CN1906553B - 使用缓冲滤波器操作阀门的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供使用缓冲滤波器操作阀门的方法、系统和计算机程序。所述方法、系统和计算机程序接收与阀门操作关联的过程变量信号。所述方法、系统和计算程序使用缓冲滤波器对过程变量信号滤波以产生滤波后的过程变量信号。缓冲滤波器在偏差中实现由缓冲滤波器使用的缓冲物。所述方法、系统和计算机程序至少部分地根据滤波后的过程变量信号产生用于调节阀门的输出信号。

Description

使用缓冲滤波器操作阀门的装置和方法

技术领域

本公开一般涉及过程控制系统，更具体地说，涉及使用缓冲滤波器操作阀门的装置和方法。

背景技术

通常使用过程控制系统来管理加工设备。与其它功能一道，这些控制系统常常管理加工设备中的阀门。阀门通常控制设备中材料的流量。加工设备的例子包括制造设备、化工设备、炼油厂和矿石处理设备。在这些设备中，阀门可以控制水、油、盐酸等等，或者添加材料的流量。

传统的过程控制系统利用一个或多个信号控制阀门的操作。一般地说，用来控制阀门的信号都受噪声或其它异常的影响。通常的过程控制系统使用低通滤波器对信号滤波。低通滤波器常常不能在不妨碍过程控制系统的性能的情况下从信号中清除大部分噪声或其它异常。保留在信号中的噪声或其它异常通常会使过程控制系统对阀门产生不必要的调节，这类调节可能增加阀门的磨损，从而减小阀门的工作寿命。

发明内容

本公开提供使用缓冲滤波器操作阀门的装置和方法。

在一个方面，本公开提供使用缓冲滤波器操作阀门的方法、系统和计算机程序。所述方法、系统和计算机程序接收与操作阀门关联的过程变量信号。所述方法、系统和计算机程序使用缓冲滤波器对过程变量信号滤波，以便产生滤波后的过程变量信号。所述缓冲滤波器在由该缓冲滤波器使用的偏差中实现缓冲值。所述方法、系统和计算机程序产生输出信号，所述输出信号用于至少部分地根据所述滤波后的过程变量信号调节阀门。

在一个特定方面，缓冲滤波器识别与过程变量信号的样值关联的偏差。所述偏差包括缓冲值和增量。所述缓冲滤波器还输出过程变量信号的前一个样值的预期值，所述过程变量信号的前一个样值的预期值与作为滤波后的过程变量信号的一部分的所述偏差的一部分组合。所述偏差的所述一部分至少部分地基于缓冲值大小。

根据本发明的一种装置，包括：

可以用来接收与阀门的操作关联的过程变量信号的输入端；以及

可以用来对所述过程变量信号滤波以便产生滤波后的过程变量信号的缓冲滤波器，所述缓冲滤波器在由所述缓冲滤波器使用的偏差中实现缓冲值，所述滤波后的过程变量信号用来产生用于调节所述阀门的输出信号；

其中所述缓冲滤波器可以用来通过考虑所述过程变量信号中的噪声和所述过程变量信号中的斜坡干扰中的至少一种来对所述过程变量信号滤波；

其中所述过程变量信号包括以下过程变量信号中的一种：(1)识别流出容器并流过管道的一种或多种材料的流率的过程变量信号；以及(2)识别所述容器中一种或多种材料的标高的过程变量信号。

根据本发明的一种方法，包括：

接收与阀门的操作关联的过程变量信号；

利用缓冲滤波器对所述过程变量信号滤波以便产生滤波后的过程变量信号，所述缓冲滤波器在由所述缓冲滤波器使用的偏差中实现缓冲值；以及

产生输出信号，所述输出信号用于至少部分地根据所述滤波后的过程变量信号调节所述阀门；

其中对所述过程变量信号滤波至少部分减小了所述过程变量信号中的噪声以及所述过程变量信号中的斜坡干扰中的至少一种；

其中所述过程变量信号包括以下各过程变量信号中的一种：(1)识别流出容器并流过管道的一种或多种材料的流率的过程变量信号；以及(2)识别所述容器中的一种或多种材料的标高的过程变量信号。

根据以下的附图、说明和权利要求书，本专业的于技术上技术人员可以容易地明白其它技术特征显。

附图说明

为了更完全地理解本公开，现在结合以下附图，参考以下描述进行说明，附图中：

图1图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器操作阀门的系统实例；

图2图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器操作一般系统的反馈环的表示实例；

图3A和3B图解说明根据本公开一个实施例的用于保持和释放缓冲滤波器中的缓冲值的机理实例；

图4A至4C图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器的效果实例；

图5图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器对信号滤波的方法实例；以及

图6图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器操作阀门的方法实例。

具体实施方式

图1图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器操作阀门的系统实例100。图1所示系统100只用于说明。可以在不脱离本公开范围的情况下使用系统100的其它实施例。

在图解说明的实例中，系统100包括存储一种或多种材料的容器(tank)102。容器102表示能够存储一种或多种材料的任何适当的结构。容器102中的材料增加到标高104，本例中的标高104近似为容器高的一半。为了识别容器102中材料的标高104，容器102应包括一个或多个传感器106。传感器106识别或估算容器102中材料的标高104。传感器106包括用于检测容器102中材料的标高104的任何结构、器件或装置。由于传感器106测量容器102中材料的标高104，所以所述一个或多个传感器106可以称为测量装置。

如图1所示，材料从第一管道108和第二管道110流入容器102，而材料通过第三管道112从容器102流出。管道108至112中的每一根都表示能方便传送一种或多种材料的任何合适的结构。管道108至112可以例如表示能方便地输送油、水、盐酸或任何其它材料或多种材料的钢制或塑料管道或软管。

在所述例子中，第一管道108允许材料通过阀门114流入容器102。阀门114控制一种材料或多种材料流入容器102的流率。阀门114可以例如改变管道108的开度，其中较大的阀门开度允许较多材料流过管道108。阀门114包括能控制通过管道108的一种或多种材料的流量的任何结构。

在所述图解说明的例子中，系统100应用包括测量装置116的反馈环路、控制器118和阀门调节器120来控制阀门114。测量装置116监测与流过管道112的材料关联的一种或多种特性。例如，测量装置116可以测量流过管道112的材料的流率。测量装置116可以监测流过管道112材料的任何其它或附加特性。测量装置116还把信号122输出到控制器118，其中信号122包括标识由测量装置116产生的测量结果的值。系统100的流率或其它监测特性可以称为过程变量，提供给控制器118的信号122可以称为过程变量信号。测量装置116包括能测量流过管道112的材料的至少一种特性的任何硬件、软件、固件或它们的组合。

控制器118控制系统100中的阀门114的打开和关闭。在所述图解说明的实施例中，控制器118利用由测量装置116提供的过程变量信号122和由传感器106输出的信号124控制阀门114。例如，控制器118可以调节阀门的开度，使得容器102中的材料的标高104保持在所需的标高或所需的标高附近。作为特定例子，控制器118利用信号122估算容器102流出的材料数量，并估算如何调节阀门114的开度，以便给容器102补充相应数量的材料。控制器118利用信号124确定标高104是否等于或近似等于所需标高，并识别什么时候可以从第二管道110给容器102输入材料。控制器118还产生包含输出值的输出信号(OP)126，所述输出值识别阀门114应该打开的程度。

在一些实施例中，控制器118应用模块128预测系统100的性能。模块128可以例如显示过程变量信号122、124的预期性能和与所述预期性能对应的输出信号126。当控制器118接收信号122、124的实际值时，控制器118咨询模块128并输出输出信号126的对应值。在其它实施例中，控制器118不利用模块128来产生输出信号126。控制器118包括用于控制阀门114的操作的任何硬件、软件、固件或它们的组合。

阀门调节器120利用输出信号126的值调节阀门的开度，或允许阀门114保持在它的当前位置上。例如，在一些实施例中，信号126的输出值表示阀门114所需的相对变化量。在这些实施例中，正值可能表示阀门114应该开得更大，负值可能表示阀门114应该关闭得更小，而零则可能表示不需调节。在其它实施例中，信号126的输出值可以表示阀门114的绝对位置。在这些实施例中，最小值，例如0可能表示阀门114应该完全关闭，最大值可能表示阀门114应该完全打开，而处于它们之间的值表示阀门114应该部分打开。阀门调节器120包括能打开和/或关闭阀门114的任何结构。

在所述例子中，控制器118要控制阀门114的操作，使容器102中的材料保持在所需的标高104或所需的标高104附近。但是，系统100中的各种异常通常会对控制器118如何操作产生影响。例如，容器102中的材料可能会膨胀或波动，这个或其它因素会在信号124中产生噪声。作为另一个例子，从第一管道108输送到容器102的材料数量和通过第三管道112从容器102输出的材料数量可以由控制器118标识，但是对于控制器118而言，从第二管道110进入容器102的材料可能不知道。这就可能出现，例如其中从第二管道110输入的材料表示加工设备中其它系统再循环的材料，在任意给定的时间里，再循环材料的数量是未知的。从第二管道110输入容器102的材料表示对容器102中的标高104的一种干扰，并称为”斜坡干扰(rampdisturbance)”.

噪声、斜坡干扰或其它异常都可能影响控制器118的操作方式。例如，控制器118可能响应噪声或斜坡干扰而试图调节阀门114。对阀门114的调节可能需要也可能不需要，而不需要的调节会增大阀门114的磨损，从而减小阀门114的工作寿命。

为了有助于减少对阀门114的不必要的调节，控制器118利用一个或多个缓冲滤波器130对一个或多个信号122、124进行滤波。被滤波的信号可以由控制器118通过一个或多个输入端132a-132b接收，所述输入端的每一个表示用于接收信号的任何合适的结构。传统的过程控制系统利用低通滤波器对信号滤波，而在不影响控制器性能的情况下，低通滤波器常常不能清除信号的很大噪声或其它异常。一般情况下，缓冲滤波器130能防止控制器118调节阀门114，一直到阀门114需要调节为止。这有助于保持控制器的性能。

缓冲滤波器130接收输入信号(例如信号122或124)并产生滤波输出信号(该滤波输出信号然后被控制器118利用)。为了对输入信号滤波，缓冲滤波器130接收输入信号的实际样值，并试图在输入信号中没有任何噪声、斜坡干扰或其它异常的情况下识别或估算所述样值。

对于输入信号的每一个样值，缓冲滤波器130识别实际样值和没有任何异常的情况下样值的估算值之间的差别。所述差别称为”偏差”。然后缓冲滤波器130确定包含在滤波后的输出信号中的偏差有多大。更具体地说，缓冲滤波器130在偏差计算中实现”缓冲值”。实际上，缓冲值降低了缓冲滤波器130包含在滤波输出信号中的偏差量。

缓冲滤波器130输出表示利用缓冲值调节后的总偏差的”校正偏差”或”偏差校正”，而不是输出总偏差。作为特定例子，对于确定的输入信号样值，缓冲值可能使缓冲滤波器130输出总偏差的90％。缓冲值被使用或保持，直到识别出输入信号的一致的信号方向为止。当识别出一致的信号方向后，就可以将缓冲值”释放”或不再用于偏差计算。这时，就利用总偏差，并由缓冲滤波器130输出。类似地，如果输入信号经常颠倒方向，那么可以保持缓冲值，这允许把缓冲值用来吸收信号中的一些或所有噪声。

在一些实施例中，总偏差可以利用以下方程式表示：

Bias(i)＝Bias_correction(i)+Bias_cushion(i)(1)

其中，Bias(i)表示样值i的总偏差，Bias_correction(i)表示样值i的校正偏差，而Bias_cushion(i)表示样值i的缓冲值偏差。所述方程式可以重写为：

Bias_correction(i)＝Bias(i)-Bias_cushion(i)(2)

这就说明包含在被滤波的输出信号中的偏差校正量实际等于总偏差减去缓冲滤波器130提供的缓冲值偏差。一旦获得一致的信号方向，Bias_cushion(i)的值可以减小或设置为0，此时就把缓冲值释放。

在一些实施例中，例如，当动态模块用于预测样值时，就可以利用以下方程式表示偏差：

$\mathrm{Bias}\left(i\right)=y\left(i\right)-(\hat{y}(i-1)+{\mathrm{dy}}_{\mathrm{pred}}\left(i\right))-{\mathrm{dy}}_{\mathrm{ramp}}\left(i\right)---\left(3\right)$

其中y(i)表示输入信号的第i个样值，表示y(i)的第(i-1)个预测的预期值，dy_pred(i)表示第i个预期样值和第(i-1)个预期样值之间的预测差值，而dy_ramp(i)表示由斜坡干扰引起的变化。可以利用模块128来识别dy_pred(i)和dy_ramp(i)值，或者在未使用模块128时dy_pred(i)和dy_ramp(i)被赋予零值。

利用方程式(3)，就可以利用以下公式来表示第i个样值的估算值：

$\hat{y}\left(i\right)=\hat{y}(i-1)+{\mathrm{Bias}}_{\mathrm{correction}}\left(i\right)$ (4)

$=\hat{y}(i-1)+(1-\mathrm{\λ})*\mathrm{Bias}\left(i\right)$

其中λ表示缓冲滤波器130的滤波常数。在特定的实施例中，λ的值在0和1之间。

上面示出的用于计算偏差的方程式(3)可以重写为以下形式：

$\mathrm{Bias}\left(i\right)=\{y(i-1)-\hat{y}(i-1)\}+\{\mathrm{dy}\left(i\right)-{\mathrm{dy}}_{\mathrm{pred}}\left(i\right)-{\mathrm{dy}}_{\mathrm{ramp}}\left(i\right)\}---\left(\left(5\right)\right)$

$=\left\{\mathrm{cushion}\right\}+\left\{\mathrm{increment}\right\}$

其中cushion表示由缓冲滤波器130实现的缓冲值，而increment表示被滤波的输入信号的样值中预期的变化和实际变化之间的失配。一般地说，如果输入信号遵守模块128或具有低噪声，就将导致较小的increment。如果输入信号与模块128不同或噪声更大，这就导致较大的increment。如下所述，cushiom和increment的值用于确定应该节省多少缓冲值，并把它用于对输入信号作进一步滤波。

虽然图1图解说明了利用缓冲滤波器130操作阀门的系统100的实例，但是可以对图1进行各种各样的改变。例如，控制器118可以控制操作任何数目的阀门114。同样，阀门114和阀门调节器120也可以构成单一的整体装置。此外，图1表示可以利用缓冲滤波器130的一种操作环境。在任何其它系统中可以利用缓冲滤波器130对任何其它信号进行滤波。

图2图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器操作一般系统的反馈环的表示法实例200。表示法200可以用于表示图1所示系统100或把缓冲滤波器用于对信号滤波的任何其它系统。图2所示的表示法200只用于说明。在不脱离本公开范围的情况下，可以使用控制系统的其它表示法。

在所述例子的实施例中，控制器218用来控制系统202。系统202表示用于接收输入信号204并根据输入信号204产生理想的输出信号206的任何合适的系统。系统202可以例如表示制造或其它加工系统、信号处理系统或任何其它合适的系统。在一些实施例中，控制器218利用模块228预测系统202的未来特性。在其它实施例中，控制器218未使用模块228。

在理想的情况下，控制器218可以利用理想的输出信号206控制系统202。事实上，理想的输出信号206常常被噪声208、斜坡干扰210或其它异常破坏，这导致实际输出信号212的产生。

如表示法200中所示，控制器218只能存取输出信号212，输出信号212会因噪声208或斜坡干扰210而改变。为了便于对系统202的更精确的控制，控制器218应包括缓冲滤波器230，缓冲滤波器230对实际输出信号212滤波。这有助于减小或消除噪声208和其它异常对控制器218的影响。在特定实施例中，缓冲滤波器230起上述方程式(1)-(5)的作用。控制器218通过输入端232接收信号212，而通过输出端234传送输出信号。

虽然图2图解说明了利用缓冲滤波器230操作一般系统202的反馈环的表示法200的一个例子，但是可以对图2作各种改变。例如，系统202的理想输出信号206可以只由噪声208和斜坡干扰210中的一个改变。同样，图2还表示可以利用缓冲滤波器230的一种操作环境。缓冲滤波器230可以在任何其它系统用于对任何其它信号滤波。作为一个特定例子，可以在其它地方而不是反馈环中利用缓冲滤波器230。

图3A和3B图解说明根据本公开一个实施例的用于保持和释放缓冲滤波器中的缓冲值的机理实例。为了便于说明，把图3A和3B所示的机理相对于图1的缓冲滤波器130进行说明。图2的缓冲滤波器230或任何其它合适的缓冲滤波器可以利用相同或相似的机理。

如图3A中所示，两个矢量302、304表示利用上述方程式(5)计算得到的两个可能的偏差校正。具体地说，矢量302、304是沿椭圆绘制的曲线，其中两根轴表示方程式(5)中所示的缓冲值和增量。椭圆沿增量轴达到最大值a，沿缓冲值轴达到最大值b。

一般地说，当表示偏差校正的矢量302与缓冲值轴更加平行时，就表明被滤波的信号具有更一致的信号方向。换句话说，被滤波的信号与模块128更一致或具有较小的噪声。由于信号变得更加一致，而矢量302接近缓冲值轴，这就表明缓冲值可以由缓冲滤波器130释放。这时，被滤波的信号的预期值和实际值之间变化较小，因而需要的缓冲值也较小。因此缓冲滤波器130可以利用较小的缓冲值或不利用缓冲值对信号滤波。

当表示偏差校正的矢量304与增量轴更加平行时，就表明被滤波的信号具有不太一致的信号方向。换句话说，被滤波的信号与模块128更不一致或具有较大的噪声。当信号不一致时，缓冲滤波器130保持缓冲值而不释放它。这时，缓冲滤波器130等待，以便观察不一致性是否是临时的，例如当它由噪声引起时。

在任一种情况下，缓冲滤波器130可以把被滤波的信号的全部或部分变化提供给控制器118。然后控制器118可以将阀门114的开度调节到与缓冲滤波器130接收到的变化一致。例如，当只利用部分变化时，控制器118就可以对阀门作较小的调节，而不是如滤波信号表明的作较大的调节。这时，缓冲滤波器130可以等待，并观察滤波信号中的不一致值是否是临时的(因而不需要调节阀门)。

在特定实施例中，缓冲滤波器130利用方向权重以便把滤波信号中的部分变化提供给控制器118。例如，矢量302、304表示在坐标轴原点开始到空间点(x，y)的矢量。利用图3A所示的椭圆权重，加给矢量的权重可以用下式确定：

Weight＝(x²+y²)^0.5                (6)

x＝α*sin(θ)                     (7)

y＝α*cos(θ)                     (8)

θ＝tan^-1(Cushion/Increment)。    (9)

可以把方程式(6)简化并表示为：

Weight＝[(a²*I²+b²*c²)/(I²+c²)]^0.5(10)

其中I表示增量，而c表示缓冲值。

可以如下通过修改方程式(3)把矢量的权重结合到偏差的计算中：

$\mathrm{Bias}\left(i\right)=\{y\left(i\right)-(\hat{y}(i-1)+{\mathrm{dy}}_{\mathrm{pred}}\left(i\right))-{\mathrm{dy}}_{\mathrm{ramp}}\left(i\right)\}/\mathrm{weight}---\left(11\right)$

其中weight表示用方程式(10)表示的矢量的权重。在所述例子中，被滤波信号的意想不到的变化将导致较大的权重，所述权重降低了Bias(i)值，因而降低了Bias_correction(i)值。利用方程式(1)，较小的偏差校正将导致使用较大的缓冲值。类似地，被滤波信号的预期的变化将导致较小的权重、增大Bias(i)值，因而增大Bias_correction(i)值并导致使用较小的缓冲值。

如图3B所示，缓冲滤波器130也可以利用菱形(diamondweighting)加权来调节偏差校正。在所述例子中，可以利用下式来计算矢量352、354的权重：

Weight＝(a*|I|+b*|c|)/(|I|+|c|)(12)

然后所述权重可以用于方程式(11)。

利用上述方程式工作的缓冲滤波器130可以提供比低通滤波器更好的噪声衰减。在图1的系统100中，性能更好的缓冲滤波器130可以导致对阀门114的调节较少，这有助于延长阀门114的工作寿命。缓冲滤波器130还可以支持椭圆加权和菱形加权之一或两者，并能通过选择a和b的值进行方便的调节。作为特定的例子，可以通过选择一般在3和10之间的a值和一般在0.75和1之间的b值来调节缓冲滤波器130。而且，可以由缓冲滤波器130利用滤波信号的单一样值来产生缓冲值。此外，缓冲滤波器130非常灵活，可以用于许多不同类型的应用中，通常也便于实现。

虽然图3A和3B说明了用于保持和释放缓冲滤波器中的缓冲值的机理的两个例子，但是可以对图3A和3B进行各种改变。例如，任何合适的机理都可以用于对矢量加。

图4A至4C图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器的效果实例。为了便于说明，描述了图4A至4C中所示的关于图1的缓冲滤波器130的效果。利用图2的缓冲滤波器230或其它合适的缓冲滤波器也可以看到相同的或相似的效果。

图4A把由低通滤波器执行的滤波和由缓冲滤波器执行的滤波进行了比较。具体地说，图4A示出被滤波的输入信号402。在所述例子中，输入信号402未保持一致的信号方向。代之以，输入信号402显示从一个极端值到另一个极端值的完全不同的正态随机噪声。图4A还示出低通滤波后的输入信号404和缓冲滤波后的输入信号406。低通滤波后的输入信号404表示用低通滤波器滤波后的输入信号402，而缓冲滤波后的输入信号406表示用缓冲滤波器130滤波后的输入信号402。在所述例子中，低通滤波后的输入信号404仍然有相当大的变化，而缓冲滤波后的输入信号406变化很小。

缓冲滤波后的输入信号406仍遵循原始输入信号402的一般特性。例如，当输入信号402一般变得较高时，缓冲滤波后的输入信号406也变得较高。类似地，当输入信号402一般变得较低时，缓冲滤波后的输入信号406也变得较低。但是缓冲滤波输入信号406的峰值和谷值都比原始输入信号402和低通滤波后的输入信号404低。

如果原始信号402表示由图1的控制器118应用的过程变量信号122、124，那么利用低通滤波器对输入信号402滤波仍然可能导致对阀门114的不必要的调节。这是因为低通滤波后的输入信号404仍然变化很大。相反，缓冲滤波后的输入信号406变化不大，因此，利用缓冲滤波后的输入信号406可以导致对阀门114的较少的调节。

图4B和4C中图解说明阀门控制器118中缓冲滤波器130的实际利用。在图4B中，绘制了过程变量信号452相对于由控制器118产生的相应的输出信号454的曲线，其中控制器118利用低通滤波器。如图4B所示，过程变量信号452变化很大，尤其是噪声和/或斜坡干扰已经破坏了过程变量信号452。根据过程变量信号452，如所看到的，控制器118通常利用输出信号454来调节阀门114。

相反，图4C示出相对于相应的输出信号484绘制成曲线的过程变量信号482，其中控制器118利用缓冲滤波器130。如图4C所示，过程变量信号482仍然变化很大，但是控制器118对阀门114的调节比图4B的少。这就表明，当用缓冲滤波器130代替低通滤波器时，阀门114的移动较小。在这个特定的实施例中，3个因素使阀门的移动减小了。减小阀门的移动有助于改善了通过管道108的流量并延长阀门114的寿命。

虽然图4A至4C说明了利用缓冲滤波器130的效果的例子，但是可以对图4A至4C作各种变化。例如，图4A至4C所示的各种曲线表示利用和未利用缓冲滤波器130的具体例子。这些曲线是用于说明的。其它缓冲滤波器可以用任何其它合适的方式起作用。

图5图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器对信号滤波的方法实例500。为了便于说明和解释，相对于工作在图1的系统100中的缓冲滤波器130来描述方法500。可以由任何合适的系统中的任何合适的缓冲滤波器使用方法500。

在步骤502，缓冲滤波器130接收被滤波的信号的实际样值。所述过程可以包括例如缓冲滤波器130接收过程变量信号122、124或任何其它被滤波的信号的样值。在步骤504，缓冲滤波器130确定样值的估算值或预期值。这可以包括，例如，缓冲滤波器130利用模块128来估算样值。如果没有模块128可利用，那么，这个过程可以包括缓冲滤波器130利用被滤波的信号的前一个样值(如果有的话)作为所述估算值。

在步骤506，缓冲滤波器130识别与样值关联的差值或偏差。这可以包括例如缓冲滤波器130利用上述方程式(5)通过识别缓冲值和增量来识别偏差。

在步骤508，缓冲滤波器130确定与偏差关联的权重。这可以包括例如缓冲滤波器130利用椭圆、菱形或其它权重机理来确定与偏差关联的权重。

在步骤510，缓冲滤波器130利用识别的权重来识别包含在输出信号中的偏差量。这可以包括例如缓冲滤波器130把识别的偏差除以权重以便产生如方程式(11)所示的修改的偏差。

在步骤512，缓冲滤波器130输出与样值对应的值。这可以包括例如缓冲滤波器130输出与偏差的一小部分(如果权重很大)组合或与偏差的大部分(如果权重很小)组合的样值的估算值。

如果将接收附加的样值，那么，缓冲滤波器130就返回步骤502以便接收和处理新样值。否则，缓冲滤波器130完成对信号的滤波，方法500结束。

在特定实施例中，在第一次经历方法500期间，在步骤506中计算样值时缓冲滤波器130可能没有前一个样值的估算值可以利用。由于没有前一个样值的估算值可以利用，缓冲滤波器130可以假设在步骤506没有缓冲值。这个过程可以称为初始化。然后，缓冲滤波器130可以在步骤506识别缓冲值和增量，然后缓冲滤波器130正常运行。这样，缓冲滤波器130比被滤波的信号落后一个样值，因而缓冲滤波器130利用一个样值产生缓冲值。

虽然图5说明了用于对信号滤波的方法500的一个例子，但是可以对图5作各种改变。例如，缓冲滤波器130可以在接收实际样值之前估算样值的值。

图6图解说明根据本公开一个实施例的利用缓冲滤波器操作阀门的方法实例600。为了便于说明和解释，相对于图1的系统100中的控制器118来描述方法600。方法600可以由任何合适的系统中的任何合适的控制器用来控制一个或多个阀门。

在步骤602，控制器118接收一个或多个过程变量信号。这可以包括例如控制器118接收识别通过管道的材料流率的过程变量信号122。这也可能包括控制器118接收识别容器102中材料标高的过程变量信号124。

在步骤604，控制器118利用至少一个缓冲滤波器130对一个或多个过程变量信号进行滤波。这可以包括例如缓冲滤波器130利用图5所示的方法500对过程变量信号122、124中的一个或多个进行滤波。

在步骤606，控制器118确定如何利用一个或多个滤波后的过程变量信号调节阀门114。这可以包括例如控制器118咨询模块128并识别模块128中与滤波后的过程变量信号122、124对应的值。

在步骤608，控制器118输出表示应该如何调节阀门114的值。这可以包括例如控制器118把输出信号126输出到阀门调节器120。输出信号126包含由阀门调节器120用于调节阀门114的一个或多个输出值。

虽然图6说明了利用缓冲滤波器操作阀门的方法600的一个例子，但是可以对图6作各种改变。例如，方法600可以表示一个重复的过程，其中，控制器118重复执行方法600中的步骤。

陈述本专利文件中使用的某些词和短语的定义可能是有利的。术语”包括”和”包含”及派生出来的相关术语表示没有限制的内含物。术语”或”为逻辑”或”，含义为和/或。短语”与...关联的”和”与此有关”及派生出来的相关术语可以表示包括、被包括在内、与...互连、包含、被包含在...内、连接到或与...连接、耦合到或与...耦合、可以与...通信、与...合作、交错、并列、与...接近、必定、具有、具有...特性等。术语”控制器”表示控制至少一种操作的任何装置、系统或其中的一部分。控制器可以以硬件、固件、软件或至少上述两种的一些组合实现。与任何特定控制器关联的功能可以是集中的或分布式的、本地的或远程的。

虽然本公开描述了某些实施例和一般的相关方法，但是对于本专业的技术人员来说这些实施例和方法的交错和置换将是显而易见的。因此，上述例子的实施例的说明并没有界定或限制本公开。如以下的权利要求书规定的那样，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，也能进行其它变化、替换和修改。

Claims (10)

1.一种用于操作阀门的装置(118)，包括：

适合于接收与阀门(114)的操作关联的过程变量信号(122，124)的输入端(132a，132b)；以及

适合于对所述过程变量信号滤波以便产生滤波后的过程变量信号的滤波器(130)，所述滤波器确定偏差值，所述滤波后的过程变量信号用来产生用于调节所述阀门的输出信号(126)；

其特征在于，

所述偏差值是接收到的过程变量信号与预期的过程变量信号之间的差，以及所述偏差值表示在所述过程变量信号中的噪声和所述过程变量信号中的斜坡干扰中的至少一种；以及

所述滤波器确定在产生的滤波后的过程变量信号中的偏差值的量，以及所述滤波器在所述偏差值中实现缓冲，所述的缓冲减少了在滤波后的处理变量信号中使用的所述偏差值的量。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述滤波器(130)适合于利用以下方式对所述过程变量信号(122，124)滤波：

识别与所述过程变量信号的样值关联的所述偏差值，所述偏差值被分成缓冲分量和增量分量；以及

输出与所述偏差值的一部分组合的所述过程变量信号的前一个样值的预期值，所述偏差值的所述一部分至少部分地基于所述缓冲分量的大小。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述滤波器(130)利用从模块(128)获得的所述过程变量信号(122，124)的预期值的样值来确定所述偏差值。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述模块(128)识别所述过程变量信号(122，124)的预期的特性。

5.如权利要求1所述的装置，其中：

所述装置包括两个输入端(132a，132b)，每一个输入端适合于接收不同的过程变量信号(122，124)；

所述阀门(114)控制流入容器(102)中的材料的流量；以及

所述输出信号(126)适合于控制所述阀门，使得所述容器中的材料的标高(104)至少保持在所需的标高附近。

6.如权利要求5所述的装置，其中：

所述滤波器(130)适合于对识别所述容器中材料的标高的过程变量信号(124)滤波；以及

识别标高的所述过程变量信号受到斜坡干扰的影响，所述斜坡干扰是由流入所述容器中未知数量的一种或多种材料引起的。

7.一种用于操作阀门的方法(500)，包括：

接收(502)与阀门的操作相关联的过程变量信号；

利用滤波器对所述过程变量信号滤波(504-510)，以便产生滤波后的过程变量信号，所述滤波器确定偏差值，所述偏差值是接收到的过程变量信号和预期的过程变量信号之间的差，以及所述偏差值表示在所述过程变量信号中的噪声和所述过程变量信号中的斜坡干扰中的至少一种；所述滤波器确定在产生的滤波后的过程变量信号中的偏差值的量，以及所述滤波器在所述偏差值中实现缓冲，所述的缓冲减少了在所述滤波后的过程变量信号中使用的所述偏差值的量；以及

产生(512)输出信号(126)以便至少部分基于所述滤波后的过程变量信号调节所述阀门。

8.如权利要求7所述的方法，其中对所述过程变量信号(122，124)滤波包括：

识别(506)与所述过程变量信号的样值相关联的所述偏差值，所述偏差值被分成缓冲分量和增量分量；以及

输出(512)与所述偏差值的一部分组合的所述过程变量信号的前一个样值的预期值，所述偏差值的所述一部分至少部分地基于所述缓冲分量的大小。

9.如权利要求7所述的方法，其中：

对所述过程变量信号(122，124)滤波包括使用从模块(128)获得的所述过程变量信号的预期值的样值确定所述偏差值；

所述模块识别所述过程变量信号的预期特性。

10.如权利要求9所述的方法，其中：

接收(502)过程变量信号(122，124)包括接收两种不同过程变量信号；

所述阀门(114)控制流入所述容器中的材料的流量；

所述输出信号(126)控制所述阀门，使得所述容器中材料的标高至少保持在所需的标高附近；以及

对所述过程变量信号滤波包括对识别所述容器中的材料的所述标高的所述过程变量信号(124)滤波，识别所述标高的所述过程变量信号受到斜坡干扰的影响，所述斜坡干扰是由流入所述容器中的未知量的一种或多种材料引起的。

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