專利名稱：過程控制環(huán)中的不穩(wěn)定的檢測和鑒別的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及過程控制網(wǎng)絡(luò)，具體上涉及一種在例如過程控制環(huán)在過程環(huán)境中在線連接的同時用于確定在過程控制環(huán)內(nèi)的諸如極限周期(limitcycle)的不穩(wěn)定起因的方法和裝置。
背景技術(shù)：
大型的商用制造和精制過程通常使用過程控制器，以根據(jù)來自諸如流量、溫度或其他類型的傳感器的一個或多個傳感器的反饋來控制諸如閥門的一個或多個過程控制器件的運行。每組這樣的控制器、閥門和傳感器器件形成通常所稱的過程控制環(huán)。而且，每個閥門或其他器件繼而可以包括內(nèi)環(huán)，其中例如，閥門定位器響應(yīng)于控制信號來控制閥動器(valve actuator))移動諸如閥塞的控制元件，并且從諸如位置傳感器的傳感器獲得反饋以控制閥塞的移動。這個內(nèi)環(huán)有時被稱為伺服環(huán)。在任何情況下，過程控制器件的控制元件可以響應(yīng)于在彈簧加載的膜片上的變化的流體壓力或響應(yīng)于軸的旋轉(zhuǎn)——其中每個可能由于命令信號中的變化而引起——來移動。在一種標(biāo)準(zhǔn)的閥門機構(gòu)中，幅度在4-20mA(毫安)的范圍內(nèi)變化的命令信號使得定位器與所述命令信號的幅度成比例地改變壓力艙內(nèi)的流體的數(shù)量、因此改變流體壓力。在所述壓力艙內(nèi)的變化的流體壓力使得膜片相對于偏轉(zhuǎn)彈簧移動，所述偏轉(zhuǎn)彈簧繼而使得閥塞移動。
過程控制器件通常產(chǎn)生用于指示所述器件對所述命令信號的響應(yīng)的反饋信號，并且向過程控制器或閥動器提供這個反饋信號(或響應(yīng)指示)，以用于控制所述過程或閥門。例如，閥門機構(gòu)通常產(chǎn)生反饋信號，用于指示閥塞的位置(行程)、在閥門的流體艙內(nèi)的壓力或與閥塞的實際位置相關(guān)聯(lián)的一些其他現(xiàn)象的值。
雖然過程控制器通常與其他信號一起使用這些反饋信號作為用于對過程進行全面控制的高度調(diào)整的、中央化的控制算法的輸入，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，仍然可能通過在控制環(huán)內(nèi)連接的個別控制器件的不良操作條件——例如在過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定性——而導(dǎo)致不良的控制環(huán)性能。系統(tǒng)當(dāng)它不能在運行期間達到平衡點時經(jīng)歷“不穩(wěn)定”。工廠的人員經(jīng)常將這些不穩(wěn)定稱為振蕩、擺動或波動，這與其中系統(tǒng)達到平衡點或“迅速移動(lines-out)”的正常操作形成對比。
在許多情況下，與一個或多個個別過程控制器件相關(guān)聯(lián)的問題不能被過程控制器從控制環(huán)中調(diào)諧出去，結(jié)果，不良執(zhí)行的控制環(huán)被布置在人工狀態(tài)或去調(diào)(detune)到它們在人工狀態(tài)中有效的點。在一些情況下，工廠人員可以追蹤到正在振蕩的個別環(huán)，并且將相關(guān)聯(lián)的控制器去調(diào)或?qū)⒐收檄h(huán)布置到人工狀態(tài)中。如果系統(tǒng)平靜下來，他們知道這是調(diào)諧的問題，而不是硬件問題。以類似的方式，如果過程具有公知的快速動態(tài)特性(諸如流動環(huán))，則操作員將控制器輸出與過程變量相關(guān)聯(lián)。如果控制器的輸出是三角波，并且過程變量是方波，則它們將經(jīng)常推論控制閥門正在粘滯。這些特別的程序被許多過程操作員使用，但是包括幾個限制。例如，第一程序要求操作員將系統(tǒng)置入人工狀態(tài)，這可能不被允許，尤其是在失控過程上。第二程序適于識別由過程控制環(huán)引發(fā)的極限周期，但是不能追蹤到伺服環(huán)中的不穩(wěn)定。而且，由于諸如集成過程動態(tài)特性、非線性過程動態(tài)特性、交叉耦合過程動態(tài)特性和過程擾動的復(fù)雜性，在命令信號和過程變量之間的相關(guān)性不總是直接的。伺服環(huán)中的不穩(wěn)定會尤其難于識別，因為工廠人員不訪問控制閥門的內(nèi)部狀態(tài)變量。當(dāng)過程流體影響不穩(wěn)定時，產(chǎn)生另外的問題，這是具有負梯度的情況。在這些情況下，閥門可以當(dāng)工作時振蕩，但是當(dāng)它離線時變得表現(xiàn)良好。
可以通常通過監(jiān)控在環(huán)內(nèi)連接的每個過程控制器件或至少在環(huán)內(nèi)連接的最關(guān)鍵的過程控制器件的工作狀態(tài)或“健康”、并且維修或替換不良執(zhí)行的過程控制器件來克服不良的控制環(huán)性能?？梢酝ㄟ^測量與過程控制器件相關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)并且確定一個或多個參數(shù)是否超出了可接受的范圍來確定過程控制器件的健康。可以被監(jiān)控的問題之一是檢測過程環(huán)或控制器件中的不穩(wěn)定。這樣的不穩(wěn)定可能是例如使得所述環(huán)振蕩的極限周期的結(jié)果。
具體上，術(shù)語極限周期一般指的是在諸如滑動桿閥(sliding stem valve)的過程控制器件內(nèi)的可移動器件的不期望的循環(huán)移動。存在許多極限周期的起因，包括例如外力、摩擦力和機械異常。外力——諸如向例如閥塞施加負梯度的顫振或射流或其他力——可能引起元件的移動，所述元件的移動隨后被伺服環(huán)內(nèi)或外的控制機構(gòu)補償。例如，由施加在可移動元件上的側(cè)面加載而引起的增加的摩擦的摩擦力可以防止元件的初始移動，因此使得控制機構(gòu)提高對于可移動元件的壓力。這個被提高的壓力引起了過沖，因此啟動了元件的循環(huán)運動。機械或器件異常可能包括在傳動器氣動裝置和諸如供氣調(diào)節(jié)器、容積升壓器或快泄閥的支持設(shè)備中的那些之間的交互作用、或者涉及所述支持設(shè)備的其他異常。總之，極限周期可以被過程控制環(huán)本身、被外力、閥門附件、摩擦力等引起。
過去，在沒有技術(shù)人員查看和診斷系統(tǒng)——這會耗時和成本大——的情況下，不容易確定過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定的來源或起因。在一些情況下，這些人員需要從控制環(huán)移走過程控制器件以便試驗臺試驗所述器件，或者控制環(huán)本身被提供旁通閥和冗余過程控制器件，以使得有可能旁通特定的過程控制器件，以便當(dāng)過程正在進行時測試器件。或者，操作員需要等待直到過程停止或正在進行預(yù)定的關(guān)閉以測試可能是不穩(wěn)定來源的、過程內(nèi)的個別過程控制器件。每個這樣的選擇都是耗時、昂貴的，并且僅僅提供系統(tǒng)中的不穩(wěn)定的間歇確定。而且，這些方法都不特別適用于當(dāng)過程正在在線進行時、即不干擾或關(guān)閉過程的同時確定不穩(wěn)定的來源或起因。
已經(jīng)進行了一些嘗試來從在線的過程控制器件收集數(shù)據(jù)，并且從其獲得器件的特征的指示。例如，授權(quán)給Grumstrup等的美國專利第5,687,098號公開了一種系統(tǒng)，用于收集器件數(shù)據(jù)和構(gòu)造和顯示所述器件的響應(yīng)特征。同樣，1997年9月29日提交的、題目為“用于非強迫地獲得過程控制器件參數(shù)的在線測量的方法和裝置”的美國專利申請第08/939,364號——本申請依賴于其優(yōu)先權(quán)——公開了一種系統(tǒng)，用于在線收集器件數(shù)據(jù)和使用這種數(shù)據(jù)來直接計算某些器件參數(shù)，諸如死區(qū)(dead band)、靜寂時間(dead time)等。這個申請的公開具體涉及用于獲得過程控制器件參數(shù)的在線測量的裝置和方法(即與圖1-3相關(guān)的公開)，在此通過引用被明確地并入。而且，1999年8月9日提交的、題目為“過程控制環(huán)參數(shù)的估計的統(tǒng)計確定”的美國專利申請第09/370,474號的公開也在此通過引用被明確地并入。但是，公知的現(xiàn)有技術(shù)方法和系統(tǒng)都不能確定在過程控制系統(tǒng)內(nèi)的不穩(wěn)定的起因，特別是當(dāng)過程控制系統(tǒng)正在在線工作時。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)過程控制環(huán)在過程環(huán)境中在線連接時，一種方法和裝置檢測或確定在過程控制系統(tǒng)或過程控制器件內(nèi)的不穩(wěn)定的起因或來源。所述方法和裝置在不穩(wěn)定發(fā)生期間進行對于諸如閥門的過程控制環(huán)或過程控制器件的輸入或輸出的特定測量，并且使用所收集的數(shù)據(jù)來確定不穩(wěn)定的存在或來源。這種系統(tǒng)使得過程操作員能夠以連續(xù)的方式、非強迫地監(jiān)控在一個過程內(nèi)的一個或多個過程控制器件或環(huán)，以便確定不穩(wěn)定的起因或來源，而不必將過程控制器件從控制環(huán)去除、不必旁通在控制環(huán)中的過程控制器件、不必將測試信號疊加到控制環(huán)內(nèi)和不必以其他方式來關(guān)閉該過程或干擾該過程。
在一個實施例中，一種用于確定在過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定來源的方法和裝置確定是在過程控制環(huán)的伺服環(huán)內(nèi)還是在伺服環(huán)外引起不穩(wěn)定。而且，所述系統(tǒng)和方法可以確定例如伺服環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定是由外力、摩擦力還是機械異常引起的。通過檢查相關(guān)的壓力和行程信號是正相關(guān)還是負相關(guān)、通過確定傳動器壓力測量是領(lǐng)先還是滯后于閥行程測量等，所述系統(tǒng)和方法可以執(zhí)行所述確定。


圖1是過程控制環(huán)的方框圖，包括用于確定在過程控制環(huán)或器件內(nèi)的不穩(wěn)定的存在和來源的器件。
圖2A和2B是經(jīng)歷不穩(wěn)定的系統(tǒng)的行程信號、命令信號和凈傳動器壓力信號對時間的圖；圖3A和3B是行程信號、命令信號和凈傳動器壓力信號對時間的圖，用于指示摩擦引起的不穩(wěn)定；圖4A和4B是用于圖解行程信號、命令信號和凈傳動器壓力信號對時間的圖，用于指示由在具有出故障時自動關(guān)閉的彈簧行為的控制閥門中的負梯度引起的不穩(wěn)定；和圖5A和5B是用于圖解行程信號、命令信號和凈傳動器壓力信號對時間的圖，用于指示由過程控制器中的過量增益引起的不穩(wěn)定。
具體實施例方式
參見圖1，其中圖解了一種單輸入、單輸出的過程控制環(huán)10，它包括過程控制器12，用于向過程控制器件13發(fā)送例如4-20mA的命令信號。過程控制器件13可能包括數(shù)字定位器14和具有閥動器的控制閥門15，過程控制器件13被圖解為包括伺服控制器16，用于向電流對壓力(I/P)變換器17發(fā)送伺服控制器輸出。I/P變換器17向第二級氣動裝置18發(fā)送第一級壓力信號，所述第二級氣動裝置18可以是例如短管閥或氣動繼電器。第二級氣動裝置18繼而使用壓力信號(例如壓縮空氣)來來氣動地控制閥動器和閥門15。閥門15的操作控制諸如被布置在其中的閥桿的可移動閥門部件(未示出)的鉸接，所述可移動閥門件繼而控制在過程20內(nèi)的過程變量。作為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送器22測量過程20的過程變量，并且向與控制器12相關(guān)聯(lián)的求和點24發(fā)送被測量的過程變量的指示。求和點24將所述過程變量的測量值(被轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的百分比)與設(shè)定點相比較，以產(chǎn)生指示其間的差的誤差信號。求和點24隨后向過程控制器12提供所計算的誤差信號。所述設(shè)定點——它可以由用戶、操作員或另一個控制器產(chǎn)生——通常被標(biāo)準(zhǔn)化在百分之0和100之間，并且指示過程變量的期望值。過程控制器12按照任何期望的技術(shù)使用所述誤差信號來產(chǎn)生命令信號，并且向器件14提供命令信號，在器件14，命令信號在求和點26中被與用于指示閥桿的實際或當(dāng)前位置的位置傳感器27產(chǎn)生的信號求和。求和點26產(chǎn)生誤差信號，該誤差信號被提供到伺服控制器16，由此實現(xiàn)對過程變量的控制。
雖然過程控制器件13被圖解為包括具有集成I/P單元17的定位器14，但是過程控制器件13也可以包括任何其他類型的閥門機構(gòu)或元件來取代或補充在圖1中圖解的那些——包括例如具有獨立定位器和I/P單元的器件。而且，應(yīng)當(dāng)明白，過程控制器件13還可以是以任何其他期望或公知的方式來控制過程變量的任何其它類型的器件(除了閥門型的器件)。過程控制器件13可以是例如阻尼器等。
估計單元30可以檢測在過程環(huán)10中的、或在許多情況下在過程控制器件13中的不穩(wěn)定的存在并且確定其來源，估計單元30被使用公知的傳感器連接到過程控制器件13或過程控制環(huán)10的任何其他部分。估計單元30可以包括諸如其中具有存儲器31和處理器32的微計算機的計算機，收集與在過程控制環(huán)10內(nèi)的一個或多個信號相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，并且使用例如在存儲器31中存儲并且適于在處理器32上被執(zhí)行的一個或多個計算機程序或算法33來從所收集的數(shù)據(jù)確定在過程控制系統(tǒng)10或器件13內(nèi)的不穩(wěn)定的存在和不穩(wěn)定來源的估計。
如圖1所示，估計單元30可以使用電流傳感器34來檢測被提供到求和點26的一個或多個命令信號，使用壓力傳感器35來檢測從I/P單元17輸出的壓力，使用一個或多個壓力傳感器36來檢測由第二級氣動裝置18輸出的傳動器命令信號，使用位置傳感器27來檢測在閥門15的輸出的閥門位置。而且，可以使用位置傳感器27的輸出、通過桿行程傳感器37來確定或測量桿行程。伺服輸出單元38可以監(jiān)控伺服控制器16的輸出，并且向估計單元30提供這個測量結(jié)果。伺服輸出單元38可以對流入I/P單元17的電流進行物理測量，或者可以發(fā)送在伺服控制器16內(nèi)來自控制算法的數(shù)字輸出。而且，第二級位移傳感器39——它可以例如是霍爾效應(yīng)器件——用于測量在第二級氣動裝置18內(nèi)的短管閥或繼電器的位移。當(dāng)然，所述多個傳感器或其他器件34-39的輸出被提供到估計單元30。雖然在圖1中未示出，但是位移傳感器39的輸出可以被伺服控制器16使用來例如阻尼定位器/閥門器件13的動態(tài)響應(yīng)。如果期望的話，則壓力傳感器36可以包括或提供對由支持活塞傳動器的定位器一般提供的供給壓力和兩個輸出壓力的測量。
估計單元30也可以或者取代而可以檢測設(shè)定點信號、在求和點24的輸出端的誤差信號、在求和點26的輸出端的誤差信號、過程變量、發(fā)送器22的輸出或者引起或指示過程控制器件13的移動或操作或否則與過程控制環(huán)10相關(guān)聯(lián)的任何其他信號或現(xiàn)象。也應(yīng)當(dāng)注意，其他類型的過程控制器件可以具有可以由估計單元30使用的、與其相關(guān)聯(lián)的其他信號或現(xiàn)象。
明顯的是，估計單元30可以讀取控制器命令信號的指示、定位器伺服輸出、來自I/P單元17的壓力信號、傳動器壓力信號、第二級氣動裝置18的位移、已經(jīng)被位置傳感器27提供的閥門位置、桿行程等。當(dāng)然，由估計單元30使用的傳感器可以是任何公知的傳感器和可以是模擬或數(shù)字傳感器。例如，位置傳感器27可以是任何期望的運動或位置測量器件，其中包括例如電位計、線性可變差動變壓器(LVDT)、旋轉(zhuǎn)可變差動變壓器(RVDT)、霍爾效應(yīng)運動傳感器、磁發(fā)電機阻抗運動傳感器、可變電容運動傳感器等?？梢悦靼祝绻@些傳感器是模擬傳感器，則估計單元30可以包括一個或多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采樣模擬信號并且在與估計單元30相關(guān)聯(lián)的存儲器3 1存儲被采樣的信號。但是，如果這些傳感器是數(shù)字傳感器，則它們可以直接向估計單元30提供數(shù)字信號，其可以隨后以任何期望的方式來在存儲器31中存儲那些信號。而且，如果收集兩個或多個信號，則估計單元30可以在存儲器31的隨機存取部分中存儲這些信號，作為與任何特定時間相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)點的分量。例如，在時間T1、T2、...、Tn的每個數(shù)據(jù)點可以具有輸入命令信號分量、壓力信號分量、傳動器行程信號分量等。當(dāng)然，其這些數(shù)據(jù)點或分量可以以任何期望或公知的方式被存儲在存儲器31中或任何其他的存儲器中。
雖然估計單元30已經(jīng)被指示為與過程控制器件13(諸如位于主器件中)分離，但是這個單元可以取代而位于過程控制器件13的內(nèi)部，或者可以位于在包括手持器件的過程控制網(wǎng)絡(luò)中的任何其他過程控制器件(例如場器件)上。如果過程控制器件13是基于微處理器的器件，則估計單元30可以共享與已經(jīng)在過程控制器件13內(nèi)的相同的處理器和存儲器?；蛘?，估計單元30可以具有其本身的處理器和存儲器。因此，期望可以用被發(fā)送到用戶顯示器或用于測量的主器件的結(jié)果來在其中進行測量的器件內(nèi)(諸如在任何場器件中)執(zhí)行不穩(wěn)定的來源的分析，或者可以由一種器件(諸如場器件或手持單元)來進行信號測量，這樣的測量結(jié)果隨后被發(fā)送到遠程位置(諸如主器件)，在此進行不穩(wěn)定分析。
估計單元30使用基于最好當(dāng)過程控制器件13或過程控制環(huán)10在線工作在過程環(huán)境中的時候取得的測量的一個或多個數(shù)學(xué)或統(tǒng)計分析，來確定或估計在過程控制環(huán)10、過程控制器件13(或在過程控制環(huán)10的其他器件或部分)內(nèi)的諸如極限周期的不穩(wěn)定的來源。一般地，為了確定不穩(wěn)定的存在或來源，估計單元30對例如過程控制器件13內(nèi)的一個或多個信號進行采樣，并且在存儲器中存儲被采樣的數(shù)據(jù)。如果期望的話，估計單元30可以在存儲器中存儲所收集的數(shù)據(jù)前或后精處理數(shù)據(jù)，以消除不需要的數(shù)據(jù)、界外值(outlier)等。在收集了足夠的能夠確定不穩(wěn)定的存在或來源的數(shù)據(jù)——諸如來自一個或多個整體極限周期的數(shù)據(jù)或來自極限周期的一部分的數(shù)據(jù)——以后，估計單元30使用一個或多個分析例程33來確定在環(huán)10、器件13等內(nèi)的不穩(wěn)定的存在或來源，所述一個或多個分析例程33可以被存儲在與估計單元30相關(guān)聯(lián)的存儲器31中，并且在估計單元30內(nèi)的處理器32上實現(xiàn)。估計單元30可以使用任何期望的統(tǒng)計分析例程或程序，下面描述了用于確定極限周期的存在或來源的一些示例分析例程，可以明白，可以使用存儲在估計單元30內(nèi)并且由估計單元30實現(xiàn)的任何適當(dāng)撰寫的計算機程序或算法來實現(xiàn)這些例程。
而且，在確定不穩(wěn)定的存在或可能來源后，估計單元30可以在顯示器40上顯示那個不穩(wěn)定或來源的指示，所述顯示器40可以是例如CRT屏幕、打印機、語音產(chǎn)生器、任何種類的警告產(chǎn)生器或在與估計單元30相同的器件或可通信地連接到估計單元30的另一個器件內(nèi)的任何其他期望的通信器件。當(dāng)然，估計單元30可以以任何其他方式來警告用戶關(guān)于不穩(wěn)定的存在或來源。如果期望的話，則估計單元30可以建議根據(jù)所檢測的來源來消除不穩(wěn)定的方式，可以提出對這樣的推薦執(zhí)行進一步的診斷或行為，或?qū)⒃\斷產(chǎn)物存儲在存儲器31中，并且根據(jù)例如不穩(wěn)定的檢測來源對其進行訪問。
因為估計單元30可以在過程控制器件13在線工作的同時對所需要的數(shù)據(jù)進行測量，因此估計單元30不必要求過程控制器件13經(jīng)歷用于檢測不穩(wěn)定的存在或來源的全行程或測試行程序列，并且不必要求過程控制器件13離線或脫離正常的操作環(huán)境。而且，因為估計單元30連接到過程控制環(huán)10并且測量在過程控制環(huán)10的正常操作期間進行不穩(wěn)定的估計所需要的信號，因此估計單元30可以連續(xù)地檢測不穩(wěn)定的存在或來源，而不干擾過程20或過程控制環(huán)10的運行。
估計單元30可以被編程或配置為使用任何期望的分析來確定不穩(wěn)定的存在或來源，在此詳細描述對于一些不穩(wěn)定來源的特別有益的統(tǒng)計手段。但是，本發(fā)明不限于使用任何這些手段，而且不限于確定僅僅對于具體討論的不穩(wěn)定來源的估計，可以明白可以使用其他數(shù)學(xué)手段來確定不穩(wěn)定的這些或其他來源。
估計單元30可以執(zhí)行一個或多個分析，以在任何期望的時間檢測在過程控制環(huán)或系統(tǒng)內(nèi)的不穩(wěn)定的存在或來源。因此，如果期望的話，當(dāng)例如操作員注意到在環(huán)或器件內(nèi)的不穩(wěn)定時，估計單元30可以被操作員人工觸發(fā)?；蛘呋蛄硗?，估計單元30可以被自動觸發(fā)。例如，估計單元30可以使用可以對在系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個信號——諸如傳動器壓力或閥行程——進行短傅立葉變換的不穩(wěn)定檢測軟件33A，并且查看那個信號頻譜中的偏離。在意外或非期望的頻率處的功率可以以信號來表示不穩(wěn)定的存在。當(dāng)然，所述軟件也可以或代替地使用任何數(shù)量的公知的、標(biāo)準(zhǔn)的模式識別算法，可以檢查時間序列數(shù)據(jù)的利薩如(Lissajous)或相位簡單曲線(phase plain plots)等，以檢測諸如極限周期的不穩(wěn)定的存在。
例如，不穩(wěn)定檢測例程33A可以使用Wiener-Khinchine關(guān)系來檢測不穩(wěn)定的存在。一般地，Wiener-Khinchine關(guān)系聲明了在所述頻譜下的區(qū)域與方差(variance)成比例。基于這個原理，檢測軟件33A可以通過計算信號方差的改變來識別信號頻譜中的改變。而且，檢測軟件33A可以查看諸如命令信號和行程信號的兩個信號之間的方差的比率，即可以實現(xiàn)F測試。如果系統(tǒng)正確地運行，則方差的比率將大致為一，因為命令信號和行程信號之間的增益大約等于一。但是，如果從例如摩擦、負梯度或閥門附件形成伺服環(huán)不穩(wěn)定，則方差的比率將變得很大。換句話說，對于伺服環(huán)不穩(wěn)定，系統(tǒng)的功率輸出將超過到系統(tǒng)內(nèi)的功率輸入。
作為附加的益處，如果外部過程環(huán)正在振蕩，則這種方法將不觸發(fā)分析，這有助于穩(wěn)定的識別。為了加快檢測，可以使用“遺忘因子”來遞歸地計算方差的比率，以便僅僅使用最近的數(shù)據(jù)。但是，一旦(通過任何手段)檢測到極限周期，則可以使用所述方差的比率來追蹤到所述問題是在外過程控制環(huán)內(nèi)還是在內(nèi)伺服控制環(huán)內(nèi)。如果方差的比率比一大得多，則不穩(wěn)定的來源最可能在伺服環(huán)中。圖2、3和4的示例描述了這種情況?；蛘?，如果方差的比率比一小得多，則不穩(wěn)定的來源最可能在過程環(huán)中。圖5A和5B的示例描述了這種情況。
如果期望的話，則不穩(wěn)定檢測或識別算法可以連續(xù)地運行，并且如果區(qū)別算法超過一些閾值則可以標(biāo)記檢測。例如，如果在伺服環(huán)中的相位角接近-180度，如下所述，則估計或檢測軟件可以觸發(fā)警告或否則通知操作員不穩(wěn)定及其來源。
一旦檢測到不穩(wěn)定，則可以使用一個或多個其他軟件例程33B、33C等來確定這個不穩(wěn)定的來源。確定不穩(wěn)定的來源的估計的一種方法是使得估計單元30收集與在特定的時段中閥門15的(由例如圖1的位置傳感器27檢測到的)傳動器行程或位置和(由例如圖1的壓力傳感器35或36檢測的)傳動器壓力相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。通常，所收集的數(shù)據(jù)將被存儲在存儲器中，作為一系列的數(shù)據(jù)點，其中每個數(shù)據(jù)點具有從所測量的傳動器壓力信號得到的傳動器壓力分量和從所測量的傳動器位置或行程信號得到的傳動器位置分量。當(dāng)然，可以明白，任何數(shù)據(jù)點的傳動器壓力和傳動器位置分量應(yīng)當(dāng)與同一時間相關(guān)。因此，優(yōu)選的是，當(dāng)使用兩個或多個被測量的信號時，同時采樣那些信號以產(chǎn)生時間相關(guān)的數(shù)據(jù)。以這種方式，估計單元30收集與控制環(huán)或環(huán)的一部分的輸入信號相關(guān)的數(shù)據(jù)點，和與控制環(huán)或環(huán)的一部分的輸出信號相關(guān)的數(shù)據(jù)點，然后以任何方式使用這些數(shù)據(jù)點來形成與系統(tǒng)或控制環(huán)相關(guān)的輸入/輸出曲線。當(dāng)然，與輸入和輸出信號相關(guān)的數(shù)據(jù)點可以按照期望被獨立地或一起存儲，但是應(yīng)當(dāng)一般與同一或大致同一時間相關(guān)聯(lián)，以便形成輸入/輸出曲線的分量。
接著，不穩(wěn)定來源估計軟件33B或33C通過以多種方式中的任何一種分析數(shù)據(jù)來確定不穩(wěn)定的來源，所述方式包括例如確定是否由器件本身或器件外部引起不穩(wěn)定，是否不穩(wěn)定是由于摩擦或由于在閥塞上的負梯度或由于機械異常引起的。
在一個實施例中，不穩(wěn)定的來源是從在伺服環(huán)中收集的數(shù)據(jù)，即在圖1的命令信號和閥門行程信號之間的全部來確定的。單獨使用這些信號，估計單元30可以追蹤到特定系統(tǒng)中的許多不穩(wěn)定的根本起因。這種技術(shù)的主要優(yōu)點是可以在沒有過程的先驗知識的情況下在線進行分析，大大地降低了委托和保持這些類型的診斷所需要的成本。
在一種示范的分析中，估計軟件33B或33C可以確定是否所檢測的不穩(wěn)定是由于過程控制環(huán)引起的，或者取代而由在伺服環(huán)內(nèi)的來源、因此在器件13內(nèi)的來源引起的。具體上，當(dāng)過程控制環(huán)進入極限周期時，系統(tǒng)內(nèi)的每個分量以相同頻率循環(huán)。而且，如果系統(tǒng)在循環(huán)，則在環(huán)中的連續(xù)動態(tài)分量之間的相位角的和將是-180度。結(jié)果，如果在圖1的伺服環(huán)的連續(xù)分量內(nèi)的相位角的和大于-180度，諸如-90度，則伺服環(huán)是穩(wěn)定的，并且不是不穩(wěn)定的來源。但是，如果在伺服環(huán)13內(nèi)的相位角的和等于或大致等于-180度，則極限周期的來源在伺服環(huán)本身內(nèi)。估計例程33B可以確定與伺服環(huán)13或過程控制環(huán)10的任何其他部分的連續(xù)動態(tài)分量相關(guān)聯(lián)的相位角，并且將這些相位角相加在一起。如果這些相位角的和為或接近-180度，則極限周期的起因在伺服環(huán)或過程控制環(huán)10的其他部分內(nèi)。如果這些相位角的和比-180度大得多，則伺服環(huán)或過程控制環(huán)10的其他部分不是極限周期的來源，盡管它可能對外環(huán)的問題影響很大。
如果期望的話，估計單元30可以確定由在過程控制環(huán)內(nèi)的多個元素的每個引入的相位滯后——諸如對于在伺服環(huán)13中的多個連續(xù)元素的每個，然后識別在過程控制環(huán)中引入最大相位滯后的元素。如果期望的話，估計單元30可以按照每個元素引入過程控制環(huán)內(nèi)的相位滯后的數(shù)量來將元素排序，或者可以產(chǎn)生用于指示每個元素的所檢測的相位滯后的累計相位滯后表。這個信息可以經(jīng)由顯示器件40顯示給用戶。
圖2A和2B中描述了含有在具有出故障時自動張開(fail-open)的彈簧行為的控制閥門的伺服環(huán)中的不穩(wěn)定的系統(tǒng)的簡單示例，所述圖2A和2B描繪了輸入命令信號、閥門行程和凈傳動器壓力對時間的關(guān)系。在圖2-5中，在伺服環(huán)或器件13的端部或外部的信號被圖解在上部的圖中，而完全在伺服環(huán)或器件13內(nèi)的信號被圖解在下部的圖中。根據(jù)圖2A和2B，顯然過程控制環(huán)、即外環(huán)是有效的(由命令信號中的振蕩來證明)，并且試圖校正由控制閥門15引起的干擾。在來自求和點26的誤差信號(即命令信號減去閥門行程)和閥門行程之間的總相位角等于大約-180度。這個事實表示不穩(wěn)定位于伺服環(huán)內(nèi)。
或者，估計單元30可以查看在諸如命令輸入和閥門行程或命令輸入和傳動器壓力的兩個信號之間的方差的比率。如上所述，如果系統(tǒng)正確地運行，則方差的比率將大約為1，因為在命令信號和行程信號之間的增益大約等于1。但是，如果在伺服環(huán)中的不穩(wěn)定例如從摩擦、負梯度或閥門附件形成，則方差的比率將變得很大。換句話說，對于伺服環(huán)不穩(wěn)定，系統(tǒng)的功率輸出將超過輸入系統(tǒng)的功率。當(dāng)方差的比率小于大約1時，則不穩(wěn)定在過程環(huán)中。在圖2A和2B的示例中，閥門行程的方差超過了命令輸入的方差，這表示不穩(wěn)定在伺服環(huán)內(nèi)，即因為閥門行程的方差比命令信號的方差大得多，因此不穩(wěn)定的起因被確定在伺服環(huán)中。
存在用于確定每個信號的相位和方差的許多公知的方法，不在此詳細討論這些方法。而且，當(dāng)在例如伺服環(huán)中的多個連續(xù)信號的每個的相位可以被加在一起時，在這個環(huán)中的第一和最后信號——諸如從求和點26輸出的誤差信號和來自位置傳感器27的反饋信號——的相位可以被相加以確定是否和是大約-180度。當(dāng)然，在環(huán)中的每個個別信號的相位可以被分析，以查看哪個信號正在加上最大的相位并且因此可以與引起不穩(wěn)定的分量相關(guān)聯(lián)。
在另一種情況下，估計軟件33C可以確定是否由于諸如在閥塞上的負梯度的摩擦或外力而引起不穩(wěn)定。一般而言，估計軟件33C可以通過檢查在相關(guān)的壓力和行程信號之間的相關(guān)性和/或領(lǐng)先/滯后關(guān)系，來將摩擦或外力識別為不穩(wěn)定的來源。例如，在滑動桿閥的情況下，估計軟件33C可以使用由壓力傳感器36檢測的傳動器壓力和由位置傳感器27檢測的閥門行程。在一個時段使用從閥門15的壓力傳感器36和位置傳感器27收集的數(shù)據(jù)，估計軟件33C確定是否在壓力和行程響應(yīng)之間存在負或正的相關(guān)性。在負相關(guān)性——其中行程的增加伴隨著壓力的降低或行程的降低伴隨著壓力的提高——的情況下，不穩(wěn)定是由于外力。這個負相關(guān)性起因于伺服控制器16通過試圖強制閥桿在相反的方向中行進來嘗試補償閥桿的位置的突然變化的事實?？梢栽趫D3A和3B中看出，凈傳動器壓力隨著閥門行程的降低而增加。具體上，在圖3A和3B中，在時間12秒和15秒之間發(fā)生由在閥門15內(nèi)的諸如顫振或射流的外力引起的不穩(wěn)定。在時間12秒，閥桿作為顫振的結(jié)果而在提高的方向上移動。傳動器壓力幾乎立即開始降低。甚至在閥門行程已經(jīng)穩(wěn)定以將閥門驅(qū)動回其原始位置后，凈傳動器壓力繼續(xù)降低。但是，當(dāng)閥門行程降低(在大約13.5秒)到低于其開始點時，傳動器壓力提高以將閥門驅(qū)動回其原點。因此，在此，閥門行程增加的發(fā)生率與傳動器壓力的降低相關(guān)聯(lián)，并且反之亦然，這意味著外力正在引起在伺服環(huán)內(nèi)的振蕩。類似的負相關(guān)的振蕩在圖3A和3B中在大約22秒和32秒發(fā)生。
在正相關(guān)性——其中壓力的提高伴隨著行程的提高或者壓力的降低伴隨著行程的降低——的情況下，估計軟件33C確定不穩(wěn)定是由于摩擦引起的，因為定位器15嘗試通過提高閥桿上的壓力來將閥桿在提高的方向上移動(或嘗試通過降低閥桿上的壓力來將閥桿在降低的方向上移動)直到移動發(fā)生。圖4A和4B圖解了這種現(xiàn)象。例如，在大約492秒開始，當(dāng)伺服控制器16嘗試校正在基準(zhǔn)(設(shè)定點)和行程之間的誤差信號時，凈傳動器壓力提高。因為閥桿被卡在摩擦閘瓦中，因此它不移動。在大約518秒，在閥桿上的凈壓力超過摩擦閾值，并且閥桿開始在提高的方向上移動。此時，凈傳動器壓力由于傳動器內(nèi)的體積改變——這使得行程響應(yīng)變慢——而降低。但是，即使凈力降低并且閥門速度接近零，行程在摩擦沒有時突然跳到局部最大值。當(dāng)凈壓力降低時發(fā)生同樣的過程(例如在526和538秒之間)，雖然在這個時間期間的行程響應(yīng)(在降低方向中)更顯著。因此，在這種情況下，傳動器壓力的提高導(dǎo)致閥門行程的提高，并且傳動器壓力的降低導(dǎo)致降低的閥門行程或與降低的閥門行程相關(guān)聯(lián)。
因此，通過確定是否傳動器壓力和閥門行程正或負相關(guān)，估計軟件33C可以確定是否極限周期的來源是由于外力或在閥門內(nèi)的摩擦力。當(dāng)然，可以明白，當(dāng)傳動器壓力在通常使得閥桿在所測量的方向中移動的方向中移動時發(fā)生正相關(guān)性，而當(dāng)傳動器壓力在與通常使得閥桿在所測量方向中移動的方向相反的方向中移動時發(fā)生負相關(guān)性。因此，在某些傳動器/閥門配置中或依賴于定義“降低”的閥門行程的方式，提高的傳動器壓力和“降低的”閥門行程仍然可以正相關(guān)。
一種用于在摩擦和外部引起的不穩(wěn)定之間識別的替代方式是通過查看在壓力響應(yīng)和行程響應(yīng)之間的領(lǐng)先/滯后關(guān)系。如果壓力響應(yīng)滯后于行程響應(yīng)，則不穩(wěn)定是由于外力，因為伺服控制器16響應(yīng)于閥門位置中的改變而作為?；蛘?，如果行程響應(yīng)滯后于壓力響應(yīng)，則不穩(wěn)定是摩擦力引起的，因為伺服控制器16嘗試強制閥門移動。可以在圖4A和4B中看出，在大約492秒開始，壓力提高并且沒有閥門18的對應(yīng)移動，直到時間518秒，此時壓力響應(yīng)能夠克服摩擦力并且移動閥門18。在時間526秒發(fā)生同一現(xiàn)象，此時壓力降低并且不改變閥門位置，直到時間538秒，此時克服了摩擦力，使得閥桿向下行進。在這種情況下，到閥門(未示出)的命令信號被保持不變。注意在凈壓力和閥門行程之間的相位角是大約-180度，并且行程滯后于凈壓力，這意味著不穩(wěn)定在伺服環(huán)內(nèi)，并且問題在傳動器和閥桿之間。
或者，如上所述，圖3A和3B示出了具有負梯度的閥門的時間序列曲線。在這個跡線中，到閥門的命令信號已經(jīng)被保持大致不變。因為這不是強梯度(strong gradient)，因此不穩(wěn)定不是周期的。依然，系統(tǒng)在萊阿波諾夫(Lyapunov)的意義上不穩(wěn)定(即不存在平衡點)。在此，可以通過查看在壓力和行程之間的相移來識別負梯度。對于負梯度，閥桿將首先移動，然后定位器將試圖校正響應(yīng)。簡單來說，傳動器壓力滯后于行程。這與摩擦力引起的不穩(wěn)定——其中傳動器壓力領(lǐng)先于行程——形成明顯對比。
為了確定領(lǐng)先/滯后關(guān)系，估計軟件33C可以使用開始點、結(jié)束點、中點或當(dāng)壓力信號開始或結(jié)束和當(dāng)行程信號開始或結(jié)束時的一些其他的統(tǒng)計方法，并且可以隨后比較這兩個點以確定壓力和行程信號中的哪個領(lǐng)先或滯后于另一個。當(dāng)然，如果期望的話，這估計例程33C可以通過測量或確定在行程和壓力測量之間的相關(guān)性和行程和壓力測量之間的領(lǐng)先/滯后關(guān)系中的兩者或之一來確定不穩(wěn)定的來源。
可以由軟件33執(zhí)行以檢測不穩(wěn)定的存在或來源的另一種簡單的穩(wěn)定性分析查看在給定的時段中在一個信號中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量、或在不同信號中的反轉(zhuǎn)數(shù)量中的差別，所述不同信號諸如閥門行程、傳動器壓力信號、命令信號等。對于伺服環(huán)不穩(wěn)定，行程信號中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量將大大地超過命令信號中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量(見圖2A和2B)。對于過程不穩(wěn)定，行程中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量將大約等于命令信號中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量(見圖5A和5B)。這個同樣分析可以被應(yīng)用到其他的信號以檢測在與那些信號相關(guān)的分量之間的元素中存在不穩(wěn)定。
圖5A和5B圖解了另一個示例，其中估計單元30可以使用上述技術(shù)來將不穩(wěn)定的來源確定為在伺服環(huán)之外。在圖5A和5B中，不穩(wěn)定是由過量的增益、即在圖1的過程控制器12——當(dāng)與具有出故障時自動關(guān)閉(fail-closed)的彈簧行為的閥門相結(jié)合地使用時——內(nèi)的過量增益引起的。在此，命令信號與閥門行程的方差的比率小于一，這表示問題的來源在伺服環(huán)的外部。同樣，伺服環(huán)內(nèi)的相位角的和是大約-90度，再次表示不穩(wěn)定的來源在伺服環(huán)的外部。
雖然估計單元30已經(jīng)在此被描述為檢測和確定在諸如閥門器件的過程控制器件內(nèi)的不穩(wěn)定的可能起因或估計，但是可以明白，可以使用其他的分析來根據(jù)在過程或過程控制環(huán)內(nèi)在線測量的數(shù)據(jù)而確定這些不穩(wěn)定的估計，或其他過程控制器件、過程控制環(huán)等的其他不穩(wěn)定。
同樣，可以明白，估計單元30可以被實現(xiàn)為任何期望的硬連線的邏輯器件或諸如微處理器的軟件控制的處理器件，它能夠檢測和存儲一個或多個信號，并且對這樣的信號執(zhí)行統(tǒng)計或數(shù)學(xué)分析。優(yōu)選的是，通過在估計單元30的計算機可讀存儲器內(nèi)存儲的(任何類型的)程序來執(zhí)行統(tǒng)計分析。但是，可以以任何期望的方式來以軟件、硬件、固件或其組合來實現(xiàn)在此所述或使用的分析步驟。
雖然已經(jīng)參照具體的示例——它們意欲僅僅是說明性的而不是對本發(fā)明的限定——說明了本發(fā)明，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明顯的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行改變、增加或刪除。
權(quán)利要求
1.一種用于確定在過程控制環(huán)內(nèi)存在不穩(wěn)定的方法，包括步驟當(dāng)過程控制環(huán)在過程控制環(huán)境內(nèi)在線連接時，測量過程控制環(huán)內(nèi)的一個或更多信號；將所述一個或更多所測量的信號存儲為信號數(shù)據(jù)；和對于所存儲的信號數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，以確定在過程控制環(huán)內(nèi)存在不穩(wěn)定。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中測量步驟包括測量兩個信號的步驟，執(zhí)行分析的步驟包括步驟檢測在特定時段中所述兩個信號中的每個中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量，并且確定在所述特定時段中所述兩個信號中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量的差別。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中執(zhí)行分析的步驟包括步驟對于所述一個或更多信號執(zhí)行傅立葉變換，并且檢測在所述一個或更多信號的頻譜中的改變，以確定存在不穩(wěn)定。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中執(zhí)行分析的步驟包括步驟使用Wiener-Khinchine關(guān)系來確定不穩(wěn)定的存在。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其中使用Wiener-Khinchine關(guān)系的步驟包括步驟通過計算所述一個或更多信號的方差中的變化來識別在所述一個或更多信號的頻譜中的改變。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中測量步驟包括測量兩個信號的步驟，其中執(zhí)行分析的步驟包括步驟確定所述兩個信號的方差，計算所述兩個信號的方差的比率，并且將所述比率與預(yù)設(shè)值進行比較，以確定不穩(wěn)定的存在。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其中測量步驟包括測量命令信號和行程信號的步驟。
8.按照權(quán)利要求6的方法，其中計算步驟包括步驟遞歸地計算所述兩個信號的方差的比率。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中遞歸地計算所述兩個信號的方差的比率的步驟包括使用遺忘因子的步驟。
10.一種用于確定過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定的來源的方法，包括步驟當(dāng)過程控制環(huán)在過程控制環(huán)境內(nèi)在線連接時，測量過程控制環(huán)內(nèi)的一個或更多信號；將所述一個或更多所測量的信號存儲為信號數(shù)據(jù)；和對于所存儲的信號數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，以確定過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定的來源。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其中測量步驟包括步驟當(dāng)過程控制環(huán)在過程控制環(huán)境內(nèi)在線連接時測量第一信號和第二信號，并且其中執(zhí)行分析的步驟包括步驟識別在第一和第二信號之間的領(lǐng)先/滯后關(guān)系，并且根據(jù)所確定的領(lǐng)先/滯后關(guān)系來確定不穩(wěn)定的來源。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其中所述測量步驟將壓力信號測量為第一信號，將行程信號測量為第二信號，并且其中確定步驟包括步驟當(dāng)壓力信號領(lǐng)先于行程信號時，將不穩(wěn)定的來源識別為摩擦力。
13.按照權(quán)利要求11的方法，其中所述測量步驟將壓力信號測量為第一信號，將行程信號測量為第二信號，并且其中確定步驟包括步驟當(dāng)壓力信號滯后于行程信號時，將不穩(wěn)定的來源識別為外力。
14.按照權(quán)利要求11的方法，其中所述測量步驟將壓力信號測量為第一信號，將行程信號測量為第二信號，并且其中確定步驟包括步驟當(dāng)壓力信號與行程信號負相關(guān)時，將不穩(wěn)定的來源識別為外力。
15.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述測量步驟包括步驟當(dāng)過程控制環(huán)在過程控制環(huán)境內(nèi)在線連接時，測量過程控制環(huán)內(nèi)的第一信號和第二信號，并且其中執(zhí)行分析的步驟包括步驟確定在第一和第二信號之間的負相關(guān)，并且根據(jù)所確定的相關(guān)來確定不穩(wěn)定的來源。
16.按照權(quán)利要求15的方法，其中所述測量步驟將壓力信號測量為第一信號，將行程信號測量為第二信號，并且其中確定步驟包括步驟當(dāng)壓力信號正相關(guān)于行程信號時，將不穩(wěn)定的來源識別為摩擦力。
17.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述執(zhí)行分析的步驟包括步驟確定由過程控制環(huán)內(nèi)的多個元件中的每個所引入的相位滯后，并且識別過程控制環(huán)中引入最多相位滯后的元件。
18.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述執(zhí)行分析的步驟包括步驟確定由過程控制環(huán)內(nèi)的多個元件中的每個所引入的相位滯后，并且按照每個元件向過程控制環(huán)內(nèi)引入的相位滯后的數(shù)量來對元件進行排序。
19.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述執(zhí)行分析的步驟包括步驟確定由過程控制環(huán)內(nèi)的多個元件中的每個所引入的相位滯后，并且提供指示所檢測的相位滯后的累積相位滯后表。
20.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述測量步驟包括測量兩個或更多信號的步驟，所述執(zhí)行分析的步驟包括步驟將所述兩個或更多信號的相位相加在一起，以產(chǎn)生和相位信號，并且將所述和相位信號與閾值進行比較。
21.按照權(quán)利要求20的方法，其中執(zhí)行分析的步驟包括步驟當(dāng)和相位信號大約等于-180度時，確定不穩(wěn)定的來源在兩個信號之間。
22.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述測量步驟包括測量兩個信號的步驟，并且所述執(zhí)行分析的步驟包括步驟檢測在特定時段上所述兩個信號中的每一個中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量，并且確定在所述特定時段上所述兩個信號中的反轉(zhuǎn)數(shù)量上的差別。
23.一種用于當(dāng)過程控制環(huán)在過程環(huán)境內(nèi)在線連接時確定過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定的來源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感器，用于當(dāng)過程控制環(huán)在過程環(huán)境內(nèi)在線連接時，測量在過程控制環(huán)內(nèi)的第一信號；存儲器，用于將所測量的第一信號存儲為信號數(shù)據(jù)；和處理器，適于對所存儲的信號數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，以確定不穩(wěn)定的來源。
24.按照權(quán)利要求23的系統(tǒng)，還包括第二傳感器，用于當(dāng)過程控制環(huán)在過程環(huán)境內(nèi)在線連接時，測量過程控制環(huán)內(nèi)的第二信號，并且其中所述存儲器將所測量的第二信號存儲為第二信號數(shù)據(jù)，并且所述處理器適于對所存儲的信號數(shù)據(jù)和所存儲的第二信號數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，以確定不穩(wěn)定的來源。
25.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中第一傳感器是壓力傳感器，產(chǎn)生壓力信號作為第一信號，第二傳感器是行程傳感器，產(chǎn)生行程信號作為第二信號，并且其中當(dāng)壓力信號領(lǐng)先于行程信號時，所述處理器適于將不穩(wěn)定的來源識別為摩擦力。
26.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中第一傳感器是壓力傳感器，產(chǎn)生壓力信號作為第一信號，第二傳感器是行程傳感器，產(chǎn)生行程信號作為第二信號，并且其中當(dāng)壓力信號滯后于行程信號時，所述處理器適于將不穩(wěn)定的來源識別為外力。
27.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理器適于識別在第一信號和第二信號之間的領(lǐng)先/滯后關(guān)系，并且根據(jù)所確定的領(lǐng)先/滯后關(guān)系來確定不穩(wěn)定的來源。
28.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理器適于使用至少第一和第二信號以確定由多個元件中的每一個引入到過程控制環(huán)內(nèi)的相位滯后，并且識別向過程控制環(huán)內(nèi)引入最多相位滯后的元件。
29.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理器適于使用至少第一和第二信號以確定由過程控制環(huán)內(nèi)的多個元件中的每一個所引入的相位滯后，并且按照每個元件向過程控制環(huán)內(nèi)引入的相位滯后的數(shù)量來對元件進行排序。
30.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理器適于使用至少第一和第二信號以確定由過程控制環(huán)內(nèi)的多個元件中的每一個所引入的相位滯后，并且提供指示所檢測的相位滯后的累積相位滯后表。
31.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理器適于識別在第一信號和第二信號之間的正或負相關(guān)，并且根據(jù)所確定的相關(guān)來確定不穩(wěn)定的來源。
32.按照權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中第一傳感器是壓力傳感器，產(chǎn)生壓力信號作為第一信號，第二傳感器是行程傳感器，產(chǎn)生行程信號作為第二信號，并且其中當(dāng)壓力信號與行程信號正相關(guān)時，所述處理器適于將不穩(wěn)定的來源識別為摩擦力。
33.按照權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中第一傳感器是壓力傳感器，產(chǎn)生壓力信號作為第一信號，第二傳感器是行程傳感器，產(chǎn)生行程信號作為第二信號，并且其中當(dāng)壓力信號與行程信號負相關(guān)時，所述處理器適于將不穩(wěn)定的來源識別為外力。
34.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理器適于將所述第一和第二信號的相位相加在一起，以產(chǎn)生和相位信號，并且將所述和相位信號與閾值進行比較，以識別不穩(wěn)定的來源。
35.按照權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中當(dāng)和相位信號大約等于-180度時，所述處理器適于確定不穩(wěn)定的來源在第一和第二信號之間的分量內(nèi)。
36.按照權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理器適于檢測在特定時段上所述兩個信號的每一個中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量，并且確定在所述特定時段上所述兩個信號中的反轉(zhuǎn)數(shù)量的差別。
37.一種在過程控制環(huán)境中用于確定在過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定的存在或來源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括計算機可讀存儲器；第一例程，被存儲在計算機可讀存儲器上，并且適于在處理器上執(zhí)行，以便當(dāng)在過程控制環(huán)境中在線工作時，收集和存儲表示與所述過程控制環(huán)相關(guān)的一個或更多信號的數(shù)據(jù)；和第二例程，被存儲在計算機可讀存儲器上，并且適于在處理器上執(zhí)行，以對所存儲的數(shù)據(jù)執(zhí)行統(tǒng)計分析，以確定過程控制環(huán)內(nèi)的不穩(wěn)定的存在或來源。
38.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中第二例程適于使用表示所述一個或更多信號的數(shù)據(jù)，以確定由多個元件中的每一個引入到過程控制環(huán)內(nèi)的相位滯后，并且識別向過程控制環(huán)內(nèi)引入最大相位滯后的元件。
39.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中第二例程適于使用表示所述一個或更多信號的數(shù)據(jù)，以確定由過程控制環(huán)內(nèi)的多個元件中的每一個所引入的相位滯后，并且按照每個元件向過程控制環(huán)內(nèi)引入的相位滯后數(shù)量來對元件進行排序。
40.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述第二例程適于使用表示所述一個或更多信號的數(shù)據(jù)，以確定由過程控制環(huán)內(nèi)的多個元件中的每一個所引入的相位滯后，并且提供指示所檢測的相位滯后的累積相位滯后表。
41.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述第一例程適于收集和存儲表示第一和第二信號的數(shù)據(jù)，并且其中第二例程適于識別在第一和第二信號之間的領(lǐng)先/滯后關(guān)系，并且根據(jù)所確定的領(lǐng)先/滯后關(guān)系來確定不穩(wěn)定的來源。
42.按照權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中第一信號是壓力信號，第二信號是行程信號，并且其中當(dāng)壓力信號領(lǐng)先于行程信號時，第二例程適于將不穩(wěn)定的來源識別為摩擦力。
43.按照權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中第一信號是壓力信號，第二信號是行程信號，并且其中當(dāng)壓力信號滯后于行程信號時，第二例程適于將不穩(wěn)定的來源識別為外力。
44.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中第一例程適于收集和存儲表示第一和第二信號的數(shù)據(jù)，并且其中第二例程適于識別第一和第二信號之間的正或負相關(guān)，并且根據(jù)所確定的相關(guān)來確定不穩(wěn)定的來源。
45.按照權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中第一信號是壓力信號，第二信號是行程信號，并且其中當(dāng)壓力信號與行程信號正相關(guān)時，第二例程適于將不穩(wěn)定的來源識別為摩擦力。
46.按照權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中第一信號是壓力信號，第二信號是行程信號，并且其中當(dāng)壓力信號與行程信號負相關(guān)時，第二例程適于將不穩(wěn)定的來源識別為外力。
47.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述第一例程適于收集和存儲表示第一和第二信號的數(shù)據(jù)，并且其中第二例程適于將所述第一和第二信號的相位相加在一起以產(chǎn)生和相位信號，并且將所述和相位信號與閾值進行比較，以識別不穩(wěn)定的來源。
48.按照權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述和相位信號大約等于-180度時，第二例程適于確定不穩(wěn)定的來源在第一和第二信號之間的分量內(nèi)。
49.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中第一例程適于收集和存儲與兩個信號相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且其中所述第二例程適于檢測在特定時段上所述兩個信號的每一個中的反轉(zhuǎn)的數(shù)量，并且確定在所述特定時段上所述兩個信號中的反轉(zhuǎn)數(shù)量的差別。
50.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中第二例程適于對所述一個或更多信號執(zhí)行傅立葉變換，并且檢測所述一個或更多信號的頻譜內(nèi)的改變，以識別不穩(wěn)定的存在。
51.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中第二例程適于使用Wiener-Khinchine關(guān)系來確定不穩(wěn)定的存在。
52.按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中第二例程通過計算所述一個或更多信號的方差中的改變來識別所述一個或更多信號的頻譜內(nèi)的改變。
53.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中第一例程適于收集和存儲與兩個信號相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中第二例程適于確定所述兩個信號的方差，計算所述兩個信號的方差的比率，并且將所述比率與預(yù)設(shè)值進行比較，以確定不穩(wěn)定的存在。
54.按照權(quán)利要求53的系統(tǒng)，其中第二例程適于遞歸地計算所述兩個信號的方差的比率。
55.按照權(quán)利要求53的系統(tǒng)，其中第二例程適于使用遺忘因子遞歸地計算所述方差的比率。
全文摘要
一種方法和裝置，當(dāng)過程控制環(huán)在線工作在過程環(huán)境內(nèi)時，確定在過程控制環(huán)內(nèi)的諸如極限周期的不穩(wěn)定的存在和來源。當(dāng)過程控制環(huán)在線連接于過程控制環(huán)境內(nèi)時，所述方法和裝置測量過程控制環(huán)內(nèi)的一個或更多信號，將所測量的信號存儲為信號數(shù)據(jù)，然后對所存儲的信號數(shù)據(jù)執(zhí)行一個或更多統(tǒng)計分析，以確定是否存在不穩(wěn)定，如果存在，則確定不穩(wěn)定的來源是在伺服環(huán)內(nèi)還是在伺服環(huán)外，并且是由于摩擦力、外力還是機械異常引起的。
文檔編號G05B23/02GK1599889SQ02824298
公開日2005年3月23日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月5日
發(fā)明者肯尼思·W·瓊科 申請人:費希爾控制國際公司