(yù)測(cè)向量的元素之差值，及用于輸出所述求出的差值作為預(yù)測(cè)誤差信號(hào)；預(yù)測(cè)向量修正單元，用于接收來自所述未修正預(yù)測(cè)向量單元的未修正預(yù)測(cè)向量和來自所述減法器的預(yù)測(cè)誤差信號(hào)，其中所述預(yù)測(cè)向量修正單元根據(jù)預(yù)測(cè)誤差信號(hào)修正所述未修正預(yù)測(cè)向量，從而輸出修正的預(yù)測(cè)向量；以及修正的預(yù)測(cè)向量單元，用于接收和存儲(chǔ)從所述預(yù)測(cè)向量修正單元輸出的修正的預(yù)測(cè)向量，其中所述修正的預(yù)測(cè)向量單元更新與上一時(shí)刻有關(guān)的以前存儲(chǔ)的所述修正的預(yù)測(cè)向量。
11.按照權(quán)利要求10所述的混合預(yù)測(cè)器，其特征在于所述預(yù)測(cè)向量修正單元的作用是把所述預(yù)測(cè)誤差信號(hào)加到存儲(chǔ)在所述未修正預(yù)測(cè)向量單元中的諸未來掃描的預(yù)測(cè)值上，從而產(chǎn)生修正的預(yù)測(cè)向量。
12.一種在控制進(jìn)程用的進(jìn)程控制器中使用的混合預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟測(cè)量從包含在所述進(jìn)程控制器中的控制器輸出的控制信號(hào)和從接受控制的進(jìn)程產(chǎn)生的輸出信號(hào)，并根據(jù)來自所述進(jìn)程的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)向量的初始化；根據(jù)所述控制信號(hào)及所述進(jìn)程輸出信號(hào)估計(jì)參數(shù)模型的諸參數(shù)；以及根據(jù)所述模型參數(shù)構(gòu)造預(yù)測(cè)向量和輸出構(gòu)成的預(yù)測(cè)向量。
13.按照權(quán)利要求12所述的混合預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述構(gòu)造和輸出所述預(yù)測(cè)向量的步驟包括以下步驟根據(jù)所述模型參數(shù)分別計(jì)算各階躍響應(yīng)系數(shù)；將與上一時(shí)刻有關(guān)的已修正預(yù)測(cè)向量的每一元素向未來移變一步，并輸出所述移變的預(yù)測(cè)向量；根據(jù)所述階躍響應(yīng)系數(shù)預(yù)測(cè)所述測(cè)得的控制信號(hào)對(duì)所述進(jìn)程輸出信號(hào)的影響；測(cè)量與當(dāng)前控制時(shí)刻有關(guān)的進(jìn)程輸出信號(hào)；以及根據(jù)所述測(cè)得的進(jìn)程輸出信號(hào)推導(dǎo)預(yù)測(cè)誤差，將該預(yù)測(cè)誤差加到所述預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素上，存儲(chǔ)所述的加法結(jié)果，及輸出所述存儲(chǔ)值作為修正的預(yù)測(cè)向量。
14.按照權(quán)利要求13所述的混合預(yù)測(cè)方法，其特征在于根據(jù)所述階躍響應(yīng)系數(shù)預(yù)測(cè)所述測(cè)得的控制信號(hào)的影響的步驟包括以下步驟求出加在所述進(jìn)程上的測(cè)得輸入信號(hào)中的變動(dòng)；把所述階躍響應(yīng)系數(shù)向量的每個(gè)元素乘以所述求出的輸入信號(hào)變動(dòng)，從而產(chǎn)生模型響應(yīng)向量；以及把所述模型響應(yīng)向量加到在所述預(yù)測(cè)向量移變步驟中處理的預(yù)測(cè)向量上。
15.按照權(quán)利要求14所述的混合預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述修正和輸出所述預(yù)測(cè)向量的步驟包括以下步驟確定表示所述測(cè)得的進(jìn)程輸出信號(hào)和與所述測(cè)得進(jìn)程輸出信號(hào)有關(guān)的未修正預(yù)測(cè)向量的元素之差的預(yù)測(cè)誤差；以及根據(jù)所述預(yù)測(cè)誤差調(diào)整所述未修正預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素，從而產(chǎn)生修正的預(yù)測(cè)向量。
16.一種進(jìn)程控制器，包括控制器，用于接收誤差信號(hào)和根據(jù)該誤差信號(hào)把控制信號(hào)傳送給進(jìn)程，從而控制進(jìn)程輸出信號(hào)；參考值提供器，用于提供希望的參考值；預(yù)測(cè)設(shè)備，用于接收來自所述控制器的控制信號(hào)，從而輸出預(yù)測(cè)向量信號(hào)；以及減法器，用于計(jì)算所述參考值信號(hào)和來自所述預(yù)測(cè)設(shè)備的所述預(yù)測(cè)向量信號(hào)之差，及把所述算出的差值送給所述控制器作為所述誤差信號(hào)；所述進(jìn)程控制器的特征在于所述預(yù)測(cè)設(shè)備包括混合預(yù)測(cè)器，所述混合預(yù)測(cè)器用于接收來自所述控制器的控制信號(hào)和來自所述進(jìn)程的進(jìn)程輸出信號(hào)、根據(jù)所述接收的信號(hào)推導(dǎo)參數(shù)模型，及根據(jù)所述參數(shù)模型輸出表示在預(yù)測(cè)范圍期間從所述進(jìn)程產(chǎn)生的輸出的預(yù)測(cè)向量信號(hào)。
17.按照權(quán)利要求16所述的進(jìn)程控制器，其特征在于所述預(yù)測(cè)設(shè)備包括模型參數(shù)估計(jì)器，用于接收來自所述控制器的控制信號(hào)和來自接受控制的進(jìn)程的輸出信號(hào)，根據(jù)所述控制信號(hào)和所述進(jìn)程輸出信號(hào)之間的相關(guān)性估計(jì)使所述進(jìn)程輸出信號(hào)和模型響應(yīng)信號(hào)之差為最小的參數(shù)模型的諸參數(shù)，及輸出所述估計(jì)的模型參數(shù)；模型響應(yīng)變換器，用于接收來自所述模型參數(shù)估計(jì)器的模型參數(shù)，及根據(jù)所述模型參數(shù)產(chǎn)生所述控制信號(hào)各個(gè)單位信號(hào)元的單位模型響應(yīng)系數(shù)；模型響應(yīng)單元，用于接收來自所述控制器的控制信號(hào)、來自所述模型響應(yīng)變換器的模型響應(yīng)系數(shù)、及來自所述模型參數(shù)估計(jì)器的模型參數(shù)，其中所述模型響應(yīng)單元的作用是根據(jù)所述控制信號(hào)和所述模型響應(yīng)系數(shù)產(chǎn)生表示受到在當(dāng)前時(shí)刻加到所述進(jìn)程的控制信號(hào)輸入影響的進(jìn)程輸出信號(hào)的特征的模型響應(yīng)向量；以及預(yù)測(cè)向量單元，用于接收所述進(jìn)程輸出信號(hào)和來自所述模型響應(yīng)單元的所述模型響應(yīng)向量，所述預(yù)測(cè)向量單元的作用是根據(jù)所述進(jìn)程輸出信號(hào)修正所述模型響應(yīng)向量，從而輸出修正的預(yù)測(cè)向量。
18.一種控制進(jìn)程的方法，包括以下步驟測(cè)量從包含在進(jìn)程控制器內(nèi)的控制器輸出的控制信號(hào)、來自外部的擾動(dòng)信號(hào)、及從接受控制的進(jìn)程產(chǎn)生的輸出信號(hào)，及根據(jù)所述測(cè)得的進(jìn)程輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)向量的初始化；根據(jù)所述控制信號(hào)、所述擾動(dòng)信號(hào)和所述進(jìn)程輸出信號(hào)估計(jì)參數(shù)模型的諸參數(shù)；根據(jù)所述模型參數(shù)構(gòu)造預(yù)測(cè)向量，從而輸出所述構(gòu)成的預(yù)測(cè)向量；根據(jù)構(gòu)成的預(yù)測(cè)向量和參考值向量求出參考值誤差向量；以及根據(jù)所述參考值誤差向量計(jì)算控制器輸出信號(hào)及輸出算出的控制器輸出信號(hào)。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述構(gòu)造和輸出所述預(yù)測(cè)向量的步驟包括以下步驟根據(jù)所述模型參數(shù)計(jì)算階躍響應(yīng)系數(shù)，及根據(jù)算出的階躍響應(yīng)系數(shù)構(gòu)造階躍響應(yīng)矩陣；把與上一時(shí)刻有關(guān)的已修正預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素向未來移變一步，及輸出所述移變的預(yù)測(cè)向量；根據(jù)所述階躍響應(yīng)系數(shù)預(yù)測(cè)所述測(cè)得的控制信號(hào)對(duì)所述進(jìn)程輸出信號(hào)的影響；測(cè)量與當(dāng)前控制時(shí)刻有關(guān)的進(jìn)程輸出信號(hào)；根據(jù)所述測(cè)得的進(jìn)程輸出信號(hào)求出預(yù)測(cè)誤差，把所述預(yù)測(cè)誤差加到所述預(yù)測(cè)向量的每個(gè)元素上，存儲(chǔ)所述加法結(jié)果，并輸出所述存儲(chǔ)值作為所述修正的預(yù)測(cè)向量。
20.按照權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述根據(jù)所述算出的階躍響應(yīng)系數(shù)構(gòu)造所述階躍響應(yīng)矩陣的步驟包括以下步驟構(gòu)造所述階躍響應(yīng)矩陣使得隨著所述階躍響應(yīng)矩陣列數(shù)的增加，階躍響應(yīng)系數(shù)的階次減少，與此同時(shí)使用所述控制器輸出信號(hào)推導(dǎo)一系列未來值。
21.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述求得所述參考值誤差向量的步驟包括以下步驟根據(jù)所述修正的預(yù)測(cè)向量推導(dǎo)表示在所述當(dāng)前控制時(shí)刻之后產(chǎn)生的進(jìn)程輸出的預(yù)測(cè)向量；以及求出表示所述預(yù)測(cè)向量和所述參考值向量之差的參考值誤差向量。
22.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述參考值誤差向量表示預(yù)測(cè)值和參考值的差值，而該預(yù)測(cè)值和參考值都和在假定在未來預(yù)測(cè)范圍“P”中的控制信號(hào)沒有變動(dòng)(Δu(k)＝Δu(k+1)＝…＝0)的條件下在該未來預(yù)測(cè)范圍“P”中每次掃描時(shí)產(chǎn)生的進(jìn)程輸出有關(guān)。
23.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述計(jì)算和輸出所述控制器輸出信號(hào)的步驟包括按照使未來的進(jìn)程輸出信號(hào)在所述預(yù)測(cè)范圍“P”中到達(dá)參考值的優(yōu)化計(jì)算來計(jì)算一系列未來控制信號(hào)的步驟。
全文摘要
一種預(yù)測(cè)進(jìn)程的輸出的混合預(yù)測(cè)器和利用該混合預(yù)測(cè)器的混合預(yù)測(cè)方法,及利用混合預(yù)測(cè)器和混合預(yù)測(cè)方法控制進(jìn)程的系統(tǒng)和方法?；旌项A(yù)測(cè)器使用隨進(jìn)程變動(dòng)而更新的參數(shù)模型以便獲得移變的預(yù)測(cè)向量和階躍響應(yīng)系數(shù)。該混合預(yù)測(cè)器的特點(diǎn)是附加模型參數(shù)估計(jì)器和模型響應(yīng)變換器。在混合預(yù)測(cè)器中直接計(jì)算表示預(yù)測(cè)范圍長(zhǎng)度的預(yù)測(cè)向量。因此可能減少所需的存儲(chǔ)器容量;同時(shí),模型參數(shù)估計(jì)器根據(jù)進(jìn)程的變動(dòng)更新模型響應(yīng)系數(shù),因此可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)預(yù)測(cè)。
文檔編號(hào)G05B13/04GK1197946SQ9712114
公開日1998年11月4日 申請(qǐng)日期1997年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月29日
發(fā)明者尹進(jìn)圭 申請(qǐng)人:鮮京建設(shè)株式會(huì)社