CN103257625A - 补偿非周期更新的控制器中的设置点改变 - Google Patents

Abstract

本发明涉及补偿非周期更新的控制器中的设置点改变，其实现对设置点改变的更稳健的控制器响应。该控制技术使用控制例程的迭代以使用重置或者比率贡献分量来生成控制信号，该重置或者比率贡献分量在某一意义上产生对控制信号的预期的过程响应。当过程变量的新测量不可用于控制器时，在生成控制信号时维持响应于接收先前过程变量而生成的重置或者比值贡献分量。然而，即使在尚未接收到新过程变量测量时，仍然在每个控制器执行周期期间迭代地重新计算重置贡献分量，从而将重置贡献分量的输出并入由于在控制器接收到实际过程变量测量值的时间之间影响过程输入或者控制信号的设置点或者前馈改变而出现的预期的过程改变。

Description

补偿非周期更新的控制器中的设置点改变

技术领域

本专利涉及在使用非周期的控制通信的无线过程控制系统中补偿设置点改变，并且更具体地涉及一种配置成稳健地适应在无线过程控制系统中实施非周期更新的控制器时出现的设置点改变的设备和方法。

背景技术

过程控制系统、比如分布式或者可扩展的过程控制系统如在化学、石油或者其它过程中使用的过程控制系统通常包括经由模拟、数字或者组合的模拟/数字总线通信地耦合到彼此、至少一个主机或者操作者工作站和一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器。可以例如是阀、阀定位器、开关和发送器(例如温度、压强和流速传感器)的现场设备执行过程内的功能、比如打开或者关闭阀以及测量过程参数。过程控制器接收指示由现场设备进行的过程测量的信号和/或涉及现场设备的其它信息并且使用这一信息以实施用于生成控制信号的控制例程，这些控制信号通过总线发送到现场设备以控制过程的操作。通常使来自现场设备和控制器的信息可用于由操作者工作站执行的一个或多个应用以使操作者能够关于过程执行诸如查看过程的当前状态、修改过程的操作等任何希望的功能。

一些过程控制系统、比如Emerson Process Management销售的

系统使用位于控制器中或者不同现场设备中的功能块或者称为模块的功能块组以执行控制和/或监控操作。在这些情况下，控制器或者其它设备能够包括和执行一个或多个功能块或者模块，每个功能块或者模块从(相同设备内或者不同设备内的)其它功能块接收输入和/或向这些其它功能块提供输出并且执行一些过程操作、比如测量或者检测过程参数、监控设备、控制设备或者执行控制操作、比如实施比例微分积分(PID)控制例程。在过程控制系统内的不同功能块和模块一般被配置成(例如通过总线)相互通信，以形成一个或多个过程控制循环。

过程控制器通常被编程为执行用于为过程而定义的或者在过程内包含的诸如流量控制循环、温度控制循环、压强控制循环等多个不同循环中的每个循环的不同例程、子例程或者控制循环(这些都是控制例程)。一般而言，每个这样的控制循环包括：一个或多个输入块(比如模拟输入(AI)功能块)；单输出控制块(比如比例积分微分(PID)或者模糊逻辑控制功能块)；以及输出块(比如模拟输出(AO)功能块)。已经根据包括PID控制、模糊逻辑控制和基于模型的技术(比如史密斯预测器或者模型预测控制(MPC))的多个控制技术配置控制例程和实施这样的例程的功能块。

为了支持执行例程，典型工业或者加工工厂具有与一个或多个过程控制器和过程I/O子系统通信地连接的集中控制室，该一个或多个过程控制器和过程I/O子系统又连接到一个或多个现场设备。传统地，模拟现场设备已经由用于信号发送和功率供应的两线或者四线电流回路连接到控制器。向控制室发送信号的模拟现场设备(比如传感器或者发送器)调制经过电流回路运行的电流，从而电流与感测的过程变量成比例。在另一方面，在控制室的控制之下执行动作的模拟现场设备由经过回路的电流的量值控制。

随着数据传送量的增加，过程控制系统设计的一个特别重要的方面涉及到现场设备通信地耦合到彼此、控制器或者在过程控制系统或者加工工厂内的其它系统或者设备的方式。一般而言，使现场设备能够在过程控制系统内工作的各种通信信道、链路和路径普遍统称为输入/输出(I/O)通信网络。

用来实施I/O通信网络的通信网络拓扑和物理连接或者路径特别是在网络面临不利环境因素或者恶劣条件时对现场设备通信的稳健性或者完整性具有重大影响。这些因素和条件可能危及在一个或多个现场设备、控制器等之间的通信的完整性。在控制器与现场设备之间的通信对这样的破坏尤其敏感，因为监控应用或者控制例程通常需要针对例程的每个迭代周期更新过程变量。危及的控制通信因此可能造成减少的过程控制系统效率和/或收益性和对设备的过量磨损或者损害以及任何数目的潜在有害故障。

为了保证稳健的通信，在过程控制系统中使用的I/O通信网络已经在历史上硬接线。遗憾的是，硬接线网络引入许多复杂性、挑战和限制。例如硬接线网络的质量可能随时间下降。另外，硬接线I/O通信网络特别是在I/O通信网络与分布于广大区域的大型工业工厂或者设施、例如消耗若干英亩土地的炼油厂或者化学工厂关联的情况下通常安装昂贵。必需的长接线延伸通常涉及到大量人力、材料和开支并且可能引起由于接线阻抗和电磁干扰而产生的信号衰减。出于这些和其它原因，硬接线I/O通信网络通常难以重新配置、修改或者更新。

已经建议使用无线I/O通信网络以缓解与硬接线I/O网络关联的困难。例如这里通过引用将全部公开内容明确地结合于此、标题为“Apparatus for Providing Redundant Wireless Access to FieldDevices in a Distributed Control System”、公开号为第2003/0043052号美国专利申请公开一种利用无线通信以扩充或者补充硬接线通信使用的系统。

依赖于无线通信进行与控制有关的发送由于可靠性顾虑以及其它原因而已经传统上受限制。如上文描述的那样，现代监控应用和过程控制依赖于在控制器与现场设备之间的可靠的数据通信以实现最优的控制水平。另外，典型的控制器快速执行控制算法，以快速地纠正过程中的非所需偏差。不合需要的环境因素或者其它不利条件可能引起间歇的干扰，这些间歇的干扰阻碍或者防止为了支持这样执行监控和控制的算法而必需的快速通信。庆幸的是，无线网络已经在过去十年变得稳健得多从而实现了在一些类型的过程控制系统中可靠地使用无线通信。

然而当在过程控制应用中使用无线通信时，功率消耗仍然是复杂化的因素。由于无线现场设备在物理上从I/O网络断开，所以现场设备通常需要提供它们自己的功率源。因而现场设备可以由电池供电、汲取太阳能或者截取诸如振动、热、压力等环境能量。对于这些设备，为数据发送而消耗的能量可能构成总能量消耗的显著部分。事实上，可能在建立或者维持无线通信连接的过程期间比在现场设备执行的其它重要操作(比如为了感测或者检测测量的过程变量而采取的步骤)期间消耗更多功率。为了减少无线过程控制系统中的功率消耗并且因此延长电池寿命，已经建议实施一种无线过程控制系统，在该系统中，现场设备、比如传感器以非周期方式与控制器通信。在一种情况下，现场设备可以仅在已经检测到过程变量的显著改变时与控制器通信或者向控制器发送过程变量测量从而造成与控制器的非周期通信。

已经开发的一种用于操纵非周期过程变量测量更新的控制技术使用控制系统，该控制系统在不频繁的非周期测量更新之间提供和维持对控制器产生的控制信号的预期的过程响应的指示。预期的过程响应可以由数学模型形成，该数学模型针对用于给定的测量更新计算对控制信号的预期的过程响应。在这里通过引用将全部公开内容明确地结合于此、标题为“Non-Periodic Control Communicationsin Wireless and Other Process Control Systems”的第7,587,252号美国专利中描述这一技术的一个例子。具体而言，这一专利公开了一种具有滤波器的控制系统，该滤波器在接收非周期过程变量测量更新时生成对控制信号的预期的过程响应的指示并且维持预期的过程响应的生成的指示直至下一非周期过程变量测量更新到来。作为另一例子，这里通过引用将全部公开内容明确地结合于此、标题为“Process Control With Unreliable Communications”的第7,620,460号美国专利公开一种包括滤波器的系统，该滤波器提供对控制信号的预期的响应的指示、但是进一步修改滤波器以并入自从上个非周期测量更新起已经流逝的时间的测量以生成预期的过程响应的更准确的指示。

然而，在许多控制应用中，过程控制系统可以在过程操作期间接收设置点改变。一般而言，当在执行周期更新的控制系统(例如硬接线控制通信系统)期间改变设置点时，设计成对在设置点与测量的过程变量之间的误差采取比例动作的控制器将立即改变控制器输出以朝着新稳态值驱动过程变量。然而在如上述两个例子中描述的那样操作的、接收不频繁的非周期测量更新的无线控制系统中，每个新测量更新反映的测量的过程响应除了由于在接收上个测量更新之后的某一时间进行的设置点改变而产生的控制器输出改变之外还反映考虑上个测量更新而进行的输出改变。在这一情况下，(如在第7,620,460号美国专利中描述的那样)基于控制器输出和自从上个测量更新起的时间计算控制器重置分量可能过度补偿在上个测量更新之后进行的改变。对设置点改变的过程响应可能因此基于在上个测量更新之后何时进行设置点改变而不同。因而这一系统未同样快速地或者同样稳健地对设置点改变作出响应，因为控制器在设置点改变之后形成控制信号时继续依赖于预期的响应的先前生成(并且现在为过时的)的指示。

发明内容

一种新控制技术允许在控制系统中使用的控制例程的操作期间补偿设置点改变，该控制系统依赖于控制器内的非周期无线测量更新。实施新控制技术的控制器包括连续更新的滤波器，该滤波器针对控制器的每个控制例程迭代生成过程的预期的响应的新指示。当设置点改变出现时，连续更新的滤波器产生响应，该响应反映由于在它的计算中的设置点改变而产生的任何控制器输出改变，因为在每个控制例程迭代期间重新计算预期的响应的指示。当新测量值更新可用时，与连续更新的滤波器的输出耦合的积分输出开关使用滤波器提供的预期的响应的新计算的指示作为对控制信号的积分反馈贡献部分。当新测量值更新在控制器不可用时，积分输出开关递送预期的响应的先前计算的指示作为对控制信号的积分反馈贡献部分。

一种用于补偿在向控制器提供非周期无线测量更新的控制系统中使用的控制例程的操作期间的设置点改变的控制方法实施连续更新的滤波器，以针对控制器的每个控制例程迭代生成预期的响应的指示。该方法包括实施控制例程的迭代以生成控制信号并且针对控制例程的每个迭代生成对控制信号的积分反馈贡献。当对控制信号的响应的指示不可用时，该方法维持根据响应指示的先前通信而生成的积分反馈贡献。此外，该方法在接收响应指示时使用积分反馈贡献以生成控制信号。在生成积分反馈贡献时，该方法根据先前的控制例程迭代的所生成的积分反馈贡献和控制器执行周期确定积分反馈贡献。

一种控制过程的方法包括在计算机处理设备上实施控制例程的多个迭代以生成控制信号，包括在控制例程的每个迭代期间：生成用于在产生控制信号时使用的反馈贡献并且使用积分和微分反馈贡献以生成控制信号。该方法随后使用控制信号以控制过程。广而言之，生成积分和微分反馈贡献包括根据控制例程的先前迭代的积分反馈贡献值确定用于控制例程的当前迭代的积分反馈贡献值。然而使用积分反馈贡献以生成控制信号包括：在接收到新的过程响应指示时将积分反馈贡献用于控制例程的当前迭代；并且在从过程未接收到对控制信号的新的过程响应指示时使用从控制例程的先前迭代生成的积分反馈贡献，这些先前迭代例如是如下迭代，在这些迭代中从过程已接收到过程响应指示的先前通信。

另外，一种用于控制过程的设备包括：处理器；通信接口，其耦合到处理器以接收过程变量指示；计算机可读介质；以及控制例程，其存储于计算机可读介质上。控制例程在处理器上执行以基于过程变量指示产生控制信号，其中控制例程在多个执行周期中的每个执行周期期间执行以生成控制信号。在每个执行周期期间，控制例程根据先前控制例程执行周期的所生成的积分反馈贡献生成对所述控制信号的积分反馈贡献。控制例程在经由通信接口接收到新的过程变量指示时使用积分反馈贡献以生成用于当前执行周期的控制信号，否则在经由通信接口未接收到新的过程变量指示时使用从控制例程的执行周期生成的积分反馈贡献以生成控制信号，在该执行周期经由通信接口接收过程变量指示的先前通信。

更进一步地，一种用于基于设置点和来自过程的非周期测量集产生用于控制过程的控制信号的控制器包括：设置点输入，其接收设置点值；过程变量输入，其接收过程变量的非周期测量；以及控制信号生成单元，其耦合到设置点输入和过程变量输入，所述控制信号生成单元基于设置点值、过程变量的测量和积分反馈贡献在控制器迭代集的每个控制器迭代期间产生控制信号。另外，该控制器包括：连续更新的滤波器，其针对多个控制器迭代中的每个控制器迭代生成积分反馈贡献的新值，其中连续更新的滤波器根据先前控制器迭代的生成的积分反馈贡献值和由控制信号生成单元所产生的控制信号生成积分反馈贡献的每个新值。进一步另外，该控制器包括耦合于连续更新的滤波器与控制信号生成单元之间的积分开关。积分开关在新的过程变量测量值在过程变量输入处不可用时向控制信号生成单元提供由连续更新的滤波器在先前控制器迭代期间由于接收到过程变量测量的先前通信而生成的积分反馈贡献值并且所述积分开关在新的过程变量测量值在过程变量输入处可用时向控制信号生成单元提供由连续更新的过滤器由于当前控制器迭代而生成的积分反馈贡献值。

附图说明

图1是作为例子的周期更新的硬接线过程控制系统的方块图。

图2图示了用于作为例子的周期更新的硬接线过程控制系统的、对过程输入的过程输出响应的图形。

图3图示了具有控制器的无线过程控制系统的例子的方块图，该控制器接收非周期反馈输入。

图4A是例子控制器的方块图，该控制器允许稳健地补偿非周期更新的无线过程控制系统中的设置点改变或者前馈扰动。

图4B图示了图4A的例子控制器在控制器对若干设置点改变作出响应时的过程输出响应的图形。

图5是例子控制器的方块图，该控制器执行非周期更新的过程控制系统中的设置点改变补偿，在该系统中控制器补偿反馈信号中的过程和/或测量延迟。

图6是例子控制器的方块图，该控制器执行非周期更新的过程控制系统中的设置点改变补偿，在该系统中过程控制器使用微分或者比率贡献以确定控制信号。

图7是例子控制器的方框图，该控制器执行非周期更新的过程控制系统中的设置点改变补偿，在该系统中过程控制器接收从现场设备、控制单元或者其它下游设备提供的附加的控制器输入数据以影响过程的操作中的响应。

图8是例子控制器的方块图，该控制器执行非周期更新的过程控制系统中的设置点改变补偿，在该系统中过程控制器适应将实际或者暗含的控制器输入数据用于现场设备。

具体实施方式

一种新控制技术实现了一种控制器，该控制器以非周期方式接收过程测量信号作为反馈信号，以更准确地补偿在测量更新之间进行的设置点改变，以由此提供更稳健的控制器动态性。具体而言，控制器内的连续更新的滤波器尽管从现场设备非周期地接收过程变量测量值，但是仍然在控制器的每个控制例程迭代期间生成预期的过程响应(也称为反馈贡献)的指示。连续更新的滤波器部分地使用来自上个控制例程迭代的预期的响应的先前生成的指示和控制例程执行周期以在每个控制例程迭代期间生成预期的响应的指示。另外，在控制器内的积分输出开关提供连续更新的滤波器的输出作为基于最新测量指示对控制信号的反馈贡献、比如积分(也称为重置)和/或微分(也称为比率)贡献。广而言之，积分输出开关维持由连续更新的滤波器在控制器接收到上个测量值更新时所生成的预期的过程响应作为对控制信号的积分或者重置贡献。当新测量值更新可用时，积分输出开关钳位(clamp)到由连续更新的滤波器(基于新测量值更新的指示)所生成的预期的过程响应的新指示上，并且提供新的预期的过程响应作为控制信号的积分或者比率贡献。因而控制器使用连续更新的滤波器在每个控制器迭代期间确定过程的新预期响应，其中每个新的预期的过程响应反映在测量更新之间的时间进行的并且在形成控制信号期间影响控制器输出的设置点改变或者前馈改变的影响，即使仅在新测量值在控制器处可用时改变控制信号的积分或者重置分量。

可以用来实施这里描述的控制方法学的图1中所示过程控制系统10包括过程控制器11，该过程控制器连接到数据历史记录器(historian)12和各自具有显示屏幕14的一个或者多个主机工作站或者计算机13(该一个或者多个主机工作站或者计算机可以是任何类型的个人计算机、工作站等)，控制器11也经由输入/输出(I/O)卡26和28连接到现场设备15-22。数据历史记录器12可以是任何期望的类型的数据收集单元，该数据收集单元具有用于存储数据的任何期望的类型的存储器和任何期望的或者已知的软件、硬件或者固件。控制器11在图1中使用硬接线通信网络和通信方案来通信地连接到现场设备15-22。

一般而言，现场设备15-22可以是诸如传感器、阀、发送器、定位器等任何类型的设备，而I/O卡26和28可以是与任何期望的通信或者控制器协议相符的任何类型的I/O设备。控制器11包括处理器23，该处理器实施或者监管存储器24中存储的一个或者多个过程控制例程(或者其任何模块、块或者子例程)。广而言之，控制器11与设备15-22、主机计算机13和数据历史记录器12通信，从而以任何期望的方式来控制过程。另外，控制器11实施一种使用普遍称为功能块的部分的控制策略或者方案，其中每个功能块是整个控制例程的对象或者其它部分(例如子例程)，该对象或者其它部分(经由称为链路的通信)与其它功能块结合操作，以实施过程控制系统10内的过程控制循环。功能块典型地执行以下功能之一：输入功能、比如与发送器、传感器或者其它过程参数测量设备关联的输入功能；控制功能、比如与执行PID、模糊逻辑等控制的控制例程关联的控制功能；或者输出功能，该输出功能控制某一设备(比如阀)，以执行过程控制系统10内的某一实际功能。当然存在并且这里可以利用混合的和其它类型的功能块。功能块可以存储于控制器11或者如下文描述的其它设备中并且由控制器11或者这些其它设备来执行。

如图1的分解块30所示，控制器11可以包括图示为控制例程32和34的多个单循环控制例程并且如果期望则可以实施图示为控制循环36的一个或者多个高级控制循环。每个这样的控制循环典型地称为控制模块。图示的单循环控制例程32和34为使用分别连接到适当的模拟输入(AI)和模拟输出(AO)功能块的单输入/单输出模糊逻辑控制块和单输入/单输出PID控制块来执行单循环控制，这些AI和AO功能块可以与过程控制设备(如阀)、与测量设备(如温度和压强发送器)或者与过程控制系统10内的任何其它设备关联。图示的高级控制循环36为包括高级控制块38，该高级控制块具有通信地连接到一个或者多个AI功能块的输入和通信地连接到一个或者多个AO功能块的输出，但是高级控制块38的输入和输出可以连接到任何其它期望的功能块或者控制单元，以接收其它类型的输入并且提供其它类型的控制输出。高级控制块38可以实施任何类型的多输入多输出控制方案并且可以构成或者包括模型预测控制(MPC)块、神经网络建模或者控制块、多变量模糊逻辑控制块、实时优化器块等。应当理解，包括高级控制块38的图1中所示的功能块可以由独立控制器11来执行，或者取而代之地可以由位于过程控制系统的任何其它处理设备或者控制单元、比如工作站13之一或者现场设备19-22之一中并且由该任何其它处理设备或者控制单元来执行。作为例子，可以分别是发送器和阀的现场设备21和22可以分别执行用于实施控制例程的控制单元并且这样包括用于执行控制例程的部分(比如一个或者多个功能块)的处理和其它部件。更具体而言，如图1中所示，现场设备21可以具有用于存储与模拟输入块关联的逻辑和数据的存储器39A，而现场设备22可以包括具有用于存储PID或者其它控制块关联的逻辑和数据的存储器39B的致动器，该PID或者其它控制块与模拟输出(AO)块通信。

图2的图形一般地图示了基于控制循环32、34和36(和/或任何控制循环，该控制循环并入现场设备21和22或者其它设备中驻留的功能块)中的一个或者多个控制循环的实施方式的、用于过程控制系统的响应于过程输入而形成的过程输出。一般实施的控制例程在多个控制器迭代内以周期方式执行，而粗箭头40沿着时间轴在图2中指示控制例程执行的时间。在常规情况下，每个控制例程迭代40由例如发送器或者其它现场设备所提供的、由细箭头42指示的更新的过程测量来支持。如图2中所示，通常有在每个周期控制例程执行时间40之间进行的并且由控制例程接收的多个周期过程测量42。为了避免与同步测量值和控制执行关联的限制，许多已知的过程控制系统(或者控制循环)被设计成按照2-10倍的因子过采样过程变量测量。这样的过采样帮助保证过程变量测量在每个控制例程执行或者迭代期间用于在控制方案中使用是通用的。也为了最小化控制变化，常规设计指定应当比过程响应时间快4-10倍地执行基于反馈的控制。在图2的图形的过程输出响应曲线43中描绘了过程响应时间为与过程时间常数(τ)关联的时间(例如过程变量改变的63％)加上在实施过程输入的步进改变44(在图2的较低的线45中示出)之后的过程延迟或者空载时间(T_D)。在任何情况下，为了满足这些常规设计要求，已经在比(图2的箭头40指示的)控制例程执行速率快得多的速率采样并且向控制器提供(图2的箭头42指示的)过程测量值更新，该控制例程执行速率又比过程响应时间快或者高得多。

然而从过程获得频繁和周期测量采样可能在控制器在如下过程控制环境中操作时不实际或者甚至不可能，在该过程控制环境中，控制器从一个或者多个现场设备无线地接收测量。具体而言，在这些情况下，控制器可能仅能够接收非周期过程变量测量和/或在非周期或者甚至周期过程变量测量之间的时间可能大于(图2的箭头40指示的)控制例程执行速率。图3描绘了示例性的无线过程控制系统10，该无线过程控制系统可以实施在控制器11处使用过程控制数据或者过程变量测量的非周期无线通信。

图3的控制系统10在性质上与图1的过程系统10相似，而且相似的单元的编号相同。然而，图3的控制系统10包括无线通信地耦合到控制器11并且潜在地耦合到彼此的多个现场设备60-64和71。如图3所示，无线连接的现场设备60连接到天线65并且配合以与天线74无线地通信，该天线又耦合到无线I/O设备68。另外，现场设备61-64连接至有线到无线的转换单元66，该有线到无线转换单元又连接到天线67。现场设备61-64通过天线67与连接到又一无线I/O设备70的天线73无线地通信。也如图3所示，现场设备71包括与天线73和74中的一个或者两个天线通信以由此与I/O设备68和/或70通信的天线72。I/O设备68和70又经由有线底板连接(在图3中未示出)通信地连接到控制器11。在这一情况下，现场设备15-22保持经由I/O设备26和28硬接线到控制器11。

图3的过程控制系统10如下文描述的那样一般使用由发送器60-64或者其它控制单元、比如现场设备71测量、感测或者计算的数据的无线发送。在图3的控制系统10中，将假设新过程变量测量或者其它信号值在非周期基础上、比如在满足某些条件时由设备60-64和71发送到控制器11。例如可以在过程变量值相对于设备向控制器11发送的上个过程变量测量值改变预定数量时向控制器发送新过程变量测量值。当然，也可以实施或者取而代之地以实施确定何时以非周期方式发送过程变量测量值的其它方式。

如将理解的那样，图3的发送器60-64中的每个发送器可以向控制器11发送指示相应过程变量(例如流量、压强、温度或者电平信号)的信号用于在一个或者多个控制循环或者例程中使用或者用于在监视例程中使用。其它无线设备、比如现场设备71可以无线地接收过程控制信号和/或被配置成发送指示任何其它过程参数的其它信号。广而言之，如图3中所示，控制器11包括：通信栈80，其在处理器上执行以处理传入信号；模块或者例程82，其在处理器上执行以检测传入信号何时包括测量更新；以及一个或者多个控制模块84，其在处理器上执行以基于测量更新执行控制。检测例程82可以生成标志或者其它信号，以表示经由通信栈80提供的数据包括新过程变量测量或者其它类型的更新。然后可以向控制模块84(这些控制模块可以是功能块)中的一个或者多个控制模块提供新数据和更新标志，如下文更具体描述的那样，该一个或者多个控制模块然后以预定周期执行速率由控制器11执行。取而代之或者除此之外，还可以向在控制器11中或者在控制系统10中的别处执行的一个或者多个监控模块或者应用提供新数据和更新标志。

图3的无线(或者其它)发送器一般在现场设备60-64和71以及控制器11之间的非周期的(包括无规律或者以别的方式更低频率)数据发送。然而如上文所言，从现场设备15-22到控制器11的测量值通信传统上已经被构造成以周期方式来执行以又支持控制例程在控制器11内的周期执行。因而一般将控制器11中的控制例程设计用于控制器11的反馈回路中所用过程变量测量值的周期更新。

为了适应在一些现场设备与控制器11之间的无线通信引入的非周期或者以别的方式不可用的测量更新(以及其它不可用的通信发送)，可以如下文描述的那样重构或者修改控制器11的控制和监控例程以使过程控制系统10能够在使用非周期或者其它间歇地更新时并且尤其在这些更新以比控制器11的执行速率更低的频率出现时恰当地工作。在图4A中更具体地图示了配置成使用非周期的与控制有关的通信来操作的示例性控制方案，该图示意地图示了耦合到过程101的过程控制器100。控制器100(该控制器可以是图1和图3的控制器11或者是现场设备(例如图3等的无线现场设备之一)的控制单元)实施的控制方案一般包括结合图3图示和描述的通信栈80、更新检测模块82和在控制模块84中的一个或者多个控制模块的功能。

在图4A的示例系统中，控制器100例如从工作站13(图1和图3)中的一个或者从过程控制系统10内的或者与过程控制系统10通信的任何其它源接收设置点信号并且操作以生成从控制器100的输出向过程101提供的一个或者多个控制信号105。除了接收控制信号105之外，过程101还可能受到箭头104示意性地示出的测量或者未测量的干扰的约束。根据过程控制的应用类型，设置点信号可以在过程101的控制期间的任何时间比如由用户、调节例程等改变。当然，过程控制信号105可以控制与阀关联的致动器或者可以控制任何其它现场设备，以影响过程101的操作中的响应。过程101对过程控制信号105的响应由可以例如与图3中所示发送器60-64中的任一发送器对应的发送器、传感器或者其它现场设备106测量或者感测。在发送器106与控制器100之间的通信链路可以包括无线连接并且在图4A中使用虚线来图示。

在一个简单实施例中，控制器100可以实施单/输入、单/输出闭环控制例程、比如PI控制例程，该PI控制例程是PID控制例程的一个形式。相应地，控制器100包括若干标准PI控制器单元和控制信号生成单元，这些标准PI控制器单元包括通信栈80，该控制信号生成单元包括求和块108、比例增益单元110、又一求和块112和高-低限制器114。控制例程100也包括直接反馈路径，该直接反馈路径包括滤波器116和积分输出开关，该积分输出开关包括选择块118。滤波器116耦合到高-低限制器114的输出，并且开关的块118耦合到滤波器116的输出并且向求和块112提供控制器100生成的控制信号的积分或者重置贡献或者分量。

在控制器100的操作期间，求和块108比较设置点信号与从控制器100内的通信栈80提供的最近接收的过程变量测量值以产生误差信号。比例增益单元110例如通过将误差信号乘以比例增益值K_p来对误差信号操作以产生控制信号的比例贡献或者分量。求和块112然后将增益单元110的输出(即比例贡献)与反馈路径产生的控制信号的积分或者重置贡献或者分量组合，以产生在性质上未受限制的控制信号。限制器块114然后对求和器112的输出执行高-低限制以产生待发送的控制信号105以控制过程101。

重要的是，在控制器100的反馈路径内的滤波器116和块或开关118操作以用以下方式产生控制信号的积分或者重置贡献分量。耦合成接收限制器114的输出的滤波器116基于限制器114的输出值和控制算法100的执行周期或者时间产生对控制信号105的预期的过程响应的指示。滤波器116向开关或者块118提供这一预期的过程响应信号。开关或者块118无论何时已经接收到新过程变量测量值都采样并且在开关或者块118的输出处钳位(clamp)滤波器116的输出并且维持这一个值直至在通信站80处接收到下一过程变量的输出。这样，开关118的输出保持滤波器116的在上个测量更新采样的输出。

可以如下文更具体描述的那样使用一阶模型来逼近如滤波器116产生的对求和器108的输出改变的预期过程响应。然而更一般而言，预期过程响应可以使用过程101的任何适当的模型来产生而不限于在控制器100的反馈路径中并入的模型或者与确定用于控制信号的积分或者重置贡献关联的滤波器或者模型。例如利用模型以提供预期的过程响应的控制器可以并入微分贡献，从而使得控制例程100实施PID控制方案。下文结合图6-8描述并入示例类型的微分贡献的若干例子。

在更具体地讨论图4A的滤波器116的操作之前，有用的是注意可以使用正反馈网络来实施传统的PI控制器，以确定积分或者重置贡献。数学上可以表明用于传统PI实施方式的传递函数与用于无约束控制(即其中未限制输出)的标准公式表示等效。具体而言：

$\frac{O\left(s\right)}{E\left(s\right)}=K_P(1+\frac{1}{s{T}_{\mathrm{Reset}}})$

其中，K_P为比例增益

T_Reset为重置，秒

O(s)为控制输出

E(s)为控制误差

如图4A中所示的在控制器100内使用正反馈路径的一个优点是自动防止重置贡献在控制器输出受高或者低限制(即受限制器114高或者低限制)时结束(wind up)。

在任何情况下，下文描述的控制技术实现将正反馈路径用于在控制器接收过程变量的非周期更新时确定重置或者积分贡献，而又仍然在接收新过程变量测量之间出现的设置点改变或者前馈改变的情况下实现稳健的控制器响应。具体而言，为了提供稳健设置点改变控制器操作，滤波器116被配置成无论是否曾经向求和块112提供了滤波器的这一输出都在控制器100的每个或者每一执行期间计算预期的过程响应的新指示或者值。因而，在控制器例程的每个执行周期期间重新再生成滤波器116的输出，即使在求和器112中仅使用在控制器100从通信栈80接收到新过程测量更新之后立即生成的滤波器116的输出作为积分或者重置贡献。

具体而言，在每个控制器执行周期期间根据当前的控制器输出(即在限制器114之后的控制信号)、在上个(即紧接在前的)控制器执行周期期间产生的、由滤波器116产生的预期的响应的指示和控制器执行周期来计算由滤波器116产生的预期的响应的新指示。因而，这里描述的滤波器116为被连续更新的，因为执行它以在每个控制器执行周期期间产生新的过程响应估计。下文阐述连续更新的滤波器116可以实施的用于在每个控制器执行周期期间产生新的预期的过程响应或者滤波器的例子等式：

$F_N=F_{N-1}+(O_{N-1}-F_{N-1})*(1-e^{\frac{-\mathrm{\ΔT}}{T_{\mathrm{Reset}}}})$

其中，F_N为新滤波器输出

F_N-1为上个执行的滤波器输出

Q_N-1为上个执行的控制器输出

ΔT为控制器执行周期

这里将注意迭代地确定新的滤波器输出F_N为最近滤波器输出F_N-1(即当前滤波器输出值)加上与依赖于重置时间T_Reset和控制器执行周期ΔT的因子相乘的衰减分量，该衰减分量被确定为在当前控制器输出值Q_N-1与当前滤波器输出值F_N-1之间的差值。使用以这一方式连续地更新的滤波器，控制例程100在接收到新过程变量测量时计算积分控制信号输入时能够更好地确定预期的过程响应、由此对在接收两个过程变量测量之间出现的设置点或者其它前馈扰动更有反应。更具体而言，将注意设置点改变(而未接收到新的过程测量值)将立即造成在求和器108的输出处的误差信号中的改变，这改变控制信号的比例贡献分量并且因此改变控制信号。因而，滤波器116将立即开始产生过程对改变的控制信号的新的预期的响应，并且因此将在控制器100接收新的过程测量值之前更新它的输出。然后，当控制器100接收新的过程测量值并且滤波器输出的采样由开关118钳位到求和器112的输入以用作控制信号的积分或者重置贡献分量时，滤波器116已经迭代到预期的过程响应，该预期的过程响应至少在某一程度上已经对设置点改变做出反应或者并入过程101对设置点改变的响应。

以往，比如在第7,587,252和7,620,460号美国专利中描述的系统中，非周期更新的控制器的反馈路径中所用的重置贡献滤波器仅在新过程变量测量值可用时计算预期的响应的新指示。因而重置贡献滤波器未补偿在接收过程变量测量之间出现的设置点改变或者前馈扰动，因为设置点改变或者前馈扰动与任何测量值更新完全独立。例如，如果设置点改变或者前馈扰动在两个测量更新之间出现，则控制器的预期的过程响应可能失真，因为预期的响应的新指示的计算基于自从上个测量更新起的时间和当前控制器输出105。因而滤波器116不能开始考虑由于在控制器接收两个过程变量测量值之间出现的设置点改变(或者其它前馈扰动)而产生的过程(或者控制信号)的时间改变。

然而如将理解的那样，图4A的控制例程100通过使预期的过程响应的计算基于非周期测量值而此外又确定在接收两个测量值之间的预期的响应，以考虑设置点改变(或者作为向控制器100的前馈输入而使用的任何测量的扰动)所引起的改变来提供预期的过程响应。因此，上文描述的控制技术能够适应可能对预期的过程响应有影响的设置点改变、对测量的扰动的前馈动作等并且因此提供更稳健的控制响应。

如将理解的那样，图4A中所示控制技术针对控制块或者例程100的每个执行经由连续更新的滤波器116(例如重置贡献滤波器)计算预期的响应的指示。在此，控制器100配置连续更新的滤波器116，以针对控制块的每个执行计算预期的响应的新指示。然而为了确定滤波器116的输出是否应当用作求和块112的输入，通信栈80并且在一些实施例中更新检测模块82(图3)处理来自发送器106的传入数据，以在接收到新的过程变量测量值时生成用于积分输出开关118的新值标志。这一新值标志通知开关118采样和钳位用于这一控制器迭代的滤波器输出值到求和器112的输入。

无论是否传达新值标志，连续更新的滤波器116继续针对控制例程的每个迭代计算预期的响应的指示。每个执行控制块都向积分输出开关118递送这一预期的响应的新指示。根据新值标志的存在，积分输出开关118在允许来自连续更新的滤波器116的预期的响应的新指示通过以去往求和块112与维持在上个执行控制块期间向求和块112先前递送的信号之间的切换。更具体而言，当传达新值标志时，积分输出开关118允许来自连续更新的滤波器116的预期的响应的最近计算的指示通过，以去往求和块112。反言之，如果新值标志不存在，则积分输出开关118向求和块112重发来自上个控制块迭代的预期的响应的指示。换而言之，积分输出开关118每当从栈80传达新值标志时钳位到预期的响应的新指示上、但是如果新值标志不存在则不允许预期的响应的任何新计算的指示到达求和块112。

这一控制技术无论是否传达新测量值都允许连续更新的滤波器116继续对预期过程响应建模。如果控制输出由于设置点改变或者基于测量的扰动的前馈动作而改变，则无论是否存在新值标志，连续更新的滤波器116通过在每个控制例程迭代计算预期响应的新指示来正确反映预期的过程响应。然而将仅在(经由积分输出开关118)传达新值标志时向控制器计算中并入预期的响应(即重置贡献或者积分分量)的新指示。

图4B中所示的图形200描绘了图4A的控制器100在控制器100对若干设置点改变做出响应而向稳态值驱动过程输出信号202时的仿真操作。在图4B中，在过程控制系统中的无线操作期间比对设置点值信号204(图示为较细线)示出了过程输出信号202(图示为粗线)。当设置点改变如在图形200的底部沿着时间轴的箭头所示地出现时，控制器102通过产生控制信号来做出响应，该控制信号驱动过程输出以对新设置点值(即稳态值)做出反应。例如，如图4B中所示，设置点改变如设置点值信号204证实的那样在时间T₁出现从而将它的量值从较高值显著地改变成较低值。作为响应，控制器102在时间T₁与T₂之间如输出信号202表现的那样在平滑过渡曲线中向新稳态或者设置点值驱动与设置点关联的过程变量。类似地，在图4B中，第二设置点改变如设置点值信号204的量值证实的那样在时间T₂出现从而从较低值显著地改变成较高值。作为响应，控制器102在时间T₂与T₃之间如输出信号202所示在平滑过渡曲线中控制与设置点关联的过程变量改变成新稳态或者设置点值。因而，如从图4B可见，实施上文描述的控制例程的控制器100允许以稳健方式来补偿非周期无线控制系统中的设置点改变。由于可以测量并且在控制动作中包括前馈扰动，所以实施上文描述的控制例程的控制器100也可以允许补偿非周期无线控制系统中的控制输出的前馈改变。

应当注意图4A的简单PI控制器配置直接使用滤波器116的输出作为对控制信号的重置贡献，并且在这一情况下，闭环控制例程(例如上文呈现的连续更新的滤波器等式)的重置贡献可以在确定过程是否表现稳态行为时提供过程响应的准确表示。然而其它过程、比如空载时间主导过程可能需要在图4A的控制器中并入附加的部件，以便对预期的过程响应建模。关于能够由一阶模型良好地表示的过程，过程时间常数一般可以用来确定用于PI(或者PID)控制器的重置时间。更具体而言，如果设置重置时间等于过程时间常数，则重置贡献一般抵消比例贡献，从而控制例程100随时间反映预期的过程响应。在图4A所示的例子中，重置贡献可以受具有滤波器的正反馈网络的影响，该滤波器具有与过程时间常数相同的时间常数。尽管可以利用其它模型，但是正反馈网络、滤波器或者模型提供用于确定过程的预期的响应的方便机制，该过程具有已知的或者逼近的过程时间常数。对于需要PID控制的那些过程，也可以仅在接收新测量时重新计算和更新对PID输出的也称为比率的微分贡献。在那些情况下，微分计算可以使用自从上个新测量起的流逝时间。下文将结合图5-8描述控制器的一些例子，这些控制器可以使用其它控制器部件以使用过程测量的非周期接收来控制更复杂过程、但是可以使用图4A的滤波技术以响应于设置点改变来提供稳健的控制。

现在参照图5，根据如上文描述的控制技术配置的替代控制器(或者控制单元)120在许多方面与图4A中所示控制器100相似。因而用相似标号标识两个控制器共同的单元。然而控制器120向控制例程中并入了附加的单元，该单元确定在测量发送之间的预期的过程响应。在这一情况下，可以表征过程101为具有大量空载时间，因而在控制器模型中包括空载时间单元或者块122用于空载时间补偿。空载时间单元122的并入一般的帮助以达到过程响应的更准确表示。更具体而言，空载时间单元122可以用任何希望的方式来实施并且可以包括或者利用与史密斯(Smith)预测器或者其它已知控制例程共同的方法。然而在这一情形中，连续更新的滤波器116和开关模块118以与上文关于图4A的控制器100描述的方式相同的方式操作，以响应于设置点改变提供稳健的控制。

图6描绘了另一替代控制器(或者控制单元)130，该控制器(或者控制单元)与上文在图4A中描述的控制器100的不同在于向控制器130中并入了微分或者比值贡献分量。通过并入微分贡献，控制器130实施的控制例程包括附加的反馈机制，从而在一些情况下实施比例积分微分(PID)控制方案。

图6的控制例程或者技术包括以与上文结合图4A的积分贡献结合描述的方式相似的方式配置的微分贡献以使用过程测量的非周期或者以别的方式不可用的更新。可以重构微分贡献以基于自从上个测量更新起的流逝时间。以这一方式，避免微分贡献(和所得输出信号)中的尖峰。更具体而言，图6的微分贡献由与专用于比例和积分贡献的单元并联的、从求和块108接收误差信号的微分块132确定。尽管也可以利用其它PID配置(例如串行配置)，如图6中所示在求和块134组合比例、积分和微分贡献。

为了适应不可靠发送并且更一般为测量更新的不可用，在上个确定的值维持微分贡献直至如来自通信站80的新值标志所示接收到测量更新。这一技术允许控制例程根据控制例程的正常或者建立的执行速率继续周期执行。在接收更新的测量时，如图6中所示的微分块132可以根据以下等式确定微分贡献：

$O_D=K_D\·\frac{e_N-e_{N-1}}{\mathrm{\ΔT}}$

其中，e_N为当前误差

e_N-1为上个误差

ΔT为自从传达新值起的流逝时间

OD为控制器微分项

K_D为微分增益因子

利用这一用于确定微分贡献的技术，可以针对一个或者多个执行周期丢失用于过程变量(即控制输入)的测量更新而未产生输出尖峰。当重建通信时，在微分贡献等式中的项(e_N-e_N-1)可以生成与在微分贡献的标准计算中生成的值相同的值。然而对于标准的PID技术，在确定微分贡献时的除数是执行周期。对照而言，控制技术利用在两个成功接收的测量之间的流逝时间。在流逝时间大于执行周期时，控制技术比标准PID技术产生更小微分贡献并且减少尖峰。

为了有助于确定流逝时间，通信栈80可以如图6中所示向微分块132提供上文描述的新值。替代例子可以包括或者涉及到检测新测量或者基于它的值更新。也可以在计算比例或者微分分量时取代误差使用过程测量。更一般而言，通信栈80可以包括或者并入任何软件、硬件或者固件(或者其任何组合)，以实施与过程101、包括在过程101内的任何现场设备、在控制器外部的过程控制单元等的通信接口。然而在图6的控制器130中，连续更新的滤波器116和开关模块118与上文关于图4A的控制器100的描述相同操作，以响应于设置点改变提供稳健的控制。

由结合图3、图4A和图5-6描述的控制器所控制的致动器或者其它下游的单元仍然可以尤其在控制器或者控制单元到下游的致动器或者其它单元之间无通信的时段之后接收具有骤然的改变的控制信号。所得控制动作可能在一些情况下突然到足以影响工厂的操作，并且这样的突然的改变可能造成不适当的水平的不稳定性。

可以通过在确定对控制信号的反馈贡献时在上个执行周期期间取代控制器输出并入实际的下游数据来解决由于丢失在控制器与下游单元之间的通信所致的突然的控制改变的可能性。广而言之，这样的实际的下游数据提供对控制信号的响应的反馈指示并且因此可以由接收控制信号的下游单元(例如过程控制模块)或者设备(例如致动器)来测量或者计算。提供这样的数据代替对控制信号(比如来自上个执行的控制器输出)的暗含的响应。如图4A和图5-6中所示，连续更新的滤波器116接收控制信号105作为下游响应的暗含的指示。使用这样的暗含的数据有效地假设下游单元(比如致动器)接收控制信号的通信并且因此对控制信号适当地作出响应。时间反馈数据也不同于其它的响应指示、比如正在控制的过程变量的测量。

图7描绘了示例控制器140，该控制器响应于控制信号从下游设备或者单元接收致动器位置数据。下游设备或者单元常常与提供致动器位置测量的致动器对应。更一般而言，下游设备或者单元可以对应于或者包括由控制信号控制的PID控制块、控制选择器、分路器或者任何其它设备或者单元。在所示的示例的情况下，提供致动器位置数据作为对控制信号的响应的指示。这样，尽管不存在过程变量的测量更新，控制器140仍然在继续执行控制例程的时段期间利用致动器位置数据。为此，连续更新的滤波器116可以经由通信站146接收致动器位置数据，该通信栈建立用于传入反馈数据的接口。在这一示例情况下，反馈数据包括对控制信号、致动器位置和过程变量的响应的两个指示。

与前例一样，连续更新的滤波器116被配置成适应如下情形，这些情形涉及到不存在用于过程变量的测量更新。尽管在求和器112中仅使用在接收新测量值标志之后生成的滤波器输出，连续更新的滤波器116在这样的不存在期间类似地重新计算它的输出。然而在接收测量更新时，连续更新的滤波器116不再依赖于控制信号的反馈来修改它的输出。在一定程度上如下文所示利用来自致动器的实际响应数据：

$F_N=F_{N-1}+(A_{N-1}-F_{N-1})*(1-e^{\frac{-\mathrm{\ΔT}}{T_{\mathrm{Reset}}}})$

其中F_N为新滤波器输出

F_N-1为上个执行的滤波器输出

A_N-1为上个执行的控制器输出

ΔT为控制器执行周期

T_Reset为重置时间

使用对控制信号的响应的实际指示可以在周期通信的时段期间和在从PID控制到下游单元(例如致动器)的非周期或者丢失通信的时段之后均帮助提高控制技术的准确性。然而实际的响应指示的发送如果实施于不同的设备中将典型地需要在现场设备与控制器之间的附加的通信。这样的通信可以如上文描述的那样为无线并且因此可能易受不可靠发送或者功率约束。其它原因也可能造成反馈数据的不可用。

如下文描述的那样，这里讨论的控制技术也可以解决其中未以周期的或者及时的方式传达这样的响应指示的情形。也就是说，控制技术的应用无需限于不存在用于过程变量的测量更新。实际上，控制技术可以有利地用来解决如下情形，这些情形涉及到不存在其它响应指示、比如致动器的位置或者下游控制单元的输出。另外，控制技术可以用来解决如下情形，这些情形涉及到从控制器(或者控制单元)到下游单元如现场设备(例如致动器)或者另一控制单元(例如级联的PID控制、分路器等)的发送丢失、延迟或者其它的不可用。

去往控制器或者控制单元(即响应指示或者下游单元反馈)或者来自控制器或者控制单元(即控制信号)的附加数据的无线或者其它不可靠发送提供通信问题和/或问题的可能性。如上文描述的那样，可以在确定积分贡献(或者其它控制参数或者贡献)时涉及到来自下游单元(例如致动器)的反馈。在这一例子中，控制例程依赖于两个反馈信号而不是在上文描述的例子中反馈的单个过程变量。另外，如果控制信号从未到达下游单元，则过程不会受益于控制方案。可能延迟或者丢失这些信号中的任一信号的发送，因此这里描述的技术解决任一最终结果。

可以通过维持预期的响应(或者其它控制信号分量)的指示来解决在滤波器或者其它控制计算中涉及到的响应指示的不存在。

当控制信号未到达下游单元时，来自下游单元的响应指示(即反馈)不会改变。在这样的情况下，值改变的缺乏可以触发控制器(或者控制单元)中的逻辑，以类似地维持预期的响应(或者其它控制信号分量)的指示直至接收到值改变。

也可以在其中不希望实际反馈数据或者实际反馈数据不可用的场景中实施控制技术。前一种情况可以在其中简单使用对控制信号的暗示响应是有益的那些情形中有利。例如实际反馈数据的通信可能成问题或者不实际。后一种情况可以涉及到未配置成如上文描述的那样提供位置测量数据的致动器或者其它设备。更旧的设备可能无这样的能力。

为了适应这样的设备，可以提供开关或者其它设备，以允许控制技术使用暗含的或者实际的响应指示。如图8中所示，控制器150耦合到开关152，该开关又接收暗含的和实际的响应指示。在这一情况下，控制器150可以与上文描述的控制器中的任何控制器相同，因为控制方案的实施方式并未依赖于响应指示的类型。可以用软件、硬件、固件或者其任何组合实施开关152。开关152的控制可以独立于控制器150和任何控制例程的实施方式。取而代之或者除此之外，控制器150还可以提供控制信号来配置开关152。另外，开关152可以实施为控制器本身的一部分并且在一些情况下可以集成为通信栈的一部分或者控制器的其它部分。

控制方法、系统和技术的实践不限于任一特定的无线架构或者通信协议。在这里通过引用将全部公开内容结合于此、于2005年6月17日提交、标题为“Wireless Architecture and Support for ProcessControl Systems”的第11/156,215号美国专利申请中描述了适当的示例架构和通信支持方案。事实上，对控制例程的修改很好地适合于任何环境，在该环境中以周期方式实施控制例程、但是无用于每个控制迭代的过程变量测量更新。其它的示例背景包括其中采样值无规律地或者更不常见地例如由分析器提供或者经由实验室采样来提供。

控制技术的实践不限于与单输入单输出PID控制例程(包括PI和PD例程)一起使用、但是实际上可以应用于多个不同的多输入和/或多输出控制方案和级联控制方案中。更一般而言，控制技术也可以应用于任何闭环的基于模型的控制例程的环境中，该控制例程涉及到一个或者多个过程变量、一个或者多个过程输入或者其它控制信号、比如模型预测控制(MPC)。

术语“现场”设备在这里广义地用来包括多个设备或者设备组合(即提供多个功能的设备、比如发送器/致动器的混合体)以及在控制系统中执行功能的任何其它设备。在任何情况下，现场设备可以例如包括输入设备(例如如下设备，这些设备比如是提供状态、测量或者其它信号的传感器和仪器，这些状态、测量或者其它信号指示诸如温度、压强、流速等过程控制参数)以及响应于从控制器和/或诸如阀、开关、流量控制设备等其它现场设备所接收的命令来执行动作的控制操作器或者致动器。

应当注意，这里描述的任何控制例程或者模块可以具有它的跨越多个设备以分布式方式来实施或者执行的部分。因而如果希望这样则控制例程或者模块可以具有由不同控制器、现场设备(例如智能现场设备)或者其它设备或者控制单元实施的部分。类似地，这里描述成在过程控制系统内实施的控制例程或者模块可以采用包括软件、固件、硬件等的任何形式。在提供这样的功能时涉及到的任何设备或者单元无论与之关联的软件、固件或者硬件是否设置于控制器、现场设备或者在过程控制系统内的任何其它设备(或者设备汇集)中一般在这里都可以称为“控制单元”。控制模块可以是过程控制系统的任何部分，该部分例如包括存储于任何计算机可读介质上的例程、块或者其单元。这样的控制模块、控制例程或者其任何部分(例如块)可以由过程控制系统的一般称在这里为控制单元的任何单元或者设备实施或者执行。可以用任何希望的软件格式、比如使用面向对象编程、使用梯形逻辑、依序功能图表、功能框图或使用任何其它软件编程语言或者设计范式来实施控制例程，这些控制例程可以是模块或者是控制过程的诸如子例程、子例程的部分(比如代码行)等任何部分。类似地，控制例程可以硬编码到例如一个或者多个EPROM、EEPROM、专用集成电路(ASIC)或者任何其它硬件或者软件单元中。进一步另外，可以使用任何设计工具来设计控制例程，这些设计工具包括图形设计工具或者任何其它类型的软件/硬件/固件编程或者设计工具。因此，控制器11可以被配置成以任何希望的方式实施控制策略或者控制例程。

取而代之或者除此之外，功能块可以存储于现场设备本身或者过程控制系统的其它控制单元中并且由这些现场设备或者其它控制单元实施，利用现场总线设备的系统可以是这种情况。尽管这里使用功能块控制策略来提供控制系统10的描述，但是也可以使用诸如梯形逻辑、依序功能图表等其它惯例或者使用任何其它期望的编程语言或者范式来实施或者设计控制技术和系统。

在实施时，这里描述的软件中的任何软件可以存储于任何计算机可读存储器中、比如磁盘、及光盘或者其它存储介质上、计算机处理器的RAM或者ROM中、等等。类似地，可以使用任何已知或者期望的递送方法向用户、加工工厂或者操作者工作站递送这一软件，该递送方法例如包括在计算机可读盘或者其它可传送的计算机存储机制上或者通过诸如电话线、因特网、万维网、任何其它局域网或者广域网等通信信道(该递送视为与经由可运送存储介质提供这样的软件相同或者可互换)。另外，可以直接提供这一软件而无调制或者加密或者可以在通过通信信道发送之前使用任何适当调制载波和/或加密技术来调制和/或加密这一软件。

尽管已经参照旨在于仅举例说明而并非限制本发明的具体的例子描述了本发明，但是本领域普通技术人员可以清楚的是在未脱离本发明的精神实质和范围的情况下可以对控制技术进行改变、添加或者删除。

Claims (22)

1.一种控制过程的方法，包括：

在计算机处理设备上实施控制例程的多个迭代以生成控制信号，包括在所述控制例程的每个迭代期间：

生成用于在产生所述控制信号时使用的反馈贡献，包括根据所述控制例程的先前迭代的反馈贡献值和所述控制信号的值确定用于所述控制例程的当前迭代的反馈贡献值；并且

在接收到新的过程响应指示时使用所述反馈贡献以生成用于所述控制例程的当前迭代的所述控制信号，并且在从所述过程未接收到对所述控制信号的新的过程响应指示时使用从所述控制例程的一个迭代生成的所述反馈贡献以生成所述控制信号，在所述一个迭代中从所述过程已接收到过程响应指示的先前通信；并且

使用所述控制信号以控制所述过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反馈贡献是重置贡献。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述反馈贡献包括微分贡献。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述过程响应指示是对所述控制信号影响的过程参数的测量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述过程参数是由响应于所述过程信号的现场设备来控制的过程变量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述控制例程是用于根据设置点控制过程变量的比例积分微分(PID)控制例程，其中所述PID控制例程包括积分分量和微分分量之一；

所述反馈贡献由PID控制例程的所述积分分量和所述微分分量之一生成；并且

所述过程响应指示包括所述过程变量或者过程参数的测量，所述过程参数响应于影响所述过程变量的所述控制信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其中生成用于所述控制例程的迭代的所述控制信号的所述反馈贡献包括，确定所述反馈贡献为所述控制例程的先前迭代的所述反馈贡献值与分量的求和，所述分量基于所述当前控制信号与所述控制例程的所述先前迭代的所述反馈贡献值之间的差值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述反馈贡献包括，基于在所述当前控制信号与所述控制例程的所述先前迭代的所述反馈贡献之间的所述差值乘以依赖于重置时间和控制器执行周期的因子生成所述分量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中实施控制例程的多个迭代以生成控制信号包括，在所述控制例程的每个迭代期间基于设置点值、过程变量的测量和所述反馈贡献来生成所述控制信号。

10.一种用于控制过程的设备，包括：

处理器；

通信接口，其耦合到所述处理器以接收过程变量指示；

计算机可读介质；以及

控制例程，其存储于所述计算机可读介质上，在所述处理器上执行以基于所述过程变量指示产生控制信号，其中所述控制例程在多个执行周期中的每个执行周期期间执行以生成所述控制信号，并且在每个执行周期期间，所述控制例程：

根据先前控制例程执行周期所生成的反馈贡献和控制器执行周期生成对所述控制信号的反馈贡献；并且

在经由所述通信接口接收到新的过程变量指示时，使用所述反馈贡献以生成用于所述当前执行周期的所述控制信号，并且在经由所述通信接口未接收到新的过程变量指示时，使用从所述控制例程的所述执行周期生成的所述反馈贡献以生成所述控制信号，在所述执行周期中经由所述通信接口已接收到过程变量指示的先前通信。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述通信接口包括经由无线传输接收所述过程变量指示的无线通信单元。

12.根据权利要求10所述的设备，其中所述反馈贡献是重置贡献。

13.根据权利要求10所述的设备，其中所述反馈贡献包括微分贡献，其中在检测到新测量时并且基于微分时间常数和自从上次测量更新起已经流逝的时间更新所述反馈贡献。

14.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制例程是用于根据设置点控制过程变量的比例积分微分(PID)控制例程，其中所述PID控制例程包括积分分量和微分分量中之一用于生成所述反馈分量，并且其中所述过程变量指示包括所述过程变量或者过程参数的测量，所述过程参数响应于影响过程变量的所述控制信号。

15.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制例程通过迭代地确定所述反馈贡献为所述控制例程的先前执行周期的所述反馈贡献与分量的求和来生成用于所述控制信号的所述反馈贡献，所述分量基于在所述当前控制信号与所述控制例程的所述先前迭代周期的所述反馈贡献之间的差值。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述控制例程通过基于所述当前控制信号与所述控制例程的所述先前执行周期的所述反馈贡献之间的所述差值乘以依赖于重置时间和控制器执行周期的因子确定所述分量来生成所述反馈贡献。

17.一种基于设置点和来自过程的非周期性测量集产生用于控制所述过程的控制信号的控制器，所述控制器包括：

设置点输入，其接收设置点值；

过程变量输入，其接收过程变量的非周期测量；

控制信号生成单元，其耦合到所述设置点输入和所述过程变量输入，所述控制信号生成单元基于所述设置点值、所述过程变量的测量和反馈贡献在控制器迭代集的每个控制器迭代期间产生控制信号；

连续更新的滤波器，其针对所述多个控制器迭代中的每个控制器迭代生成所述反馈贡献的新值，其中所述连续更新的滤波器根据先前控制器迭代的所生成的反馈贡献值和由所述控制信号生成单元产生的所述控制信号生成所述反馈贡献的每个新值；以及

开关，其耦合于所述连续更新的滤波器与所述控制信号生成单元之间，其中所述开关在新的过程变量测量值在所述过程变量输入处不可用时，向所述控制信号生成单元提供由所述连续更新的滤波器在先前控制器迭代期间由于接收到所述过程变量测量的先前通信而生成的反馈贡献值，并且所述开关在新的过程变量测量值在所述过程变量输入处可用时，向所述控制信号生成单元提供由所述连续更新的过滤器由于当前控制器迭代而生成的所述反馈贡献值。

18.根据权利要求17所述的控制器，其中所述连续更新的过滤器包括用于形成重置贡献信号作为所述反馈贡献的重置贡献生成单元。

19.根据权利要求18所述的控制器，其中所述控制器包括用于形成微分贡献信号作为所述反馈贡献的微分贡献生成单元。

20.根据权利要求17所述的控制器，其中所述控制器是用于根据所述设置点控制过程变量的比例积分微分(PID)控制例程，其中所述控制器包括积分分量和微分分量中的一个分量，所述一个分量包括所述连续更新的滤波器，并且其中所述过程变量测量包括过程变量或者过程参数的测量，所述过程参数响应于影响过程变量的所述控制信号。

21.根据权利要求17所述的控制器，其中所述连续更新的滤波器生成所述反馈贡献为先前控制器迭代的所述反馈贡献与分量的求和，所述分量基于在所述当前控制信号与所述先前控制器迭代的所述反馈贡献之间的差值。

22.根据权利要求22所述的控制器，其中所述连续更新的滤波器通过基于在所述当前控制信号与所述先前控制器迭代的所述反馈贡献之间的所述差值乘以依赖于重置时间和控制器执行周期的因子来确定所述分量，从而生成所述反馈贡献。

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