CN109976144A - 减少控制回路中的控制器更新 - Google Patents

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Abstract

一种控制技术以减少提供给受控设备的控制器变化的数量的方式控制过程，因而减小了受控设备的功耗以及设置在控制器与受控设备之间的过程控制通信网络的负载。这个技术在具有诸如传感器和阀门的无线连接的现场设备的控制系统中非常有用，传感器和阀门在许多情况下是以电池电力来运转的。此外，该控制技术在实施控制信号受到间歇的、非同步的或显著延迟的通信的控制系统中，和/或在接收间歇的、非同步的或显著延迟的过程变量测量以用作闭环控制的实现中的反馈信号的控制系统中是有用的。

Description

减少控制回路中的控制器更新
本申请为分案申请，其原申请的申请日是2015年3月20日，申请号为201580015134.3，发明名称为“减少控制回路中的控制器更新”。
相关申请
本申请是正规提交的申请，要求于2014年3月20日提交的题为“ReducingController Updates in a Control Loop”的美国临时专利申请序列号61/968,159的优先权，其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中。本申请还是于2012年1月17日提交的题为“Compensating for Setpoint Changes in a Non-Periodically UpdatedController”的美国专利申请序列号13/351,802的部分继续申请，其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中。本申请还涉及于2007年9月6日提交的题为“WirelessCommunication of Process Measurements”的美国专利申请序列号11/850,810，No.11/850,810是于2006年8月4日提交的题为“Process Control With UnreliableCommunications”的美国专利申请序列号11/499,013且发布为美国专利No.7,620,460的部分继续申请，No.7,620,460是于2005年10月25日提交的题为“Non-periodic ControlCommunications in Wireless and Other Process Control Systems”的美国专利申请序列号No.11/258,676且发布为美国专利No.7,587,252的部分继续申请，其中每一个的全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中。
技术领域
本专利涉及在具有慢的、间歇的或非周期性的通信的控制回路中实施控制，具体而言，涉及控制例程，其以减少提供给受控设备的控制器更新的数量的方式在控制回路内使用非周期性信号传输。
背景技术
诸如分布式或可缩放式过程控制系统的过程控制系统，如用于化学、石油或其他过程中的，典型地包括一个或多个过程控制器，经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线可通信地耦合到彼此、至少一个主机或操作员工作站及一个或多个现场设备。现场设备例如可以是阀门、阀门定位器、开关及变送器(如温度、压力、流速传感器)，在过程内执行诸如打开或关闭阀门和测量过程参数的功能。过程控制器接收表示由现场设备做出的过程测量和/或与现场设备有关的其他信息的信号，并使用这个信息来实施控制例程以生成控制信号，将控制信号通过线路或总线发送到现场设备以控制过程的操作。来自现场设备和控制器的信息典型地可用于由操作员工作站执行的一个或多个应用，以使得操作员能够执行相对于过程的任何所希望的功能，例如查看过程的当前状态、修改过程的操作等。
一些过程控制系统，例如Emerson Process Management销售的DeltaVTM系统，使用位于控制器或不同的现场设备中的称为模块的功能块或功能块的组来执行控制和/或监控操作。在这些情况下，控制器或其他设备能够包括并执行一个或多个功能块或模块，其每一个都从其他功能块接收输入和/或将输出提供给其他功能块(在同一设备内或在不同设备内)，并执行一些过程操作，例如测量或检测过程参数、监控设备、控制设备或执行控制操作，例如比例积分微分(PID)控制例程的实施。在过程控制系统中的不同功能块和模块通常被配置为彼此通信(例如通过总线)以形成一个或多个过程控制回路。
典型地对过程控制器编程以执行不同算法、子例程或控制回路(它们都是控制例程)，用于为过程定义的或过程内包含的多个不同回路的每一个，例如流量控制回路、温度控制回路、压力控制回路等。一般来说，每个这样的控制回路都包括一个或多个输入块，如模拟量输入(AI)功能块，一个或多个控制块，如比例积分微分(PID)或模糊逻辑控制功能块，和输出块，如模拟量输出(AO)功能块。控制例程和实施这种例程的功能块根据多个控制技术来配置，包括PID控制、模糊逻辑控制和基于模型的技术，例如Smith Predictor或Model Predictive Control(MPC)(模型预测控制)。
为了支持控制例程的执行，典型的工业或加工厂具有集中控制室，可通信地与一个或多个过程控制器和过程I/O子系统连接，它们又连接到一个或多个现场设备。传统上，模拟现场设备已经由用于信号传输和电力供应的二线或四线电流回路连接到控制器。模拟现场设备，例如传感器或将信号发送到控制器的变送器，调节通过电流回路的运行的电流，以使得电流与所感测的过程变量成正比。另一方面，在控制器的控制下执行操作的模拟现场设备由通过回路的电流的大小来控制。许多数字或组合的模拟和数字现场设备通过数字通信网络或组合的模拟和数字通信网络接收或发射控制或测量信号。
随着数据传输量的增加，过程控制系统设计的一个特别重要的方面包括在过程控制系统或加工厂内现场设备可通信地耦合到彼此、控制器和其他系统或设备的方式。在一般情况下，使得现场设备能够在过程控制系统内运行的各种通信信道、链路和路径通常统称为输入/输出(I/O)通信网络。
用于实施I/O通信网络的通信网络拓扑结构和物理连接或路径对于现场设备通信的鲁棒性或完整性具有实质性的影响，尤其是当网络遭受到不良环境因素或苛刻条件时。这些因素和条件损害了在一个或多个现场设备、控制器等之间的通信的完整性。在控制器和现场设备之间的通信对于任何这种破坏尤其敏感，因为监控应用程序或控制例程典型地需要过程变量对于例程的每一次迭代的周期性更新。受损的控制通信因此会导致控制系统的效率和/或盈利能力降低，对于设备的过度磨损或损坏，以及任何数量的潜在有害故障。
为了确保鲁棒的通信，用于过程控制系统中的I/O通信网络历来是硬连线的。不幸的是，硬连线的网络引入了许多复杂性、难题和限制。例如，硬连线的网络的质量会随时间下降。此外，硬连线的I/O通信网络通常在安装上是昂贵的，特别是在I/O通信网络与分布在大的区域上的大型工业工厂或设施相关联的情况下，例如占用几亩土地的炼油厂或化工厂。必要的长线路运行通常涉及相当大量的劳动力、材料和费用，并可能引入由于布线阻抗和电磁干扰而产生的信号退化。出于这些和其他原因，硬连线的I/O通信网络通常难以重新配置、修改或更新。
最近的趋势是使用无线I/O通信网络来缓解一些与硬连线的I/O网络有关的困难。例如，题为“Apparatus for Providing Redundant Wireless Access to Field Devicesin a Distributed Control System”的美国专利申请公开No.2003/0043052，其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中，公开了一种系统，利用无线通信来增加或补充硬连线的通信的使用。
但尤其由于可靠性问题，对于控制相关的传输的无线通信的依赖传统上受到限制。如上所述，现代监控应用程序和过程控制应用程序依赖于在控制器与现场设备之间可靠的数据通信，以达到最佳的控制性能。此外，典型的控制器快速执行控制算法以迅速纠正过程中不必要的偏差。不良的环境因素或其他不利条件会产生间歇性干扰，其阻碍或阻止支持监控或控制算法的这种执行所必需的快速或周期性的通信。幸运的是，在过去的十年中，无线网络变得更为强大，使得在一些类型的过程控制系统中能够可靠地使用无线通信。
但当在过程控制应用中使用无线通信时功耗仍然是复杂的因素。由于无线现场设备在物理上与I/O网络断开，现场设备典型地需要提供其自己的电源。因此，现场设备可以是电池供电、汲取太阳能发电或取得环境能量，如振动、热、压力等。对于这些设备，数据传输所消耗的能量可以构成总能耗的相当大的部分。实际上，与在由现场设备执行的其他重要的操作过程中相比，诸如为了感测或检测被测量的过程变量所采取的步骤，在建立和维持无线通信连接过程中会消耗更多的功率。为了减少在无线过程控制系统中的功耗并因而延长电池寿命，建议了实施无线过程控制系统，在其中，诸如传感器的现场设备以非周期性方式与控制器通信。在一个案例中，仅在检测到过程变量中的显著变化时，现场设备才与控制器通信或将过程变量测量发送到控制器，导致与控制器的非周期性通信。
为了处理非周期性过程变量测量更新而已经开发的一种控制技术使用控制系统，其提供并维持对于由控制器在不频繁的、非周期性测量更新之间产生的控制信号的预期过程响应的指示。预期过程响应可以由数学模型开发，其计算对于给定测量更新的控制信号的预期过程响应。这个技术的一个示例在题为“Non-Periodic Control Communicationsin Wireless and Other Process Control Systems”的美国专利No.7,587,252中被说明，其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中。具体而言，该专利公开了一种控制系统，具有滤波器，其在接收到非周期性过程变量测量更新后，生成对于控制信号的预期过程响应的指示，并维持生成的预期过程响应的指示，直到下一个非周期性过程变量测量更新到达。作为另一个示例，题为“Process Control With Unreliable Communications”的美国专利No.7,620,460，其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中，公开了一种系统，包括滤波器，其提供对于控制信号的预期响应的指示，但进一步修改该滤波器以并入自从最后一个非周期性测量更新后经过的时间的测量，以生成更为准确的预期过程响应的指示。
但在过去五年中，现场仪器设备的制造商已经引入了各种变送器。最初，这些变送器仅用于监控过程。但根据上述技术的介绍，可以在闭环控制应用中使用无线测量。基于对无线变送器的广泛接受，许多制造商都在开发和引入无线开/关和节流阀的过程中。
但必需解决多个技术难题以便能够使用在闭环控制中这种无线阀门。具体而言，典型地，在无线阀门仅有有限量的功率可用，预计大部分这些可用功率是在目标阀门位置做出改变时所必需的，例如响应于接收到控制信号而将阀门驱动到其目标位置。但典型的控制技术试图将许多控制信号发送到受控的设备，以便确保鲁棒的控制性能。但由这些技术实施的大量基于控制器的移动会迅速用光在受控设备的电池资源。因此如果可能的话，希望减少例如响应于设定点、过程干扰等中的变化而在闭环控制过程中做出的阀门移动的数量。
此外，在许多情况下，控制系统操作不能与网关通信同步，网关通信是在控制器与无线阀门或设置在无线通信网络中的其他致动器之间提供通信所必须发生的。例如，如网关的无线网关的当前设计可以在对将阀门位置的变化传送到阀门致动器的请求后不立即动作，因而阀门或致动器可以在该控制信号在控制器生成后相当长的时间接收控制信号。此外，控制器可以在由控制器已经发送阀门位置中的变化后更长的时间才从阀门或致动器接收确认。因而，在此情况下，目标阀门位置(例如控制信号)和阀门响应的无线通信在控制回路中引入了相当大的变量延迟，这个延迟影响PID控制，使得受控变量的鲁棒控制更为困难。
发明内容
例如可以用于PID控制回路中的一种控制技术显著地减少了从控制器(例如PID控制器)到无线阀门或加工厂内的其他控制元件的通信数量，同时仍提供了受控过程变量的鲁棒控制。因而，无线阀门或其他控制元件可以使用较少的功率，因为阀门必须对于目标阀门位置中更少的变化做出反应，同时仍提供了可接受的鲁棒控制。此外，在控制器经由进入无线网络的网关可通信地连接到受控设备的工厂中使用这个控制技术会减少网关通信负荷，因为这个技术可以导致更少的到无线阀门或其他受控元件的通信。这个控制技术可以结合其他间歇的或非周期性的控制方法使用，因而可以在控制回路中使用无线变送器和无线阀门(或其他无线控制元件)之一或二者来执行控制。此外，这个技术可以用于在有线或其他周期性控制系统中执行控制以减少不必要的或无效的阀门移动，例如典型地在有噪声控制系统中经受到的阀门位置摆动，例如在包括噪声的反馈测量中的或者在噪声导致相对随机的过程干扰中的。
另外，新的控制信号命令可以用于经由无线或其他间歇的非周期性或异步通信网络发送控制信号，以便有助于本文所述的控制技术的控制性能。新的控制器信号可以包括目标值和实施目标值的时间。这个命令信号或其他信号允许在控制器更为准确地计算隐含的阀门位置，因而可以用于在过程控制回路通信(例如在过程控制器与诸如阀门的受控设备之间)中受到显著通信延迟的系统中执行更佳的或更鲁棒的控制。
一般来说，实施新的非周期性通信技术的控制回路可以包括在实施控制例程(例如PID控制例程)的控制器与诸如阀门或阀门致动器的受控设备之间的无线的、缓慢的、非周期性的或非同步的通信连接或路径。链路可以使用无线或有线通信基础设施来实施。在此情况下，控制技术使用设置在控制器和受控设备之间的非周期性通信块，其中，通信块操作以通过减少发送到受控设备的控制信号的数量而使得在受控设备的目标位置中做出的变化的数量最少。
具体而言，为了使得由阀门致动器消耗的功率最小，控制器的计算的PID输出仅在满足由非周期性通信块确定的特定标准时才可以传送到无线阀门。由于典型地调度控制器执行以比将目标值传送到无线受控设备的最小期间快得多地产生控制信号，这些标准的应用会减少发送到受控设备的控制器信号的数量，从而减少由受控设备实施的控制器移动。但标准在通信块内的应用仍操作以确保在控制信号数量减少和控制信号到受控设备的通信延迟的情况下实现适当的控制性能。作为示例，非周期性通信块可以操作以如下方式将新的目标位置传送到受控设备(经由无线、间歇的、非同步的或非周期性通信路径)。首先，非周期性通信块将仅在自从到无线受控设备的最后通信以后的时间等于或大于通信的被配置期间，且已经接收了受控设备对发送到受控设备的目标位置的最后变化的确认的通信时才发送控制信号。当满足这些条件时，于是当在计算的控制器输出与传送到受控设备的最后目标值之间的差的绝对值超过被配置的死区(阈值)和/或当自从到受控设备的最后通信以后的时间超过被配置的缺省报告时间的任意一个或二者时，非周期性通信块将传送新的或更新的控制信号。
传送到无线受控设备的目标位置通常是诸如PID控制器的控制器的计算输出。但可任选地，当确定自从最后传送的目标以后控制器输出中的变化的绝对值超过被配置的最大变化值时，目标位置的变化量可以受限于最后传送的值加上或减去最大变化值。
当由在无线受控设备与控制器之间的通信引入最小延迟时，于是由无线受控设备(例如致动器/阀门)传送到控制器的阀门位置形式的反馈信号可以在控制器正反馈网络中用于产生例如PID控制信号的复位贡献。但如果与无线受控设备的通信丢失或没有以周期性方式更新，那么由无线阀门传送的受控设备的最后目标位置(例如阀门致动器工作以达到的目标位置)的反馈可以用于确定控制器操作的复位贡献。为了帮助控制系统的反馈回路确定阀门位置，以便用于计算复位贡献，控制系统(或无线网关)可以提供控制信号，其指定控制值(例如阀门应移动到的位置)和阀门应做出这个移动的时间。这个控制信号对于控制信号为了到达受控设备所花费的时间相当大的情形(例如由于无线网关或其他缓慢或非同步的通信链路所引起的)是有用的。在控制信号中指定的时间可以指定绝对时间或例如从控制信号的时间戳的偏移时间。如果偏移时间被配置为大于控制信号为了从控制器到达受控设备所花费的时间，那么受控设备就接收控制信号并在指定时间实施变化。在此情况下，控制器可以假定控制信号被受控设备接收并在指定时间实施，因此可以在该时间在控制器的反馈回路中更新阀门位置，无需从受控设备接收指示实施了控制器移动的反馈信号。这个操作可以导致PID控制器中更好的控制性能。
附图说明
图1是典型的周期性更新的硬连线的过程控制系统的方框图。
图2是例示了对用于示例性周期性更新的硬连线的过程控制系统的过程输入的过程输出响应的曲线图。
图3是例示了示例性过程控制系统的方框图，具有控制器，其以非周期性或无线方式经由无线网关设备将控制信号传送到受控设备，和/或经由无线网络接收非周期性、非同步的或显著延迟的反馈信号。
图4是示例性控制器的方框图，其使用设置在控制器与受控设备之间的非周期性控制信号通信模块执行控制，在其中，在控制器与受控设备之间的通信通过无线通信网络进行，其中，通信模块操作以减少发送到受控设备的控制器信号的数量。
图5是过程控制系统的方框图，其实施非周期性控制通信技术以减少经由无线或其他间歇的、缓慢的或非同步的通信网络发送到受控设备的控制器信号的数量，并且还经由无线、缓慢的或间歇的通信路径接收反馈信号。
图6是过程控制系统的方框图，其实施非周期性控制通信技术以减少在使用有线或同步通信的通信网络中发送到受控设备的控制器信号的数量。
图7是例示了使用写请求和写响应信号来实现图4-6的非周期性控制通信的过程的方框图。
图8例示了用于使用本文所述的控制通信技术实现从控制器到受控设备的控制信号的通信的信号集合的时序图，包括指定应用控制移动的时间的控制信号。
图9和10例示了与使用本文所述的控制通信技术实施的两个过程控制仿真相关的多个参数的曲线图，和在使用典型的有线或周期性控制通信的类似控制系统中的那些相同参数的曲线图。
具体实施方式
控制技术使得控制器能够以非周期性、无线的、缓慢的、显著延迟的或其他非同步方式将控制信号传送或发送到过程的受控设备，例如阀门致动器，以减少由致动器实现的致动器移动的数量，同时仍提供鲁棒的控制性能。因而，控制技术实施以减少受控设备的功耗的方式驱动致动器或其他受控设备的控制方法，减少受控设备的频繁变化，其导致经常出现在受到显著噪声或过程干扰的控制回路中的“摆动”现象，并减少用于实施控制回路的无线网络内通信设备中的通信负荷，例如无线网关设备中的。
具体而言，控制回路中的控制通信块操作，基于多个配置因素，例如通信死区、控制信号变化阈值和通信期间，以非周期性方式发送由控制器生成的新产生的控制信号。此外，为了在延迟控制信号存在的情况下调节设备的控制，控制器中连续更新的滤波器基于受控设备的实际或隐含位置，在控制器的每一个控制例程迭代期间生成预期过程响应的指示(也称为反馈贡献)。这个反馈贡献在控制器中用于在生成控制信号的控制器与接收并基于控制信号而动作的受控设备之间存在显著延迟的情况下确保适当的控制。在一些情况下，连续更新的滤波器可以部分地使用来自最后的控制例程迭代和控制例程执行期间的以前生成的预期响应的指示，以在每一个控制例程迭代期间生成预期响应的指示。
另外，在将过程测量反馈信号以间歇的、非周期性或延迟的方式提供给控制器时，仅在接收到新测量指示时，连续更新的滤波器的当前输出可以用作反馈贡献，例如控制器内的积分(也称为复位)和/或微分(也称为比率)贡献。一般来说，在此情况下，积分输出开关维持在最后测量值更新作为对控制信号的积分或复位贡献而由控制器接收时，由连续更新的滤波器生成的预期过程响应。当新测量值更新可用时，积分输出开关箝位到由连续更新的滤波器生成的预期过程响应的新指示上(基于新测量值更新的指示)，并作为控制信号的积分或比率贡献提供新的预期过程响应。结果，控制器使用连续更新的滤波器在每一个控制迭代期间确定新的过程的预期响应，其中，每一个新的预期过程响应反映在测量更新之间的时间做出的变化的影响，并因而影响控制信号的发展过程中的控制器输出，即使仅当新的反馈值在控制器可用时，才改变由控制器产生的控制信号的积分或复位分量。
可以用于实施本文所述控制方法的图1中所示的过程控制系统10包括过程控制器11，经由通信线路或总线9连接到数据历史记录12和一个或多个主机工作站或计算机13(其可以是任何类型的个人计算机、工作站等)，每一个都具有显示屏14。通信网络9例如可以是以太网、WiFi网络或任何其他有线或无线网络。控制器11还经由输入/输出(I/O)卡26和28连接到现场设备15-22，并示出为使用一个或多个硬连线的通信网络和通信方案可通信地连接到现场设备15-22。数据历史记录12可以是任何希望类型的数据收集单元，具有用于存储数据的任何希望类型的存储器和任何希望类型的已知软件、硬件或固件。
通常，现场设备15-22可以是任何类型的设备，如传感器、阀门、变送器、定位器等，而I/O卡26和28可以是任何类型的I/O设备，符合任何所希望的通信或控制器协议。控制器11包括处理器23，其实施或监视存储在存储器24中的一个或多个过程控制例程(或任何模块、块或其子例程)。一般来说，控制器11与设备15-22、主机计算机13和数据历史记录12通信，以任何所希望的方式控制过程。此外，控制器11使用通常被称为功能块的来实施控制策略或方案，其中，每一个功能模块都是总控制例程的一个对象或其他部分(如，子例程)，其结合其他功能块(经由称为链路的通信)操作以在过程控制系统10中实施过程控制回路。功能块典型的执行以下之一：输入功能，例如与变送器、传感器或其他过程参数测量设备相关的；控制功能，例如与执行PID、模糊逻辑等控制的控制例程相关的；或输出功能，其控制一些设备的操作，例如致动器或阀门，以执行过程控制系统10中的一些物理功能。当然，混合和其他类型的功能块存在并可以在此使用。如下所述，功能块可以存储在控制器11或其他设备中并由控制器11或其他设备执行。
如图1的分解块30所示的，控制器11可以包括多个单葫芦控制例程，示出为控制例程32和34，如果希望的话，可以实施一个或多个高级控制回路，示出为控制回路36。每一个这种控制回路通常称为控制模块。单回路控制例程32和34示出为执行单回路控制，使用单输入/单输出模糊逻辑控制块和单输入/单输出PID控制块，分别连接到适当的模拟量输入(AI)和模拟量输出(AO)功能块，它们可以与诸如阀门的过程控制设备、诸如温度和压力变送器或传感器的测量设备、或过程控制系统10中的任何其他设备相关联。高级控制回路36示出为包括高级控制块38，具有可通信地连接到一个或多个AI功能块的输入和可通信地连接到一个或多个AO功能块的输出，尽管高级控制块38的输入和输出可以连接到任何其他所希望的功能块或控制元件以接收其他类型的输入，并提供其他类型的控制输出。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，可以构成或包括模型预测控制(MPC)块、神经网络建模或控制块、多变量模糊逻辑控制块、实时优化器块等。会理解，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执行，或者可替换地，可以位于过程控制系统的任何其他处理设备或控制元件中并由其执行，例如工作站13之一或现场设备19-22之一。示例性地，现场设备21和22可以分别是变送器和阀门，可以执行控制元件，用于实施控制例程，因而可以包括处理和其他组件，用于执行部分控制例程，例如一个或多个功能块。具体而言，现场设备21可以具有存储器39A，用于存储与模拟输入块相关的逻辑和数据，而现场设备22可以包括致动器，具有存储器39B，用于存储与和模拟量输出(AO)块通信的PID或其他控制块相关的逻辑和数据，如图1所示的。
图2的曲线图总体上例示了基于控制回路32、34和36的一个或多个(和/或位于现场设备21和22或其他设备中的包含功能块的任何控制回路)的实施，响应于过程控制系统的过程输入产生的过程输出。所实施的控制例程通常在多个控制器迭代上以周期性方式执行，具有图2中由粗箭头40沿时间轴所示的控制例程执行的时间。在常规情况下，每一个控制例程迭代40受到由例如变送器或其他现场设备提供的以粗箭头42所示的更新的过程测量支持。如图2所示，典型的存在多个周期性过程测量42，由在每一个周期性控制例程执行时间40之间的控制例程做出并接收。为了避免与将测量值与控制执行同步相关联的限制，许多已知的过程控制系统(或控制回路)都设计为以2-10倍的因子过采样过程变量测量。这种过采样有助于确保过程变量测量当前在每一个控制例程执行或迭代期间在控制方案中使用。此外，为了使得控制变化最小，常规设计方案指定基于反馈的控制应比过程响应时间快4-10倍地执行。再另外地，在常规设计方案中，为了确保最佳控制性能，在每一个控制器执行期间中在控制器的输出端产生的控制信号发送到受控设备，受控设备基于受控设备操作而动作或实现受控设备操作。过程响应时间在图2的曲线图的过程输出响应曲线43中示出为在过程输入中的阶跃变化44的实施后(在图2的下方线45中显示)与过程时间常数(τ)相关的时间(例如，过程变量变化的63％)加上过程延迟或停歇时间(TD)。在任何情况下，为了满足这些常规设计方案要求，过程测量值更新(由图2的箭头42所示的)以比控制例程执行速率(由图2的箭头40所示的)快得多的速率采样并提供给控制器，控制例程执行速率又比过程响应时间快得多或高得多。
但在一些控制系统配置中，例如在控制器以无线方式发送控制信号或从一个或多个现场设备接收过程变量测量的控制系统配置中，不可能以确保控制器的每一个输出都以同步方式或者在控制信号的发送与该信号在受控设备的接收之间仅具有最小时间延迟地到达受控设备的方式来将控制信号发送到受控设备。此外，从这些类型的系统中的过程获得频繁且周期性的测量样本可能是不切实际的，甚至是不可能的。具体而言，在这些情况下，控制器仅能够接收非周期性过程变量测量，和/或在非周期性或甚至周期性过程变量测量之间的时间可以大于控制例程执行速率(由图2的箭头40所示的)。
图3示出了示例性的部分无线过程控制系统10，其可以展示上述的问题，因而不能使用相对于图2所述的典型的控制技术执行可接受的或所希望的控制。但本文相对于图4-10所述的新的控制技术可以在图3的工厂配置中实施，以使得受控设备的控制移动最少的方式执行控制，同时在存在控制器与受控设备之间的过程控制信号和/或传感器或变送器与控制器之间的过程变量测量的非周期性、无线的和/或显著延迟的通信的情况下执行控制。具体而言，图3的控制系统10在本质上类似于图1的控制系统10，，相似的元件具有相同的编号。但图3的控制系统10包括多个现场设备60-70，其在诸如通信网络的无线网络72中无线可通信地耦合到彼此，并经由网关设备73耦合到控制器11。如图3所示，网络72中无线连接的现场设备连接到或包括天线75，天线75彼此协作并与天线76协作(它耦合到网关设备73)以在网络72中进行无线通信。在一个情况下，示出为设备61-64的一些现场设备经由硬连线线路连接到无线网关或转换设备76，其在无线网络72中执行用于这些设备的通信。当然，无线网络72中的其他设备可以是无线设备，可以每一个都具有其自己的无线通信模块，用于在无线网络72中执行无线通信。此外，现场设备60-70可以是任何类型的现场设备，例如包括变送器/致动器(例如阀门致动器)、阀门等。
会理解，图3的变送器60-64和66-69中的每一个都可以将表示各自的过程变量(例如流量、压力、温度或液位信号)的信号经由无线通信网络72、网关设备73和网络9传送到控制器11，以便在控制器11中实施的一个或多个控制回路或例程中使用。称为受控设备的其他无线设备，例如图3中所示的阀门或阀门致动器65和70，可以从控制器11无线地或者部分无线地(例如经由网络9、网关73和无线网络72)接收过程控制信号。此外，这些设备可以被配置为经由无线网络72将其他信号(例如表示例如设备的当前位置或状态的任何其他过程参数的信号、确认信号等)传送到控制器11和/或工厂10中的其他设备。一般来说，如图3所示，控制器11包括通信栈80，其在处理器23上执行以处理输入的信号，模块或例程82，其在在处理器23上执行以检测输入的信号何时包括测量更新或检测来自控制回路内或与控制回路相关的设备的其他信号，将一个或多个控制模块84，其在处理器23上执行以基于测量更新执行控制。检测例程82可以生成标志或其他信号，以表示经由通信栈80提供的数据包括新的过程变量测量或其他类型的更新。新的数据和更新标志随后可以提供给一个或多个控制模块84(其可以是功能块)，控制模块84随后由控制器11以预定周期性执行速率执行，如以下进一步详述的。可替换地，或者另外地，新的数据和更新标志可以提供给在控制器11或者控制系统10中的其他位置中执行的一个或多个监控模块或应用程序。
因而，如上所述，图3的过程控制系统10通常使用控制信号和由变送器60-64和66-69或诸如现场设备65和70的其他控制元件测量的、感测的或计算的数据的无线传输来执行控制。示例性地，在图3的过程控制系统10中，从控制器11到诸如阀门65或70之一的受控设备的新的控制信号经由网关设备73和无线网络72传送到该设备。此外，在一些情况下，用于控制器11的反馈计算的新的过程变量测量或其他信号值可以经由无线网络72由设备60-64和66-69在非周期性、间歇的或缓慢的基础上传送到控制器11，例如仅在满足特定条件时。例如，当过程变量值相对于由设备发送到控制器11的最后的过程变量测量值改变预定量时，新的过程变量测量值可以发送到控制器11。当然，也可以实施或替换确定何时以非周期性方式发送过程变量测量值的其他方式。
在任何情况下，在控制器11(其执行控制计算)与接收控制信号的受控设备(例如阀门或致动器设备)之间的，和在传感器(其测量受控过程变量)与控制器11(其在控制计算的反馈回路中使用传感器信号)之间的通信路径内存在无线通信网络72和/或使用网关设备73可以使得控制回路中的通信在通信过程中异步、非周期的和/或受到显著延迟。例如，进入网络中的典型的无线网关可以将控制通信延迟3-6秒，在使用这些网络时使得高速同步控制困难。这种延迟还可以在将信号从无线通信网络内的传感器或变送器设备传送到该网络外的控制器时出现。
因而，在控制器11与图3的无线网络内的设备之间存在无线通信通常导致异步的、显著延迟的和/或非周期性的通信，其又产生在控制器11与现场设备60-64和66-69之间不规律的或不太频繁的数据传输和/或反之亦然。但如上提及的，控制信号到有线现场设备15-22的传送和测量值从有线现场设备15-22的传送传统上构造为以周期性方式执行，从而又支持控制器11中控制例程的周期性执行。结果，控制器11中典型的控制例程通常设计用于在控制器11的反馈回路中使用的过程变量测量值的周期性更新。
为了适应例如由设置在控制器11与至少一些现场设备之间的无线通信硬件引入的控制回路内的非周期性或显著延迟的控制和测量信号，控制器11的控制和监控例程可以如下所述地重构或修改以使得过程控制系统10能够在使用非周期性或其他间歇的或显著延迟的通信信号时，尤其是在这些信号传输与控制器11的执行速率(例如周期性执行速率)相比不太频繁地出现时适当地运行。
在图4中更详细地例示了被配置为使用非周期性控制相关的通信操作的示例性控制方案或控制系统400，图4示意性地例示了耦合以控制过程101的过程控制器100。具体而言，控制器100经由无线通信链路103(图4中以虚线示出)耦合到过程101的无线致动器102。在此情况下，致动器102是受控设备，例如可以是用于阀门的致动器，阀门控制过程101中的流体流量。由控制器100(其可以是图1和3的控制器11或者例如图3的一个无线现场设备的现场设备的控制元件等)实施的控制方案通常包括结合图3所示和所述的通信栈80、更新检测模块82和一个或多个控制模块84的功能。
在图4的示例性系统中，控制器100例如从工作站13之一(图1和3)或者从过程控制系统10中的或与过程控制系统10通信的任何其他源接收设定点信号，并操作以生成一个或多个控制信号105(或控制器移动)，其从控制器100的输出端经由无线通信链路103提供给无线致动器102。除了接收控制信号105以外，过程101(或可以在过程101中的致动器102)可能受到测量的或不可测量的干扰。取决于过程控制应用的类型，设定点信号可以在过程101的控制过程中的任何时间改变，例如由用户、调节例程等。当然，过程控制信号可以控制与阀门或任何其他类型的可移动控制元件相关的致动器，或者可以控制任何其他现场设备以在过程101的操作中引起变化。过程101对过程控制信号105中的变化的响应由例如可以是对应于图3中所示的变送器60-64或66-69中任何一个的变送器、传感器或其他现场设备106测量或感测。在变送器106与控制器100之间的通信链路在图4中示出为硬连线的通信链路，其将同步、周期性或即时的反馈信号提供给控制器100，但也可以是以很小的或无延迟地提供反馈信号的任何其他类型的通信链路。
在简单的实施例中，控制器100可以实施单/输入、单/输出闭环控制例程，例如PID控制例程，它是一种形式的PID型控制例程。本文使用的PID型控制例程包括任意的比例(P)、积分(I)、微分(D)、比例-积分(PI)、比例-微分(PD)、积分-微分(ID)或比例-积分-微分(PID)控制例程。因此，控制器100包括几个标准PID控制器元件，包括控制信号生成单元，具有求和块108，求和块108产生在设定点与测量的过程比例之间的误差信号，比例增益元件110、另一个求和块112和高低限制器114。控制例程100还包括包含滤波器116的直接反馈路径。在此情况下，滤波器116可以耦合到高低限制器114的输出端，或者如图4所示的，可以耦合到致动器102，以接收隐含的致动器位置信号，用于计算由过程控制器100产生的控制信号的复位(或其他)控制分量。一般来说，滤波器116的输出端连接到求和器112，求和器112将由滤波器116产生的复位(积分)分量加到由增益单元110产生的比例分量。另外，如图4所示的，控制器100可以包括微分分量计算块132，其与专门用于计算比例和积分贡献的元件并行地从求和块108接收误差信号。在此，求和器134将控制信号的微分分量加到求和器112的输出，以产生PID控制信号，具有比例、微分和积分分量。当然，如果希望的话，求和器112和134可以合并为单个单元。此外，将比例、积分和微分贡献示出为在求和块112和134合并以产生未受限的控制信号，尽管可以使用其他PID结构(例如串行结构)。
具体而言，在控制器100的操作过程中，求和块108将设定点信号与从变送器106提供的最近接收的过程变量测量值相比较以产生误差信号。比例增益元件110例如通过将误差信号乘以比例增益值Kp而在误差信号上运算以产生控制信号的比例贡献或分量。求和块112随后将增益元件110的输出(即比例贡献)与由反馈路径，具体而言，由滤波器116，产生的控制信号的积分或复位贡献或分量合并。求和器134增加由块132产生的微分分量以产生未受限的控制信号。限制器块114随后在求和器134的输出上执行高低限制以产生控制信号105，用于控制过程101，具体而言，控制致动器102。
此外，如图4所示的，耦合滤波器116以经由无线通信链路(其可以是与用于将控制信号传送到致动器102的链路103相同的链路)从致动器102接收隐含的位置。滤波器106以如下详述的方式使用这个隐含的位置值来确定控制信号105的复位(积分)分量。一般来说，当由于在控制器110与无线阀门或致动器102之间的通信引入最小延迟时，由无线致动器/阀门102传送回控制器110的阀门位置反馈(即隐含的位置值)可以用于正反馈网络中(即滤波器116中)，以产生PID控制器100的复位贡献。在此，如果与无线阀门102的通信丢失或没有以周期性方式更新，那么由无线阀门或致动器102传送的最后的目标阀门位置的反馈(即最后知道的致动器102工作以达到的目标位置)可以用作隐含的位置，将它输入到连续更新滤波器116中。
重要的是，如图4所示的，由控制器100实施的控制例程还包括控制通信块135，其可以用于使得当使用无线阀门或在控制信号到受控设备的传输中引起显著延迟的一些其他通信网络来实施控制时，在由致动器102使用的或提供给致动器102的目标位置中做出的变化的数量最少。具体而言，为了使得发送到致动器102控制信号的数量最少，从而使得阀门致动器102消耗功率最小，块135仅在满足特定准则时，才将计算的控制器输出或控制信号105(以周期性方式由控制例程产生的)传送到无线致动器102。在一般意义上，这些准则的使用使得发送到致动器102的控制信号变化的数量减少或最少，同时仍能执行过程鲁棒控制。
一般来说，典型地调度PID控制器100以比使用块135将致动器102的目标值传送到无线致动器102的最大速率快得多的速率执行。具体而言，块135仅在自从发送到无线致动器102所最后通信以后的时间等于或大于配置的通信期间，且致动器对目标位置的最后变化的确认的通信已经在块135接收到时，才将控制信号105的新值的发送到致动器102。如果希望的话，配置的通信期间可以小于或等于实施与受控设备的通信的通信块135的执行速率，以使得通信块135的操作或执行是配置的通信期间已经过去(即自从将在前控制信号发送到受控设备后经过的时间大于最小时间阈值)的隐含确定。在任何情况下，如果满足这些条件，那么块135就在满足两个另外的信号传输准则的任意一个或二者时，将新的目标位置(即新的或更新的控制信号105)传送到致动器102。具体而言，如果在新计算的控制信号与传送到致动器102的最后控制信号之间的差的绝对值超过配置的死区值(即阈值)和/或如果自从到致动器102的最后通信以后的时间超过配置的缺省报告时间，那么控制通信块135就将新计算的控制信号105传送到致动器102。如果不满足这些条件，那么控制通信块135就不将新计算的控制信号105发送到致动器102。
因而，一般来说，由控制通信块135实施的例程在每个配置的通信期间(其典型地设定为大于或等于控制器执行期间)最多仅发送一次控制信号，且仅在控制器接收到发送到致动器的最后控制信号实际上已经由致动器接收的确认时。这个初始条件集合确保控制器发送控制信号不大于特定速率，且当在前控制信号可能还没有由致动器接收时(由以前发送的控制信号的致动器确认来确定)不发送新的控制信号。此外，如果满足这些条件(即自从将最后的控制信号发送到致动器102以后的时间大于配置的或预设的时间，且致动器102已经确认接收到最后的控制信号)，那么仅在新的控制信号的量值与以前发送的控制信号的量值相差预定阈值是和/或在自从到致动器102的最后通信后的时间超过配置的缺省报告时间时，才发送新的控制信号。
通信块135因而确保了仅在已经证实已经在致动器102接收到在前控制信号，且自从发送最后的控制信号(由配置的通信期间来确定)后已经过去特定的最小时间量时，且仅在要发送的新的控制信号的量值与最近接收的控制信号的量值相差阈值量时，或者自从发送最后的控制信号后到当前时间的时间超过特定阈值时(即使在控制信号的量值中的差不等于或超过阈值)，才将新的控制信号发送到致动器102。这个操作总体上减少了发送到致动器102的控制信号的数量，从而减少了控制器所需的致动器移动的数量，但以在过程中实现了鲁棒的控制的方式来进行。
此外，如果希望的话，由块135作为部分控制信号传送到无线致动器102的阀门目标位置通常可以是控制例程的计算输出(即最近的控制信号105的值)。但可任选地，目标位置中变化的量值(即在发送到致动器102的连续控制信号通信之间控制信号中的变化的量值)可以限制为最后传送的控制或目标值加上或减去最大变化值。因而，当在新的控制信号与最后传送的控制信号之间控制信号中变化的绝对值超过配置的最大变化值时，新发送的控制信号(或目标值)会被限制为具有这个最大变化的信号值。以此方式，控制通信块135可以限制在到致动器102的连续控制信号通信之间控制信号中的变化的量。在最后传送的控制信号的反馈或确认受到显著延迟时希望有这个限制操作，以防止控制信号中大的跳跃，其可以导致较差的控制性能。
该通信方法的优点在于，当由无线致动器102提供给控制器100的最后传送的控制值或目标位置的反馈或确认(即隐含的致动器位置)的传送具有最小延迟时，这个值可以在正反馈网络中(例如由滤波器116)用于计算PID复位分量。这个操作自动补偿由到无线致动器102的通信引入的任何延迟或变化，因此无需PID调节中的变化来补偿将目标位置传送到阀门中的延迟。结果，PID控制器调节严格地按照过程增益和动态来建立，与由通信引入的延迟无关。
具体而言，使用上述的控制通信例程仍使得滤波器116能够操作以提供过程的鲁棒控制，而同时减少在控制器100与致动器102之间的通信的方式来产生控制信号的积分或复位贡献分量。具体而言，耦合以接收隐含的致动器位置(从致动器102经由例如无线通信路径发送的)的滤波器116基于隐含的致动器位置和控制算法100的执行期间或时间，产生对控制信号105的预期过程响应的指示。在此情况下，隐含的致动器位置可以是在致动器102接收的最近的控制信号(或者最近的控制信号的目标位置)，其中，控制信号指示致动器102要移动到的位置。在执行时，如图4所示的，滤波器116将预期过程响应信号提供给求和器112。如果希望的话，由滤波器116产生的对求和器108的输出中的变化的预期过程响应可以使用一阶模型来近似，如下详述的。但更一般地，预期过程响应可以使用过程100的任何适当的模型产生，不限于与确定控制信号的积分或复位贡献相关的过程模型。例如，利用过程模型来提供预期过程响应的控制器可以包含或不包含微分贡献，使得控制例程100可以实施PID或PI控制方案。
在更详细地论述图4的滤波器的操作前，注意到可以使用正反馈网络以确定积分或复位贡献来实施传统PI控制器是有用的。在数学上表明，传统PI实施方式的传递函数等价于用于无约束控制，即输出不受限制，的标准公式。具体而言：
其中，Kp＝比例增益
T复位＝复位，秒
O(s)＝控制输出
E(s)＝控制误差
如图4所示的，使用来自致动器102的正反馈路径提供隐含的致动器位置的一个优点是在控制器输出受到高或低限制时，即由限制器114，自动防止复位贡献结束。
在任何情况下，本文所述的控制技术都实现了在控制器接收过程变量的周期性或非周期性更新时使用正反馈路径来确定复位贡献，同时在出现在新的过程变量测量的接收之间的设定点变化或前馈变化的情况下，仍实现了鲁棒的控制器响应，同时还限制了在过程控制回路的操作过程中致动器移动的数量。具体而言，为了提供鲁棒的设定点变化操作，滤波器116被配置为在控制器100的每一个或每次执行过程中计算预期过程响应的新指示或值。结果，滤波器116的输出在控制器例程的每一个执行周期过程中重新再生，即使到滤波器116的输入(致动器102的隐含位置)可以不在这个周期性基础上更新。
通常，在每一个控制执行周期过程中依据隐含的致动器位置、在最后的(即在前紧挨着的)控制器执行周期期间由滤波器116产生的预期过程响应的指示、和控制器执行期间计算由滤波器116产生的预期过程响应的新指示。结果，滤波器116在本文说明为被连续更新，因为在每一个控制器执行周期期间执行它以产生新的过程响应估计。以下提出在每一个控制执行周期期间可以由连续更新的滤波器116实施以产生新的预期过程响应或滤波器的示例性等式：
其中，FN＝新的滤波器输出
FN-1＝滤波器输出最后执行
ON-1＝隐含的致动器位置(例如由致动器接收的最后控制信号)
ΔT＝控制器执行期间
在此，会注意到，将新的滤波器输出FN迭代地确定为最近的在前滤波器输出FN-1(即当前滤波器输出值)加上衰减分量，所述衰减分量确定为在致动器接收的最近控制器输出值(或目标位置)ON-1(隐含的致动器值)与当前滤波器输出值FN-1之间的差乘以取决于复位时间T复位与控制执行期间ΔT的因子。
使用以此方式连续更新的滤波器，控制例程100在只要接收到新的过程变量测量就计算积分控制信号分量时，能够更好地确定预期过程响应，从而对于设定点或出现在两个过程比例测量的接收之间的其他前馈干扰中的变化更易于做出反应。具体而言，会注意到，设定点中的变化(没有接收到新的过程测量值)会立即导致在求和器108的输出端的误差信号中的变化，这改变了控制信号的比例贡献分量，从而改变了控制信号。结果，滤波器116会立即开始产生过程对改变的控制信号的新的预期响应，因而可以在控制器100接收响应于该改变而测量的新的过程测量值之前更新其输出。随后，当控制器100接收新的过程测量值，且滤波器输出的样本箝位到求和器112的输入以用作控制信号的积分或复位贡献分量时，滤波器116迭代到预期过程响应，其至少在一定程度上已经对过程101对设定点中的改变的响应做出反应或已经包含了过程101对设定点中的改变的响应。
因而，会理解，图4中所示的控制技术借助连续更新的滤波器116(例如复位贡献滤波器)计算对控制块或例程100的每一个执行的预期过程响应的指示。在图4的实施例中，控制器100配置连续更新的滤波器116以计算对控制块的每一个执行的预期响应的指示。因而，连续更新的滤波器116基于隐含的致动器位置(例如在致动器102最近接收的控制信号)连续计算对控制例程的每一次迭代的预期响应的指示，预期响应的这个新指示在每一个执行周期期间传递到求和块112。
这个控制技术允许连续更新的滤波器116对预期过程响应连续建模，不管是否传送了新的测量值，且无需确定当前控制器输出是否将发送到致动器102。如果作为基于测量的干扰的设定点变化或前馈操作的结果，控制输出改变，连续更新的滤波器116通过基于致动器102的隐含位置计算在每一次控制例程迭代的预期响应的新指示来正确反映预期过程响应。
应注意到，图4的简单PID控制器结构将滤波器116的输出直接用作对控制信号的复位贡献，在此情况下，闭环控制例程的复位贡献(例如以上提出的连续更新滤波器等式)在确定过程是否展现出稳态行为时可以提供过程响应的准确表示。但其他过程，例如停歇时间主导的过程，会需要在图4的控制器中并入额外的分量，以便对预期过程响应建模。关于可以由一阶模型很好地表示的过程，过程时间常数通常可以用于为PI(或PID)控制器确定复位时间。具体而言，如果复位时间设定为等于过程时间常数，复位贡献通常会抵消比例贡献，以使得随着时间过去，控制例程100反映预期过程响应。在图4所示的示例中，复位贡献可以由具有滤波器116的正反馈网络借助与过程时间常数相同的时间常数来实现。尽管可以利用其他模型，但正反馈网络、滤波器或模型提供了用于确定具有已知或近似的过程时间常数的过程的预期响应的便利机制。
图5和6例示了控制系统的一些其他示例，其可以使用以上相对于图4所述的通信控制或滤波技术来响应于设定点变化而提供鲁棒的控制，同时还使得受控设备中的控制器移动最少。具体而言，在一些应用中，有线或无线变送器或传感器及例如阀门的有线或无线受控设备的多个不同组合可以用于控制方案中。具体而言，希望实施上述的控制技术以使得包括无线变送器和有线阀门或致动器的控制回路中、包括有线变送器和无线阀门或致动器(例如图4所示的)的控制回路中、包括无线变送器和无线阀门或致动器的控制回路中、和/或包括有线变送器和有线阀门或致动器的控制回路中的控制器移动最少。在此，会理解，本文所述示例中的无线通信路径假定在控制器与致动器之间和/或在变送器(传感器)与控制器之间引入缓慢、间歇的、非同步的、非周期性的和/或限制延迟的传输，本文所述的用于这些网络的相同概念或控制技术可以应用于具有包括一个或多个这些特性的任何通信网络的控制系统，即使这些通信网络或控制系统在本质上不是无线的。
图5例示了示例性控制系统500或控制回路，其包括无线变送器(及因此的无线反馈通信路径)和无线阀门或致动器(及因此的无线控制信号通信路径)。假定显著的延迟、丢失信号、非周期性或异步通信可能由于这两个无线通信路径的任意一个而引入。图5中所示的控制系统500本质上类似于图4的，除了图5的控制器100包括额外的组件，需要其来解决在传感器106与控制器100之间的反馈通信路径中的潜在的通信的延迟或丢失，和/或异步或周期性通信的丢失。正如会见到的，这个路径现在在图5中以虚线表示，以指示这个通信路径是无线的、非周期性的、异步的和/或展现出显著延迟。
如图5所示的，控制器100包括以上相对于图4所示的标准PID控制器元件，包括控制信号生成单元，控制信号生成单元具有求和块108、比例增益元件110、另一个求和块112、微分计算块132、再另一个求和块134和高低限制器114。控制例程100还包括包含滤波器116的反馈路径，但在此情况下，另外还包括积分输出开关，其包括选择块118，耦合到通信栈80和滤波器116。如图5所示，滤波器166仍耦合以接收隐含的致动器位置，但现在将滤波器116的输出提供给块118，块118又将由控制器100生成的积分或复位分量提供给求和块112。
在控制器100的操作过程中，求和块108将设定点信号与最近接收的过程变量测量值(从控制器100中的通信栈80提供的)相比较以产生误差信号。比例增益元件110例如通过将误差信号乘以比例增益值Kp而在误差信号上运算
以产生控制信号的比例贡献或分量。求和块112随后将增益元件110的输出(即比例贡献)与由反馈路径(包括滤波器116和块118)产生的控制信号的积分或复位贡献或分量合并。微分分量块132在求和器108的输出(误差信号)上运算以产生控制信号的微分分量，其由求和器134加到求和器112的输出。限制器块114随后在求和器134的输出上执行高低限制以产生控制信号105，将其提供给控制通信块135。块135以如上相对于图4所述的方式操作以确定新的控制信号105何时经由无线链路103(其可能受到显著延迟)发送到致动器102。
在此情况下，控制器110的反馈路径中的滤波器116和块或开关118操作以如下方式产生控制信号的积分或复位贡献分量。耦合以接收限制器114的输出的滤波器116基于隐含的致动器位置和控制算法100的执行期间或时间产生对控制信号105的预期过程响应的指示。但在此情况下，滤波器166将这个预期过程响应信号提供给开关或块118。只要在控制器100接收到新的过程变量测量值(由通信栈80确定的)，开关或块118就在开关或块118的输出采样并箝位滤波器116的输出，并保持这个值，直到在通信栈80接收到下一个过程变量测量值。因而，开关118的输出保持滤波器116的输出，它是在控制器100接收最后的过程变量测量更新时产生的。
具体而言，图5中所示的控制技术借助连续更新的滤波器116(例如复位贡献滤波器)计算对控制块或例程100的每一个执行的预期响应的指示。但为了确定滤波器116的输出是否应用作到求和块112的输入，通信栈80及在一些示例中，更新检测模块82(图3)，处理来自变送器106的输入数据，以在接收到新的过程变量测量值时，为积分输出块118生成新值标志。这个新值标志通知开关118为这个控制器迭代对滤波器116的输出采样并箝位，并将这个值提供给求和器112的输入端。
不管是否传送了新值标志，连续更新的滤波器116都连续计算对控制例程的每一次迭代的预期响应的指示。预期响应的这个新指示在控制块的每一个执行传递到积分输出开关或块118。取决于是否存在新值标志，积分输出开关118在允许来自连续更新的滤波器116的预期响应的新指示通过以传送到求和块112与保持以前在控制块的最后执行过程中传递到求和块112的信号之间切换。具体而言，当传送新值标志时，积分输出开关118允许来自连续更新的滤波器116的最近计算的预期影响的指示通过以传送到求和块112。相反，如果不存在新值标志，那么积分输出开关118就将来自最后的控制块迭代的预期响应的指示重新发送到求和块112。以此方式，每一次从栈80传送新值标志，积分输出开关118就箝位到预期响应的新指示上，但如果不存在新值标志，就不允许由滤波器116产生的新计算的预期响应的指示到达求和块112。
因而，会理解，使用块118使得连续更新的滤波器116能够对预期过程响应连续建模，不管是否传送了新的测量值。如果控制输出作为基于测量的干扰的设定点变化或前馈操作的结果而改变，不管是否存在新值标志，连续更新的滤波器116都通过计算在每一个控制例程迭代的预期响应的新指示而正确反映预期过程响应。但预期响应的新指示(即复位贡献或积分分量)只有在传送了新值标志时(经由积分输出开关118)才包含在控制器计算中。
因而，一般来说，图5的控制例程通过将其计算基于在通信栈80接收的非周期性、延迟的或异步的测量值，同时另外还确定在两个测量值的接收之间的预期响应，以考虑由设定点中的变化或用作到控制器100的前馈输入的任何测量的干扰引起的变化，来产生预期过程响应。因而，上述的控制技术能够适应可能影响预期过程响应的设定点变化、测量的干扰上的前馈操作等，从而在存在与控制信号到致动器102的传送和反馈或测量过程变量信号在控制器100的接收相关的通信延迟时，提供更鲁棒的控制响应。
此外，如图5所示，通信栈80将最近接收的反馈信号提供给求和器108，以便用于计算在求和器108的输出的误差信号。同样如图5所示，由通信栈80产生的新值标志还提供给微分计算单元132，并可以用于指示微分计算单元何时应重新计算或操作以产生微分控制分量。例如，可以基于自从最后测量更新后所经过的时间来重构微分贡献块132。以此方式，避免了在微分贡献(及得到的输出信号)中的尖峰信号。
具体而言，为了适应反馈通信路径中不可靠的或延迟的传输，且更一般地，测量更新的不可利用，微分贡献可以保持在最后确定的值，直到如由来自通信栈80的新值标志所示的接收到测量更新。这个技术允许控制例程按照控制例程的正常或建立的执行速率继续进行周期性执行。在接收到更新的测量后，如图5所示的，微分块132可以根据以下等式确定微分贡献
其中，eN＝当前误差
eN-1＝最后的误差
ΔT＝自从传送新值后经过的时间
OD＝控制器微分项
KD＝微分增益因子
借助用于确定微分贡献的这个技术，用于过程变量(即控制输入)的测量更新可以在一个或多个执行期间值丢失，而不会产生输出尖峰信号。当重建通信时，微分贡献等式中的项(eN-eN-1)可以生成与在微分贡献的标准计算值所生成的相同的值。但对于标准PID技术，在确定微分贡献中的除数是执行期间。相反，本文所述的控制技术利用在两个连续接收的测量之间经过的时间。借助经过的时间大于执行期间，控制技术产生比标准PID技术更小的微分贡献和减小的尖峰信号。
为了有助于确定经过的时间，通信栈80可以将上述的新值标志连同在两个最近接收的值之间经过的时间一起提供给微分块132，如图5所示。此外，可以使用过程测量来代替比例或微分分量的计算中的误差。更一般地，通信栈80可以包括或包含任何软件、硬件或固件(或其任意组合)以实施与包括过程101中的任何现场设备、控制器外的过程控制元件等的过程101的通信接口。
作为进一步的示例，图6例示了过程控制系统600，其在本质上类似于以上相对于图4和5所述的那些，因为它实施如上所述的控制通信块135，但在包括在控制器100与致动器102之间的和在变送器106与控制器100之间的有线通信路径(或其他同步、周期性或无延迟的通信路径)的控制系统结构中进行。在图6的系统中，连续更新的滤波器116可以直接连接以接收隐含的致动器值，并可以连接以将其输出直接提供给求和器112。此外，来自变送器106的过程变量测量可以直接连接到求和器108。在此，可以提供控制通信块135以减少发送到致动器102的控制器更新(控制信号)的数量以减少致动器移动。因而，如图6所示，控制通信块135可以在有线的或无延迟的通信网络中以上述的方式操作以减少在许多情形中见到的“摆动”现象，和/或减少致动器102的其他过多移动，即使在同步的、周期性的或无延迟的控制和反馈通信存在的情况下。在图中未示出的另一个情况中，控制通信块135可以用于在变送器或传感器与控制器之间提供无线通信(及因而潜在的缓慢的、非同步的、延迟或非周期性的通信)，且在控制器与控制回路中的致动器之间提供有线的(或同步的、周期性的或无延迟的)通信的情形中。
另外，尽管将控制通信块135示出为在控制器块100中，但控制通信块135(或与之相关的功能)可以在控制器输出端与接收块135产生的非周期性控制器输出的受控设备之间的任何点实施。例如，块135可以包含在控制回路中或者沿在计算了PID输出之后且在致动器或其他受控设备接收该信号之前的控制信号路径的任何点。例如，块135的非周期性控制通信可以包含在PID控制器之后的输出块中、网关设备中、或者设置在控制器与受控的致动器之间的控制信号通信路径中的任何其他设备中。如果希望的话，这个功能甚至可以在致动器自身中实施。
利用本文所述的非周期性控制通信块135的关键在于使用基于隐含的阀门位置的正反馈网络实施PID复位计算，隐含的阀门位置优选地以最小延迟从致动器传送到控制器。理论上，隐含的阀门位置(即阀门致动器接收并工作以达到的目标位置)的反馈可以由无线致动器响应于目标位置写请求而传送回无线网关。这个系统在图7中示出。具体而言，如图7所示，在操作过程中，控制通信块135将包括新的控制目标的写请求经由如虚线200a所示的无线路径(例如延迟或异步的通信链路)发送到无线致动器102。此后，当无线致动器102接收新的控制信号或目标时，无线致动器102以写响应对块135做出响应(经由虚线200b所示的无线链路)，写响应指示致动器102接收到控制信号。写响应本质上是控制信号的接收的确认。此外，(对写请求的)写响应可以反映接受的控制或目标值。在接收到写响应后，块135可以将隐含的致动器位置改变为由在写请求中发送的控制信号或者由在写响应中指示的接受的目标值所指示的位置。控制块135因而可以涉及将隐含的致动器位置发送到图4-6的滤波器116，以用作隐含的致动器位置。当然，写请求或写响应形式的确认可以使用在控制器与致动器之间的通信链路中的任何设备来实施，例如网关设备(例如图3的网关73)。
在无线通信的一些实施方式中，在致动器102接收命令以改变目标位置与致动器响应传送回并可由控制器(或块135)获得之间可以存在显著的延迟。在此情况下，借助块135的操作来限制控制器发送新的控制信号，直到从致动器接收到确认后。为了使得控制器100能够自动补偿在写响应的无线通信中的这个显著且可变的延迟，可以使用新的控制信号数据格式以支持使用诸如无线阀门致动器的无线致动器的控制。
具体而言，在将控制输出值发送到无线致动器时可以将应用时间字段添加到控制信号中。这个字段可以指定将来输出值何时应生效或应由致动器实施的时间。优选地，应设定延迟时间以使得到致动器的输出通信和到控制器的读回通信都在这个将来时间前完成。换句话说，将来致动器要实施变化以实现到控制信号目标值的移动的时间优选地是等于或大于预期延迟的时间，其中，预期延迟由块135的新控制信号到致动器的传送和/或从致动器到块135或到控制器100的确认或写响应的传送之一或二者引入到通信中。但使用这个命令，可以基于传送到致动器的目标位置和致动器应在新目标位置上采取动作时所指定的时间来精确地计算隐含的致动器位置。例如，如果在输出中指定的时间始终是将来的固定秒数Y，那么可以简单地通过将目标位置延迟Y秒而在控制器100、网关等中计算隐含的致动器(或阀门)位置。因而，计算的隐含的致动器位置会与用于致动器中的目标值匹配，只要在新命令中指定的延迟时间等于或长于将新目标位置传送到致动器(有可能是从致动器接收对该目标的接收的确认)所需的时间。为了确保计算的隐含的致动器位置准确反映致动器中的目标位置，可以仅在接收到最后通信的确认时才将新输出发给致动器。
因而，一般来说，新命令可以包含一个或多个新的目标值(S)和致动器或阀门应根据新请求而采取动作的的时间(S)。在此情况下，当阀门或致动器接收到新的请求时，它会等待，直到根据新目标值采取动作的预定时间。但当阀门或致动器接收到新的命令时，它立即努力发送响应，其包含确认和/或包含新的目标值(从而确认接收并产生新的隐含的致动器位置)，即使在阀门根据新的目标值采取动作前。这个命令减小或缓解了与块135(或使用滤波器116的控制器)接收显著延迟的隐含致动器位置值相关的问题，因而在这些环境中提供了更好的控制。实际上，为了使得这个通信延迟的影响最小，提出了当以无线阀门执行控制时使用这个新的命令，用于控制器的反馈回路中的隐含的致动器位置基于目标值，所述目标值发送到阀门，被延迟了在命令中用于动作的时间与缓冲新目标值以便发送到阀门的时间之间的时间。用于控制器中的外部复位值因而在通信层中或在控制模块中计算，可以作为“隐含的阀门位置”提供以便用作PID外部复位值(例如到滤波器116的输入)。但在任一情况下，都希望等待以发出新的控制命令，直到从阀门接收的阀门或致动器已经接收到发送到阀门的以前的命令的确认。
当然，用于这个命令中的时间值可以基于在块135接受新的目标值的时间加上预配置的延迟时间。延迟时间例如可以由用户、结构工程师、制造商等设定，或者可以基于通信链路的统计特性(例如在特定时间期间中在通信链路内测量或观测的平均延迟、中值延迟、最大延迟，基于多个延迟测量的预期延迟的一个或多个标准偏差等)。
作为这个命令的操作的示例，图8例示了在通信过程中涉及的多个信号的时序图800，其中，处理AO输出块以产生具有新目标值的控制信号，新目标值传送到阀门(或致动器)，随后通过阀门或致动器作用。在图8的示例中，线801表示由控制例程产生并作为到控制通信块135的输入而提供的控制信号。线802表示由控制通信块135提供给致动器的目标输出或输出控制信号的生成。线804表示新目标值在致动器的接收，可以对应于回到控制器的目标值由致动器(阀门)接收的确认的发送。线806表示致动器或阀门响应于控制信号而操作的时序，例示了控制信号到达致动器的延迟时间大于它针对线802中目标值的变化所花费的时间。最后的线808表示由块135接收的最后阀门回复。注意，由于以上解释的操作，块135不会发出新的控制信号或变化的控制信号，直到它接收写响应，指示致动器(阀门)接收到在前控制信号，这是线808中的变化在时间上(几乎在时间上)对应于新的控制信号从块135发出的变化(由线802指示)。
在任何情况下，使用这个延迟时间作为部分控制信号使得控制器能够与致动器实际根据控制信号动作以朝向新的目标值移动同时或几乎同时地改变用于反馈计算(例如上述的滤波器116)中的隐含的致动器位置，即使在控制器与致动器之间存在显著的通信延迟。这个操作使得控制反馈计算与阀门的实际操作更紧密地同步，从而提供了更好的或更鲁棒的控制操作。
下表I提供了为实施这个延迟时间概念的无线位置监视器定义的示例性WirelessHART自定义命令的定义。表I中示出的命令将输出值或多个输出值(在字节3和4中为字节0和1中识别的一个或多个参数定义的)写到监视器(例如致动器)，包括应用时间字段(在字节6-13中)。应用时间字段可以指示从一些指定的时间戳(例如与从块135发送控制信号相关的时间戳)的偏移或延迟时间，由在过程控制通信网络中的几个不同设备上同步的系统时钟确定的绝对时间，从系统时钟的偏移时间等。此外，如果希望的话，新的命令可以发送多个控制信号以在不同偏移时间或在相同偏移时间同时或顺序地应用。命令的数量例如可以在表I中所示的第二字节中提供。
表I
在任何情况下，为阀门或其他致动器控制使用这个数据格式导致或等价于具有零读回或确认延迟，只要控制系统和无线网络具有用于这个命令的时间的共识或测量，在命令中指定的延迟时间大于写请求和写响应的单程或往返延迟。
执行两组测试以展示本文所述的控制和通信系统的功能。第一组测试假定最小响应(确认)延迟来进行，第二组测试包括显著响应延迟来进行，显著响应延迟使用如上所述的作为控制信号的部分的应用时间概念来减轻。本文所述的每一个测试都使用仿真的过程控制系统来执行。
在使用最小响应延迟的测试组中，进行总共8个测试以展示使用到无线阀门的非周期性通信的PID控制是减少到阀门的通信的数量的有效手段。创建控制、通信和过程响应的仿真以允许将具有发送到无线阀门的非周期性控制通信的控制系统的性能与使用有线阀门的传统PID控制系统相比较。在这些测试中，在从控制器到阀门的通信中包括显著的延迟，但以最小延迟接收阀门接收消息的确认。过程增益和动态及PID调节对于这8个测试相同，如下使用。
在这些测试的每一个中引入相同的设定点变化(10％)和不可测量的负载干扰变化(10％)。表II中总结了测试条件。
表II
表III中总结了这些测试的结果。
*与无线阀门一起使用的无线变送器
表III
使用提出的PID中的变化(即基于由无线阀门传送的隐含的阀门位置的复位计算及使用到无线阀门的非周期性通信)，可以极大地减少到阀门的通信的数量，如表III中所示的。大多数情况下，控制性能仍是可接受的。在测试4过程中的响应在图9的曲线图900中示出，是在这些测试过程中典型见到的。具体而言，曲线图900的第一组线表示设定点值901、使用无线阀门获得的测量的受控变量902(具有本文所述的控制和通信过程)、和使用有线阀门获得的测量的受控变量903(及典型的PID控制例程)。第二组线表示用于无线阀门的阀门移动或阀门位置910(使用本文所述的控制和通信过程)和用于有线阀门的阀门位置911(使用典型的PID控制例程)。底下的线915是出于仿真目的引入的不可测量的干扰。因而，曲线图900表示响应于两个设定点变化和过程中不可测量的干扰的用于测试4的使用本文所述的控制和通信过程的控制回路的比较性能。
此外，作为进一步的测试，修改上述一些测试中执行的控制和通信仿真以利用新的控制信号数据格式，其允许在控制器与阀门之间的显著通信延迟和阀门响应或确认的通信中的显著延迟。使用在致动器与控制器之间的反馈路径中包括显著通信延迟的这个修改的仿真执行测试9-12。与以前测试中使用相同的过程增益和动态及控制器调节用于这些额外的测试。
在测试9和10中，有线测量和无线阀门与有线测量和有线阀门相比较。在测试11和12中，无线测量和无线阀门与有线测量和有线阀门相比较。在这些测试过程中，将设定点和不可测量的干扰中相同的变化引入两个控制回路中。在表IV中显示了使得阀门移动、到阀门的通信延迟和阀门响应中的通信延迟最小的非周期性通信的设置。
表IV
在表V中总结了相对于使用典型的PID控制的有线变送器和阀门的使用对无线阀门的修改的无线控制所取得的结果。
表V
测试结果例示了通过使用提出的新的输出数据信号格式结合用于外部复位的计算的隐含的阀门位置，可以使得通信延迟的影响最小。对于使用无线阀门的设定点和负载干扰中的变化观测到稳定的控制。阀门目标中变化的数量减少了23倍。在测试10过程中的响应在图10的曲线图1000中示出，是在这些测试过程中典型见到的。曲线图1000中的第一组线表示设定点值1001、使用无线阀门的测量的受控变量1002(具有本文所述的控制和通信过程)、和使用有线阀门的受控变量1003(及典型的PID控制例程)。第二组线表示用于无线阀门的阀门移动或阀门位置1010(具有本文所述的控制和通信过程)和用于有线阀门的阀门位置1011(使用典型的PID控制例程)。底下的线1015是不可测量的干扰。因而，曲线图1000表示响应于两个设定点变化和过程中不可测量的干扰的用于测试10的使用本文所述的控制和通信过程的控制回路的比较性能。
作为另一个实验，在实验室环境中使用WirelessHART模块充当传感器和致动器来仿真WirelessHART网络。仿真过程在模块内部运行以关联传感器和致动器的值。由于使用了实际无线网络，认为该实验非常接近地表示了现实世界中的应用。
为了更好地理解该实验，将说明具有WirelessHART网络的DCS(分布式控制系统)的相关组件和为了执行实验对其所做的修改。具体而言，测试DCS包括使用是输入设备的全部WirelessHART设备的WirelessHART网络。设备将数据发布到网关，网关缓存数据并基于请求将数据转发到主机。在所用的DCS系统中，与网关通话的组件称为PIO。包括PID的控制模块与PIO通话。只要网关不能发送所请求的响应，网关就以延迟响应(DR)状态对来自PIO的任何其他请求立即响应。网关随后将请求转发到WirelessHART网络内的受控设备。因而，PIO必须反复询问网关，反复得到DR，直到由网关接收到来自受控设备的响应，网关随后无DR信号地进行回复。这个机制适用于到致动器的输出写。但可能会发生将来的WirelessHART标准会允许从PIO到设备的未确认请求，即下游发布。
在这个实验中的PIO中实施类似于以上针对块135所述的控制通信组件。另外，HART写命令用于使用上述的应用时间概念将输出写到阀门。从而使用具有延迟的或应用时间组件的HART命令改变由无线阀门保持的目标阀门位置。如果在命令中指定的目标阀门位置是与发给网关的以前改变请求中所包含的不同的值，那么这个命令就被认为是新的请求。如果网关已经在前接收到对最后请求的位置中的变化的无线阀门响应，那么网关就根据新的改变请求操作。否则，新的改变请求由网关缓冲。为了确保使用最近的PID输出并以最小延迟传送到阀门，由控制器(PIO块)实施的非周期性通信设计为遵守以下条件：
(1)PID块的执行比网关将新的目标值传送到阀门并接收响应所需的时间快得多。
(2)每一次PID执行(每秒一次或更快)，改变请求命令就发送到PIO。但如果相同的命令(相同的目标值)发送到PIO，那么就返回相关阀门响应。在AO块READ_BACK参数中反映相关目标值。
(3)如果AO块READ_BACK参数的状态改变为Bad Communication Failure，那么相同的改变请求就继续传送到网关并被认为是新的命令。
在表VI中说明了例示了在该实验中应用非周期性控制通信块后的PID输出中的变化的通信图。
表VI
如表VI中所示，在步骤2，新的改变请求由控制器AO/Out块和PIO发出以将目标值改变为50。网关的即时响应以DR(延迟响应)信号来回复。一秒后，在步骤4，相同的改变请求再次发给网关。在步骤6，网关随后将HART命令发给阀门(改变在阀门的阀门目标)，但没有接收到回复(写响应)，直到步骤9。但在步骤8，在原始控制命令中提供的到阀门的延迟时间后，在AO/READBACK值中反映改变请求，以在控制器的PID正反馈网络中用作隐含的阀门位置。在步骤11(响应于在步骤10再次发出控制命令)，由阀门返回到网关(步骤9)的目标阀门位置返回到PIO。此后，PID输出中新的改变在步骤12由PIO发出，全都如表VI中所示的。
作为假设，如果从网关到阀门的通信在步骤6后丢失，那么在一段时间后，阀门响应的丢失就会由网关检测到，并响应于下一个控制器写请求，会指示这个失败。这个失败随后会由AO/READBACK状态改变为Bad Communications(无效通信)来指示。通信的检测后的下一个控制器写于是被视为新的写请求。但AO/READBACK会继续显示Bad Com(无效通信)状态，直到响应于重复的改变请求而从阀门接收到响应。
在一般意义上，以上针对使用无线阀门的控制所述的控制器或PID修改也可以应用于使用有线阀门的PID控制器中，以便通过减少目标阀门位置中的变化的频率而使得阀门磨损最小。为了应对这种应用，非周期性通信功能可以包含到PID或IO功能块中，隐含的阀门位置可以基于输出到阀门的控制信号值。此外，用于确定计算的PID输出是否应传送到无线阀门的准则还可以包括或考虑计算的控制器输出改变的速率。在一些情况下，这个特点会允许更快的不可测量的过程干扰的反应。再进一步地，作为本文所述的非周期性控制通信功能的部分，滤波可以在应用本文所述的控制通信准则前应用于计算的控制输出。以确定是否应传送新的控制值。类似地，显示阀门位置中的变化的数量和总阀门行程的度量可以包含在控制系统中，例如在无线网关、无线阀门等中，以确定非周期性控制通信在减少目标阀门位置中变化的频率中的有效性。
作为一个普遍的问题，本文所述的控制技术的实践不限于与单输入、单输出PID控制例程(不可P、PI和PD例程)一起使用，而是可以应用于多个不同多输入和/或多输出控制方案中、级联控制方案或其他控制方案中。更一般地，本文所述的控制技术还可以应用于任何闭环的基于模型的控制例程的环境中(例如模型预测控制例程)，涉及使用或生成一个或多个过程输出变量，一个或多个过程输入变量或其他控制信号。
本文在广泛的意义上使用术语“现场设备”以包括多个设备或设备的组合(即，提供多个功能的设备，例如变送器/致动器混合)，以及执行控制系统中的功能的任何其他设备。在任何情况下，现场设备例如都可以包括输入设备(例如，诸如提供表示例如温度、压力、流速等的过程控制参数的状态、测量或其他信号的传感器和仪器的设备)，以及控制操作者或致动器，其响应于从控制器和/或诸如阀门、开关、流量控制设备等的其他现场设备接收的命令而执行操作。
应注意，本文所述的任何控制例程或模块可以具有以在多个设备上的分布式方式实施或执行的部分。结果，控制例程或模块可以具有由不同控制器、现场设备(例如智能现场设备)或其他设备或控制元件实施的部分，如果希望这样的话。类似地，本文描述为在过程控制系统内实施的任何控制例程或模块可以采取任何形式，包括软件、固件、硬件等。提供这种功能所涉及的任何设备或元件在本文通常可以称为“控制元件”，不管与之相关的软件、固件或硬件是否设置在过程控制系统内的控制器、现场设备或任何其他设备(或设备的集合)中。控制模块、例程或块可以是过程控制系统的任何部件或部分，例如包括例程、块或其任何元件，存储在任何计算机可读介质上以便在处理器上执行。这种控制模块、控制例程或其任何部分(例如块)可以由本文统称为控制元件的过程控制系统的任何元件或设备来实施或执行。控制例程可以是控制程序的模块或任何部分，例如子例程、子例程的部分(例如代码行)等，可以以任何所希望的软件格式来实施，例如使用面向对象编程、使用梯形逻辑、顺序功能图、功能方框图，或使用任何其他软件的编程语言或设计范式。类似地，控制例程可以硬编码到例如一个或多个EPROM、EEPROM、专用集成电路(ASIC)或任何其他硬件或固件元件中。在进一步地，控制例程可以使用任何设计工具来设计，包括图形设计工具或任何其他类型的软件/硬件/固件编程或设计工具。因此，本文所述的控制器11可以被配置为以任何希望的方式实施控制策略或控制例程。
可替换地或另外地，功能块可以存储在现场设备自身中并由它们实施，或者在过程控制系统的其他控制元件中，它们可以是利用Fieldbus设备的系统的情况。尽管本文总体上使用功能块控制策略来提供控制系统的说明，但该控制技术和系统也可以使用其他常规惯例来实施或设计，例如梯形逻辑、顺序功能图等，或者使用任何其他所希望的编程语言或范式。
在实施时，本文所述的任何软件可以存储在任何计算机可读存储器中，例如磁盘、激光盘、或其他储存介质、计算机或处理器的RAM或ROM、闪存等中。类似地，这个软件可以使用任何已知的或所希望的交付方法交付给用户、加工厂或操作员工作站，例如包括在计算机可读盘或其他便携式计算机储存机制上或者通过通信信道，例如电话线、互联网、万维网、其他局域网或广域网等。而且，这个软件可以无需调制或加密直接提供，或者可以在通过通信信道传送前使用任何适合的调制载波和/或加密技术调制和/或加密。
因而，尽管参考特定示例说明了本发明。但其意图仅是说明性的，并非对本发明的限制，对于本领域普通技术人员显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所述的控制技术做出改变、添加或删除。

Claims (14)

1.一种用于控制过程内的受控设备的过程控制器，包括：
处理器；
存储器；
过程控制例程，所述过程控制例程存储在所述存储器上，并且在多次迭代的每一次迭代期间在所述处理器上执行，以产生用于控制所述过程内的受控设备的控制信号值，并且其中，所述过程控制例程包括反馈型控制例程，其使用所述受控设备的属性作为反馈变量以生成所述控制信号值；以及
通信例程，所述通信例程存储在所述存储器上，并在多次迭代的一次或多次迭代期间在所述处理器上执行，以基于所述控制信号值将新的控制信号发送到所述受控设备，其中，所述新的控制信号包括用于所述受控设备的目标值和用于实施所述目标值的时间；
其中，在所述多次迭代的一次或多次迭代期间，所述过程控制例程假设所述受控设备以用于实施所述目标值的时间实施了所述目标值，而将所述受控设备的属性确定为所述反馈变量。
2.根据权利要求1所述的过程控制器，其中，所述过程控制例程在从所述受控设备接收到所述受控设备的测得属性值的指示前，假设所述受控设备以用于实施所述目标值的时间实施了所述目标值，而将所述受控设备的属性确定为所述反馈变量。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的过程控制器，其中，所述过程控制例程是比例、积分、微分型控制例程。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的过程控制器，其中，所述过程控制例程使用所述反馈变量来确定对所述控制信号值的复位贡献。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的过程控制器，其中，所述通信例程将所述新的控制信号经由无线通信链路发送到所述受控设备。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的过程控制器，其中，用于实施所述目标值的所述时间是偏移时间。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的过程控制器，其中，用于实施所述目标值的所述时间是绝对时间。
8.一种使用控制信号控制过程内的受控设备的方法，包括：
在过程控制器计算设备上实施控制例程的多次迭代，以在所述多次迭代的每一次迭代期间生成用于控制所述受控设备的控制信号值，进一步包括使用所述受控设备的属性作为反馈变量，以在所述控制例程的所述多次迭代的每一次迭代期间生成所述控制信号值；
生成用于所述多次迭代的一次或多次迭代的新的控制信号，其中，所述新的控制信号包括用于所述受控设备的目标值和用于实施所述目标值的时间；以及
将所述新的控制信号通过通信链路发送到所述受控设备；以及
进一步包括在所述控制例程的所述多次迭代的一次或多次迭代期间，假设所述受控设备以用于实施所述目标值的时间实施了所述目标值，而将所述受控设备的属性确定为所述反馈变量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，假设所述受控设备以用于实施所述目标值的时间实施了所述目标值，而将所述受控设备的属性确定为所述反馈变量包括：在所述过程控制器计算设备处，在从所述受控设备接收到所述受控设备的测得属性值的指示前，假设在所述多次迭代的至少一次迭代中所述受控设备以用于实施所述目标值的时间实施了所述目标值，而将所述受控设备的属性确定为所述反馈变量。
10.根据权利要求8-9中任意一项所述的方法，其中，实施控制例程包括实施比例、积分、微分型控制例程。
11.根据权利要求8-10中任意一项所述的方法，进一步包括使用所述反馈变量来确定对所述控制信号值的复位贡献。
12.根据权利要求8-11中任意一项所述的方法，其中，将所述新的控制信号通过通信链路发送到所述受控设备包括：经由无线通信链路发送所述新的控制信号。
13.根据权利要求8-12中任意一项所述的方法，其中，生成新的控制信号包括：生成用于实施所述目标值的、作为偏移时间的时间。
14.根据权利要求8-12中任意一项所述的方法，其中，生成新的控制信号包括：生成用于实施所述目标值的、作为绝对时间的时间。
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