專利名稱：控制設(shè)備和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)控制器的控制設(shè)備，所說(shuō)的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)控制，以使多個(gè)控制回路的控制變量符合它們的預(yù)先設(shè)定值；并且，更加具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及這樣一種控制設(shè)備和控制方法，通過(guò)減小除控制變量變化最小的最慢控制回路外的控制器的穩(wěn)定等待時(shí)間，所說(shuō)的控制設(shè)備和控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能。
一些設(shè)備(例如，使用電加熱器的作為執(zhí)行元件的半導(dǎo)體制造設(shè)備)早已經(jīng)是公知的了，在這些設(shè)備中，一個(gè)設(shè)備要加入控制系統(tǒng)的多個(gè)回路。在這種設(shè)備中，各個(gè)控制回路的控制器是相互獨(dú)立地進(jìn)行操作的。
控制回路的控制變量不總是以相同的速度變化的。因?yàn)樵诳刂苹芈返目刂谱兞康淖兓g存在著速度差異，因此除了展示最慢變化的最慢控制回路之外，其余的控制回路的響應(yīng)都變得比最慢控制回路的響應(yīng)快。在維持穩(wěn)定狀態(tài)的同時(shí)，除了最慢控制回路外的控制回路的控制器都必須等待，直到最慢控制回路的響應(yīng)完成。這些控制器在完成響應(yīng)后都需要一個(gè)穩(wěn)定等待時(shí)間，在此期間控制器一直在等待同時(shí)還要保持穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定等待時(shí)間使控制器能耗增加。
按照本發(fā)明，提供了一種控制設(shè)備，所說(shuō)的控制設(shè)備包括第一控制器(PID1)，它實(shí)現(xiàn)的控制能夠使第一控制回路的控制變量符合一個(gè)預(yù)先設(shè)定值；至少一個(gè)其余控制器(PID2-PIDn)，它實(shí)現(xiàn)的控制能夠使控制變量的變化大于第一控制回路的至少一個(gè)其余控制回路的控制變量符合一個(gè)預(yù)先設(shè)定值；一個(gè)階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分(C_R1)，所說(shuō)的階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分計(jì)算第一控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度(α1)；一個(gè)控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分(C＿S2-C＿Sn)，針對(duì)每一個(gè)其余控制器按排這樣一個(gè)計(jì)算部分，用于根據(jù)階躍響應(yīng)進(jìn)度校正相應(yīng)的其余控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的相應(yīng)的其余控制回路的控制變量的變化與第一控制回路的控制變量的變化同步，并且為所說(shuō)的其余控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
按照本發(fā)明，提供了一種控制設(shè)備，所說(shuō)的控制設(shè)備包括多個(gè)控制器(PID1-PIDn)，它們實(shí)現(xiàn)的控制能夠使多個(gè)控制回路的控制變量符合多個(gè)預(yù)先設(shè)定值；多個(gè)階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分(C_R1a-C_Rna)，針對(duì)對(duì)應(yīng)的控制器按排這樣的計(jì)算部分，用于計(jì)算相應(yīng)的控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度(α1-αn)；一個(gè)最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分(C_Rm)，它在由階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度中選擇最慢的進(jìn)度(αmin)；和，控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分(C＿S1a-C＿Sna)，針對(duì)對(duì)應(yīng)的控制器按排這樣一些計(jì)算部分，用于根據(jù)最慢進(jìn)度校正相應(yīng)的控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的相應(yīng)的控制回路的的控制變量的變化與最慢進(jìn)度的控制變量的變化同步，并且為所說(shuō)的相應(yīng)的控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
按照本發(fā)明，提供了一種在具有多個(gè)控制器的一個(gè)控制設(shè)備中的控制方法，所說(shuō)的控制器實(shí)現(xiàn)的控制能夠使多個(gè)控制回路的控制變量符合預(yù)先設(shè)定值，所說(shuō)的控制方法包括如下步驟計(jì)算控制變量的變化是最慢的一個(gè)第一控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度，以及根據(jù)所說(shuō)的階躍響應(yīng)進(jìn)度校正其余控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的除第一控制回路外的其余控制回路的的控制變量的變化與第一控制回路的控制變量的變化同步，從而為所說(shuō)的相應(yīng)的控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
按照本發(fā)明，提供了一種控制方法，所說(shuō)的控制方法包括如下步驟計(jì)算控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度，在計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度中選擇最慢進(jìn)度，和根據(jù)最慢進(jìn)度校正控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的控制回路的控制變量的變化與最慢進(jìn)度的控制變量的變化同步，從而為所說(shuō)的控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。


圖1是表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的控制設(shè)備的安排的方塊圖；圖2是說(shuō)明圖1中的控制設(shè)備的操作的流程圖；圖3是說(shuō)明圖1中的控制設(shè)備的操作的流程圖；圖4是表示常規(guī)的控制設(shè)備的控制操作的實(shí)例的視圖；圖5是表示圖1的控制設(shè)備的控制操作的實(shí)例的視圖；圖6是表示按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制設(shè)備的安排的方塊圖；圖7是說(shuō)明圖6中的控制設(shè)備的操作的流程圖；圖8是說(shuō)明圖6中的控制設(shè)備的操作的流程圖；圖9是表示圖6中的控制設(shè)備的控制操作的實(shí)例的視圖。
第一控制回路由以下各部分組成第一控制器PID1及其要控制的目標(biāo)Proc1；第二控制回路，第二控制器PID2及其要控制的目標(biāo)Proc2；第三控制回路，第三控制器PID3及其要控制的目標(biāo)Proc3；第n控制回路，第n控制器PIDn及其要控制的目標(biāo)Procn。
當(dāng)控制回路作為獨(dú)立的控制系統(tǒng)在一個(gè)設(shè)備(如半導(dǎo)體制造設(shè)備等)中操作的時(shí)候，并且當(dāng)完成階躍響應(yīng)所需的時(shí)間在各控制回路之間不同的時(shí)候，第一實(shí)施例可以應(yīng)用到多個(gè)回路，其中在所說(shuō)的設(shè)備中，一個(gè)設(shè)備可以配備多個(gè)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)階躍響應(yīng)(如啟動(dòng))的控制系統(tǒng)的回路。尤其是，當(dāng)預(yù)先了解了一個(gè)控制回路(第一控制回路)它的控制變量的變化是最慢的，這時(shí)，就更加可以應(yīng)用第一實(shí)施例。
下面將說(shuō)明按照第一實(shí)施例的控制設(shè)備的操作。圖2和3是表示圖1中的控制設(shè)備的操作的流程圖。
階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1通過(guò)完成噪聲處理來(lái)減小控制變量PV1的噪聲，所說(shuō)的噪聲處理是通過(guò)下述的針對(duì)第一控制回路的控制目標(biāo)Proc1的控制變量PV1的傳遞函數(shù)表達(dá)式給出的，其中的控制變量是通過(guò)一個(gè)傳感器(未示出)測(cè)量的(步驟101)PV1*＝{1/(1+Tfs}}PV1 ………(1)在方程(1)中，PV*是在噪聲處理后的控制變量，Tf是噪聲濾波器的時(shí)間常數(shù)。對(duì)應(yīng)于低通濾波器的噪聲處理可以減小控制變量PV1的噪聲?？刂谱兞縋V1的噪聲實(shí)例是用來(lái)測(cè)量控制變量PV1的傳感器(未示出)的測(cè)量噪聲。
階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1檢查針對(duì)第一、第二、第三、……第n控制回路設(shè)置的任一外部預(yù)先設(shè)定值SP1x、SP2x、SP3x……SPnx是否自預(yù)先指定的對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)定值dSP1x、dSP2、dSP3……dSPn開(kāi)始發(fā)生了大的變化(步驟104)SPkx＞SPkx`+dSPk(k＝1，2，3，…n)…(2)SPkx＞SPkx`-dSPk(k＝1，2，3，…n)…(3)在不等式(2)和(3)中，SPkx`是在一個(gè)控制周期之前第k個(gè)控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值。
如果不等式(2)或(3)成立，即，如果在當(dāng)前控制周期第k個(gè)(k＝1，2，3，......n)控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SPkx大于在一個(gè)控制周期之前的外部預(yù)先設(shè)定值SPkx`與一個(gè)預(yù)定的值dSPk之和，或者，如果外部預(yù)先設(shè)定值SPkx小于在一個(gè)控制周期之前的外部預(yù)先設(shè)定值SPkx`與一個(gè)預(yù)定的值dSPk之差，則階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1確定外部預(yù)先設(shè)定值SPkx的變化量大于預(yù)定值dSPk。階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1然后設(shè)定當(dāng)前的控制周期，以此作為階躍響應(yīng)的開(kāi)始(在步驟104中的YES)。
如果在步驟104中是YES，階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1設(shè)定第一控制回路在當(dāng)前的控制周期期間的噪聲處理控制變量PV1*，以此作為第一控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量PV1a，設(shè)定在當(dāng)前的控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP1x，以此作為第一控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之后的預(yù)先設(shè)定值SP1b，并且將第一控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1復(fù)位到0(步驟105)。將控制變量PV1*設(shè)定為階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量的理由是，控制變量PV1*代表了目標(biāo)Proc1對(duì)于在當(dāng)前控制周期之前來(lái)自于控制器PID1的操縱變量的響應(yīng)。
在操作開(kāi)始后的第一個(gè)控制周期，階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1不進(jìn)行在步驟104和105中的過(guò)程，而是執(zhí)行初始化處理(步驟102和103)。更加具體地說(shuō)，階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的噪聲處理控制變量PV1*，以此作為控制變量PV1a的初始值，還要設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP1x，以此作為預(yù)先設(shè)定值SP1b的初始值，并且將階躍響應(yīng)進(jìn)度α1復(fù)位到0。
階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1計(jì)算第一控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1(步驟106)。階躍響應(yīng)進(jìn)度α1是一個(gè)Δα到1的實(shí)數(shù)。隨著階躍響應(yīng)進(jìn)度α1接近于1，階躍響應(yīng)進(jìn)展得越快。Δα代表的是階躍響應(yīng)進(jìn)度校正量(例如0.05)。
如果控制變量PV1a等于預(yù)先設(shè)定值SP1b，則階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1設(shè)定階躍響應(yīng)進(jìn)度α1為1。如果控制變量PV1a不等于預(yù)先設(shè)定值SP1b，則階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1使用控制變量PV1a、預(yù)先設(shè)定值SP1b、和噪聲處理控制變量PV1*來(lái)計(jì)算階躍響應(yīng)進(jìn)度α1α1＝(PV1*-PV1a)/(SP1b-PV1a)+Δα …(4)如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1小于一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1`，階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1設(shè)定一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1`，以此作為當(dāng)前控制周期期間的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1。如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1大于1，則階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1設(shè)定當(dāng)前控制周期的階躍響應(yīng)進(jìn)度為1。要注意的是，在第一個(gè)控制周期，α1`為0。于是，在步驟106中的過(guò)程結(jié)束了。
在步驟101中，要針對(duì)控制變量PV1進(jìn)行噪聲處理，從而可以在步驟106中精確計(jì)算階躍響應(yīng)進(jìn)度α1。如果控制變量PV1包含噪聲分量，則在計(jì)算階躍響應(yīng)進(jìn)度α1的過(guò)程當(dāng)中就要產(chǎn)生誤差。
第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2通過(guò)完成噪聲處理來(lái)減小控制變量PV2的噪聲，所說(shuō)的噪聲處理是通過(guò)下述的針對(duì)第二控制回路的控制目標(biāo)Proc2的控制變量PV2的傳遞函數(shù)表達(dá)式給出的，其中的控制變量是通過(guò)一個(gè)傳感器(未示出)測(cè)量的(步驟107)PV2*＝{1/(1+Tfs)}PV2 ………(5)在方程(5)中，PV2*是在噪聲處理后的控制變量。
第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2檢查針對(duì)第一、第二、第三、……第n控制回路設(shè)置的任一外部預(yù)先設(shè)定值SP1x、SP2x、SP3x……SPnx是否自預(yù)先指定的對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)定值dSP1、dSP2、dSP3……dSPnx開(kāi)始發(fā)生了大的變化(步驟110)。
如果不等式(2)或(3)確定，則第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2確定外部預(yù)先設(shè)定值SPkx(k＝1，2，3，...，n)的變化量大于預(yù)定值dSPk。第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2然后設(shè)定當(dāng)前的控制周期，以此作為階躍響應(yīng)的開(kāi)始(在步驟110中的YES)。
如果在步驟110中是YES，則第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2設(shè)定第二控制回路在當(dāng)前的控制周期期間的噪聲處理控制變量PV2*，以此作為第二控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量PV2a，并且設(shè)定在當(dāng)前的控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP2x，以此作為第二控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之后的預(yù)先設(shè)定值SP2b(步驟111)。
在操作開(kāi)始后的第一個(gè)控制周期，第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2不進(jìn)行在步驟110和111中的過(guò)程，而是執(zhí)行初始化處理(步驟108和109)。更加具體地說(shuō)，第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的噪聲處理控制變量PV2*，以此作為控制變量PV2a的初始值，還要設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP2x，以此作為預(yù)先設(shè)定值SP2b的初始值，并且設(shè)定控制變量PV2a，以此作為內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2的初始值。
第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2計(jì)算第二控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2(步驟112)SP2＝(SP2’Tx+SP2*dT)/(Tx+dT)....(6)SP2’代表的是第二控制回路在一個(gè)控制周期之前的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2。在第一控制周期，使用控制變量PV2a作為初始值。Tx代表移動(dòng)時(shí)間，例如Tx等于2Tf至5Tf，dT代表的是控制周期，SP2*代表第二控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值基準(zhǔn)并且由下式給出SP2*＝(SP2b-PV2a)α1+PV2a....(7)在步驟112中的過(guò)程結(jié)束。要針對(duì)在步驟107中的控制變量PV2進(jìn)行噪聲處理，從而可以在步驟112精確計(jì)算內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值PV2。
34第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3通過(guò)完成噪聲處理來(lái)減小控制變量PV3的噪聲，所說(shuō)的噪聲處理是通過(guò)下述的針對(duì)第三控制回路的目標(biāo)Proc3的控制變量PV3的傳遞函數(shù)表達(dá)式給出的，其中的控制變量是通過(guò)一個(gè)傳感器(未示出)測(cè)量的(步驟113)PV3*＝{1/(1+Tfs)}PV3 ………(8)在方程(8)中，PV3*是在噪聲處理后的控制變量。
第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3檢查不等式(2)或(3)是否確定(步驟116)。如果不等式(2)或(3)確定，而且在步驟116中是YES，則第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3設(shè)定第三控制回路在當(dāng)前的控制周期期間的噪聲處理控制變量PV3*，以此作為第三控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量PV3a，并且設(shè)定在當(dāng)前的控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP3x，以此作為第三控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之后的預(yù)先設(shè)定值SP3b(步驟117)。
在操作開(kāi)始后的第一個(gè)控制周期，第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3不進(jìn)行在步驟116和117中的過(guò)程，而是執(zhí)行初始化處理(步驟114和115)。更加具體地說(shuō)，第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的噪聲處理控制變量PV3*，以此作為控制變量PV3a的初始值，還要設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP3x，以此作為預(yù)先設(shè)定值SP3b的初始值，并且設(shè)定控制變量PV3a，以此作為內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP3的初始值。
第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3計(jì)算第三控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP3(步驟118)SP3＝(SP3’Tx+SP3*dT)/(Tx+dT) ....(9)SP3’代表的是第三控制回路在一個(gè)控制周期之前的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP3。在第一控制周期，使用控制變量PV3a作為初始值。SP3*代表第三控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值基準(zhǔn)并且由下式給出SP3*＝(SP3b-PV3a)α1+PV3a ....(10)以此方式重復(fù)與步驟107到112或113到118相同的過(guò)程。在第n-1個(gè)控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn-1(未示出)計(jì)算了內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn-1之后，第n個(gè)控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn通過(guò)完成噪聲處理來(lái)減小控制變量PVn的噪聲，所說(shuō)的噪聲處理是通過(guò)下述的針對(duì)第n控制回路的目標(biāo)Procn的控制變量PVn的傳遞函數(shù)表達(dá)式給出的，其中的控制變量是通過(guò)一個(gè)傳感器(未示出)測(cè)量的(步驟151)PVn*＝{1/(1+Tfs)}PVn ………(11)在方程(11)中，PVn*是在噪聲處理后的控制變量。
第n控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn檢查不等式(2)或(3)是否確定(步驟154)。如果不等式(2)或(3)確定，而且在步驟154中是YES，則第n控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn設(shè)定第n控制回路在當(dāng)前的控制周期期間的噪聲處理控制變量PVn*，以此作為第n控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量PVna，并且設(shè)定在當(dāng)前的控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SPnx，以此作為第n控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之后的預(yù)先設(shè)定值SPnb(步驟155)。
在操作開(kāi)始后的第一個(gè)控制周期，第n控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn不進(jìn)行在步驟154和155中的過(guò)程，而是執(zhí)行初始化處理(步驟152和153)。更加具體地說(shuō)，第n控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的噪聲處理控制變量PVn*，以此作為控制變量PVna的初始值，還要設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SPnx，以此作為預(yù)先設(shè)定值SPnb的初始值，并且設(shè)定控制變量PVna，以此作為內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn的初始值。
第n控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn計(jì)算第n控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn(步驟156)SPn＝(SPn’Tx+SPn*dT)/(Tx+dT)....(12)SPn’代表的是第n控制回路在一個(gè)控制周期之前的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn。在第一控制周期，使用控制變量PVna作為初始值。SPn*代表第n控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值基準(zhǔn)并且由下式給出SPn*＝(SPnb-PVna)α1+PVna....(13)第一控制器PID1通過(guò)執(zhí)行由下述傳遞函數(shù)表達(dá)式給出的PID計(jì)算來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MV1(步驟157)MV1＝Kg1{1+1/(Ti1s)+Td1s}(SP1x-PV1)(14)在方程(14)中，Kg1、Ti1、Td1是控制器PID1的比例增益、積分時(shí)間、和微分時(shí)間。第一控制器PID1向目標(biāo)Proc1輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MV1。
第二控制器PID2通過(guò)執(zhí)行由下述傳遞函數(shù)表達(dá)式給出的PID計(jì)算、并且使用由第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分CS＿2輸出的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MV2(步驟158)MV2＝Kg2{1+1/(Ti2s)+Td2s}(SP2x-PV2)(15)在方程(15)中，Kg2、Ti2、Td2是控制器PID2的比例增益、積分時(shí)間、和微分時(shí)間。第二控制器PID2向目標(biāo)Proc2輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MV2。
第三控制器PID3通過(guò)執(zhí)行下述PID計(jì)算、并且使用由第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3輸出的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP3來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MV3(步驟159)MV3＝Kg3{1+1/(Ti3s)+Td3s}(SP3-PV3)(16)在方程(16)中，Kg3、Ti3、Td3是控制器PID3的比例增益、積分時(shí)間、和微分時(shí)間。第三控制器PID3向目標(biāo)Proc3輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MV3。
以此方式依次計(jì)算操縱變量輸出。在第n-1個(gè)控制器PIDn-1(未示出)計(jì)算出操縱變量輸出MVn-1之后，第n控制器PIDn通過(guò)執(zhí)行下述PID計(jì)算、并且使用由第n控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn輸出的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MVn(步驟190)
MVn＝Kgn{1+1/(Tins)+Tdns}(SPn-PVn)(17)在方程(17)中，Kgn、Tin、Tdn是控制器PIDn的比例增益、積分時(shí)間、和微分時(shí)間。第n控制器PIDn向目標(biāo)Procn輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MVn。
步驟101到190定為在一個(gè)控制周期內(nèi)的過(guò)程，并且每個(gè)控制周期重復(fù)步驟101到190中的過(guò)程。
在第一實(shí)施例中，對(duì)于由兩個(gè)或多個(gè)回路組成的一個(gè)控制系統(tǒng)，外部預(yù)先設(shè)定值SP1x、SP2x、SP3x……SPnx通過(guò)一次外部操作幾乎同時(shí)得以改變。在此之后，通過(guò)階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1計(jì)算預(yù)先掌握的變化最慢的控制變量(第一控制回路)的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1。將計(jì)算結(jié)果輸出到其余控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2到C＿Sn。
內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2到C＿Sn計(jì)算所說(shuō)的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2到SPn，對(duì)于所說(shuō)的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2到SPn進(jìn)行校正，以便根據(jù)階躍響應(yīng)進(jìn)度α1可以抑制第2到第n回路的階躍響應(yīng)，從而使第2到第n回路的控制變量PV2至PVn的進(jìn)度與第一控制回路的變化最慢的控制變量PV1的進(jìn)度同步。
變化最慢的第一控制回路的控制器PID1根據(jù)由操作人員設(shè)定的初始外部預(yù)先設(shè)定值SP1x計(jì)算操縱變量輸出MV1。
第二到第n控制回路的控制器PID2-PIDn根據(jù)經(jīng)過(guò)校正的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2-SPn計(jì)算操縱變量輸出MV2-MPn。
這種安排能夠防止當(dāng)?shù)谝坏降趎控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP1x-SPnx幾乎同時(shí)改變時(shí)、除變化最慢的第一控制回路外的控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)展得比第一控制回路的階躍響應(yīng)快得過(guò)多。除了第一控制回路的控制器之外的其余控制器PID2-PIDn能夠在完成階躍響應(yīng)時(shí)消除控制器在維持穩(wěn)定狀態(tài)的同時(shí)需要等待的穩(wěn)定等待時(shí)間。
當(dāng)控制器PID1-PIDn例如控制多個(gè)加熱器以實(shí)現(xiàn)升溫控制時(shí)，在常規(guī)的控制設(shè)備中的控制器PID2-PIDn在保持高溫穩(wěn)定狀態(tài)的同時(shí)必須在那里等待，一直等到至少完成了第一控制回路的階躍響應(yīng)為止，導(dǎo)致大量能量的消耗。與此相反，在第一實(shí)施例的控制設(shè)備中，可以省去控制器PID2-PIDn的穩(wěn)定等待時(shí)間，減少能量損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
圖4是表示常規(guī)的控制設(shè)備的控制操作的實(shí)例的視圖，其中的控制回路的控制器PID1-PIDn是相互獨(dú)立地操作的。圖5是表示按照第一實(shí)施例的控制設(shè)備的控制操作的實(shí)例的視圖。圖4和5表示的是計(jì)算控制變量PV1、PV2、PV3、…PVn的模擬結(jié)果，其中第一控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP1x自SP1a變到SP1b，第二控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP2x自SP2a變到SP2b，第三控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP3x自SP3a變到SP3b，并且第n控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SPnx自SPna變到SPnb。圖4和5只表示出第一到第三控制回路。在圖4和5的例子中，第一控制回路是控制變量的變化最慢的一個(gè)回路。
如圖4所示，在常規(guī)的控制設(shè)備中，第二、第三、……第n控制回路的控制變量PV2、PV3……PVn在第一控制回路的控制變量PV1達(dá)到預(yù)先設(shè)定值SP1b之前達(dá)到SP2b、SP3b、……SPnb。在第二、第三、……第n控制回路的控制器PD2，PD3，……中產(chǎn)生穩(wěn)定的等待時(shí)間T_w2，T_w3，……T_wn。
在第一實(shí)施例中，如圖5所示，第二、第三、……第n控制回路的控制變量PV2、PV3……PVn與第一控制回路的控制變量PV1同步地改變。因此，在第二、第三、……第n控制回路的控制器PID2、PID3……PIDn中不會(huì)產(chǎn)生任何穩(wěn)定等待時(shí)間。
圖6是表示按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制設(shè)備的安排的方塊圖。圖6中的控制設(shè)備包括從第一到第n的多個(gè)控制器PID1-PIDn；階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C_R1a到C_Rna，針對(duì)控制器PID1-PIDn安排所說(shuō)的階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分，所說(shuō)的階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分計(jì)算第一到第n的控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度；一個(gè)最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm，所說(shuō)的最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm從由階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C_R1a到C_Rna計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度中選擇最慢的進(jìn)度；和，控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S1a到C＿Sna，針對(duì)控制器PID1到PIDn安排這樣一個(gè)計(jì)算部分，用于根據(jù)最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度校正第一到第n個(gè)控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的第一到第n個(gè)控制回路的控制變量的變化與最慢的進(jìn)度同步，并且為所說(shuō)的控制器PID1到PIDn給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
第一實(shí)施例適用的情況是預(yù)先了解一個(gè)控制回路，它的控制變量的變化是最慢的。第二實(shí)施例適用的情況是沒(méi)有預(yù)先了解其控制變量的變化是最慢的這個(gè)控制回路。
下面將說(shuō)明按照第二實(shí)施例的控制設(shè)備的操作。圖7和8是表示圖6中的控制設(shè)備的操作的流程圖。
在步驟201到206中通過(guò)第一控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1a實(shí)現(xiàn)的過(guò)程幾乎與在第一實(shí)施例中描述的在步驟101到106中通過(guò)第一控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1中實(shí)現(xiàn)的過(guò)程相同，這里省去了對(duì)它的詳細(xì)描述。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同點(diǎn)是階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1a向第一控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S1a輸出預(yù)先設(shè)定值SP1b和控制變量PV1a。
第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a通過(guò)完成噪聲處理來(lái)產(chǎn)生噪聲處理控制變量PV2*，所說(shuō)的噪聲處理是通過(guò)針對(duì)第二控制回路的控制目標(biāo)Proc2的控制變量PV2的傳遞函數(shù)表達(dá)式(5)給出的，其中的控制變量是通過(guò)一個(gè)傳感器(未示出)測(cè)量的(步驟207)。
第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a檢查針對(duì)第一、第二、第三、……第n控制回路設(shè)置的任一外部預(yù)先設(shè)定值SP1x、SP2x、SP3x……SPnx是否自預(yù)先確定的對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)定值dSP1、dSP2、dSP3……dSPn開(kāi)始發(fā)生了大的變化(步驟210)。
如果不等式(2)或(3)成立，則第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a確定外部預(yù)先設(shè)定值SPkx(k＝1，2，3，…n)的變化量大于預(yù)定值dSPk。第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a然后設(shè)定當(dāng)前的控制周期，以此作為階躍響應(yīng)的開(kāi)始(在步驟210中的YES)。
如果在步驟210中是YES，第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a設(shè)定第二控制回路在當(dāng)前的控制周期期間的噪聲處理控制變量PV2*，以此作為第二控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量PV2a，設(shè)定在當(dāng)前的控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP2x，以此作為第二控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之后的預(yù)先設(shè)定值SP2b，并且將第二控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2復(fù)位到0(步驟211)。
在操作開(kāi)始后的第一個(gè)控制周期，第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a不進(jìn)行在步驟210和211中的過(guò)程，而是執(zhí)行初始化處理(步驟208和209)。更加具體地說(shuō)，第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的噪聲處理控制變量PV2*，以此作為控制變量PV2a的初始值，還要設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP2x，以此作為預(yù)先設(shè)定值SP2b的初始值，并且將階躍響應(yīng)進(jìn)度α2復(fù)位到0。
第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a計(jì)算第二控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2(步驟212)。如果控制變量PV2a等于預(yù)先設(shè)定值SP2b，則第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a設(shè)定階躍響應(yīng)進(jìn)度α2為1。如果控制變量PV2a不等于預(yù)先設(shè)定值SP2b，則第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a使用控制變量PV2a、預(yù)先設(shè)定值SP2b、和噪聲處理控制變量PV2*來(lái)計(jì)算階躍響應(yīng)進(jìn)度α2α2＝(PV2*-PV2a)/(SP2b-PV2a)+Δα…(18)如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2小于一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2`，則第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a設(shè)定一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2`，以此作為當(dāng)前控制周期期間的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2。如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2大于1，則第二控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R2a設(shè)定當(dāng)前控制周期的階躍響應(yīng)進(jìn)度α2為1。要注意的是，在第一個(gè)控制周期，α2`為0。于是，在步驟212中的過(guò)程結(jié)束了。
第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a通過(guò)完成噪聲處理來(lái)產(chǎn)生噪聲處理控制變量PV3*，所說(shuō)的噪聲處理是通過(guò)針對(duì)第3控制回路的控制目標(biāo)Proc3的控制變量PV3的傳遞函數(shù)表達(dá)式(8)給出的，其中的控制變量是通過(guò)一個(gè)傳感器(未示出)測(cè)量的(步驟213)。
第三階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a檢查針對(duì)第一、第二、第三、……第n控制回路設(shè)置的任一外部預(yù)先設(shè)定值SP1x、SP2x、SP3x……SPnx是否自預(yù)先確定的對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)定值dSP1、dSP2、dSP3……dSPn開(kāi)始發(fā)生了大的變化(步驟216)。
如果不等式(2)或(3)成立，則第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a確定外部預(yù)先設(shè)定值SPkx(k＝1，2，3，…n)的變化量大于預(yù)定值dSPk。第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a然后設(shè)定當(dāng)前的控制周期，以此作為階躍響應(yīng)的開(kāi)始(在步驟216中的YES)。
如果在步驟216中是YES，第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a設(shè)定第三控制回路在當(dāng)前的控制周期期間的噪聲處理控制變量PV3*，以此作為第三控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量PV3a，設(shè)定在當(dāng)前的控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP3x，以此作為第三控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之后的預(yù)先設(shè)定值SP3b，并且將第三控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3復(fù)位到0(步驟217)。
在操作開(kāi)始后的第一個(gè)控制周期，第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a不進(jìn)行在步驟216和217中的過(guò)程，而是執(zhí)行初始化處理(步驟214和215)。更加具體地說(shuō)，第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的噪聲處理控制變量PV3*，以此作為控制變量PV3a的初始值，還要設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SP3x，以此作為預(yù)先設(shè)定值SP3b的初始值，并且將階躍響應(yīng)進(jìn)度α3復(fù)位到0。
第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a計(jì)算第三控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3(步驟218)。如果控制變量PV3a等于預(yù)先設(shè)定值SP3b，則第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a設(shè)定階躍響應(yīng)進(jìn)度α3為1。如果控制變量PV3a不等于預(yù)先設(shè)定值SP3b，則第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a使用控制變量PV3a、預(yù)先設(shè)定值SP3b、和噪聲處理控制變量PV3*來(lái)計(jì)算階躍響應(yīng)進(jìn)度α3α3＝(PV3*-PV3a)/(SP3b-PV3a)+Δα…(19)如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3小于一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3`，則第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a設(shè)定一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3`，以此作為當(dāng)前控制周期期間的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3。如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3大于1，則第三控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R3a設(shè)定當(dāng)前控制周期的階躍響應(yīng)進(jìn)度α3為1。要注意的是，在第一個(gè)控制周期，α3`為0。于是，在步驟218中的過(guò)程結(jié)束了。
以此方式重復(fù)與步驟207到212或213到218相同的過(guò)程。在第n-1個(gè)控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rn-1a(未示出)計(jì)算了第n-1個(gè)控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn-1之后，第n個(gè)控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna通過(guò)完成噪聲處理來(lái)產(chǎn)生噪聲處理控制變量PVn*，所說(shuō)的噪聲處理是通過(guò)針對(duì)第n控制回路的控制目標(biāo)Procn的控制變量PVn的傳遞函數(shù)表達(dá)式(11)給出的，其中的控制變量是通過(guò)一個(gè)傳感器(未示出)測(cè)量的(步驟251)。
第n階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna檢查針對(duì)第一、第二、第三、……第n控制回路設(shè)置的任一外部預(yù)先設(shè)定值SP1x、SP2x、SP3x……SPnx是否自預(yù)先確定的對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)定值dSP1、dSP2、dSP3……dSPn開(kāi)始發(fā)生了大的變化(步驟254)。
如果不等式(2)或(3)成立，則第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna確定外部預(yù)先設(shè)定值SPkx(k＝1，2，3，…n)的變化量大于預(yù)定值dSPk。第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna然后設(shè)定當(dāng)前的控制周期，以此作為階躍響應(yīng)的開(kāi)始(在步驟254中的YES)。
如果在步驟254中是YES，第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna設(shè)定第n控制回路在當(dāng)前的控制周期期間的噪聲處理控制變量PVn*，以此作為第n控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之前的控制變量PVna，設(shè)定在當(dāng)前的控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SPnx，以此作為第n控制回路在階躍響應(yīng)開(kāi)始之后的預(yù)先設(shè)定值SPnb，并且將第n控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn復(fù)位到0(步驟255)。
在操作開(kāi)始后的第一個(gè)控制周期，第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna不進(jìn)行在步驟254和255中的過(guò)程，而是執(zhí)行初始化處理(步驟252和253)。更加具體地說(shuō)，第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的噪聲處理控制變量PVn*，以此作為控制變量PVna的初始值，還要設(shè)定在當(dāng)前控制周期期間的外部預(yù)先設(shè)定值SPnx，以此作為預(yù)先設(shè)定值SPnb的初始值，并且將階躍響應(yīng)進(jìn)度αn復(fù)位到0。
第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna計(jì)算第n控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn(步驟256)。如果控制變量PVna等于預(yù)先設(shè)定值SPnb，則第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna設(shè)定階躍響應(yīng)進(jìn)度αn為1。如果控制變量PVna不等于預(yù)先設(shè)定值SPnb，則第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna使用控制變量PVna、預(yù)先設(shè)定值SPnb、和噪聲處理控制變量PVn*來(lái)計(jì)算階躍響應(yīng)進(jìn)度αnαn＝(PVn*-PVna)/(SPnb-PVna)+Δα…(20)如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn小于一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn`，則第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna設(shè)定一個(gè)控制周期前的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn`，以此作為當(dāng)前控制周期期間的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn。如果計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn大于1，則第n控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rna設(shè)定當(dāng)前控制周期的階躍響應(yīng)進(jìn)度αn為1。要注意的是，在第一個(gè)控制周期，αn`為0。于是，在步驟256中的過(guò)程結(jié)束了。
在此之后，最慢的階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm從第一、第二、第三、……第n所有控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1，α2，α3，…αn中計(jì)算最小值αmin(最慢控制變量階躍響應(yīng)進(jìn)度)，并且向內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S1a到C＿Sna輸出這個(gè)αmin(步驟257)。
更加具體地說(shuō)，如果階躍響應(yīng)進(jìn)度α1小于階躍響應(yīng)進(jìn)度α2，則最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm將α1設(shè)定為最小值αmin，或者，如果階躍響應(yīng)進(jìn)度α1等于或大于階躍響應(yīng)進(jìn)度α2，則將α2設(shè)定為αmin。如果階躍響應(yīng)進(jìn)度α3小于最小值αmin，則最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm將α3設(shè)定為最小值αmin。類似地，最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm在最小值αmin和最大為αn的每個(gè)階躍響應(yīng)進(jìn)度之間重復(fù)進(jìn)行比較，從而可以確定最小值αmin。
第一控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S1a計(jì)算第一控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP1(步驟258)SP1＝(SP1’Tx+SP1*dT)/(Tx+dT)....(21)SP1’代表的是第一控制回路在一個(gè)控制周期之前的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP1。在第一控制周期，使用控制變量PV1a作為初始值。SP1*代表第一控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值基準(zhǔn)并且由下式給出SP1*＝(SP1b-PV1a)αmin+PV1a ....(22)第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2a計(jì)算第二控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2(步驟259)SP2＝(SP2’Tx+SP2*dT)/(Tx+dT)....(23)
SP2’代表的是第二控制回路在一個(gè)控制周期之前的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2。在第一控制周期，使用控制變量PV2a作為初始值。SP2*代表第二控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值基準(zhǔn)并且由下式給出SP2*＝(SP2b-PV2a)αmin+PV2a ....(24)第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3a計(jì)算第三控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP3(步驟260)SP3＝(SP3’Tx+SP3*dT)/(Tx+dT) ....(25)SP3’代表的是第三控制回路在一個(gè)控制周期之前的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP3。在第一控制周期，使用控制變量PV3a作為初始值。SP3*代表第三控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值基準(zhǔn)并且由下式給出SP3*＝(SP3b-PV3a)αmin+PV3a ....(26)以類似的方式計(jì)算內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值。在第n-1個(gè)控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sn-1a計(jì)算了第n-1個(gè)控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn-1之后，第n個(gè)控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sna計(jì)算第n個(gè)控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn(步驟290)SPn＝(SPn’Tx+SPn*dT)/(Tx+dT) ....(27)SPn’代表的是第n控制回路在一個(gè)控制周期之前的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn。在第一控制周期，使用控制變量PVna作為初始值。SPn*代表第n控制回路的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值基準(zhǔn)并且由下式給出SPn*＝(SPnb-PVna)αmin+PVna ....(28)然后，第一控制器PID1通過(guò)執(zhí)行由下述傳遞函數(shù)表達(dá)式給出的PID計(jì)算并使用從第一控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S1a輸出的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP1來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MV1(步驟291)MV1＝Kg1{1+1/(Ti1s)+Td1s}(SP1-PV1) (29)在方程(29)中，Kg1、Ti1、Td1是控制器PID1的比例增益、積分時(shí)間、和微分時(shí)間。第一控制器PID1向目標(biāo)Proc1輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MV1。
第二控制器PID2通過(guò)執(zhí)行由方程(15)給出的PID計(jì)算、并且使用由第二控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S2a輸出的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP2來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MV2(步驟292)。第二控制器向目標(biāo)Proc2輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MV3。
第三控制器PID通過(guò)執(zhí)行由方程(16)給出的下述PID計(jì)算、并且使用由第三控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S3輸出的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP3來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MV3(步驟293)。第三控制器PID3向目標(biāo)Proc3輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MV3。
以此方式依次計(jì)算操縱變量輸出。在第n-1個(gè)控制器PIDn-1(未示出)計(jì)算出操縱變量輸出MVn-1之后，第n控制器PIDn通過(guò)執(zhí)行由方程(17)給出的PID計(jì)算、并且使用由第n控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿Sna輸出的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SPn來(lái)計(jì)算操縱變量輸出MVn(步驟320)。第n控制器PIDn向目標(biāo)Procn輸出經(jīng)過(guò)計(jì)算的操縱變量輸出MVn。
步驟201到320定為在一個(gè)控制周期內(nèi)的過(guò)程，并且每個(gè)控制周期重復(fù)步驟201到320中的過(guò)程。
在第二實(shí)施例中，對(duì)于一個(gè)由兩個(gè)或多個(gè)回路組成的控制系統(tǒng)，通過(guò)一次外部操作就可幾乎同時(shí)改變外部預(yù)先設(shè)定值SP1x、SP2x、SP3x、…SPnx。在此之后，通過(guò)階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿R1a-C_Rna計(jì)算對(duì)應(yīng)控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1到αn。將計(jì)算結(jié)果輸出到最慢的階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm。
最慢的階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分C＿Rm計(jì)算最小值，即在對(duì)應(yīng)的控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1到αn中的最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度αmin，并且向控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S1a-C_Sna輸出這個(gè)最慢進(jìn)度αmin。
內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分C＿S1a-C_Sna計(jì)算內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP1到SPn，對(duì)于所說(shuō)的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP1到SPn進(jìn)行校正，以便根據(jù)最慢的進(jìn)度αmin抑制第一到第n控制回路的階躍響應(yīng)，從而使第一到第n控制回路的控制變量PV1到PVn的進(jìn)度與控制回路的變化最慢的控制變量的進(jìn)度同步。這時(shí)，對(duì)于這個(gè)最慢控制回路，進(jìn)行相同的處理，以便不會(huì)影響這個(gè)最慢控制回路的響應(yīng)速度。第一到第n控制回路的控制器PID1到PIDn根據(jù)這個(gè)校正的內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值SP1到SPn計(jì)算操縱變量輸出MV1到MVn。
這種安排能夠防止當(dāng)?shù)谝坏降趎控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP1x-SPnx幾乎同時(shí)改變時(shí)、除變化最慢的控制回路外的控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)展得比控制回路的階躍響應(yīng)快得過(guò)多。除了變化最慢的控制回路的控制器之外的其余控制器能夠消除控制器的穩(wěn)定等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。尤其是在第二實(shí)施例中，不需要預(yù)先了解控制變量的變化最慢的這個(gè)最慢控制回路。即使當(dāng)階躍響應(yīng)速度視情況而有所變化并且這個(gè)最慢控制回路也發(fā)生了變化時(shí)，控制回路也能夠正常操作。
圖9表示的是按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制設(shè)備的控制操作的實(shí)例。圖9表示的是計(jì)算控制變量PV1、PV2、PV3、…PVn的模擬結(jié)果，其中第一控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP1x自SP1a變到SP1b，第二控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP2x自SP2a變到SP2b，第三控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SP3x自SP3a變到SP3b，并且第n控制回路的外部預(yù)先設(shè)定值SPnx自SPna變到SPnb。圖9只表示出第一到第三控制回路。在圖9的例子中，第二控制回路是控制變量的變化最慢的一個(gè)回路。
如圖9所示，在應(yīng)用第二實(shí)施例的時(shí)候，第一、第三、……第n控制回路的控制變量PV1、PV3……PVn的變化與控制變量的變化最慢的第二控制回路的控制變量PV2的變化同步。在第一、第三、……第n控制回路的控制器PID1、PID3…PIDn中不產(chǎn)生任何穩(wěn)定等待時(shí)間。
在第一和第二實(shí)施例中，以n≥4為例進(jìn)行說(shuō)明，然而本發(fā)明還可以應(yīng)用到n≥2的情形。
在第一和第二實(shí)施例中，所有的外部預(yù)先設(shè)定值是同時(shí)改變的。然而，本發(fā)明不局限于此，即使當(dāng)包括n個(gè)回路中的最慢回路在內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)回路的外部預(yù)先設(shè)定值因?yàn)槁杂卸〞r(shí)移動(dòng)而有所變化時(shí)，也能獲得第一實(shí)施例的效果。此外，即使當(dāng)n個(gè)回路中的兩個(gè)或多個(gè)任意回路的外部預(yù)先設(shè)定值因?yàn)槁杂卸〞r(shí)移動(dòng)而有所變化時(shí)，也能獲得第二實(shí)施例的效果。
如以上所述，本發(fā)明適合于在一個(gè)設(shè)備內(nèi)具有多個(gè)控制系統(tǒng)回路的設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種控制設(shè)備，其特征在于所說(shuō)的控制設(shè)備包括第一控制器，它實(shí)現(xiàn)的控制能夠使第一控制回路的控制變量符合一個(gè)預(yù)先設(shè)定值；至少一個(gè)其余控制器，它實(shí)現(xiàn)的控制能夠在使控制變量的變化大于第一控制回路的至少一個(gè)其余控制回路的控制變量符合一個(gè)預(yù)先設(shè)定值；一個(gè)階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分，所說(shuō)的階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分計(jì)算第一控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度；一個(gè)控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分，針對(duì)每一個(gè)其余控制器按排所述的控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分，用于根據(jù)階躍響應(yīng)進(jìn)度校正相應(yīng)的其余控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的相應(yīng)的其余控制回路的控制變量的變化與第一控制回路的控制變量的變化同步，并且為所說(shuō)的其余控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
2.一種控制設(shè)備，其特征在于所說(shuō)的控制設(shè)備包括多個(gè)控制器，它們實(shí)現(xiàn)的控制能夠使多個(gè)控制回路的控制變量符合多個(gè)預(yù)先設(shè)定值；多個(gè)階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分，針對(duì)對(duì)應(yīng)的控制器按排所述的計(jì)算部分，用于計(jì)算相應(yīng)的控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度；一個(gè)最慢階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分，它在由階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度中選擇最慢的進(jìn)度；和，控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分，針對(duì)對(duì)應(yīng)的控制器按排所述控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分，用于根據(jù)最慢進(jìn)度校正相應(yīng)的控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的相應(yīng)的控制回路的的控制變量的變化與最慢進(jìn)度的控制變量的變化同步，并且為所說(shuō)的相應(yīng)的控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
3.一種在具有多個(gè)控制器的一個(gè)控制設(shè)備中的控制方法，所說(shuō)的控制器實(shí)現(xiàn)的控制能夠使多個(gè)控制回路的控制變量符合預(yù)先設(shè)定值，其特征在于所說(shuō)的控制方法包括如下步驟計(jì)算控制變量的變化是最慢的一個(gè)第一控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度；以及根據(jù)所說(shuō)的階躍響應(yīng)進(jìn)度校正其余控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的除第一控制回路外的其余控制回路的的控制變量的變化與第一控制回路的控制變量的變化同步，從而為所說(shuō)的相應(yīng)的控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
4.一種在具有多個(gè)控制器的一個(gè)控制設(shè)備中的控制方法，所說(shuō)的控制器實(shí)現(xiàn)的控制能夠使多個(gè)控制回路的控制變量符合預(yù)先設(shè)定值，其特征在于所說(shuō)的控制方法包括如下步驟計(jì)算控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度，在計(jì)算的階躍響應(yīng)進(jìn)度中選擇最慢進(jìn)度，和根據(jù)最慢進(jìn)度校正控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使所說(shuō)的控制回路的控制變量的變化與最慢進(jìn)度的控制變量的變化同步，從而為所說(shuō)的控制器給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
全文摘要
控制器(PID1－PIDn)實(shí)現(xiàn)的控制能夠使第一到第n控制回路的控制變量符合它們的預(yù)先設(shè)定值。階躍響應(yīng)進(jìn)度計(jì)算部分(C_R1)計(jì)算控制變量的變化最慢的第一控制回路的階躍響應(yīng)進(jìn)度α1。控制回路內(nèi)部預(yù)先設(shè)定值計(jì)算部分(C_S2－C_Sn)根據(jù)階躍響應(yīng)進(jìn)度α1校正第二到第n控制回路的預(yù)先設(shè)定值，以使第二到第n控制回路的控制變量的變化與第一控制回路的控制變量的變化同步，并且為所說(shuō)的控制器(PID2－PIDn)給出校正過(guò)的預(yù)先設(shè)定值。
文檔編號(hào)G05B11/42GK1451106SQ01813693
公開(kāi)日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2001年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
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