JP2021073629A - Control based on speed in controller to be updated non-periodically, method for controlling process, and process controller - Google Patents

Control based on speed in controller to be updated non-periodically, method for controlling process, and process controller Download PDF

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Abstract

To control a process by using a process variable measurement value that is received at a low speed or non-periodically.SOLUTION: In order to generate a control signal on a computer processing device, the process includes using the computer processing device to generate integration feedback contribution for use in generating the control signal during each repetition of a control routine, using a repetition filter in order to determine a current integration feedback contribution value to the current repetition of the control routine from a precedent feedback integration feedback contribution value of the control routine and the value of the control signal during each of the plurality of repetitions, using the current integration feedback contribution during each controller repetition for receiving a new process response instruction, and not using the current integration feedback contribution in order to generate the control signal during controller repetition for not receiving a new process response instruction to the control signal.SELECTED DRAWING: Figure 4A

Description

本特許は、非周期的制御または低速のフィードバックプロセス変数通信を使用する、プロセス制御システムにおける速度に基づく制御を提供するための方法及びシステムの補償に関し、より具体的には、プロセス動力学と比較して低速なレートでプロセス変数フィードバックを受信するときに、制御を実施するときのプロセスをロバストに制御するように構成されるデバイス及び方法に関する。 The present patent relates to methods and system compensation for providing speed-based control in process control systems using aperiodic control or slow feedback process variable communication, more specifically in comparison with process dynamics. With respect to devices and methods configured to robustly control the process in performing control when receiving process variable feedback at a slow rate.

化学、石油、または他のプロセスで使用されるような分散型または拡張可能なプロセス制御システムなどのプロセス制御システムは、典型的に、アナログバス、デジタルバス、またはアナログ及びデジタルを組み合わせたバスを介して、相互に、少なくとも1つのホストまたはオペレータワークステーションに、及び1つ以上のフィールドデバイスに通信可能に連結される、1つ以上のプロセスコントローラを含む。例えば、弁、弁ポジショナ、スイッチ、及び送信機(例えば、温度、圧力、及び流量センサ)であり得るフィールドデバイスは、弁を開くまたは閉じること、及びプロセスパラメータを測定することなどのプロセス内の機能を行う。プロセスコントローラは、フィールドデバイスによって作成されるプロセス測定値及び/またはフィールドデバイスに関する他の情報を示す信号を受信し、この情報を使用して、制御ルーチンを実施して制御信号を発生させ、該制御信号は、プロセスの動作を制御するために、バスを通じてフィールドデバイスに送信される。フィールドデバイス及びコントローラからの情報は、典型的に、オペレータワークステーションによって実行される1つ以上のアプリケーションが利用することができる。オペレータが、プロセスの現在の状態を確認すること、プロセスの動作を修正することなどの、プロセスに関する任意の所望の機能を行うことを可能にする。 Process control systems, such as distributed or extensible process control systems such as those used in chemical, petroleum, or other processes, typically go through analog buses, digital buses, or a combination of analog and digital buses. Includes one or more process controllers that are communicably linked to each other to at least one host or operator workstation and to one or more field devices. Field devices that can be, for example, valves, valve positioners, switches, and transmitters (eg, temperature, pressure, and flow sensors) are functions within the process such as opening or closing valves and measuring process parameters. I do. The process controller receives a signal indicating process measurements and / or other information about the field device created by the field device and uses this information to perform a control routine to generate a control signal and control the control. The signal is sent over the bus to the field device to control the operation of the process. Information from field devices and controllers is typically available to one or more applications run by operator workstations. Allows the operator to perform any desired function on the process, such as checking the current state of the process or modifying the behavior of the process.

Emerson Process Managementによって販売されるDeltaV(登録商標)システムなどの、いくつかのプロセス制御システムは、コントローラまたは異なるフィールドデバイスに位置する、モジュールと称される機能ブロックまたは一群の機能ブロックを使用して、制御動作及び/または監視動作を行う。これらの事例において、コントローラまたは他のデバイスは、1つ以上の機能ブロックまたはモジュールを含み、かつ実行することができ、そのそれぞれが、他の機能ブロック(同じデバイス内または異なるデバイス内のいずれか)からの入力を受信し、及び/または他の機能ブロックに出力を提供し、プロセスパラメータの測定若しくは検出、デバイスの監視、デバイスの制御、または比例−積分−微分(PID)制御ルーチンの実施などの制御動作の実行などの、何らかのプロセス動作を行う。プロセス制御システム内の異なる機能ブロック及びモジュールは、全般的に、(例えば、バスを通じて)互いに通信して、1つ以上のプロセス制御ループを形成するように構成される。 Some process control systems, such as the DeltaV® system sold by Emerson Process Management, use functional blocks called modules or groups of functional blocks located in controllers or different field devices. Perform control and / or monitoring operations. In these cases, the controller or other device may include and execute one or more functional blocks or modules, each of which is another functional block (either within the same device or within a different device). Receives input from and / or provides output to other functional blocks, such as measuring or detecting process parameters, monitoring devices, controlling devices, or performing proportional-integral-differential (PID) control routines. Perform some process operation, such as executing a control operation. Different functional blocks and modules within a process control system are generally configured to communicate with each other (eg, through a bus) to form one or more process control loops.

プロセスコントローラは、典型的に、プロセスに関して定義されるか、または、フロー制御ループ、温度制御ループ、圧力制御ループなどのプロセス内に含まれる、多数の異なるループの各々に対して、異なるアルゴリズム、サブルーチン、または制御ループ(これらは全て制御ルーチンである)を実行するようにプログラムされる。全般的に言えば、そのような各制御ループは、アナログ入力(AI)機能ブロックなどの1つ以上の入力ブロック、比例−積分−微分(PID)またはファジー論理制御ブロックなどの単一出力の制御ブロック、及びアナログ出力(AO)機能ブロックなどの出力ブロックを含む。制御ルーチン、及びそのようなルーチンを実施する機能ブロックは、PID制御、ファジー論理制御、及びスミス予測器またはモデル予測制御(MPC)などのモデルベースの技法を含む多数の制御技法、に従って構成されている。 A process controller is typically defined for a process or contains different algorithms, subroutines for each of a number of different loops, such as flow control loops, temperature control loops, pressure control loops, etc. , Or are programmed to execute control loops (these are all control routines). Generally speaking, each such control loop controls one or more input blocks, such as analog input (AI) functional blocks, and a single output, such as proportional-integral-differential (PID) or fuzzy logic control blocks. Includes blocks and output blocks such as analog output (AO) functional blocks. Control routines, and functional blocks that perform such routines, are constructed according to a number of control techniques, including PID control, fuzzy logic control, and model-based techniques such as Smith Predictor or Model Prediction Control (MPC). There is.

ルーチンの実行をサポートするために、典型的な工業プラントまたはプロセスプラントは、1つ以上のプロセスコントローラ及びプロセスI/Oサブシステムと通信可能に接続される集中制御室を有し、プロセスコントローラ及びプロセスI/Oサブシステムは、1つ以上のフィールドデバイスに接続される。伝統的に、アナログフィールドデバイスは、信号伝送及び電力供給の双方のための二線式または四線式の電流ループによってコントローラに接続されている。制御室に信号を伝送するアナログフィールドデバイス(例えば、センサまたは電送機)は、電流が検知プロセス変数に比例するように、電流ループを流れる電流を変調する。一方で、制御室の制御下でアクションを行うアナログフィールドデバイスは、ループを通る電流の大きさによって制御される。 To support routine execution, a typical industrial or process plant has a centralized control room communicatively connected to one or more process controllers and process I / O subsystems, process controllers and processes. The I / O subsystem is connected to one or more field devices. Traditionally, analog field devices are connected to the controller by two-wire or four-wire current loops for both signal transmission and power supply. An analog field device (eg, a sensor or transmitter) that transmits a signal to the control room modulates the current through the current loop so that the current is proportional to the detection process variable. On the other hand, an analog field device that performs an action under the control of a control room is controlled by the magnitude of the current passing through the loop.

データ転送量の増加に伴って、プロセス制御システム設計の1つの特に重要な態様は、フィールドデバイスが、プロセス制御システムまたはプロセスプラント内のコントローラに、及び他のシステムまたはデバイスに互いに通信可能に連結される様式を含む。全般に、フィールドデバイスがプロセス制御システム内で機能することを可能にする様々な通信チャネル、リンク、及び経路は、一般的に、集合的に入力/出力(I/O)通信ネットワークと称される。 With increasing data transfer volumes, one particularly important aspect of process control system design is that field devices are communicatively coupled to the process control system or controllers in the process plant and to other systems or devices. Includes styles. In general, the various communication channels, links, and routes that allow field devices to function within a process control system are commonly referred to collectively as input / output (I / O) communication networks. ..

I/O通信ネットワークを実施するために使用される通信ネットワークトポロジー及び物理的な接続または経路は、特にネットワークが有害な環境要因または厳しい条件を受けるときに、フィールドデバイス通信のロバスト性または健全性にかなりの影響を及ぼすことがあり得る。これらの要因及び条件は、1つ以上のフィールドデバイス、コントローラなどの間の通信の健全性を損ない得る。コントローラとフィールドデバイスとの間の通信は、監視アプリケーションまたは制御ルーチンが、典型的に、ルーチンの各繰り返しに対するプロセス変数の周期的な更新を必要とするので、任意のそのような途絶に特に敏感である。したがって、損なわれた制御通信は、プロセス制御システムの効率性及び/または利益性の低下、及び過剰な摩耗または装置に対する損傷、並びに任意の数の潜在的に有害な故障をもたらし得る。 The communication network topology and physical connections or routes used to implement an I / O communication network can be robust or sound in field device communication, especially when the network is subject to harmful environmental factors or harsh conditions. It can have a significant impact. These factors and conditions can compromise the integrity of communication between one or more field devices, controllers, and the like. Communication between the controller and the field device is particularly sensitive to any such disruption, as the monitoring application or control routine typically requires periodic updates of process variables for each iteration of the routine. is there. Therefore, impaired control communications can result in reduced efficiency and / or profitability of process control systems, and excessive wear or damage to equipment, as well as any number of potentially harmful failures.

ロバストな通信を保証するために、プロセス制御システムで使用するI/O通信ネットワークは、歴史的にハードワイヤードである。残念なことに、ハードワイヤードネットワークは、数多くの複雑性、課題、及び制限を導入する。例えば、ハードワイヤードネットワークの品質は、時間とともに劣化し得る。更に、特に、I/O通信ネットワークが、例えば数エーカーの土地を費やす精油所または化学プラントといった広い面積にわたって分散される大規模な工業プラントまたは施設と関連付けられる場合に、ハードワイヤードI/O通信ネットワークは、典型的に、設置に費用がかかる。必要な長い配線取り付けは、典型的に、かなりの労働力、材料、及び費用を伴い、また、配線インピーダンス及び電磁妨害から生じる信号劣化を導入する場合がある。これらの及び他の理由により、ハードワイヤードI/O通信ネットワークは、全般的に、再構成、修正、または更新することが困難である。 The I / O communication networks used in process control systems to ensure robust communication have historically been hard-wired. Unfortunately, hard-wired networks introduce a number of complications, challenges, and limitations. For example, the quality of hard-wired networks can deteriorate over time. Further, hard-wired I / O communication networks, especially when the I / O communication network is associated with large industrial plants or facilities distributed over a large area, such as refineries or chemical plants that consume several acres of land. Is typically expensive to install. The required long wiring installation typically involves considerable labor, material, and cost, and may also introduce signal degradation resulting from wiring impedance and electromagnetic interference. For these and other reasons, hardwired I / O communication networks are generally difficult to reconfigure, modify, or update.

無線I/O通信ネットワークを使用して、ハードワイヤードI/O通信ネットワークと関連付けられる問題点のいくつかを軽減することが提案されてきた。例えば、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許出願公開第2003/0043052号、名称「Apparatus for Providing Redundant Wireless Access to Field Devices in a Distributed Control System」は、ハードワイヤード通信の使用を増やす、または補うために無線通信を利用するシステムを開示している。 It has been proposed to use wireless I / O communication networks to mitigate some of the problems associated with hardwired I / O communication networks. For example, US Patent Application Publication No. 2003/0043052, entitled "Apparatus for Providing Redundant Wireless Access to Field Devices in a Distributed Control System," which is expressly incorporated herein by reference in its entirety. Discloses systems that utilize wireless communication to increase or supplement the use of.

制御関連の伝送のための無線通信に対する依存は、数ある中でも信頼性が懸念されるため、伝統的に制限される。上で説明されるように、最新の監視アプリケーション及びプロセス制御は、最適な制御レベルを達成するために、コントローラとフィールドデバイスとの間の信頼性のあるデータ通信に依存する。更に、典型的なコントローラは、そのプロセスにおいて望ましくない偏差を迅速に修正するために、高速で制御アルゴリズムを実行する。望ましくない環境要因または他の悪条件は、監視及び制御アルゴリズムのそのような実行をサポートするために必要な高速通信を妨害または阻止する間欠的干渉を生じさせる場合がある。幸運にも、無線ネットワークは、過去20年にわたってはるかにロバストになり、いくつかのタイプのプロセス制御システムにおいて無線通信の信頼性のある使用を可能にしてきた。 Dependence on radio communications for control-related transmissions is traditionally limited due to reliability concerns, among other things. As explained above, modern surveillance applications and process controls rely on reliable data communication between the controller and field devices to achieve optimal control levels. In addition, typical controllers run control algorithms at high speed to quickly correct unwanted deviations in the process. Undesirable environmental factors or other adverse conditions can cause intermittent interference that interferes with or interferes with the high speed communications required to support such execution of monitoring and control algorithms. Fortunately, wireless networks have become much more robust over the last two decades, enabling the reliable use of wireless communications in several types of process control systems.

しかし、電力消費は、依然として、プロセス制御アプリケーションで無線通信を使用するときの、複雑化要因である。無線フィールドデバイスがI/Oネットワークから物理的に分離されるので、フィールドデバイスは、典型的に、それ自体の電力源を提供する必要がある。故に、フィールドデバイスは、バッテリ式とするか、太陽エネルギーを引き出すか、または振動、熱、圧力などの環境エネルギーを取り出すことができる。これらのデバイスにとって、データ伝送のために消費されるエネルギーは、総エネルギー消費のかなりの部分を占める場合がある。実際に、測定されているプロセス変数を検知または検出するためになされるステップなどのフィールドデバイスによって行われる他の重要な動作中よりも、無線通信接続を確立し、維持するプロセス中のほうが、より多くの電力を消費する場合がある。無線プロセス制御システムの電力消費を低減させ、したがって、バッテリ寿命を延ばすために、センサなどのフィールドデバイスが非周期的な、低速の、または間欠的な様式でコントローラと通信する無線プロセス制御システムを実施することが提案されてきた。1つの事例において、フィールドデバイスは、プロセス変数のかなりの変化が検出され、コントローラと非周期的通信につながるときにだけ、コントローラと通信、またはコントローラに対してプロセス変数の測定値を送信することができる。 However, power consumption remains a complicating factor when using wireless communications in process control applications. Since the wireless field device is physically separated from the I / O network, the field device typically needs to provide its own power source. Therefore, the field device can be battery-powered, draw solar energy, or take out environmental energy such as vibration, heat, and pressure. For these devices, the energy consumed for data transmission can account for a significant portion of the total energy consumption. In fact, it is more during the process of establishing and maintaining a wireless communication connection than during other important operations performed by the field device, such as the steps taken to detect or detect the process variable being measured. It may consume a lot of power. Implemented a wireless process control system in which field devices such as sensors communicate with the controller in an aperiodic, slow, or intermittent manner to reduce the power consumption of the wireless process control system and thus extend battery life. It has been proposed to do. In one case, the field device may communicate with the controller or send a measurement of the process variable to the controller only when a significant change in the process variable is detected and leads to aperiodic communication with the controller. it can.

非周期的プロセス変数測定値更新を取り扱うために開発された1つの制御技法は、低頻度なまたは非周期的な測定値更新の間にコントローラによって生成される制御信号に対して予想されるプロセス応答の指示を提供し、維持する制御システムを使用する。予想されるプロセス応答は、所与の測定値更新のための制御信号に対して予想されるプロセス応答を算出する数学的モデルによって開発することができる。この技法の一例は、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許第7,587,252号、名称「Non−Periodic Control Communications in Wireless and Other Process Control Systems」で説明されている。具体的には、この特許は、非周期的プロセス変数測定値更新を受信すると、制御信号に対して予想されるプロセス応答の指示を生成し、次の非周期的プロセス変数測定値更新の到着まで、予想されるプロセス応答の生成された指示を維持するフィルタを有する、制御システムを開示している。別の例として、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許第7,620,460号、名称「Process Control With Unreliable Communications」は、制御信号に対して予想される応答の指示を提供するが、最後の非周期的測定値更新以来経過した時間の測定値を組み込んで、予想されるプロセス応答のより正確な指示を生成するために、フィルタを更に修正するフィルタを含む、システムを開示する。 One control technique developed to handle aperiodic process variable measurement updates is the expected process response to control signals generated by the controller during infrequent or aperiodic measurement updates. Use a control system that provides and maintains instructions for. The expected process response can be developed by a mathematical model that calculates the expected process response for a control signal for a given measurement update. An example of this technique is described in US Pat. No. 7,587,252, entitled "Non-Periodic Control Communications in Wireless and Other Process Control Systems," the entire disclosure of which is expressly incorporated herein by reference. ing. Specifically, this patent, upon receiving an aperiodic process variable measurement update, generates an indication of the expected process response to the control signal until the arrival of the next aperiodic process variable measurement update. Discloses a control system with a filter that maintains the generated instructions of the expected process response. As another example, US Pat. No. 7,620,460, the name "Process Control With Unreliable Communications," whose entire disclosure is expressly incorporated herein by reference, is an expected response to a control signal. Provides instructions for, but includes filters that further modify the filter to generate more accurate indications of the expected process response by incorporating measurements of the time elapsed since the last aperiodic measurement update. , Disclosure the system.

しかしながら、多くの制御アプリケーションにおいて、プロセス制御システムは、プロセス動作中に、設定点変化を受信する場合がある。全般的に、周期的に更新される制御システム(例えば、ハードワイヤード制御通信システム)の実行中に、設定点が変化したときに、設定点と測定されたプロセス変数との間のエラーに対する比例アクションを行うように設計されるコントローラは、新しい定常状態値に向かってプロセス変数を駆動するために、コントローラ出力を直ちに変化させる。しかしながら、上述の双方の例において説明されるように動作する、低頻度で非周期的な測定値更新を受信する無線制御システムにおいて、各新しい測定値更新によって反映される、測定されたプロセス応答は、最後の測定値更新を受信した後しばらくして行われる設定点変化によって生じる出力の変化に加えて、最後の測定値更新のために取り込まれるコントローラ出力において行われる変化を反映する。この事例において、(米国特許第7,620,460号で説明されるように)コントローラ出力、及び最後の測定値更新以来の時間に基づいてコントローラのリセット成分を算出することは、最後の測定値更新の後に行われる変化を過剰に補償する場合がある。したがって、設定点変化に対するプロセス応答は、最後の測定値更新の後に設定点変化がいつ行われたかに基づいて、異なる場合がある。結果として、このシステムは、コントローラが設定点の変化後に制御信号を発生させるときに、以前に発生させた(及び現在古くなった)予想される応答の指示に依存し続けるので、設定点変化に対して迅速に、またはロバストに応答しない。この問題を解決するために、その開示全体が参照により明示的に組み込まれる、米国特許出願公開第2013/0184837号、名称「Compensating for Setpoint Changes in a Non−Periodically Updated Controller」は、いかなる新しいプロセス変数測定値も受信しない時間中に、制御された変数の動作を追跡するために、コントローラ内のフィードバックループにおいて連続的に更新されるフィルタを使用し、また、コントローラで新しいプロセス変数測定値を受信したときに、このコントローラの出力を使用するが、別様には、プロセス変数の測定値を受信して制御信号を発生させた最も近時からのフィルタの出力を使用する、システムを開示している。このシステムにおいて、発生させた制御信号は、プロセス変数の測定値を受信する時間の間にプロセス変数の設定点が変化したときに、より良好に応答し、より良好に動作する。 However, in many control applications, the process control system may receive setpoint changes during process operation. In general, during the execution of a periodically updated control system (eg, a hard-wired control communication system), when a set point changes, a proportional action against an error between the set point and the measured process variable. A controller designed to do so immediately changes the controller output to drive process variables towards new steady-state values. However, in a radio control system that receives infrequent and aperiodic measurement updates, operating as described in both examples above, the measured process response reflected by each new measurement update is , Reflects the changes made in the controller output captured for the last reading update, in addition to the output changes caused by the setpoint changes made shortly after receiving the last reading update. In this case, calculating the controller reset component based on the controller output (as described in US Pat. No. 7,620,460) and the time since the last measurement update is the last measurement. It may overcompensate for changes that occur after the update. Therefore, the process response to a set point change may differ based on when the set point change took place after the last measurement update. As a result, when the controller generates a control signal after a setpoint change, it continues to rely on the previously generated (and now out of date) expected response instructions, so that the setpoint changes. On the other hand, it does not respond quickly or robustly. To solve this problem, the entire disclosure is explicitly incorporated by reference, US Patent Application Publication No. 2013/0184837, entitled "Compensating for System Changes in a Non-Periodically Updated Controller", any new process variable. A filter that is continuously updated in the feedback loop in the controller was used to track the behavior of the controlled variables during the time when no measurements were received, and the controller received new process variable measurements. Sometimes we use the output of this controller, but otherwise we disclose a system that uses the output of the most recent filter that received the measured values of the process variables and generated the control signal. .. In this system, the generated control signal responds better and operates better when the set point of the process variable changes during the time it takes to receive the measured value of the process variable.

更に、バッテリ駆動の送信機を無線制御システムにおいて使用するときには、長時間のバッテリ寿命を維持するようにシステムをセットアップすることが望ましい。例えば、現在の送信機及びバッテリ技術を使用して3〜5年のバッテリ寿命を得るためには、全般的に、8秒以上の通信更新レートを使用することが必要である。しかしながら、プロセスの制御を維持するために、プロセスの応答時間と関連付けられるレートの少なくとも4倍の時間(すなわち、プロセス応答時間の逆数)であるレートで受信するプロセスフィードバック測定値をそれでも有することが重要であるので、そのような低速の更新レートを使用することは、30秒以上のプロセス応答時間を有するプロセスに対するPID(比例−積分−微分)に基づく無線制御の使用を制限する。 In addition, when using battery-powered transmitters in wireless control systems, it is desirable to set up the system to maintain long battery life. For example, in order to obtain a battery life of 3-5 years using current transmitter and battery technology, it is generally necessary to use a communication update rate of 8 seconds or higher. However, in order to maintain control of the process, it is still important to have process feedback measurements received at a rate that is at least four times the rate associated with the process response time (ie, the inverse of the process response time). Therefore, using such a slow update rate limits the use of PID (proportional-integration-differential) -based radio control for processes with process response times of 30 seconds or more.

なお更に、移動するべき最終的な位置を示す、弁または他の被制御要素に提供される位置出力、例えば4〜20maの信号またはデジタル信号を生成することを使用するものを含む、無線制御に対処するために使用することができる、様々なタイプのPIDアルゴリズムが存在する。しかしながら、例えばある特定の時間量にわたって移動可能な要素に通電することによって、弁または他の被制御要素をある特定の方向にある特定の量だけ移動させるように指示する、速度に基づく制御信号を提供する、他のPIDアルゴリズムも存在する。そのような速度に基づく制御信号は、一般に、電気モーターとともに使用され、また、(特定の期間にわたって移動させるために移動可能な要素に通電しなければならない、弁の時間量を示すように変調されるパルス幅を有する)パルス信号の形態で制御信号を提供する。速度に基づくコントローラは、移動可能な要素によって取得される実際の位置を示す信号ではなく、位置信号の変化を生成する傾向がある。したがって、速度に基づく制御アルゴリズムは、増分(増加/減少)出力をアクチュエータに提供するために使用される傾向があり、よって、位置フィードバックを提供することができないアクチュエータを制御する際に使用することができる。 Furthermore, for wireless control, including position outputs provided to valves or other controlled elements that indicate the final position to move, such as those using the generation of 4-20 ma or digital signals. There are various types of PID algorithms that can be used to address. However, a speed-based control signal that directs a valve or other controlled element to move in a certain direction by a certain amount, for example by energizing a movable element over a certain amount of time. There are other PID algorithms to provide. Control signals based on such speeds are commonly used with electric motors and are also modulated to indicate the amount of time the valve must be energized (moveable elements to move over a certain period of time). The control signal is provided in the form of a pulse signal (having a pulse width). Speed-based controllers tend to generate changes in position signals rather than signals that indicate the actual position acquired by the movable element. Therefore, speed-based control algorithms tend to be used to provide incremental (increase / decrease) output to actuators, and thus can be used to control actuators that cannot provide position feedback. it can.

制御技法は、制御されたプロセス変数の測定値がプロセスコントローラへのフィードバックとして提供されるレートに関して高速な動力学を有する、プロセスまたは制御ループのロバストな制御を可能にする。具体的には、本制御技法は、位置または速度の形態のPIDアルゴリズムを使用して、プロセスを制御することができ、プロセス変数の測定値またはフィードバック信号が、プロセス応答時間に等しいか、更にはそれよりも長い時間間隔でコントローラに提供される。具体的には、本制御技法は、フィードバック時間間隔よりも2〜4倍短い応答時間を有するプロセスにおいて、ロバストな制御を提供するために使用することができる。そのような状況は、例えば、プロセス変数のフィードバック測定値が、無線で、間欠的に、またはプロセスの応答時間よりも短いか、応答時間に近いか、若しくは応答時間よりも長い時間間隔でコントローラに提供される無線制御を使用するときに起こり得る。 Control techniques allow for robust control of a process or control loop, with fast kinetics in terms of the rate at which measurements of controlled process variables are provided as feedback to the process controller. Specifically, the control technique can use a PID algorithm in the form of position or velocity to control the process so that the measured or feedback signal of the process variable is equal to or even the process response time. It is provided to the controller at longer time intervals. Specifically, the control technique can be used to provide robust control in processes that have a response time that is 2-4 times shorter than the feedback time interval. In such situations, for example, the feedback measurements of process variables are wirelessly, intermittently, or to the controller at time intervals that are shorter, closer to, or longer than the response time of the process. This can happen when using the provided wireless control.

開示される速度PID制御ルーチンは、アクチュエータが増分入力を必要とし、かついかなる位置フィードバックもコントローラに利用できないときに無線測定値を使用して制御を行うために、位置または増分入力を必要とするアクチュエータにインターフェースするときに有線測定値によって制御を行うために、及び従来の設置物並びに無線測定値が制御に使用される新しい設置物に対処するために、などの、数多くの異なる状況において使用することができる。更に、速度の形態のPIDアルゴリズムの調整は、プロセスゲイン及び動力学に基づいて行うことができ、また、無線通信レートから独立している。なお更に、速度の形態のPID制御ルーチンは、通信の喪失時に最後の出力位置を自動的に保持し、通信が再確立されたときにバンプレスな復旧を提供する。 The speed PID control routines disclosed are actuators that require position or incremental input to control using radio measurements when the actuator requires incremental input and no position feedback is available to the controller. Used in a number of different situations, such as to control by wired measurements when interfaced with, and to deal with conventional installations and new installations where wireless measurements are used for control. Can be done. In addition, the adjustment of the PID algorithm in the form of speed can be made based on process gain and kinetics, and is independent of the radio communication rate. Furthermore, the PID control routine in the form of speed automatically holds the last output position in the event of loss of communication and provides bumpless recovery when communication is reestablished.

1つの事例において、新しい制御技法を実施するコントローラは、全般的に、異なる構造を含み該構造では、差分、比例、積分、及び微分制御信号成分を発生させ、それらを使用して、差分または移動に基づく制御信号を生成し、該信号は、次いで、被制御デバイス、例えば弁に送信されて、被制御デバイスの動作、したがってプロセスを制御する。この差分または速度に基づく制御形態は、低速なプロセス変数のフィードバック測定値の存在下で、標準的なPID制御よりも良好に動作する制御信号を発生させる。具体的には、この制御技法を使用するコントローラは、各コントローラの繰り返し中に、以前の比例制御信号成分と新しく算出された比例制御信号成分との間の差分を表す、差分の比例値を発生させ、この差分の比例値は、コントローラからの各新しい制御信号の基準として使用される。しかしながら、コントローラで新しいプロセス変数測定値信号が利用することができるときに、様々な他の制御信号成分、例えば微分制御信号成分及び/または積分制御信号成分を、差分の比例制御信号成分に加えること、または該成分と組み合わせることができる。これらの2つの制御信号成分はまた、新しく算出された値と以前に算出された値との間の差分に基づくこともできる。具体的には、新しい微分成分は、コントローラ繰り返し中に算出することができ、その時点で、プロセス変数測定値の新しく受信した値をコントローラで利用することができる。同様に、新しい積分成分は、連続的に更新されるフィルタを使用して発生させることができ、該フィルタは、コントローラの各制御ルーチンの繰り返しに対するプロセスの予想される応答の新しい指示を発生させる。しかしながら、連続的に更新されるフィルタの出力は、プロセス変数測定値の新しい値を受信したときにだけ、新しい積分要素を発生させるために使用される。それ以外のときには、積分制御信号成分は、ゼロに設定される。 In one case, the controller implementing the new control technique generally contains different structures in which the difference, proportional, integral, and derivative control signal components are generated and used to make a difference or move. The control signal is then transmitted to a controlled device, such as a valve, to control the operation of the controlled device, and thus the process. This difference or speed based control mode produces a control signal that works better than standard PID control in the presence of feedback measurements of slow process variables. Specifically, controllers using this control technique generate a proportional value of difference during each controller iteration, representing the difference between the previously calculated proportional control signal component and the newly calculated proportional control signal component. The proportional value of this difference is used as a reference for each new control signal from the controller. However, when a new process variable measurement signal is available in the controller, various other control signal components, such as the differential control signal component and / or the integral control signal component, are added to the proportional control signal component of the difference. , Or can be combined with the component. These two control signal components can also be based on the difference between the newly calculated value and the previously calculated value. Specifically, the new derivative can be calculated during controller iteration, at which point the newly received value of the process variable measurement can be utilized by the controller. Similarly, new integral components can be generated using a continuously updated filter, which generates new indications of the process's expected response to the iterations of each control routine of the controller. However, the output of the continuously updated filter is used to generate new integrating elements only when a new value of the process variable measurement is received. Otherwise, the integral control signal component is set to zero.

本明細書で開示される速度に基づくPID制御技法は、差分の形態を使用して、(プロセス変数のフィードバック信号がコントローラの入力に存在する時間の間であっても)設定点変化に迅速に適合する制御信号を生成するが、それでも、制御されているプロセスの応答時間の逆数よりも遅い(例えば、それよりも2〜4倍も遅い)、応答時間の逆数に近い、または応答時間の逆数よりも速いレートで受信されるフィードバック信号を含む、低速に受信される(例えば、間欠的な)フィードバック信号の存在下で、ロバストで安定した制御を提供する。 The speed-based PID control techniques disclosed herein use a form of difference to quickly respond to setpoint changes (even during the time that the feedback signal of the process variable is present at the controller input). Generates a matching control signal, but is still slower than the inverse of the response time of the controlled process (eg, 2-4 times slower), close to the inverse of the response time, or the inverse of the response time. It provides robust and stable control in the presence of slow-received (eg, intermittent) feedback signals, including feedback signals received at faster rates.

例示的な、周期的に更新されるハードワイヤードプロセス制御システムのブロック線図である。It is a block diagram of an exemplary, periodically updated hardwired process control system. プロセス応答時間を含む、例示的な、周期的に更新されるハードワイヤードプロセス制御システムのプロセス入力に対するプロセス出力応答を例示するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating a process output response to a process input of an exemplary, periodically updated hardwired process control system, including process response time. 低速または非周期的フィードバック入力を受信するコントローラを有する無線プロセス制御システムの実施例を例示するブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating an embodiment of a radio process control system having a controller that receives slow or aperiodic feedback inputs. 周期的に更新されるハードワイヤードプロセス制御システムにおける設定点変化またはフィードフォワード外乱のロバストな補償を可能にする、例示的なコントローラのブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram of an exemplary controller that allows robust compensation for setpoint changes or feedforward disturbances in a periodically updated hardwired process control system. コントローラがいくつかの設定点変化に応答するときの、図4Aの例示的なコントローラのプロセス出力応答を例示するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating the process output response of an exemplary controller of FIG. 4A as the controller responds to some setpoint changes. コントローラがフィードバック信号におけるプロセス及び/または測定値の遅延を補償する、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラのブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of an exemplary controller that compensates for setpoint changes in a process control system that is updated aperiodically, where the controller compensates for delays in processes and / or measurements in the feedback signal. プロセスコントローラが微分寄与またはレート寄与を使用して制御信号を決定する、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary controller that compensates for setpoint changes in an aperiodically updated process control system in which the process controller uses differential contributions or rate contributions to determine control signals. プロセスコントローラが、フィールドデバイス、制御要素、または他の下流のデバイスから提供される追加的なコントローラ入力データを受信して、プロセスの動作の応答に影響を及ぼす、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラのブロック図である。Process control that is updated aperiodically when the process controller receives additional controller input data provided by field devices, control elements, or other downstream devices and affects the response of process behavior. It is a block diagram of an exemplary controller that compensates for a change in a set point in a system. プロセスコントローラが、フィールドデバイスに対する実際または暗黙いずれかのコントローラ入力データの使用に適応する、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary controller in which a process controller compensates for setpoint changes in an aperiodically updated process control system that adapts to the use of either real or implicit controller input data for field devices. 低速に受信したプロセス変数測定値信号に応答して、プロセス制御システムにおける設定点変化またはフィードフォワード外乱のロバストな補償を可能にする、例示的な速度に基づくPIコントローラのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary speed-based PI controller that enables robust compensation for setpoint changes or feedforward disturbances in a process control system in response to process variable measurements received at low speed. 低速に受信したプロセス変数測定値信号に応答して、プロセス制御システムにおける設定点変化またはフィードフォワード外乱のロバストな補償を可能にする、例示的な速度に基づくPIDコントローラのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary speed-based PID controller that enables robust compensation for setpoint changes or feedforward disturbances in a process control system in response to process variable measurements received at low speed. 一次制御変数における設定点変化に応答し、8秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。In a graph exemplifying the simulated process response of an exemplary prior art speed based PID controller in both wired and wireless configurations with a process response time of 8 seconds in response to setpoint changes in primary control variables. is there. 一次制御変数における設定点変化に応答し、8秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。In a graph illustrating the simulated process response of a speed-based PID controller according to the present invention in both wired and wireless configurations, which responds to setpoint changes in primary control variables and has a process response time of 8 seconds. is there. 一次制御変数における設定点変化に応答し、3秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。In a graph exemplifying a simulated process response of an exemplary prior art speed based PID controller in both wired and wireless configurations with a process response time of 3 seconds in response to setpoint changes in primary control variables. is there. 一次制御変数における設定点変化に応答し、3秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。In a graph illustrating the simulated process response of a speed-based PID controller according to the present invention in both wired and wireless configurations with a process response time of 3 seconds in response to a set point change in a primary control variable. is there. 外乱変化に応答し、8秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating a simulated process response of an exemplary prior art speed based PID controller in both wired and wireless configurations with a process response time of 8 seconds in response to disturbance changes. 外乱変化に応答し、8秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating a simulated process response of an exemplary speed-based PID controller according to the invention in both wired and wireless configurations, which respond to disturbance changes and have a process response time of 8 seconds. 外乱変化に応答し、3秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating a simulated process response of an exemplary prior art speed based PID controller in both wired and wireless configurations with a process response time of 3 seconds in response to disturbance changes. 外乱変化に応答し、3秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくPIDコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating a simulated process response of an exemplary speed-based PID controller according to the invention in both wired and wireless configurations with a process response time of 3 seconds in response to disturbance changes.

制御技法は、プロセス測定値フィードバック信号が低速または間欠的に受信されるプロセスループにおいて制御を行うために使用することができ、特に、プロセス測定値フィードバック信号を、プロセス応答時間の逆数などの、制御されているプロセス動力学と関連付けられるレートよりも遅い、レートと同程度の、レートよりも僅かに速いレートで受信するときに有用である。このコントローラは、例えば、低速な及び/または非周期的様式で、特に、制御されているプロセス動力学のプロセス応答レート(すなわち、制御されているプロセス変数に対するプロセス応答時間の逆数)未満である、プロセス応答レートと同程度である、または別様にはプロセス応答レートに類似するレートで、プロセス測定値信号をフィードバック信号として受信するコントローラにおいて使用することができる。1つの事例において、制御技法は、比例寄与信号を微分寄与信号及び積分寄与信号のうちの1つ以上と組み合わせることによって、弁などのプロセスデバイスを制御する際に使用するための制御信号を生成する。速度に基づくPIDアルゴリズムが使用される1つの事例において、コントローラは、設定点と、直前に受信したプロセス変数測定値のフィードバック信号との間の差分から、比例寄与値を生成する。この誤差信号は、次いで、ゲイン信号を乗じて、コントローラの最後の実行サイクル以来のこの信号の変化を決定する差分ユニットに提供される。更に、微分ユニットは、誤差信号を受信し、基本的にはコントローラで最後の測定信号を受信して以来の誤差信号を経時的に微分して、誤差信号に対する微分算出を行うことができる。微分モジュールまたは算出の出力はまた、変化検出ユニットまたは差分ユニットにも提供され、微分算出の現在の出力と、制御信号の算出に使用される以前の値との間の差分を決定する。同様に、積分算出ユニットが、制御信号の差分を比例ユニット及び微分ユニットによる生成物として受信し、積分する(例えば、合計する)。加算器の出力は、加算器の出力をフィルタ処理して積分寄与信号を生成するために、フィルタに提供される。しかしながら、この積分寄与は、加算器に提供され、新しいフィードバック値がコントローラに提供されたときにだけ、この寄与と制御信号の出力とを合計する。すなわち、積分寄与は、全てのコントローラ繰り返しに対してゼロに設定されるが、コントローラで新しいフィードバック信号を利用することができるものは除く。 Control techniques can be used to control in a process loop where the process measurement feedback signal is received slowly or intermittently, especially the process measurement feedback signal, such as the inverse of the process response time. It is useful when receiving at a rate that is slower than the rate associated with the process kinetics being used, comparable to the rate, and slightly faster than the rate. This controller is, for example, in a slow and / or aperiodic manner, in particular, less than the process response rate of the controlled process dynamics (ie, the inverse of the process response time to the controlled process variable). It can be used in a controller that receives a process measurement signal as a feedback signal at a rate similar to or otherwise similar to the process response rate. In one case, the control technique combines a proportional contribution signal with one or more of a differential contribution signal and an integral contribution signal to generate a control signal for use in controlling a process device such as a valve. .. In one case where a speed-based PID algorithm is used, the controller generates a proportional contribution value from the difference between the set point and the feedback signal of the previously received process variable measurement. This error signal is then provided to the difference unit, which is multiplied by the gain signal to determine the change in this signal since the last run cycle of the controller. Further, the differential unit can receive the error signal and basically differentiate the error signal since the last measurement signal is received by the controller over time to perform the differential calculation with respect to the error signal. The derivative module or calculation output is also provided to the change detection unit or difference unit to determine the difference between the current output of the derivative calculation and the previous value used to calculate the control signal. Similarly, the integration calculation unit receives the difference of the control signal as a product of the proportional unit and the differential unit and integrates (for example, totals). The output of the adder is provided to the filter to filter the output of the adder to produce an integral contribution signal. However, this integral contribution is provided to the adder and sums this contribution with the output of the control signal only when a new feedback value is provided to the controller. That is, the integral contribution is set to zero for all controller iterations, except for those that have access to a new feedback signal in the controller.

全般的に言えば、コントローラ内の積分寄与ユニットの連続的に更新されるフィルタは、フィールドデバイスからプロセス変数測定値更新を低速または非周期的に受信するにもかかわらず、コントローラの各制御ルーチン繰り返し中に、予想されるプロセス応答(フィードバック寄与とも呼ばれる)の指示を発生させる。連続的に更新されるフィルタは、部分的には、各制御ルーチン繰り返し中に、予想される応答の指示を発生させるために、最後の制御ルーチン繰り返し及び制御ルーチン実行期間からの以前に発生させた予想される応答の指示を使用する。加えて、コントローラ内の積分出力スイッチは、連続的に更新されるフィルタの出力を、最新の測定値の指示に基づく積分(リセットとしても知られる)寄与などのフィードバック寄与として、制御信号に提供する。全般的に言えば、積分出力スイッチは、新しい測定値信号を利用することができないコントローラの各繰り返し中の、制御信号に対する積分またはリセット寄与として、速度の形態のPIDコントローラにおいて、最後の測定値更新をコントローラによって受信した時間に連続的に更新されるフィルタによって発生させられるような予想されるプロセス応答、またはゼロ値を提供する。新しい測定値更新を利用することができるときに、積分出力スイッチは、(新しい測定値更新の指示に基づいて)連続的に更新されるフィルタによって発生させた、予想されるプロセス応答の新しい指示にクランプし、制御信号の積分寄与として、新しい予想されるプロセス応答を提供する。その結果、コントローラは、連続的に更新されるフィルタを使用して、各コントローラ繰り返し中に、プロセスの新しい予想される応答を決定し、各新しい予想されるプロセス応答は、コントローラで新しい測定値を利用することができるときにだけ制御信号の積分またはリセット成分が変化する場合であっても、測定値更新の間の時間に行われたものであり、また、制御信号の展開中にコントローラ出力に影響を及ぼす、設定点変化またはフィードフォワード変化の影響を反映する。 Generally speaking, the continuously updated filter of the integral contribution unit in the controller repeats each control routine of the controller, even though it receives process variable measurement updates from the field device slowly or aperiodically. Generates instructions for the expected process response (also called feedback contribution). The continuously updated filter, in part, was generated earlier than the last control routine iteration and control routine execution period to generate the expected response indication during each control routine iteration. Use the expected response instructions. In addition, the integral output switch in the controller provides the output of the continuously updated filter to the control signal as a feedback contribution, such as an integral (also known as reset) contribution based on the latest measured indication. .. Generally speaking, the integral output switch is the last measurement update in the PID controller in the form of speed as an integral or reset contribution to the control signal during each iteration of the controller where the new measurement signal is not available. Provides an expected process response, or zero value, as caused by a filter that is continuously updated at the time received by the controller. When new measurement updates are available, the integral output switch responds to new indications of the expected process response generated by the continuously updated filter (based on the new measurement update instructions). It clamps and provides a new expected process response as an integral contribution of the control signal. As a result, the controller uses a continuously updated filter to determine the new expected response of the process during each controller iteration, and each new expected process response gives a new measurement on the controller. Even if the integration or reset component of the control signal changes only when it is available, it was done during the time between measurements updates and to the controller output during the expansion of the control signal. Reflects the effects of changes in set points or feed forwards.

図1には、説明される制御方法を実施するために使用することができる、プロセス制御システム10が例示される。プロセス制御システム10は、データヒストリアン12に、及び1つ以上のホストワークステーションまたはコンピュータ13(任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ワークステーションなどとすることができる)に接続することができ、各々が、表示画面14を有する、プロセスコントローラ11を含む。コントローラ11はまた、入力/出力(I/O)カード26及び28を介して、フィールドデバイス15〜22にも接続される。データヒストリアン12は、データを記憶するための任意の所望のタイプのメモリ、及び任意の所望のまたは既知のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアを有する、任意の所望のタイプのデータ収集ユニットとすることができる。図1において、コントローラ11は、ハードワイヤード通信ネットワーク及び通信スキームを使用して、フィールドデバイス15〜22に通信可能に接続される。 FIG. 1 illustrates a process control system 10 that can be used to implement the control methods described. The process control system 10 can be connected to the data historian 12 and to one or more host workstations or computers 13 (which can be any type of personal computer, workstation, etc.), each of which has Includes a process controller 11 having a display screen 14. The controller 11 is also connected to field devices 15-22 via input / output (I / O) cards 26 and 28. The data historian 12 is any desired type of data acquisition unit having any desired type of memory for storing data and any desired or known software, hardware, or firmware. Can be done. In FIG. 1, the controller 11 is communicably connected to field devices 15-22 using a hardwired communication network and communication scheme.

全般的に、フィールドデバイス15〜22は、センサ、弁、送信機、位置決め器などの任意のタイプのデバイスとすることができ、一方で、I/Oカード26及び28は、任意の所望の通信またはコントローラプロトコルに準拠する任意のタイプのI/Oデバイスとすることができる。コントローラ11は、メモリ24に記憶される1つ以上のプロセス制御ルーチン(または任意のモジュール、ブロック、またはそのサブルーチン)を実施または監督する、プロセッサ23を含む。全般的に言えば、コントローラ11は、任意の所望の様式でプロセスを制御するために、デバイス15〜22、ホストコンピュータ13、及びデータヒストリアン12と通信する。更に、コントローラ11は、一般に機能ブロックと称されるものを使用して、制御ストラテジまたはスキームを実施し、各機能ブロックは、プロセス制御システム10内でプロセス制御ループを実施するために、(リンクと呼ばれる通信を介して)他の機能ブロックとともに動作する、制御ルーチン全体のオブジェクトまたは他の部分(例えば、サブルーチン)である。機能ブロックは、典型的に、プロセス制御システム10内でいくつかの物理的機能を行うために、送信機、センサ、若しくは他のプロセスパラメータ測定デバイスと関連付けられるような入力機能、PID、ファジー論理制御などを行う制御ルーチンと関連付けられるような制御機能、または弁などのいくつかのデバイスの動作を制御する出力機能、のうちの1つを行う。当然、ハイブリッド及び他のタイプの機能ブロックが存在し、本明細書で利用することができる。機能ブロックは、下で説明されるように、コントローラ11または他のデバイスに記憶し、それによって実行することができる。 In general, field devices 15-22 can be any type of device such as sensors, valves, transmitters, locators, etc., while I / O cards 26 and 28 can be any desired communication. Alternatively, it can be any type of I / O device that conforms to the controller protocol. The controller 11 includes a processor 23 that executes or supervises one or more process control routines (or any module, block, or subroutine thereof) stored in memory 24. Generally speaking, the controller 11 communicates with the devices 15-22, the host computer 13, and the data historian 12 to control the process in any desired manner. In addition, the controller 11 implements a control strategy or scheme using what is commonly referred to as a functional block, and each functional block implements a process control loop within the process control system 10 (with a link). An object or other part of the entire control routine (eg, a subroutine) that works with other functional blocks (via called communication). Functional blocks typically include input functions, PIDs, fuzzy logic controls that are associated with transmitters, sensors, or other process parameter measurement devices to perform some physical function within the process control system 10. It performs one of a control function associated with a control routine such as, or an output function that controls the operation of some devices such as valves. Of course, hybrid and other types of functional blocks exist and are available herein. Functional blocks can be stored and executed by the controller 11 or other device, as described below.

図1の分解ブロック30で例示されるように、コントローラ11は、制御ルーチン32及び34として例示される、いくつかの単一ループ制御ルーチンを含むことができ、また、所望であれば、制御ループ36として例示される、1つ以上のアドバンスト制御ループを実施することができる。各制御ループは、典型的に、制御モジュールと称される。単一ループ制御ルーチン32及び34は、弁などのプロセス制御デバイス、温度及び圧力送信機などの測定デバイス、またはプロセス制御システム10内の任意の他のデバイスと関連付けることができる、適切なアナログ入力(AI)及びアナログ出力(AO)機能ブロックにそれぞれ接続される単一入力/単一出力ファジー論理制御ブロック及び単一入力/単一出力PID制御ブロックを使用して、単一ループ制御を行うように例示される。アドバンスト制御ループ36は、1つ以上のAI機能ブロックに通信可能に接続される入力及び1つ以上のAO機能ブロックに通信可能に接続される出力を有する、アドバンスト制御ブロック38を含むように例示されるが、アドバンスト制御ブロック38の入力及び出力は、他のタイプの入力を受信し、他のタイプの制御出力を提供するために、任意の他の所望される機能ブロックまたは制御要素に接続することができる。アドバンスト制御ブロック38は、任意のタイプの多重入力、多重出力制御スキームを実施することができ、また、モデル予測制御(MPC)ブロック、ニューラルネットワークモデリングまたは制御ブロック、多変数ファジー論理制御ブロック、リアルタイムオプティマイザブロックなどを構成するか、または含むことができる。アドバンスト制御ブロック38を含む、図1に例示される機能ブロックは、スタンドアロンのコントローラ11によって実行することができ、または代替的に、ワークステーション13のうちの1つまたはフィールドデバイス19〜22のうちの1つなどの、プロセス制御システムの任意の他の処理デバイスまたは制御要素の中に位置させて、実行することができることが理解されるであろう。一例として、フィールドデバイス21及び22は、それぞれ、送信機及び弁とすることができ、また、制御ルーチンを実施するための制御要素を実行することができ、よって、1つ以上の機能ブロックなどの、制御ルーチンの一部を実施するための処理構成要素及び他の構成要素を含むことができる。より具体的には、図1に例示されるように、フィールドデバイス21は、アナログ入力ブロックと関連付けられる論理及びデータを記憶するためのメモリ39Aを有することができ、一方で、フィールドデバイス22は、アナログ出力(AO)ブロックと通信しているPIDまたは他の制御ブロックと関連付けられる論理及びデータを記憶するためのメモリ39Bを有するアクチュエータを含むことができる。 As illustrated in the disassembly block 30 of FIG. 1, controller 11 can include several single loop control routines, exemplified as control routines 32 and 34, and if desired, control loops. One or more advanced control loops, exemplified as 36, can be implemented. Each control loop is typically referred to as a control module. The single loop control routines 32 and 34 can be associated with a process control device such as a valve, a measurement device such as a temperature and pressure transmitter, or any other device within the process control system 10 as appropriate analog inputs ( Single-input / single-output fuzzy logic control blocks and single-input / single-output PID control blocks connected to AI) and analog output (AO) functional blocks, respectively, to provide single-loop control. Illustrated. The advanced control loop 36 is exemplified to include an advanced control block 38 having an input communicably connected to one or more AI functional blocks and an output communicably connected to one or more AO functional blocks. However, the inputs and outputs of the advanced control block 38 shall be connected to any other desired functional block or control element to receive other types of inputs and provide other types of control outputs. Can be done. Advanced control block 38 can implement any type of multiple input, multiple output control scheme, and also includes model predictive control (MPC) blocks, neural network modeling or control blocks, multivariable fuzzy logic control blocks, real-time optimizers. Blocks and the like can be constructed or included. The functional blocks illustrated in FIG. 1, including the advanced control block 38, can be executed by a stand-alone controller 11 or, in turn, one of workstations 13 or field devices 19-22. It will be appreciated that it can be located and executed within any other processing device or control element of the process control system, such as one. As an example, field devices 21 and 22 can be transmitters and valves, respectively, and can execute control elements for performing control routines, thus such as one or more functional blocks. , Processing components and other components for performing part of the control routine can be included. More specifically, as illustrated in FIG. 1, the field device 21 may have a memory 39A for storing the logic and data associated with the analog input block, while the field device 22 may have a memory 39A. An actuator with memory 39B for storing logic and data associated with a PID or other control block communicating with an analog output (AO) block can be included.

図2のグラフは、全般的に、制御ループ32、34、及び36(並びに/またはフィールドデバイス21及び22若しくは他のデバイスの中に存在する機能ブロックを組み込んでいる任意の制御ループ)のうちの1つ以上の実施に基づいて、プロセス制御システムのプロセス入力に応答して展開される、プロセス出力を例示する。実施されている制御ルーチンは、全般的に、図2において太い矢印40による時間軸に沿って示されている制御ルーチンの実行回数によって、多数のコントローラ繰り返しを通じて、周期的様式で実行する。従来の事例において、各制御ルーチン繰り返し40は、例えば送信機または他のフィールドデバイスによって提供される、細い矢印42によって示される更新されたプロセス測定値によってサポートされる。図2に例示されるように、典型的には、周期的制御ルーチン実行時間40の各々の間に制御ルーチンによってなされ、受信される、複数の周期的プロセス測定値42が存在する。測定値と制御の実行との同期化と関連付けられる制限を回避するために、多くの既知のプロセス制御システム(または制御ループ)は、プロセス可変測定値を2〜10倍の係数でオーバーサンプリングするように設計される。そのようなオーバーサンプリングは、各制御ルーチンの実行または繰り返しの間に制御スキームにおいて使用するためのプロセス変数測定値が最新であることを確実にすることを補助する。また、制御の変動を最小にするために、従来の設計では、フィードバックに基づく制御が、プロセス応答時間よりも4〜10倍速く実行されるべきであること、及び新しいプロセス変数測定値を各コントローラ繰り返し時に利用することができることが定められている。プロセス応答時間は、プロセス時定数(τ)(例えば、プロセス変数の変化の63%)に、プロセス入力のステップ変化44の実施後のプロセス遅延またはむだ時間(T)(図2の下側の線45で示される)を加えたものと関連付けられる時間であるように、図2のグラフのプロセス出力応答曲線43に表される。いずれにしても、これらの従来の設計要件を満たすために、プロセス測定値更新(図2の矢印42によって示される)は、制御ルーチン実行レート(図2の矢印40によって示される)よりもはるかに速い、よって、プロセス応答時間よりもはるかに速いか、または高いレートでサンプリングされ、コントローラに提供される。 The graph in FIG. 2 is generally of control loops 32, 34, and 36 (and / or any control loop incorporating functional blocks present in field devices 21 and 22 or other devices). Illustrate a process output that is deployed in response to a process input in a process control system based on one or more implementations. The control routines being implemented are generally executed in a periodic fashion through a number of controller iterations, depending on the number of times the control routines are executed, as shown along the time axis by the thick arrow 40 in FIG. In conventional cases, each control routine iteration 40 is supported by updated process measurements indicated by thin arrows 42, provided, for example, by a transmitter or other field device. As illustrated in FIG. 2, there are typically a plurality of periodic process measurements 42 made and received by the control routine during each of the periodic control routine execution times 40. To avoid the limitations associated with synchronization of measurements and control execution, many known process control systems (or control loops) oversample process variable measurements by a factor of 2-10. Designed to. Such oversampling helps ensure that process variable measurements for use in the control scheme are up-to-date during the execution or iteration of each control routine. Also, in order to minimize control variability, in conventional designs, feedback-based control should be performed 4-10 times faster than process response time, and new process variable measurements are given to each controller. It is stipulated that it can be used at the time of repetition. Process response time, the process time constant (tau) (e.g., 63% of the process variable change), after performing step change 44 in the process input of a process delay or dead time (T D) (in Figure 2 the lower It is represented by the process output response curve 43 in the graph of FIG. 2 so that it is the time associated with the addition of (shown by line 45). In any case, to meet these traditional design requirements, the process measurement update (indicated by arrow 42 in FIG. 2) is much higher than the control routine execution rate (indicated by arrow 40 in FIG. 2). Fast, thus much faster than process response time, or sampled at a higher rate and provided to the controller.

しかしながら、プロセスから高頻度で周期的な測定値のサンプルを取得することは、例えば、コントローラが1つ以上のフィールドデバイスから測定値を無線で受信するプロセス制御環境においてコントローラが動作しているときには、実用的でなく、または不可能な場合さえある。具体的には、これらの事例において、コントローラは、(無線センサ/送信機のバッテリ寿命を節約するために)低速なプロセス変数測定値または非周期的プロセス変数測定値を受信することだけしかできない場合がある。更に、これらの事例において、非周期的、更には周期的プロセス変数測定値の間の時間は、制御ルーチン実行レート(図2の矢印40によって示される)よりも長くなる場合がある。図3は、プロセス制御データの低速な及び/または非周期的無線通信、またはコントローラ11でのプロセス変数測定値の使用を実施することができる、例示的な無線プロセス制御システム10を描写する。 However, obtaining samples of frequently periodic measurements from a process can be done, for example, when the controller is operating in a process control environment where it receives measurements wirelessly from one or more field devices. It may not be practical or even impossible. Specifically, in these cases, if the controller can only receive slow process variable measurements or aperiodic process variable measurements (to save battery life on the wireless sensor / transmitter). There is. Moreover, in these cases, the time between aperiodic and even periodic process variable measurements may be longer than the control routine execution rate (indicated by arrow 40 in FIG. 2). FIG. 3 illustrates an exemplary radio process control system 10 capable of performing slow and / or aperiodic radio communication of process control data, or the use of process variable measurements on the controller 11.

図3の制御システム10は、図1の制御システム10に本質的に類似し、同じ要素には同じ番号が付される。しかしながら、図3の制御システム10は、コントローラ11に、及び潜在的に互いに無線で通信可能に連結される、多数のフィールドデバイス60〜64及び71を含む。図3に例示されるように、無線で接続されるフィールドデバイス60は、アンテナ65に接続され、アンテナ74と無線で通信するように協働し、次に該アンテナが無線I/Oデバイス68に連結される。更に、フィールドデバイス61〜64は、有線−無線変換ユニット66に接続され、次に該ユニットがアンテナ67に次第に接続される。フィールドデバイス61〜64は、アンテナ67を通して、更なる無線I/Oデバイス70に接続されるアンテナ73と無線で通信する。同じく図3に例示されるように、フィールドデバイス71は、アンテナ73及び74のうちの一方または双方と通信するアンテナ72を含み、それによって、I/Oデバイス68及び/または70と通信する。次にI/Oデバイス68及び70は、有線バックプレーン接続(図3に図示せず)を介して、コントローラ11に通信可能に接続される。この事例において、フィールドデバイス15〜22は、I/Oデバイス26及び28を介して、コントローラ11にハードワイヤードされたままである。 The control system 10 of FIG. 3 is essentially similar to the control system 10 of FIG. 1 and the same elements are numbered the same. However, the control system 10 of FIG. 3 includes a number of field devices 60-64 and 71 that are wirelessly communicatively coupled to and potentially to the controller 11. As illustrated in FIG. 3, the wirelessly connected field device 60 is connected to the antenna 65 and cooperates to communicate wirelessly with the antenna 74, which in turn connects to the wireless I / O device 68. Be connected. Further, the field devices 61-64 are connected to a wired-to-wireless conversion unit 66, which is then gradually connected to the antenna 67. The field devices 61 to 64 wirelessly communicate with the antenna 73 connected to the further wireless I / O device 70 through the antenna 67. Also illustrated in FIG. 3, the field device 71 includes an antenna 72 that communicates with one or both of the antennas 73 and 74, thereby communicating with the I / O devices 68 and / or 70. The I / O devices 68 and 70 are then communicably connected to the controller 11 via a wired backplane connection (not shown in FIG. 3). In this case, the field devices 15-22 remain hardwired to the controller 11 via the I / O devices 26 and 28.

図3のプロセス制御システム10は、下で説明されるように、全般的に、送信機60〜64またはフィールドデバイス71などの他の制御要素によって測定され、感知され、または計算されるデータの無線伝送を使用する。図3の制御システム10において、新しいプロセス変数測定値または他の信号値は、特定の条件が満たされたときなどに、低速または非周期を基準にデバイス60〜64及び71によってコントローラ11に伝送されるものとみなされる。例えば、新しいプロセス変数測定値は、デバイスによってコントローラ11に送信された最後のプロセス変数測定値に対してプロセス変数値が所定の量だけ変化したときに、コントローラ11に送信することができる。これらの信号はまた、周期的に送信することもできるが、有線プロセス制御信号などの典型的なプロセス制御システムの場合は、はるかに遅いレートであることが普通である。例えば、低速の周期的フィードバックレートは、コントローラ実行レート(コントローラが、制御信号を作成する際に使用するための新しい制御信号を発生させるレート)よりも低くすることができ、また、本明細書で説明される制御技法を使用して、制御されているプロセス動力学の応答レートよりも2〜4倍低いレートなどの、プロセス応答レートまたは応答時間よりも低い、それと同程度の、またはそれに類似するレートとすることができる。ここでは、プロセス応答レートは、プロセス応答時間の逆数である。当然、周期的または非周期的様式でプロセス変数測定値をいつ送信するのかを決定する他の方法を、同様にまたは代わりに実施することができる。 The process control system 10 of FIG. 3 is generally a radio of data measured, sensed, or calculated by other control elements such as transmitters 60-64 or field device 71, as described below. Use transmission. In the control system 10 of FIG. 3, new process variable measurements or other signal values are transmitted to controller 11 by devices 60-64 and 71 relative to slow speed or aperiodicity, such as when certain conditions are met. Is considered to be. For example, a new process variable measurement can be sent to the controller 11 when the process variable value changes by a predetermined amount with respect to the last process variable measurement sent by the device to the controller 11. These signals can also be transmitted periodically, but for typical process control systems such as wired process control signals, they are usually at a much slower rate. For example, a slow periodic feedback rate can be lower than the controller execution rate (the rate at which the controller generates a new control signal for use in creating the control signal), and is also described herein. Using the control techniques described, the process response rate or response time is lower than, comparable to, or similar to, such as a rate that is 2-4 times lower than the response rate of the controlled process dynamics. Can be a rate. Here, the process response rate is the reciprocal of the process response time. Of course, other methods of determining when to send process variable measurements in a periodic or aperiodic fashion can be implemented as well or instead.

理解されるように、図3の送信機60〜64は、1つ以上の制御ループ若しくは制御ルーチンで使用するために、または監視ルーチンで使用するために、それぞれのプロセス変数(例えば、流量、圧力、温度、またはレベル信号)を示す信号をコントローラ11に伝送することができる。フィールドデバイス71などの他の無線デバイスは、プロセス制御信号を無線で受信することができ、及び/または任意の他のプロセスパラメータを示す他の信号を伝送するように構成することができる。全般的に言えば、図3に例示されるように、コントローラ11は、入来信号を処理するプロセッサ上で実行する通信スタック80と、入来信号が測定値更新を含むときに検出するためにプロセッサ上で実行するモジュールまたはルーチン82と、測定値更新に基づいて制御を行うためにプロセッサ上で実行する1つ以上の制御モジュール84とを含む。検出ルーチン82は、通信スタック80を介して提供されるデータが新しいプロセス変数測定値または他のタイプの更新を含むことを示すために、フラグまたは他の信号を発生させることができる。次いで、下で更に詳細に説明されるように、新しいデータ及び更新フラグは、(機能ブロックとすることができる)制御モジュール84のうちの1つ以上に提供することができ、次いで、該制御モジュールが、所定の周期的実行レートでコントローラ11によって実行される。代替として、または加えて、新しいデータ及び更新フラグは、コントローラ11でまたは制御システム10の他の部分で実行される1つ以上の監視モジュールまたはアプリケーションに提供することができる。 As will be appreciated, transmitters 60-64 of FIG. 3 have their respective process variables (eg, flow rate, pressure) for use in one or more control loops or control routines, or in monitoring routines. , Temperature, or level signal) can be transmitted to the controller 11. Other wireless devices, such as the field device 71, may be configured to wirelessly receive process control signals and / or transmit other signals indicating any other process parameters. Generally speaking, as illustrated in FIG. 3, the controller 11 has a communication stack 80 running on a processor that processes incoming signals and to detect when incoming signals include measurement updates. It includes a module or routine 82 that runs on the processor and one or more control modules 84 that run on the processor to take control based on measurement updates. The detection routine 82 can generate a flag or other signal to indicate that the data provided via the communication stack 80 contains new process variable measurements or other types of updates. New data and update flags can then be provided to one or more of the control modules 84 (which can be functional blocks), as described in more detail below, and then the control modules. Is executed by the controller 11 at a predetermined periodic execution rate. Alternatively, or in addition, new data and update flags can be provided to one or more monitoring modules or applications running on the controller 11 or other parts of the control system 10.

図3の無線(または他の)送信機は、全般的に、結果として低速または周期的になり、フィールドデバイス60〜64及び71とコントローラ11との間の不規則な、または別様には頻度の低いデータ伝送を含む。しかしながら、上で述べられるように、フィールドデバイス15〜22からコントローラ11への測定値の通信は、因習的に、コントローラの実行レートよりもはるかに速いレートで、またはプロセスの動的レートよりも少なくともはるかに速いレートで、すなわち、(制御されているプロセスの現象について)プロセス応答時間の逆数で、周期的な様式で行われるように構築されている。その結果、コントローラ11の制御ルーチンは、全般的に、コントローラ11のフィードバックループで使用されるプロセス変数測定値の周期的更新のために設計される。 The radio (or other) transmitter of FIG. 3 generally results in slow or periodic, irregular or otherwise frequent between field devices 60-64 and 71 and controller 11. Includes low data transmission. However, as mentioned above, the communication of measurements from field devices 15-22 to controller 11 is traditionally much faster than the execution rate of the controller, or at least faster than the dynamic rate of the process. It is constructed to be done in a cyclical fashion at a much faster rate, i.e. the reciprocal of the process response time (for the phenomenon of the controlled process). As a result, the controller 11 control routine is generally designed for periodic updates of process variable measurements used in the controller 11 feedback loop.

例えばフィールドデバイスのうちのいくつかとコントローラ11との間の無線通信によって導入される、低速な、非周期的な、または別様には利用できない測定値更新(及び他の利用できない通信伝送)に適応するために、コントローラ11の制御及び監視ルーチン(複数可)は、下で説明されるように、非周期的または非周期的または間欠的更新を含む低速を使用するときに、特に、これらの更新がコントローラ11の実行レートよりも低い頻度で起こるときに、更には、そのような更新をプロセス応答レート(例えば、制御されているプロセス変数のプロセス応答時間の逆数)に類似するレート(例えば、2〜4倍低いまたは同程度のレート等)で受信するときに、プロセス制御システム10が適切に機能することを可能にするように再構築または修正することができる。図4〜図10には、低速な及び/または非周期的制御に関連する通信を使用して動作するように構成される、例示的な制御スキームが更に詳細に例示される。例えば、図4Aは、プロセス101に連結される位置タイプのプロセスコントローラ100を概略的に例示する。コントローラ100(図1及び図3のコントローラ11、または、例えば図3の無線フィールドデバイスのうちの1つなどのフィールドデバイスの制御要素とすることができる)によって実施される制御スキームは、全般的に、図3に関連して例示され、説明される通信スタック80の機能性と、更新検出モジュール82と、制御モジュール84のうちの1つ以上とを含み、また、制御デバイスの移動可能な要素が移動するべき位置を示す制御信号を生成する。 Suitable for slow, aperiodic, or otherwise unavailable measurement updates (and other unavailable communication transmissions) introduced, for example, by wireless communication between some of the field devices and the controller 11. To do so, controller 11 control and monitoring routines (s), as described below, make these updates, especially when using slow speeds, including aperiodic or aperiodic or intermittent updates. When is occurring less frequently than the execution rate of controller 11, further such updates are made at a rate similar to the process response rate (eg, the inverse of the process response time of the controlled process variable) (eg, 2). It can be rebuilt or modified to allow the process control system 10 to function properly when received at ~ 4x lower or similar rates, etc.). 4-10 show in more detail exemplary control schemes configured to operate using communications associated with slow and / or aperiodic control. For example, FIG. 4A schematically illustrates a position type process controller 100 coupled to process 101. The control scheme implemented by the controller 100, which can be the control element of the controller 11 of FIGS. 1 and 3, or a field device such as, for example, one of the wireless field devices of FIG. The functionality of the communication stack 80 illustrated and described in connection with FIG. 3, including the update detection module 82 and one or more of the control modules 84, and the movable elements of the control device. Generates a control signal indicating the position to move.

図4Aの例示的なシステムにおいて、コントローラ100は、例えばワークステーション13(図1及び図3)のうちの1つから、またはプロセス制御システム10内の、若しくは該プロセス制御システムと通信している任意の他のソースから設定点信号を受信し、コントローラ100の出力からプロセス101に提供される1つ以上の制御信号105を発生させるように動作する。制御信号105を受信する他に、プロセス101は、矢印104によって概略的に示される、測定された、または測定されていない外乱を受ける場合がある。プロセス制御アプリケーションのタイプに応じて、設定点信号は、ユーザ、調整ルーチンなどによるなどして、プロセス101の制御中の任意のときに変化させることができる。当然、プロセス制御信号105は、弁と関連付けられるアクチュエータを制御することができ、またはプロセス101の動作の応答に影響を及ぼすように任意の他のフィールドデバイスを制御することができる。プロセス制御信号105の変化に対するプロセス101の応答は、送信機、センサ、または他のフィールドデバイス106によって測定または検知され、例えば、図3に例示される送信機60〜64のうちの任意の1つに対応することができる。送信機106とコントローラ100との間の通信リンクは、無線接続を含むことができ、破線を使用して図4Aに例示される。 In the exemplary system of FIG. 4A, controller 100 is optionally from, for example, one of workstations 13 (FIGS. 1 and 3), within process control system 10, or communicating with said process control system. It operates to receive set point signals from other sources and generate one or more control signals 105 provided to process 101 from the output of controller 100. In addition to receiving the control signal 105, process 101 may be subject to disturbances, measured or unmeasured, outlined by arrow 104. Depending on the type of process control application, the setpoint signal can be changed at any time during the control of process 101, such as by the user, adjustment routine, and so on. Of course, the process control signal 105 can control the actuator associated with the valve, or any other field device to influence the response of the operation of process 101. The response of process 101 to a change in process control signal 105 is measured or detected by a transmitter, sensor, or other field device 106, eg, any one of transmitters 60-64 illustrated in FIG. Can be dealt with. The communication link between the transmitter 106 and the controller 100 can include a wireless connection and is illustrated in FIG. 4A using a dashed line.

簡単な実施形態において、コントローラ100は、PID制御ルーチンの1つの形態である、PI制御ルーチンなどの、単一入力、単一出力の閉ループ制御ルーチンを実施することができる。故に、コントローラ100は、通信スタック80を含むいくつかの標準PIコントローラ要素と、加算ブロック108、比例ゲイン要素110、更なる加算ブロック112、及び高低リミッタ114を含む制御信号生成部とを含む。制御ルーチン100はまた、フィルタ116と、選択ブロック118を含む積分出力スイッチとを含む、直接フィードバック経路も含む。フィルタ116は、高低リミッタ114の出力に連結され、スイッチのブロック118は、フィルタ116の出力に連結され、コントローラ100によって発生させている制御信号の積分またはリセット寄与または成分を加算ブロック112に提供する。 In a simple embodiment, the controller 100 can implement a single input, single output closed loop control routine, such as a PI control routine, which is one form of a PID control routine. Therefore, the controller 100 includes several standard PI controller elements including the communication stack 80 and a control signal generator including an addition block 108, a proportional gain element 110, an additional addition block 112, and a high / low limiter 114. The control routine 100 also includes a direct feedback path that includes a filter 116 and an integral output switch that includes a selection block 118. The filter 116 is coupled to the output of the high and low limiter 114, and the switch block 118 is coupled to the output of the filter 116 to provide the additive block 112 with an integral or reset contribution or component of the control signal generated by the controller 100. ..

コントローラ100の動作中に、加算ブロック108は、誤差信号を生成するために、設定点信号と、コントローラ100内の通信スタック80から提供される直前に受信したプロセス変数測定値とを比較する。比例ゲイン要素110は、制御信号の比例寄与または成分を生成するために、例えば、誤差信号に比例ゲイン値Kを乗じることによって、誤差信号に対して動作する。次いで、加算ブロック112は、本質的に制限されない制御信号を生成するために、ゲイン要素110の出力(すなわち、比例寄与)と、積分若しくはリセット寄与、またはフィードバック経路によって生成される制御信号の成分とを組み合わせる。次いで、リミッタブロック114は、プロセス101を制御するために送信される制御信号105を生成するために、加算ブロック112の出力に対して高低制限を行う。 During the operation of the controller 100, the addition block 108 compares the set point signal with the process variable measurements received immediately before provided by the communication stack 80 in the controller 100 to generate an error signal. The proportional gain element 110 operates on the error signal in order to generate a proportional contribution or component of the control signal, for example, by multiplying the error signal by the proportional gain value K p. The addition block 112 then combines the output of the gain element 110 (ie, the proportional contribution) with the components of the control signal produced by the integral or reset contribution, or the feedback path, in order to generate an essentially unrestricted control signal. To combine. The limiter block 114 then limits the output of the addition block 112 to a height limit in order to generate a control signal 105 transmitted to control the process 101.

重要なことに、コントローラ100のフィードバック経路内のフィルタ116及びブロックまたはスイッチ118は、制御信号の積分またはリセット寄与成分を生成するために、以下の様式で動作する。リミッタ114の出力を受信するように連結されるフィルタ116は、リミッタ114の出力値及び制御アルゴリズム100の実行期間または時間に基づいて、制御信号105に対する予想されるプロセス応答の指示を生成する。フィルタ116は、この予想されるプロセス応答信号をスイッチまたはブロック118に提供する。スイッチまたはブロック118は、新しいプロセス変数測定値を受信したときには常に、スイッチまたはブロック118の出力でフィルタ116の出力をサンプリング及びクランプし、通信スタック80で次のプロセス変数出力を受信するまで、この値を維持する。したがって、スイッチ118の出力は、最後の測定値更新でサンプリングしたフィルタ116の出力のままである。 Importantly, the filter 116 and the block or switch 118 in the feedback path of the controller 100 operate in the following manner to generate an integral or reset contribution component of the control signal. The filter 116 coupled to receive the output of the limiter 114 generates an indication of the expected process response to the control signal 105 based on the output value of the limiter 114 and the execution period or time of the control algorithm 100. The filter 116 provides this expected process response signal to the switch or block 118. Whenever the switch or block 118 receives a new process variable measurement, it samples and clamps the output of the filter 116 on the output of the switch or block 118 until it receives the next process variable output on the communication stack 80. To maintain. Therefore, the output of switch 118 remains the output of filter 116 sampled in the last measurement update.

フィルタ116によって生成されるような、加算器108の出力の変化に対する予想されるプロセス応答は、下でより詳細に説明されるように、一次モデルを使用して近似することができる。しかしながら、より全般的には、予想されるプロセス応答は、プロセス101の任意の適切なモデルを使用して生成することができ、コントローラ100のフィードバック経路に組み込まれるモデルに、または制御信号に対する積分若しくはリセット寄与を決定することと関連付けられるフィルタまたはモデルに限定されない。例えば、予想されるプロセス応答を提供するためにモデルを利用するコントローラは、制御ルーチン100がPID制御スキームを実行するように、微分寄与を組み込むことができる。例示的なタイプの微分寄与を組み込むいくつかの実施例は、図6〜図8に関連して下で説明される。 The expected process response to changes in the output of adder 108, such as that produced by filter 116, can be approximated using a linear model, as described in more detail below. However, more generally, the expected process response can be generated using any suitable model of process 101, integrated into the model incorporated in the feedback path of controller 100, or integrated into the control signal. Not limited to the filter or model associated with determining the reset contribution. For example, a controller that utilizes the model to provide the expected process response can incorporate differential contributions such that control routine 100 executes the PID control scheme. Some examples incorporating exemplary types of differential contributions are described below in connection with FIGS. 6-8.

図4Aのフィルタ116の動作をより詳細に論じる前に、積分またはリセット寄与を決定するために、従来のPIコントローラを、ポジティブフィードバックネットワークを使用して実行することができることに留意することが有用である。数学的に、従来のPIを実施するための伝達関数は、制約されない制御に対する、すなわち出力が制限されない場合の標準的な式に等しいことを示すことが分かる。特に:

Figure 2021073629


図4Aに示されるように、コントローラ100内でポジティブフィードバック経路を使用する1つの利点は、コントローラ出力が、高くまたは低く、すなわちリミッタ114によって制限されるときに、リセット寄与をワインドアップすることが自動的に防止されることである。 Before discussing the behavior of filter 116 in FIG. 4A in more detail, it is useful to note that a conventional PI controller can be run using a positive feedback network to determine the integral or reset contribution. is there. Mathematically, it can be seen that the transfer function for implementing conventional PIs is equivalent to the standard equation for unconstrained control, i.e. when the output is unconstrained. in particular:
Figure 2021073629


As shown in FIG. 4A, one advantage of using a positive feedback path within controller 100 is that it automatically winds up the reset contribution when the controller output is high or low, i.e. limited by the limiter 114. It is to be prevented.

いずれにしても、下で説明される制御技法は、コントローラがプロセス変数の非周期的更新を受信したときに、リセットまたは積分寄与を決定するためのポジティブフィードバック経路を使用することを可能にするが、それでも、新しいプロセス変数測定値の受信の間に起こる設定点変化またはフィードフォワード変化が生じた場合に、ロバストなコントローラ応答を可能にする。具体的には、ロバストな設定点変化をコントローラの動作に提供するために、フィルタ116は、フィルタのこの出力が加算ブロック112に提供されたかどうかにかかわらず、コントローラ100のそれぞれまたは全ての実行の間、予想されるプロセス応答の新しい指示または値を算出するように構成される。その結果、コントローラ100が通信スタック80からの新しいプロセス測定値更新を受信した直後に発生させたフィルタ116の出力だけが、加算器112において積分またはリセット寄与として使用される場合であっても、コントローラルーチンの各実行サイクル中に、フィルタ116の出力が新しく再生される。 In any case, the control techniques described below allow the controller to use a positive feedback path to determine a reset or integral contribution when it receives an aperiodic update of a process variable. Nevertheless, it allows a robust controller response in the event of setpoint or feedforward changes that occur during the reception of new process variable measurements. Specifically, in order to provide robust setpoint changes to the operation of the controller, the filter 116 executes each or all of the controller 100, whether or not this output of the filter is provided to the addition block 112. In the meantime, it is configured to calculate new indications or values for the expected process response. As a result, the controller even if only the output of the filter 116 generated immediately after the controller 100 receives a new process measurement update from the communication stack 80 is used as an integral or reset contribution in the adder 112. During each execution cycle of the routine, the output of filter 116 is newly regenerated.

具体的には、フィルタ116によって生成されるような予想される応答の新しい指示は、現在のコントローラ出力(すなわち、リミッタ114の後の制御信号)、最後の(すなわち、直前の)コントローラの実行サイクル中に生成されるフィルタ116によって生成される予想される応答の指示、及びコントローラの実行期間から、各コントローラ実行サイクル中に算出される。その結果、各コントローラ実行サイクル中に新しいプロセス応答の推定を生成するために実行されるので、フィルタ116は、連続的に更新されるように本明細書で説明される。各コントローラ実行サイクル中に新しい予想されるプロセス応答またはフィルタを生成するために、連続的に更新されるフィルタ116によって実施することができる、例示的な式が下に記載される。

Figure 2021073629

Specifically, a new indication of the expected response, such as generated by the filter 116, is the current controller output (ie, the control signal after the limiter 114), the last (ie, immediately preceding) controller execution cycle. Calculated during each controller execution cycle from the expected response indications generated by the filter 116 generated in and the controller execution period. As a result, the filter 116 is described herein to be continuously updated as it is executed to generate a new process response estimate during each controller execution cycle. An exemplary equation is provided below that can be performed by the continuously updated filter 116 to generate a new expected process response or filter during each controller execution cycle.
Figure 2021073629

ここで、新しいフィルタ出力Fは、直前のフィルタ出力FN−1(すなわち、現在のフィルタ出力値)に、現在のコントローラ出力値ON−1と現在のフィルタ出力値FN−1との間の差分にリセット時間TReset及びコントローラの実行期間ΔTに依存する係数を乗じたものを加えて決定される減衰成分を加えて、繰り返し決定されることに気が付くであろう。この様式で連続的に更新するフィルタを使用することで、制御ルーチン100は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに積分制御信号入力を算出したときに、予想されるプロセス応答をより良好に決定することができ、それによって、設定点の変化に対して、または2つのプロセス変数測定値の受信の間に起こる他のフィードフォワード外乱に対してより敏感になる。より具体的には、設定点の変化(新しいプロセス測定値の受信を伴わない)が、加算器108の出力での誤差信号の変化を直ちにもたらし、これは、制御信号の比例寄与成分を変化させ、したがって、制御信号を変化させることに気が付くであろう。その結果、フィルタ116は、変化した制御信号に対するプロセスの新しい予想される応答を直ちに生成し始め、したがって、コントローラ100が新しいプロセス測定値を受信する前にその出力を更新する。次いで、コントローラ100が新しいプロセス測定値を受信し、フィルタ出力のサンプルが、制御信号の積分またはリセット寄与成分として使用されるように、スイッチ118によって加算器112の入力にクランプされたときに、フィルタ116は、少なくともある程度は、設定点の変化に対するプロセス101の応答に反応した、またはそれを組み込んだ、予想されるプロセス応答を繰り返している。 Here, the new filter output F N is obtained by adding the current controller output value ON-1 and the current filter output value F N-1 to the immediately preceding filter output F N-1 (that is, the current filter output value). You will notice that it is repeatedly determined by adding the damping component, which is determined by multiplying the difference between them by the reset time T Reset and a factor that depends on the controller execution period ΔT. By using a filter that updates continuously in this fashion, the control routine 100 better determines the expected process response when calculating the integral control signal input when a new process variable measurement is received. It can be made more sensitive to changes in setpoints or to other feedforward disturbances that occur between the reception of two process variable measurements. More specifically, a change in the set point (without receiving a new process measurement) immediately results in a change in the error signal at the output of the adder 108, which changes the proportional contribution component of the control signal. Therefore, you will notice that it changes the control signal. As a result, the filter 116 immediately begins to generate a new expected response of the process to the altered control signal and therefore updates its output before the controller 100 receives the new process measurements. The filter then receives a new process measurement and the filter output sample is clamped to the input of adder 112 by switch 118 for use as an integral or reset contributor component of the control signal. 116, at least to some extent, repeats the expected process response that responded to or incorporated process 101's response to changes in the setpoint.

過去において、米国特許第7,587,252号及び第7,620,460号で説明されるシステムでのように、非周期的に更新されるコントローラのフィードバック経路において使用されるリセット寄与フィルタは、新しいプロセス変数測定値を使用することができたときに、予想される応答の新しい指示だけを算出した。その結果、リセット寄与フィルタは、設定点変化またはフィードフォワード外乱が任意の測定値更新から完全に独立していたので、プロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化またはフィードフォワード外乱を補償しなかった。例えば、設定点変化またはフィードフォワード外乱が2つの測定値更新の間に起こった場合は、予想される応答の新しい指示の算出が最後の測定値更新以来の時間及び現在のコントローラ出力105に基づいていたので、コントローラの予想されるプロセス応答が歪められる可能性があった。その結果、フィルタ116は、コントローラでの2つのプロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化(または他のフィードフォワード外乱)から生じた、プロセス(または制御信号)の時間変化を補償し始めることができなかった。 In the past, reset contribution filters used in controller feedback paths that are updated aperiodically, such as in the systems described in US Pat. Nos. 7,587,252 and 7,620,460, have been Only new indications of the expected response were calculated when new process variable measurements were available. As a result, the reset contribution filter compensates for setpoint changes or feedforward disturbances that occur during the reception of process variable measurements, as setpoint changes or feedforward disturbances are completely independent of any measurement updates. I didn't. For example, if a setpoint change or feedforward disturbance occurs between two measurement updates, the calculation of the new indication for the expected response is based on the time since the last measurement update and the current controller output 105. As a result, the expected process response of the controller could be distorted. As a result, filter 116 compensates for process (or control signal) temporal changes resulting from setpoint changes (or other feedforward disturbances) that occur between the reception of two process variable measurements on the controller. I couldn't get started.

しかしながら、理解されるように、図4Aの制御ルーチン100は、非周期的測定値の算出に基づくことによって、予想されるプロセス応答を提供し、一方で、加えて、設定点の変化(またはコントローラ100へのフィードフォワード入力として使用される任意の測定された外乱)によって引き起こされる変化を補償するために、2つの測定値の受信の間の予想される応答を決定する。したがって、上で説明される制御技法は、予想されるプロセス応答に影響を及ぼし得る設定点変化、測定される外乱に対するフィードフォワードアクションなどに適応することができ、したがって、よりロバストな制御応答を提供する。 However, as will be appreciated, the control routine 100 of FIG. 4A provides the expected process response by being based on the calculation of aperiodic measurements, while in addition a change in setpoint (or controller). To compensate for the changes caused by any measured disturbance) used as a feedforward input to 100, the expected response between the reception of the two measurements is determined. Therefore, the control techniques described above can be adapted to setpoint changes, feedforward actions against measured disturbances, etc. that can affect the expected process response, thus providing a more robust control response. To do.

理解されるように、図4Aに例示される制御技法は、制御ブロックまたはルーチン100の各実行について連続的に更新されるフィルタ116(例えば、リセット寄与フィルタ)を介して、予想される応答の指示を算出する。ここで、コントローラ100は、制御ブロックの各実行について、予想される応答の新しい指示を算出するように、連続的に更新されるフィルタ116を構成する。しかしながら、フィルタ116の出力を加算ブロック112への入力として使用するべきであるかどうかを判定するために、通信スタック80及び、いくつかの実施例において、更新検出モジュール82(図3)は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに、積分出力スイッチ118の新しい値フラグを発生させるために、送信機106からの入来データを処理する。この新しい値フラグは、加算器112の入力に対するこのコントローラ繰り返しについてフィルタ出力値をサンプリングし、クランプすることをスイッチ118に通知する。 As will be appreciated, the control technique exemplified in FIG. 4A indicates the expected response via a filter 116 (eg, a reset contribution filter) that is continuously updated for each execution of the control block or routine 100. Is calculated. Here, the controller 100 configures a filter 116 that is continuously updated to calculate new instructions for the expected response for each execution of the control block. However, in order to determine whether the output of the filter 116 should be used as an input to the addition block 112, the communication stack 80 and, in some embodiments, the update detection module 82 (FIG. 3) is new. When a process variable measurement is received, it processes incoming data from transmitter 106 to generate a new value flag for the integrated output switch 118. This new value flag informs switch 118 that it will sample and clamp the filter output value for this controller iteration for the input of adder 112.

新しい値フラグが通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ116は、制御ルーチンの各繰り返しについて、予想される応答の指示を算出し続ける。予想される応答のこの新しい指示は、制御ブロックの各実行について、積分出力スイッチ118に搬送される。新しい値フラグの存在に応じて、積分出力スイッチ118は、連続的に更新されるフィルタ116からの予想される応答の新しい指示を加算ブロック112に通過させることを可能にすることと、制御ブロックの最後の実行中に加算ブロック112に以前に送達された信号を維持することとの間で切り替える。より具体的には、新しい値フラグが通信されるときに、積分出力スイッチ118は、連続的に更新されるフィルタ116からの予想される応答の直前に算出された指示を、加算ブロック112に渡すことを可能にする。その逆に、新しい値フラグが存在しない場合、積分出力スイッチ118は、最後の制御ブロック繰り返しからの予想される応答の指示を加算ブロック112に再送信する。換言すれば、積分出力スイッチ118は、新しい値フラグがスタック80から通信される度に、予想される応答の新しい指示にクランプするが、新しい値フラグが存在しない場合は、いかなる予想される応答の新しく算出された指示も加算ブロック112に到達させないようにする。 Regardless of whether a new value flag is communicated, the continuously updated filter 116 continues to calculate the expected response indication for each iteration of the control routine. This new indication of the expected response is carried to the integral output switch 118 for each execution of the control block. In response to the presence of the new value flag, the integral output switch 118 allows the addition block 112 to pass a new indication of the expected response from the continuously updated filter 116 and that of the control block. Switch between maintaining the previously delivered signal to addition block 112 during the last run. More specifically, when a new value flag is communicated, the integral output switch 118 passes to the addition block 112 the indication calculated just before the expected response from the continuously updated filter 116. Make it possible. Conversely, in the absence of the new value flag, the integral output switch 118 retransmits the indication of the expected response from the last control block iteration to the addition block 112. In other words, the integral output switch 118 clamps to the new indication of the expected response each time a new value flag is communicated from the stack 80, but in the absence of the new value flag, of any expected response. The newly calculated instruction is also prevented from reaching the addition block 112.

この制御技法は、新しい測定値が通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ116が、予想されるプロセス応答をモデル化し続けることを可能にする。制御出力が設定点変化または測定された外乱に基づくフィードフォワードアクションの結果として変化する場合、新しい値フラグの存在にかかわりなく、連続的に更新されるフィルタ116は、各制御ルーチン繰り返しにおいて、予想される応答の新しい指示を算出することによって、予想されるプロセス応答を正しく反映する。しかしながら、予想される応答の新しい指示(すなわち、リセット寄与または積分成分)は、新しい値フラグが(積分出力スイッチ118を介して)通信されたときに、コントローラの算出にだけ組み込まれる。 This control technique allows the continuously updated filter 116 to continue modeling the expected process response, regardless of whether new measurements are communicated. If the control output changes as a result of a setpoint change or a feedforward action based on the measured disturbance, a continuously updated filter 116 is expected at each control routine iteration, regardless of the presence of the new value flag. Correctly reflect the expected process response by calculating new instructions for the response. However, new indications of the expected response (ie, reset contribution or integral component) are only incorporated into the controller's calculations when the new value flag is communicated (via the integral output switch 118).

図4Bに例示されるグラフ200は、コントローラ100がいくつかの設定点変化に応答したときに、プロセス出力信号202を定常状態値まで駆動する際の、図4Aのコントローラ100のシミュレーションされた動作を描写する。図4Bでは、プロセス制御システムの無線動作中の、プロセス出力信号202(太線で例示される)が、設定値信号204(細線で示される)と比較して示される。グラフ200の下部の時間軸に沿って矢印によって示されるように、設定点変化が起こったときに、コントローラ102は、プロセス出力を駆動する制御信号を生成することによって、新しい設定値(すなわち、定常状態値)に反応するように応答する。例えば、図4Bに例示されるように、設定点変化は、時間Tで起こるが、これは、設定値信号204の大きさがより高い値からより低い値まで大幅に変化することから明らかである。それに応じて、コントローラ102は、時間Tと時間Tとの間で出力信号202が呈するような滑らかな過渡曲線において、新しい定常状態に対する設定点または設定点値と関連付けられるプロセス変数を駆動する。同様に、図4Bにおいて、第2の設定点変化は、時間Tで起こるが、これは、設定値信号204の大きさがより低い値からより高い値まで大幅に変化することから明らかである。それに応じて、コントローラ102は、時間TとTとの間で出力信号202によって示されるような滑らかな過渡曲線において、新しい定常状態に対する設定点または設定点値と関連付けられるプロセス変数を制御する。その結果、図4Bから分かるように、上で説明される制御ルーチンを実施するコントローラ100は、ロバストな様式で、非周期的無線制御システムにおける設定点変化の補償を可能にする。フィードフォワード外乱は、制御アクション動作において測定され、含めることができるので、上で説明される制御ルーチンを実施するコントローラ100はまた、非周期的無線制御システムにおける制御出力のフィードフォワード変化の補償も可能にすることができる。 Graph 200, illustrated in FIG. 4B, illustrates the simulated operation of controller 100 in FIG. 4A when driving the process output signal 202 to steady state values when controller 100 responds to some set point changes. Depict. In FIG. 4B, the process output signal 202 (illustrated by the thick line) during wireless operation of the process control system is shown in comparison with the set value signal 204 (shown by the thin line). As indicated by the arrows along the time axis at the bottom of the graph 200, when a set point change occurs, the controller 102 generates a control signal to drive the process output to create a new set value (ie, steady state). Respond to react to the state value). For example, as illustrated in Figure 4B, the change set point takes place at time T 1, which is evident from the fact that a significant change in to a lower value from a higher value is the magnitude of the setpoint signal 204 is there. In response, controller 102, in a smooth transition curve as exhibited by the output signal 202 between times T 1 and time T 2, to drive the process variable associated with the set point or set point value for the new steady state .. Similarly, in Figure 4B, the second setpoint change takes place at time T 2, which is evident from the fact that a significant change in to a higher value from the lower value the magnitude of the setpoint signal 204 .. Accordingly, the controller 102 controls the set point or process variable associated with the set point value for the new steady state in a smooth transient curve as indicated by the output signal 202 between times T 2 and T 3. .. As a result, as can be seen in FIG. 4B, the controller 100 that implements the control routine described above allows compensation for setpoint changes in the aperiodic radio control system in a robust manner. Since the feedforward disturbance can be measured and included in the control action operation, the controller 100 that implements the control routine described above can also compensate for feedforward changes in the control output in the aperiodic radio control system. Can be.

図4Aの簡単なPIコントローラ構成は、フィルタ116の出力を制御信号に対するリセット寄与として直接使用し、この事例において、閉ループ制御ルーチンのリセット寄与(例えば、上で提示される、連続的に更新されるフィルタの式)は、プロセスが定常状態動作を呈するかどうかを判定する際に、プロセス応答の正確な表現を提供することができることに留意されたい。しかしながら、むだ時間が支配的なプロセスなどの他のプロセスは、予想されるプロセス応答をモデル化するために、追加的な構成要素を図4Aのコントローラに組み込むことを必要とする場合がある。一次モデルによって十分に表されるプロセスに関しては、全般的に、PI(またはPID)コントローラのリセット時間を決定するために、プロセス時定数を使用することができる。より具体的には、リセット時間がプロセス時定数に等しく設定された場合、リセット寄与は、全般的に、経時的に制御ルーチン100が予想されるプロセス応答を反映するように、比例寄与を無効にする。図4Aに例示される実施例において、リセット寄与は、プロセス時定数と同じ時定数を有するフィルタを有するポジティブフィードバックネットワークによって達成することができる。他のモデルを使用することができるが、ポジティブフィードバックネットワーク、フィルタ、またはモデルは、既知または近似のプロセス時定数を有するプロセスの予想される応答を決定するための好都合な機構を提供する。PID制御を必要とするプロセスの場合、PID出力に対する、レートとしても知られる微分寄与は、新しい測定値を受信したときにだけ再計算し、更新することもできる。そのような事例において、微分算出は、最後の新しい測定以来の経過時間を使用することができる。プロセス測定値の非周期的受信を使用してより複雑なプロセスを制御するために他のコントローラ成分を使用することができるが、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために図4Aのフィルタリング技法を使用することができる、コントローラのいくつかの実施例が、図5〜図8と併せて下で説明される。 The simple PI controller configuration of FIG. 4A uses the output of filter 116 directly as the reset contribution to the control signal, and in this case the reset contribution of the closed loop control routine (eg, continuously updated as presented above). It should be noted that the filter equation) can provide an accurate representation of the process response in determining whether the process exhibits steady-state behavior. However, other processes, such as waste-dominant processes, may require the incorporation of additional components into the controller of FIG. 4A to model the expected process response. For processes well represented by the primary model, process time constants can generally be used to determine the reset time of the PI (or PID) controller. More specifically, if the reset time is set equal to the process time constant, the reset contribution generally disables the proportional contribution so that the control routine 100 reflects the expected process response over time. To do. In the embodiment illustrated in FIG. 4A, the reset contribution can be achieved by a positive feedback network with a filter having the same time constant as the process time constant. Other models can be used, but positive feedback networks, filters, or models provide a convenient mechanism for determining the expected response of a process with known or approximate process time constants. For processes that require PID control, the differential contribution to the PID output, also known as the rate, can be recalculated and updated only when a new measurement is received. In such cases, the derivative calculation can use the elapsed time since the last new measurement. Other controller components can be used to control more complex processes using aperiodic reception of process measurements, but to provide robust control in response to setpoint changes. Some examples of controllers that can use the filtering techniques of are described below in conjunction with FIGS. 5-8.

以下、図5を参照すると、上で説明されるように、制御技法に従って構成される、代替のコントローラ(または制御要素)120は、図4Aに例示されるコントローラ100に多くの点で類似する。その結果、双方のコントローラに共通な要素は、同じ参照番号で識別される。しかしながら、コントローラ120は、追加的な要素を制御ルーチンに組み込み、該ルーチンは、測定値の伝送の間の予想されるプロセス応答を決定する。この事例において、プロセス101は、相当な量のむだ時間を有することを特徴とすることができ、その結果、むだ時間ユニットまたはブロック122が、むだ時間補正のためのコントローラモデルに含まれる。むだ時間ユニット122の組み込みは、全般的に、プロセス応答のより正確な表現に到達するのを補助する。より具体的には、むだ時間ユニット122は、任意の所望の様式で実施することができ、スミス予測手段または他の既知の制御ルーチンに共通な方法を含むか、または利用することができる。しかしながら、この状況において、連続的に更新されるフィルタ116及びスイッチモジュール118は、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために、図4Aのコントローラ100に関して上で説明されるものと同じ様式で動作する。 With reference to FIG. 5, the alternative controller (or control element) 120, configured according to the control technique, is in many respects similar to the controller 100 illustrated in FIG. 4A, as described above. As a result, elements common to both controllers are identified by the same reference number. However, the controller 120 incorporates additional elements into the control routine, which determines the expected process response during the transmission of the measurements. In this case, the process 101 can be characterized by having a significant amount of wasted time, so that the wasted time unit or block 122 is included in the controller model for wasted time correction. The incorporation of the dead time unit 122 generally helps to reach a more accurate representation of the process response. More specifically, the dead time unit 122 can be implemented in any desired manner and can include or utilize methods common to Smith predictive means or other known control routines. However, in this situation, the continuously updated filter 116 and switch module 118 are the same as described above for controller 100 in FIG. 4A to provide robust control in response to setpoint changes. Works in style.

図6は、別の代替のコントローラ(または制御要素)130を描写するが、微分またはレート寄与成分がコントローラ130に組み込まれる点で、図4Aにおいて上で説明されるコントローラ100と異なる。微分寄与を組み込むことによって、コントローラ130によって実施される制御ルーチンは、いくつかの事例において、比例−積分−微分(PID)制御スキームが実施されるように、追加的なフィードバック機構を含む。 FIG. 6 depicts another alternative controller (or control element) 130, but differs from the controller 100 described above in FIG. 4A in that the derivative or rate contributing component is incorporated into the controller 130. The control routine performed by the controller 130 by incorporating differential contributions includes an additional feedback mechanism so that in some cases a proportional-integral-differential (PID) control scheme is implemented.

図6の制御ルーチンまたは技法は、図4Aの積分寄与と関連して上で説明される様式に類似する様式で構成される微分寄与を含み、プロセス測定値の非周期的な、または別様には利用できない更新に適応する。微分寄与は、最後の測定値更新以来の経過時間に基づいて再構成することができる。この様式で、微分寄与(及び結果として生じる出力信号)のスパイクが回避される。より具体的には、図6の微分寄与は、比例及び積分寄与専用の要素と並行に加算ブロック108から誤差信号を受信する、微分ブロック132によって決定される。他のPID構成(例えば、シリアル構成)も利用することができるが、比例、積分、及び微分寄与は、図6に示されるように、加算ブロック134において組み合わせられる。 The control routine or technique of FIG. 6 includes a differential contribution composed in a manner similar to that described above in connection with the integral contribution of FIG. 4A, aperiodic or otherwise of process measurements. Adapts to updates that are not available. The differential contribution can be reconstructed based on the elapsed time since the last measurement update. In this manner, spikes in the differential contribution (and the resulting output signal) are avoided. More specifically, the differential contribution of FIG. 6 is determined by the differential block 132, which receives an error signal from the addition block 108 in parallel with the elements dedicated to proportional and integral contributions. Other PID configurations (eg, serial configurations) are also available, but proportional, integral, and differential contributions are combined in addition block 134, as shown in FIG.

信頼できない伝送及び、より全般的には、測定値更新の利用不能に適応するために、微分寄与は、通信スタック80からの新しい値フラグによって示されるように、測定値更新を受信するまで、最後に決定された値に維持される。この技法は、制御ルーチンが、制御ルーチンの通常の、または確立された実行レートに従って周期的実行を続けることを可能にする。更新された測定値を受信すると、図6に例示されるように、微分ブロック132は、以下の式に従って微分寄与を決定することができる。

Figure 2021073629
To adapt to unreliable transmissions and, more generally, the availability of measurement updates, the differential contribution is last until the measurement update is received, as indicated by the new value flag from the communication stack 80. It is maintained at the value determined in. This technique allows a control routine to continue periodic execution according to the normal or established execution rate of the control routine. Upon receiving the updated measurement, the derivative block 132 can determine the derivative contribution according to the following equation, as illustrated in FIG.
Figure 2021073629

微分寄与を決定するためのこの技法によって、プロセス変数(すなわち、制御入力)に対する測定値更新を、出力スパイクを生成することなく、1つ以上の実行期間の間にわたって喪失することができる。通信が再確立されたときに、微分寄与式の項(e−eN−1)は、微分寄与の標準的な算出において発生させた値と同じ値を発生させることができる。しかしながら、標準的なPID技法の場合、微分寄与を決定する際の除数は、実行期間である。対照的に、本制御技法は、2つの成功裏に受信した測定値の間の経過時間を利用する。実行期間よりも長い経過時間を使用することで、制御技法は、標準PID技法よりも小さい微分寄与を生成し、また、スパイキングが低減される。 This technique for determining differential contributions allows measurement updates to process variables (ie, control inputs) to be lost over one or more execution periods without producing output spikes. When the communication is reestablished, the term of the differential contribution equation (e N- e N-1 ) can generate the same value that was generated in the standard calculation of the differential contribution. However, for standard PID techniques, the divisor in determining the differential contribution is the execution period. In contrast, this control technique utilizes the elapsed time between two successfully received measurements. By using an elapsed time longer than the execution period, the control technique produces a smaller differential contribution than the standard PID technique and also reduces spiking.

経過時間の決定を容易にするために、通信スタック80は、図6に示されるように、上で説明される新しい値フラグを微分ブロック132に提供することができる。代替の実施例は、その値に基づいて、新しい測定値または更新の検出を含むこと、または関与させることができる。また、プロセス測定値を、比例または微分成分の算出において誤差の代わりに使用することができる。より全般的には、通信スタック80は、プロセス101内の任意のフィールドデバイス、コントローラの外部のプロセス制御要素などを含む、プロセス101との通信インターフェースを実施するために、任意のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェア(またはそれらの任意の組み合わせ)を含むこと、または関与させることができる。しかしながら、図6のコントローラ130において、連続的に更新されるフィルタ116及びスイッチモジュール118は、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために、図4Aのコントローラ100に関して上で説明されるものと同じように動作する。 To facilitate the determination of elapsed time, the communication stack 80 can provide the differential block 132 with the new value flag described above, as shown in FIG. Alternative examples can include or involve the detection of new measurements or updates based on their values. Process measurements can also be used in place of error in the calculation of proportional or derivative components. More generally, the communication stack 80 provides any software, hardware, to implement a communication interface with process 101, including any field device within process 101, process control elements outside the controller, and so on. Or it can include or involve firmware (or any combination thereof). However, in the controller 130 of FIG. 6, the continuously updated filter 116 and switch module 118 are described above with respect to the controller 100 of FIG. 4A to provide robust control in response to setpoint changes. It works the same as the one.

図3、図4A、及び図5〜図6に関連して説明される、コントローラによって制御されるアクチュエータまたは他の下流の要素は、特に、コントローラまたは制御要素と下流のアクチュエータまたは他の要素との間にいかなる通信もない期間の後に、それでも、突然の変化を伴う制御信号を受信する場合がある。結果として生じる制御アクションは、いくつかの事例において、プラントの動作に影響を与えるのに十分突然である場合があり、そのような突然の変化は、不適切なレベルの不安定性につながる場合がある。 The actuators or other downstream elements controlled by the controller, described in connection with FIGS. 3, 4A, and 5-6, are particularly those of the controller or control element and the downstream actuator or other element. After a period of no communication in between, a control signal with sudden changes may still be received. The resulting control actions may, in some cases, be sudden enough to affect the operation of the plant, and such sudden changes can lead to inappropriate levels of instability. ..

コントローラと下流の要素との間の通信の喪失による突然の制御変化の可能性は、制御信号に対するフィードバック寄与(複数可)を決定するときに、最後の実行期間中に、コントローラ出力の代わりに実際の下流のデータを組み込むことによって対処することができる。全般的に言えば、そのような実際の下流のデータは、制御信号に対する応答のフィードバック指示を提供し、したがって、制御信号を受信する下流の要素(例えば、プロセス制御モジュール)またはデバイス(例えば、アクチュエータ)によって測定または算出することができる。そのようなデータは、最後の実行からのコントローラ出力などの、制御信号に対する暗黙の応答の代わりに提供される。図4A及び図5〜図6に示されるように、連続的に更新されるフィルタ116は、下流の応答の暗黙の指示として制御信号105を受信する。そのような暗黙のデータの使用は、アクチュエータなどの下流の要素が制御信号の通信を受信したことを効果的に想定し、したがって、制御信号に適切に応答している。実際のフィードバックデータもまた、制御されているプロセス変数の測定値などの他の応答指示と異なる。 The possibility of sudden control changes due to loss of communication between the controller and downstream elements is actually in place of the controller output during the last execution period when determining the feedback contribution (s) to the control signal. It can be dealt with by incorporating data downstream of. Generally speaking, such actual downstream data provides feedback instructions for the response to the control signal and therefore the downstream element (eg, process control module) or device (eg, actuator) that receives the control signal. ) Can be measured or calculated. Such data is provided in lieu of an implicit response to the control signal, such as the controller output from the last run. As shown in FIGS. 4A and 5-6, the continuously updated filter 116 receives the control signal 105 as an implicit indication of the downstream response. The use of such implicit data effectively assumes that a downstream element, such as an actuator, has received a communication of the control signal and therefore responds appropriately to the control signal. The actual feedback data also differs from other response instructions, such as measurements of controlled process variables.

図7は、制御信号に応答する下流のデバイスまたは要素からのアクチュエータ位置データを受信する、例示的なコントローラ140を描写する。下流のデバイスまたは要素は、しばしば、アクチュエータに対応して、アクチュエータ位置の測定値を提供する。より全般的には、下流のデバイスまたは要素は、PID制御ブロック、制御セレクタ、スプリッタ、または制御信号によって制御される任意の他のデバイス若しくは要素に対応するか、またはそれを含むことができる。示される例示的な事例において、アクチュエータ位置データは、制御信号に対する応答の指示として提供される。したがって、アクチュエータ位置データは、プロセス変数の測定値更新の欠如にもかかわらず、制御ルーチンの連続的な実行期間中に、コントローラ140によって利用される。この目的のために、連続的に更新されるフィルタ116は、入来フィードバックデータに対するインターフェースを確立する通信スタック146を介して、アクチュエータ位置データを受信することができる。この例示的な事例において、フィードバックデータは、制御信号に対する応答の2つの指示、アクチュエータ位置、及びプロセス変数を含む。 FIG. 7 depicts an exemplary controller 140 that receives actuator position data from a downstream device or element that responds to a control signal. Downstream devices or elements often correspond to actuators and provide measurements of actuator position. More generally, downstream devices or elements can correspond to or include PID control blocks, control selectors, splitters, or any other device or element controlled by a control signal. In the exemplary case shown, actuator position data is provided as an indication of a response to a control signal. Therefore, the actuator position data is utilized by the controller 140 during the continuous execution period of the control routine, despite the lack of measured value updates for process variables. To this end, the continuously updated filter 116 can receive actuator position data via the communication stack 146, which establishes an interface for incoming feedback data. In this exemplary case, the feedback data includes two indications of the response to the control signal, the actuator position, and the process variables.

前の実施例と同様に、連続的に更新されるフィルタ116は、プロセス変数に対する測定値更新の欠如に関与する状況に適応するように構成される。連続的に更新されるフィルタ116は、新しい測定値フラグを受信した後に発生させたフィルタ出力だけが加算器112で使用されるという事実にもかかわらず、そのような欠如の間、その出力を同様に再算出する。しかしながら、測定値更新を受信すると、連続的に更新されるフィルタ116は、その出力を修正するために、もはや制御信号のフィードバックに依存しない。むしろ、アクチュエータからの実際の応答データは、以下に示されるように利用される。

Figure 2021073629
Similar to the previous embodiment, the continuously updated filter 116 is configured to adapt to the situation involved in the lack of measurement updates for process variables. The continuously updated filter 116 resembles that output during such a lack, despite the fact that only the filter output generated after receiving the new measurement flag is used by the adder 112. Recalculate to. However, upon receiving a measurement update, the continuously updated filter 116 no longer relies on control signal feedback to correct its output. Rather, the actual response data from the actuator is utilized as shown below.
Figure 2021073629

制御信号に対する応答の実際の指示の使用は、周期的通信の期間中、及びPID制御要素から下流の要素、例えばアクチュエータへの非周期的通信の期間または通信喪失の後の双方で、制御技法の正確さを向上させるのを補助することができる。しかしながら、実際の応答指示の伝送は、典型的に、異なるデバイスにおいて実施される場合に、フィールドデバイスとコントローラとの間に追加的な通信を必要とする。そのような通信は、上で説明されるように、無線とすることができ、したがって、信頼できない伝送または電力制限の影響を受けやすくなる場合がある。他の理由もまた、フィードバックデータの利用不能につながる場合がある。 The use of the actual indication of the response to the control signal is both during the period of periodic communication and during the period of aperiodic communication from the PID control element to the downstream element, eg, the actuator or after loss of communication of the control technique. It can help improve accuracy. However, the transmission of the actual response instructions typically requires additional communication between the field device and the controller when performed on different devices. Such communications can be wireless, as described above, and may therefore be susceptible to unreliable transmissions or power limits. Other reasons may also lead to the unavailability of feedback data.

下で説明されるように、本明細書で論じられる制御技法はまた、そのような応答指示が周期的またはタイムリーな様式で通信されない状況に対処することもできる。すなわち、本制御技法の適用は、プロセス変数の測定値更新の欠如に限定する必要はない。むしろ、本制御技法は、アクチュエータの位置または下流の制御要素の出力などの他の応答指示の欠如に関与する状況に対処するように、好都合に利用することができる。なお更に、本制御技法は、コントローラ(または制御要素)から、フィールドデバイス(例えば、アクチュエータ)または別の制御要素(例えば、カスケード型PID制御、スプリッタなど)などの下流の要素への伝送の喪失、遅延、または他の利用不能に関与する状況に対処するために利用することができる。 As explained below, the control techniques discussed herein can also address situations in which such response instructions are not communicated in a periodic or timely manner. That is, the application of this control technique need not be limited to the lack of update of measured values of process variables. Rather, the control technique can be conveniently utilized to address situations involving the lack of other response instructions, such as the position of the actuator or the output of control elements downstream. Furthermore, the control technique involves loss of transmission from a controller (or control element) to a downstream element such as a field device (eg, actuator) or another control element (eg, cascade PID control, splitter, etc.). It can be used to deal with situations involving delays or other unavailability.

コントローラ若しくは制御要素への追加的なデータ(すなわち、応答指示または下流の要素のフィードバック)の、またはコントローラ若しくは制御要素からの追加データ(すなわち、制御信号)の、無線または他の信頼できない伝送は、通信の問題及び/または課題に対する追加的な可能性を提供する。上で説明されるように、下流の要素(例えば、アクチュエータ)からのフィードバックは、積分寄与(または他の制御パラメータ若しくは寄与)を決定する際に関与させることができる。この実施例において、制御ルーチンは、上で説明される実施例においてフィードバックされる単一プロセス変数ではなく、2つのフィードバック信号に依存する。更に、制御信号が下流の要素に今まで到達していない場合、プロセスは、制御スキームの恩恵を受けない。これらの信号のうちのいずれか1つの伝送は、遅延するか、または喪失する場合があり、したがって、本明細書で説明される技法は、どちらの可能性にも対処する。 Radio or other unreliable transmission of additional data to the controller or control element (ie, response instructions or feedback of downstream elements), or additional data from the controller or control element (ie, control signal). It provides additional possibilities for communication problems and / or challenges. As explained above, feedback from downstream elements (eg, actuators) can be involved in determining integral contributions (or other control parameters or contributions). In this embodiment, the control routine relies on two feedback signals rather than the single process variable fed back in the embodiment described above. Moreover, if the control signal has never reached the downstream element, the process will not benefit from the control scheme. The transmission of any one of these signals can be delayed or lost, so the techniques described herein address both possibilities.

フィルタまたは他の制御計算に関与する応答指示の欠如は、更新を受信するまで、予想される応答(または他の制御信号成分)の指示を維持することによって対処することができる。 Lack of response instructions involved in filters or other control calculations can be addressed by maintaining instructions for the expected response (or other control signal component) until an update is received.

制御信号が下流の要素に到達しないときに、下流の要素からの応答指示(すなわち、フィードバック)は、変化しない。そのような事例において、値の変化の欠如は、値の変化を受信するまで、予想される応答(または他の制御信号成分)の指示を同様に維持するために、コントローラ(または制御要素)の論理をトリガーすることができる。 When the control signal does not reach the downstream element, the response instruction (ie, feedback) from the downstream element does not change. In such cases, the lack of value change of the controller (or control element) to maintain the indication of the expected response (or other control signal component) as well until the value change is received. You can trigger the logic.

本制御技法はまた、実際のフィードバックデータが所望されないか、または利用できない状況でも実施することができる。前者の事例は、制御信号に対する暗黙の応答を使用するといった簡単さが有益である状況において好都合である場合がある。例えば、実際のフィードバックデータの通信は、問題を含むか、または非実用的である場合がある。後者の事例は、上で説明されるように、位置測定値データを提供するように構成されないアクチュエータまたは他のデバイスが関与する場合がある。より古いデバイスは、そのような性能を有しない場合がある。 The control technique can also be performed in situations where actual feedback data is not desired or available. The former case may be advantageous in situations where simplicity, such as using an implicit response to a control signal, is beneficial. For example, the communication of actual feedback data may be problematic or impractical. The latter case may involve actuators or other devices that are not configured to provide position measurement data, as described above. Older devices may not have such performance.

そのようなデバイスに適応するために、暗黙または実際のいずれかの応答指示を本制御技法が使用することを可能にするように、スイッチまたは他のデバイスを提供することができる。図8に例示されるように、コントローラ150は、スイッチ152に連結され、よって、暗黙及び実際の応答指示の双方を受信する。この事例において、制御スキームの実施が応答指示のタイプを知ることに依存しないので、コントローラ150は、上で説明されるコントローラのうちのいずれかと同一とすることができる。スイッチ152は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実施することができる。スイッチ152の制御は、コントローラ150及び任意の制御ルーチンの実施とは無関係とすることができる。代替的にまたは追加的に、コントローラ150は、スイッチ152を構成するために、制御信号を提供することができる。更に、スイッチ152は、コントローラ自体の一部として実施することができ、また、いくつかの事例では、通信スタックの一部またはコントローラの他の部分として統合することができる。 To adapt to such a device, a switch or other device can be provided to allow the control technique to use either implicit or actual response instructions. As illustrated in FIG. 8, controller 150 is coupled to switch 152 and thus receives both implicit and actual response instructions. In this case, the controller 150 can be identical to any of the controllers described above, as the implementation of the control scheme does not depend on knowing the type of response instruction. The switch 152 can be implemented with software, hardware, firmware, or any combination thereof. The control of the switch 152 can be independent of the implementation of the controller 150 and any control routine. Alternatively or additionally, the controller 150 can provide a control signal to configure the switch 152. Further, the switch 152 can be implemented as part of the controller itself and, in some cases, integrated as part of the communication stack or other part of the controller.

制御方法、システム、及び技法の実践は、いずれか1つの特定の無線アーキテクチャまたは通信プロトコルに限定されない。適切な例示的なアーキテクチャ及び通信サポートスキームは、2005年6月17日に出願された米国特許出願第11/156,215号、名称「Wireless Architecture and Support for Process Control Systems」で説明されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。実際に、制御ルーチンに対する修正は、制御ルーチンが周期的な方法で実施されるが、各制御繰り返しに対するプロセス変数測定値を伴わない、任意の状況に十分適している。他の例示的な状況としては、サンプリングされた値が、例えばアナライザによって、または実験室サンプルを介して、不規則に提供されるか、または滅多に提供されない場合が挙げられる。 The practice of control methods, systems, and techniques is not limited to any one particular radio architecture or communication protocol. Suitable exemplary architectures and communication support schemes are described in US Patent Application No. 11 / 156,215, filed June 17, 2005, entitled "Willess Architecture and Support for Process Control Systems". The entire disclosure is incorporated herein by reference. In fact, modifications to the control routines are well suited for any situation where the control routines are carried out in a cyclical manner but without process variable measurements for each control iteration. Other exemplary situations include cases where sampled values are provided irregularly or rarely, for example by an analyzer or via a laboratory sample.

本制御技法の履行は、単一入力、単一出力のPID制御ルーチン(PI及びPDルーチンを含む)とともに使用することに限定されず、むしろ、多数の異なる多重入力及び/または多重出力制御スキーム、並びにカスケード型制御スキームに適用することができる。より全般的には、本制御技法はまた、1つ以上のプロセス変数、1つ以上のプロセス入力、またはモデル予測制御(MPC)などの他の制御信号に関与する、任意の閉ループモデルに基づく制御ルーチンの状況に適用することもできる。 The implementation of this control technique is not limited to use with single input, single output PID control routines (including PI and PD routines), but rather a number of different multiple input and / or multiple output control schemes. It can also be applied to cascaded control schemes. More generally, the control technique is also an arbitrary closed-loop model-based control involving one or more process variables, one or more process inputs, or other control signals such as model predictive control (MPC). It can also be applied to routine situations.

図9は、本明細書で説明される原理を使用するが、速度に基づくコントローラの形態でコントローラ300を有するように構成される、更なる例示的な制御システムを例示する。図9の例示的なシステムにおいて、コントローラ300は、例えばワークステーション13(図1及び図3)のうちの1つから、またはプロセス制御システム内の、若しくは該プロセス制御システムと通信している任意の他のソースから設定点信号を受信し、コントローラ300の出力からプロセス301に提供される、1つ以上の制御信号305を発生させるように動作する。制御信号305を受信する他に、プロセス301は、図4において矢印304によって概略的に示される、測定された、または測定されていない外乱を受ける場合がある。プロセス制御アプリケーションのタイプに応じて、設定点信号は、ユーザ、調整ルーチンなどによるなどして、プロセス301の制御中の任意のときに変化させることができる。当然、プロセス制御信号305は、弁と関連付けられるアクチュエータを制御することができ、またはプロセス301の動作の応答に影響を及ぼすように任意の他のフィールドデバイスを制御することができる。プロセス制御信号305の変化に対するプロセス301の応答は、送信機、センサ、または他のフィールドデバイス306によって測定または検知され、例えば、図3に例示される送信機60〜64のうちの任意の1つに対応することができる。送信機306とコントローラ300との間の通信リンクは、無線接続を含むことができ、破線を使用して図9に例示される。しかしながら、このリンクはまた、有線通信リンクまたは他のタイプの通信リンクとすることもできる。議論の目的で、送信機306は、低速または間欠的な更新レートで、制御されるプロセス変数(すなわち、被制御変数)または制御されたプロセス変数と相関されるプロキシ変数を測定しているものとみなされる。この低速の更新レートは、周期的または非周期的とすることができ、また、制御されたプロセス変数と関連付けられるプロセス動力学のプロセス応答レートと同程度の大きさであるとみなされる。したがって、プロセス変数測定値は、プロセスの応答時間よりも長い時間間隔あたり一度、プロセス応答時間に類似する時間間隔あたり一度、またはプロセス応答時間よりも僅かに短い時間間隔あたり一度提供される。したがって、いくつかの事例において、この更新レートは、プロセス応答レートの1/2〜1/4(プロセス応答時間の逆数)とすることができる。 FIG. 9 uses the principles described herein, but illustrates a further exemplary control system configured to have a controller 300 in the form of a speed-based controller. In the exemplary system of FIG. 9, the controller 300 is any communication from, for example, one of workstations 13 (FIGS. 1 and 3), within the process control system, or with the process control system. It operates to receive setpoint signals from other sources and generate one or more control signals 305 provided to process 301 from the output of controller 300. In addition to receiving the control signal 305, process 301 may be subject to disturbances, measured or unmeasured, outlined by arrow 304 in FIG. Depending on the type of process control application, the setpoint signal can be changed at any time during the control of process 301, such as by the user, adjustment routine, and so on. Of course, the process control signal 305 can control the actuator associated with the valve, or any other field device to influence the response of the operation of process 301. The response of process 301 to a change in process control signal 305 is measured or detected by a transmitter, sensor, or other field device 306, eg, any one of transmitters 60-64 illustrated in FIG. Can be dealt with. The communication link between the transmitter 306 and the controller 300 can include a wireless connection and is illustrated in FIG. 9 using a dashed line. However, this link can also be a wired communication link or another type of communication link. For the purposes of discussion, transmitter 306 is measuring a controlled process variable (ie, a controlled variable) or a proxy variable that correlates with a controlled process variable at a slow or intermittent update rate. It is regarded. This slow update rate can be periodic or aperiodic and is considered to be as large as the process dynamics process response rate associated with the controlled process variables. Therefore, process variable measurements are provided once per time interval that is longer than the process response time, once per time interval that is similar to the process response time, or once per time interval that is slightly shorter than the process response time. Therefore, in some cases, this update rate can be 1/2 to 1/4 of the process response rate (the reciprocal of the process response time).

図9に例示される簡単な実施形態において、コントローラ300は、PI制御ルーチンなどの単一入力、単一出力の閉ループ制御ルーチンを実施することができ、これは、PID制御ルーチンの1つの形態である。故に、コントローラ300は、通信スタック380を含むいくつかの標準PIコントローラ要素と、加算ブロック308、比例ゲイン要素310、及び更なる加算ブロック312を含む制御信号生成部とを含む。制御ルーチン300はまた、フィルタ316と、選択ブロック318を含む積分出力スイッチとを含む、直接積分フィードバック経路も含む。しかしながら、この事例において、図9のPIコントローラは、制御信号の比例及び積分成分に関する位置及び差分の制御算出を行うように構成される。したがって、コントローラ300はまた、比例成分算出経路に配置される差分ブロック320、積分成分算出経路に配置される加算器322、及び制御信号305を生成するために差分的に算出された制御成分をそこへの入力で使用するブロック324も含む。全般的に言えば、ブロック324は、コントローラ300内で発生させたときに、位置(速度)制御信号の変化をスケーリングするか、または別様には、この信号を、制御デバイスに送信されるアナログまたはデジタル信号に変換して、制御デバイスが、特定の期間にわたってある方向または別の方向にある特定の量だけ移動するように指示する。このブロック324は、例えば、パルス幅変調信号、パルス信号、ターンオン時間を示すデジタル信号、または位置の変化の大きさを示す任意の他の信号を、経時的に制御デバイスに送信することができる。 In a simple embodiment illustrated in FIG. 9, the controller 300 can implement a single input, single output closed loop control routine such as a PI control routine, which is in one form of a PID control routine. is there. Therefore, the controller 300 includes several standard PI controller elements including the communication stack 380 and a control signal generator including an addition block 308, a proportional gain element 310, and an additional addition block 312. The control routine 300 also includes a direct integral feedback path that includes a filter 316 and an integral output switch that includes a selection block 318. However, in this case, the PI controller of FIG. 9 is configured to perform control calculations of position and difference with respect to the proportional and integral components of the control signal. Therefore, the controller 300 also has a differential block 320 placed in the proportional component calculation path, an adder 322 placed in the integral component calculation path, and a differentially calculated control component to generate the control signal 305. Also includes block 324 used for input to. Generally speaking, the block 324 scales the change in the position (speed) control signal when generated within the controller 300, or otherwise sends this signal to the control device in an analog. Or converted to a digital signal, instructing the control device to move in one direction or another direction by a certain amount over a particular period of time. The block 324 can, for example, transmit a pulse width modulated signal, a pulse signal, a digital signal indicating the turn-on time, or any other signal indicating the magnitude of the position change to the control device over time.

図9に例示されるように、積分フィルタ316は、加算器322の出力に連結され、次にこの出力が加算器312の出力を受信するように連結され、一方で、スイッチのブロック318は、フィルタ316の出力に連結され、コントローラ300によって発生させている制御信号の積分またはリセット寄与または成分を加算ブロック312に提供する。 As illustrated in FIG. 9, the integrator filter 316 is coupled to the output of adder 322, which is then coupled to receive the output of adder 312, while block 318 of the switch is The integration or reset contribution or component of the control signal coupled to the output of the filter 316 and generated by the controller 300 is provided to the addition block 312.

コントローラ300の各繰り返しまたは動作中に、加算ブロック308は、誤差信号(e)を生成するために、設定点信号と、コントローラ300内で通信スタック380から提供される直前に受信したプロセス変数測定値とを比較する。比例ゲイン要素またはブロック310は、速度制御信号の比例寄与または成分を生成するために、例えば、誤差信号eに比例ゲイン値Kを乗じることによって、誤差信号eに対して動作する。差分ブロック320は、次いで、(最後または直前のコントローラ繰り返し中生成される)ゲインブロック310の現在の出力とゲインブロック310の直前の値との間の差分を決定することによって、最後のコントローラ繰り返し以来の比例ゲイン値の変化を決定する。次いで、加算ブロック312は、出力ブロック324に提供される速度制御信号326を生成するために、変化ユニット320の出力(すなわち、速度に基づく比例寄与)と、積分フィードバック経路によって生成される制御信号の積分またはリセット寄与または成分とを組み合わせる。 During each iteration or operation of the controller 300, the addition block 308 adds a set point signal and a process variable measurement received just before provided from the communication stack 380 within the controller 300 to generate an error signal (e). Compare with. Proportional gain element or block 310, to produce a proportional contribution or component of the speed control signal, for example, by multiplying the proportional gain value K p to the error signal e, which operates on the error signal e. The difference block 320 then determines the difference between the current output of the gain block 310 (generated during the last or previous controller iteration) and the previous value of the gain block 310 since the last controller iteration. Determine the change in the proportional gain value of. The addition block 312 then combines the output of the change unit 320 (ie, a proportional contribution based on speed) and the control signal generated by the integral feedback path to generate the speed control signal 326 provided to the output block 324. Combine with integral or reset contributions or components.

しかしながら、重要なことに、コントローラ300の積分フィードバック経路内の加算器322、フィルタ316、及びブロックまたはスイッチ318は、制御信号の積分またはリセット寄与成分を生成するために、以下の様式で動作する。ここで、加算器322は、各コントローラ繰り返し中に、加算器312の出力(すなわち、移動可能な制御要素の位置の変化を表す、速度に基づく制御信号)を受信するように連結され、また、その値と、(コントローラ300の最後の繰り返し中に発生させた)加算器322の以前の出力Sとを合計して、それによって、実際には、ある特定の期間にわたる出力信号の変化の変化を積分または合計する。加算器322の新しい出力Sは、積分フィルタ316に提供され、該積分フィルタは、図9においてRで示される、制御信号305に対する予想されるプロセス応答の指示を生成する。フィルタ316は、この予想されるプロセス応答信号Rをスイッチまたはブロック318に提供する。しかしながら、図9に示されるように、スイッチまたはブロック318は、新しいプロセス変数測定値を受信したときには常に、スイッチまたはブロック318の出力でフィルタ316の出力をサンプリングし、クランプするが、別様には、いかなる新しいプロセス変数測定値も利用できない制御繰り返し中の積分制御寄与として、ゼロ(0.0)値を加算器312に提供する。したがって、各コントローラ繰り返し中に新しい制御信号を発生させるために積分制御寄与として提供される、スイッチ318の出力は、コントローラ300によって使用するために新しいプロセス変数測定値を利用することができるコントローラ繰り返し中にだけ、フィルタ316の出力であり、別様にはゼロ(0.0)である。通信スタック380によって生成された新しい値フラグが設定される度に(新しいプロセス変数測定値がコントローラ300で利用することができることを示す)、加算器322は、出力をゼロに設定し、新しい期間にわたる加算を開始する。したがって、実際には、加算器322は、プロセス変数測定値変更の間の各コントローラ繰り返しにわたって、制御出力信号の変化を合計し、(コントローラ繰り返し中に)コントローラ300で新しいプロセス変数測定値更新を受信した後には常にリセットする。 However, importantly, the adder 322, filter 316, and block or switch 318 in the integral feedback path of controller 300 operate in the following manner to generate an integral or reset contributory component of the control signal. Here, the adder 322 is coupled to receive the output of the adder 312 (ie, a speed-based control signal representing a change in the position of a movable control element) during each controller iteration. That value is summed with the previous output S of adder 322 (generated during the last iteration of controller 300), thereby actually producing a change in the change in the output signal over a particular period of time. Integrate or sum. A new output S of adder 322 is provided to the integrator filter 316, which produces an indication of the expected process response to the control signal 305, represented by R in FIG. The filter 316 provides this expected process response signal R to the switch or block 318. However, as shown in FIG. 9, the switch or block 318 samples and clamps the output of the filter 316 at the output of the switch or block 318 whenever a new process variable measurement is received, but otherwise. A zero (0.0) value is provided to the adder 312 as an integral control contribution during control iterations where no new process variable measurements are available. Therefore, the output of switch 318, which is provided as an integral control contribution to generate a new control signal during each controller iteration, can utilize new process variable measurements for use by the controller 300 during controller iteration. Only the output of the filter 316, and otherwise zero (0.0). Each time a new value flag generated by the communication stack 380 is set (indicating that a new process variable measurement is available on controller 300), adder 322 sets the output to zero and spans a new period. Start the addition. Thus, in practice, the adder 322 sums the changes in the control output signal over each controller iteration during the process variable measurement change and receives a new process variable measurement update on the controller 300 (during the controller iteration). Always reset after doing.

フィルタ316によって生成されるような、制御信号の変化に対する予想されるプロセス応答は、下でより詳細に説明されるように、一次モデルを使用して近似することができる。しかしながら、より全般的には、予想されるプロセス応答は、プロセス301の任意の適切なモデルを使用して生成することができ、コントローラ300のフィードバック経路に組み込まれるモデルに、または制御信号に対する積分若しくはリセット寄与を決定することと関連付けられるフィルタまたはモデルに限定されない。例えば、予想されるプロセス応答を提供するためにモデルを利用するコントローラは、制御ルーチン300がPID制御スキームを実行するように、微分寄与を組み込むことができる。例示的な微分寄与を組み込む一実施例は、図10に関連して下で説明される。 The expected process response to changes in the control signal, such as that produced by the filter 316, can be approximated using a linear model, as described in more detail below. However, more generally, the expected process response can be generated using any suitable model of process 301, integrated into the model incorporated in the feedback path of controller 300, or integrated into the control signal. Not limited to the filter or model associated with determining the reset contribution. For example, a controller that utilizes the model to provide the expected process response can incorporate differential contributions such that the control routine 300 executes the PID control scheme. An embodiment incorporating an exemplary differential contribution is described below in connection with FIG.

いずれにしても、下で説明される制御技法は、コントローラ300がプロセス変数の低速または非周期的更新を受信したときに、リセットまたは積分寄与を決定するためのポジティブフィードバック経路を使用することを可能にするが、それでも、新しいプロセス変数測定値の受信の間に起こる設定点変化またはフィードフォワードの変化が生じた場合に、ロバストなコントローラ応答を可能にする。具体的には、フィルタ316は、フィルタ316のこの出力が制御信号の積分成分として加算ブロック312に提供されたかどうかにかかわらず、コントローラ300のそれぞれまたは全ての実行の間、予想されるプロセス応答の新しい指示または値を算出するように構成される。その結果、コントローラ300が通信スタック380からの新しいプロセス測定値更新を受信した直後に(またはその実行サイクル中に)生成されたフィルタ316の出力だけが、加算器312の積分またはリセット寄与として使用される場合であっても、コントローラルーチンの各実行サイクル中に、フィルタ316の出力が新しく再生される。 In any case, the control technique described below allows the controller 300 to use a positive feedback path to determine a reset or integral contribution when it receives a slow or aperiodic update of a process variable. However, it still allows a robust controller response in the event of a setpoint change or feedforward change that occurs during the reception of new process variable measurements. Specifically, the filter 316 has an expected process response during each or all execution of the controller 300, regardless of whether this output of the filter 316 was provided to the addition block 312 as an integral component of the control signal. It is configured to calculate a new instruction or value. As a result, only the output of the filter 316 generated immediately after (or during its execution cycle) the controller 300 receives a new process measurement update from the communication stack 380 is used as an integral or reset contribution for the adder 312. Even if this is the case, the output of the filter 316 is newly regenerated during each execution cycle of the controller routine.

具体的には、フィルタ316によって生成されるような予想される応答Rの新しい指示は、現在の加算器出力S(すなわち、最後のプロセス変数測定値更新以来の、加算器312によって出力された制御信号の合計した変化)、最後の(すなわち、直前の)コントローラ実行サイクル中に生成されるフィルタ316によって生成される予想される応答の指示、及びコントローラの実行期間から、各コントローラ実行サイクル中に算出される。その結果、各コントローラ実行サイクル中に新しいプロセス応答の推定を生成するために実行されるので、フィルタ316は、連続的に更新されるように本明細書で説明される。各コントローラ実行サイクル中に新しい予想されるプロセス応答またはフィルタを生成するために、連続的に更新されるフィルタ316によって実施することができる、例示的な式が下に記載される。

Figure 2021073629

Specifically, a new indication of the expected response R as produced by the filter 316 is the current adder output S (ie, the control output by the adder 312 since the last process variable measurement update. Calculated during each controller execution cycle from the total change of the signal), the indication of the expected response generated by the filter 316 generated during the last (ie, immediately preceding) controller execution cycle, and the controller execution period. Will be done. As a result, the filter 316 is described herein to be continuously updated as it is executed to generate a new process response estimate during each controller execution cycle. Illustrative equations that can be performed by the continuously updated filter 316 to generate a new expected process response or filter during each controller execution cycle are described below.
Figure 2021073629

ここで、新しいフィルタ出力Rは、直前のフィルタ出力RN−1(すなわち、現在のフィルタ出力値)に、加算器322からの現在のコントローラ出力値の合計した変化SN−1と現在のフィルタ出力値RN−1との間の差分にリセット時間TReset及びコントローラの実行期間ΔTに依存する係数を乗じたものを加えて決定される減衰成分を加えて、繰り返し決定されることに気が付くであろう。この様式で連続的に更新するフィルタを使用することで、制御ルーチン300は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに積分制御信号入力を算出したときに、予想されるプロセス応答をより良好に決定することができ、それによって、設定点の変化に対して、または2つのプロセス変数測定値の受信の間に起こる他のフィードフォワード外乱に対してより敏感になる。しかしながら、この積分経路の算出は、制御システムが、低速に受信した、または間欠的プロセス変数のフィードバック測定値の存在下でワインドアップすることを防止する。より具体的には、設定点の変化(新しいプロセス測定値の受信を伴わない)が、加算器308の出力での誤差信号の変化を直ちにもたらし、これは、速度制御信号326の比例寄与成分を変化させ、したがって、制御信号305を変化させることに気が付くであろう。その結果、加算器322は、その量だけその出力Sを増加させ、次いで、フィルタ316は、変化した制御信号に対するプロセスの新しい予想される応答を直ちに生成し始め、したがって、コントローラ300が新しいプロセス測定値を受信する前に出力を更新する。次いで、コントローラ100が新しいプロセス測定値を受信し、フィルタ出力のサンプルが制御信号の積分またはリセット寄与成分として使用されるように、スイッチ318によって加算器312の入力にクランプされたときに、フィルタ316は、少なくともある程度は、以前に送信した制御信号305に基づいて、設定点の変化に対するプロセス301の応答に反応した、またはそれを組み込んだ、予想されるプロセス応答を繰り返している。しかしながら、加算器308によって生成される誤差信号eが、プロセス変数測定値をコントローラ300で受信する時間の間の、プロセス変数の変化を反映することを可能にするために、この積分値は、新しい測定値を受信したときに、制御信号326に加えられるだけである。プロセス変数測定値を受信する時間の間のコントローラ繰り返しにおいて、加算器312に提供される積分要素は、ゼロに設定される。この技法は、制御システム300が、ワインドアップすることを防止するか、または補助する。実際には、フィルタ316によって生成される積分要素は、その後のプロセス変数フィードバックを受信する時間(コントローラ繰り返し)の間のプロセス応答を推定し、そして、実際のプロセス変数応答が予想される通りであった場合に、コントローラ300で新しいプロセス変数測定値を受信したときに、積分成分は、比例経路において生成される値をゼロに設定する。プロセスの予想される応答が、この時間中の実際のプロセス応答とは異なる場合、積分成分は、アクチュエータを移動させるように制御信号326を変化させ、それによって、アクチュエータの位置を修正する。 Here, the new filter output RN is the sum of the previous filter output RN-1 (that is, the current filter output value) and the current controller output value from the adder 322, and the current change SN-1 . Notice that it is repeatedly determined by adding the attenuation component determined by multiplying the difference from the filter output value RN-1 by the reset time T Reset and the coefficient depending on the controller execution period ΔT. Will. By using a filter that updates continuously in this fashion, the control routine 300 better determines the expected process response when calculating the integral control signal input when a new process variable measurement is received. It can be made more sensitive to changes in setpoints or to other feedforward disturbances that occur between the reception of two process variable measurements. However, this calculation of the integral path prevents the control system from winding up in the presence of slow-received or intermittent process variable feedback measurements. More specifically, a change in the set point (without receiving a new process measurement) immediately results in a change in the error signal at the output of the adder 308, which provides a proportional contribution component of the speed control signal 326. You will notice that it changes and therefore changes the control signal 305. As a result, the adder 322 increases its output S by that amount, and then the filter 316 immediately begins to generate a new expected response of the process to the changed control signal, thus the controller 300 makes a new process measurement. Update the output before receiving the value. Filter 316 then when controller 100 receives a new process measurement and is clamped to the input of adder 312 by switch 318 so that a sample of the filter output is used as an integral or reset contributor to the control signal. Repeats, at least to some extent, the expected process response that responded to or incorporated process 301's response to a change in setpoint, based on a previously transmitted control signal 305. However, this integral is new so that the error signal e generated by the adder 308 can reflect changes in the process variables during the time it takes for the controller 300 to receive the process variable measurements. When the measured value is received, it is only added to the control signal 326. The integrator provided to the adder 312 is set to zero during controller iteration during the time it takes to receive the process variable measurements. This technique prevents or assists the control system 300 from winding up. In practice, the integrating elements generated by the filter 316 estimate the process response during the time it takes to receive subsequent process variable feedback (controller iteration), and the actual process variable response is as expected. In that case, when the controller 300 receives a new process variable measurement, the integration component sets the value generated in the proportional path to zero. If the expected response of the process differs from the actual process response during this time, the integral component changes the control signal 326 to move the actuator, thereby correcting the position of the actuator.

過去において、米国特許第7,587,252号及び第7,620,460号で説明されるシステムでのように、非周期的に更新されるコントローラのフィードバック経路において使用されるリセット寄与フィルタは、新しいプロセス変数測定値を使用することができたときに、予想される応答の新しい指示だけを算出した。その結果、リセット寄与フィルタは、設定点変化またはフィードフォワード外乱が任意の測定値更新から完全に独立していたので、プロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化またはフィードフォワード外乱を補償しなかった。例えば、設定点変化またはフィードフォワード外乱が2つの測定値更新の間に起こった場合は、予想される応答の新しい指示の算出が最後の測定値更新以来の時間及び現在のコントローラ出力305に基づいていたので、コントローラの予想されるプロセス応答が歪められる可能性があった。その結果、フィルタ316は、コントローラでの2つのプロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化(または他のフィードフォワード外乱)から生じた、プロセス(または制御信号)の時間変化を補償し始めることができなかった。 In the past, reset contribution filters used in controller feedback paths that are updated aperiodically, such as in the systems described in US Pat. Nos. 7,587,252 and 7,620,460, have been Only new indications of the expected response were calculated when new process variable measurements were available. As a result, the reset contribution filter compensates for setpoint changes or feedforward disturbances that occur during the reception of process variable measurements, as setpoint changes or feedforward disturbances are completely independent of any measurement updates. I didn't. For example, if a setpoint change or feedforward disturbance occurs between two measurement updates, the calculation of the new indication for the expected response is based on the time since the last measurement update and the current controller output 305. As a result, the expected process response of the controller could be distorted. As a result, the filter 316 compensates for process (or control signal) time changes resulting from setpoint changes (or other feedforward disturbances) that occur between the reception of two process variable measurements on the controller. I couldn't get started.

しかしながら、理解されるように、図9の制御ルーチン300は、低速のまたは非周期的測定値に対して行われている算出に基づくことによって、予想されるプロセス応答を提供し、一方で、加えて、設定点の変化(またはコントローラ300に対するフィードフォワード入力として使用される任意の測定された外乱)によって引き起こされる変化を補償するために、2つの測定値の受信の間の予想される応答を決定する。したがって、上で説明される制御技法は、予想されるプロセス応答に影響を及ぼし得る設定点変化、測定される外乱に対するフィードフォワードアクションなどに適応することができ、したがって、よりロバストな制御応答を提供する。更に、この制御技法は、コントローラにおけるワインドアップを回避するので、プロセス変数測定値のフィードバックレートがプロセス応答時間の逆数に等しい、更にはそれよりも低いときに(すなわち、コントローラで受信しているフィードバック測定値の間の時間が、プロセス応答時間よりも長いときに)、効果的に動作することができる。 However, as will be appreciated, the control routine 300 of FIG. 9 provides the expected process response by being based on calculations performed on slow or aperiodic measurements, while adding. To compensate for changes caused by changes in setpoints (or any measured disturbance used as a feedforward input to controller 300), determine the expected response between the reception of the two measurements. To do. Therefore, the control techniques described above can be adapted to setpoint changes, feedforward actions against measured disturbances, etc. that can affect the expected process response, thus providing a more robust control response. To do. In addition, this control technique avoids windup in the controller so that when the feedback rate of the process variable measurements is equal to or even lower than the inverse of the process response time (ie, the feedback received by the controller). It can work effectively when the time between measurements is longer than the process response time).

理解されるように、図9に例示される制御技法は、制御ブロックまたはルーチン300の各実行について連続的に更新されるフィルタ316(例えば、リセット寄与フィルタ)を介して、予想される応答の指示を算出する。ここで、コントローラ300は、制御ブロックの各実行について予想される応答の新しい指示を算出するように、連続的に更新されるフィルタ316を構成する。しかしながら、フィルタ316の出力が、加算ブロック312への入力として使用されるべきである場合、通信スタック380及び、いくつかの実施例において、更新検出モジュール82(図3)は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに、積分出力スイッチ318及び加算器326の新しい値フラグを生成するために、送信機306からの入来データを処理する。この新しい値フラグは、加算器312の入力に対するこのコントローラ繰り返しについてフィルタ出力値をサンプリングし、クランプすることをスイッチ318に通知する。別様には、スイッチ318は、積分寄与値としてゼロ(0.0)値を加算器312に提供する。 As will be appreciated, the control technique illustrated in FIG. 9 indicates the expected response via a filter 316 (eg, a reset contribution filter) that is continuously updated for each execution of the control block or routine 300. Is calculated. Here, the controller 300 configures a filter 316 that is continuously updated to calculate new instructions for the expected response for each execution of the control block. However, if the output of the filter 316 should be used as an input to the adder block 312, then in the communication stack 380 and in some embodiments, the update detection module 82 (FIG. 3) is a new process variable measurement. Is received, it processes incoming data from transmitter 306 to generate new value flags for the integrated output switch 318 and adder 326. This new value flag informs switch 318 that it will sample and clamp the filter output value for this controller iteration for the input of adder 312. Alternatively, the switch 318 provides the adder 312 with a zero (0.0) value as the integral contribution value.

新しい値フラグが通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ316は、制御ルーチンの各繰り返しについて、予想される応答の指示を算出し続ける。予想される応答のこの新しい指示は、制御ブロックの各実行について、積分出力スイッチ318に搬送される。新しい値フラグの存在に応じて、積分出力スイッチ318は、連続的に更新されるフィルタ316からの予想される応答の新しい指示を加算ブロック312に通過させることを可能にすることと、または加算ブロック312への入力時にゼロ値を維持することとの間で切り替える。より具体的には、新しい値フラグが通信されるときに、積分出力スイッチ318は、連続的に更新されるフィルタ316からの予想される応答の直前にまたは現在算出された指示を、加算ブロック312に渡すことを可能にする。その逆に、新しい値フラグが存在しない場合、積分出力スイッチ318は、ゼロ値を加算器312に提供する。 Regardless of whether a new value flag is communicated, the continuously updated filter 316 continues to calculate the expected response indication for each iteration of the control routine. This new indication of the expected response is delivered to the integral output switch 318 for each execution of the control block. Depending on the presence of the new value flag, the integral output switch 318 allows the addition block 312 to pass a new indication of the expected response from the continuously updated filter 316, or the addition block. Switch between maintaining a zero value when inputting to 312. More specifically, when a new value flag is communicated, the integral output switch 318 adds the indication immediately before or currently calculated from the expected response from the continuously updated filter 316 to the addition block 312. Allows you to pass to. Conversely, in the absence of a new value flag, the integral output switch 318 provides a zero value to the adder 312.

コントローラ300で新しいプロセス変数測定値を受信し、加算器312で連続フィルタ316の出力Rを使用した後または使用するときに、最後の通信以来の時間は、ゼロ(0)に設定され、連続的なフィルタ出力Rは、ゼロに設定される。同様に、加算器322の出力は、ゼロ(0)に設定される。更に、これらの状況において、加算器312は、ブロック320が差分の算出を行う様式または順序に応じて、新しい制御信号326を発生させるために、ブロック320の出力から連続的なフィルタ出力Rを減算することができる。 After or when the controller 300 receives a new process variable measurement and the adder 312 uses or uses the output R of the continuous filter 316, the time since the last communication is set to zero (0) and is continuous. Filter output R is set to zero. Similarly, the output of adder 322 is set to zero (0). Further, in these situations, the adder 312 subtracts the continuous filter output R from the output of block 320 in order to generate a new control signal 326, depending on the mode or order in which block 320 calculates the difference. can do.

この制御技法は、新しい測定値が通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ316が、予想されるプロセス応答をモデル化し続けることを可能にする。制御出力が設定点変化または測定された外乱に基づくフィードフォワードアクションの結果として変化する場合、新しい値フラグの存在にかかわりなく、連続的に更新されるフィルタ316は、各制御ルーチン繰り返しにおいて、予想される応答の新しい指示を算出することによって、予想されるプロセス応答を反映する。しかしながら、予想される応答の新しい指示(すなわち、リセット寄与または積分成分)は、新しい値フラグが(積分出力スイッチ318を介して)通信されたときに、コントローラ出力信号の算出にだけ組み込まれ、これは、コントローラ300で低速に受信されたプロセス変数測定値に応答して、コントローラがワインドアップするのを防止するか、または減少させる。 This control technique allows the continuously updated filter 316 to continue modeling the expected process response, regardless of whether new measurements are communicated. If the control output changes as a result of a set point change or a feedforward action based on the measured disturbance, a continuously updated filter 316 is expected at each control routine iteration, regardless of the presence of the new value flag. Reflect the expected process response by calculating new instructions for the response. However, a new indication of the expected response (ie, reset contribution or integral component) is only incorporated into the calculation of the controller output signal when a new value flag is communicated (via the integral output switch 318). Prevents or reduces the controller from winding up in response to process variable measurements received at low speed by the controller 300.

図9の簡単なPIコントローラ構成は、フィルタ316の出力を制御信号に対するリセット寄与として直接使用し、この事例において、閉ループ制御ルーチンのリセット寄与(例えば、上で提示される、連続的に更新されるフィルタの式)は、プロセスが定常状態動作を呈するかどうかを決定するプロセス応答の正確な表現を提供することができることに留意されたい。しかしながら、むだ時間が支配的なプロセスなどの他のプロセスは、予想されるプロセス応答をモデル化するために、むだ時間ユニットを積分算出経路に含むことによって、図5及び図6に例示されるように、追加的な構成要素を図9のコントローラに組み込むことを必要とする場合がある。一次モデルによって十分に表されるプロセスに関しては、全般的に、PI(またはPID)コントローラのリセット時間を決定するために、プロセス時定数を使用することができる。より具体的には、リセット時間がプロセス時定数に等しく設定された場合、リセット寄与は、全般的に、経時的に制御ルーチン300が予想されるプロセス応答を反映するように、比例寄与を無効にする。図9に例示される実施例において、リセット寄与は、プロセス時定数と同じ時定数を有するフィルタを有するポジティブフィードバックネットワークによって達成することができる。他のモデルを使用することができるが、ポジティブフィードバックネットワーク、フィルタ、またはモデルは、既知または近似のプロセス時定数を有するプロセスの予想される応答を決定するための好都合な機構を提供する。PID制御を必要とするプロセスの場合、PID出力に対する、レートとしても知られる微分寄与は、新しい測定値を受信したときにだけ再計算し、更新することもできる。そのような事例において、微分算出は、最後の新しい測定以来の経過時間を使用することができる。プロセス測定値の非周期的受信を使用してより複雑なプロセスを制御するために他のコントローラ成分を使用することができるが、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために図9のフィルタリング技法を使用することができる、コントローラの一実施例が、図10と併せて下で説明される。 The simple PI controller configuration of FIG. 9 uses the output of the filter 316 directly as the reset contribution to the control signal, and in this case the reset contribution of the closed loop control routine (eg, continuously updated as presented above). Note that the filter equation) can provide an accurate representation of the process response that determines whether the process exhibits steady-state behavior. However, other processes, such as waste time dominant processes, are illustrated in FIGS. 5 and 6 by including a waste time unit in the integral calculation path to model the expected process response. In addition, it may be necessary to incorporate additional components into the controller of FIG. For processes well represented by the primary model, process time constants can generally be used to determine the reset time of the PI (or PID) controller. More specifically, if the reset time is set equal to the process time constant, the reset contribution generally disables the proportional contribution so that the control routine 300 reflects the expected process response over time. To do. In the embodiment illustrated in FIG. 9, the reset contribution can be achieved by a positive feedback network with a filter having the same time constant as the process time constant. Other models can be used, but positive feedback networks, filters, or models provide a convenient mechanism for determining the expected response of a process with known or approximate process time constants. For processes that require PID control, the differential contribution to the PID output, also known as the rate, can be recalculated and updated only when a new measurement is received. In such cases, the derivative calculation can use the elapsed time since the last new measurement. Other controller components can be used to control more complex processes using aperiodic reception of process measurements, but to provide robust control in response to setpoint changes. An embodiment of a controller that can use the filtering technique of is described below in conjunction with FIG.

具体的には、図10は、代替のコントローラ(または制御要素)400を描写するが、微分またはレート寄与成分がコントローラ400に組み込まれる点で、図9において上で説明されるコントローラ300と異なる。微分寄与を組み込むことによって、コントローラ400によって実施される制御ルーチンは、いくつかの事例において、比例−積分−微分(PID)制御スキームが実施されるように、追加的なフィードバック機構を含む。 Specifically, FIG. 10 depicts an alternative controller (or control element) 400, but differs from the controller 300 described above in FIG. 9 in that a derivative or rate contributing component is incorporated into the controller 400. The control routine performed by the controller 400 by incorporating differential contributions includes an additional feedback mechanism so that in some cases a proportional-integral-differential (PID) control scheme is implemented.

図10の制御ルーチンまたは技法は、図7及び図8のシステムと関連して上で説明される様式に類似する様式で構成される微分寄与を含み、プロセス変数測定値の低速の、非周期的な、または別様には利用できない更新に適応する。微分寄与は、最後の測定値更新以来の経過時間に基づいて再構成することができる。この様式で、微分寄与(及び結果として生じる出力信号)のスパイクが回避される。より具体的には、図10のシステムにおける微分寄与は、微分ブロック432によって決定され、該微分ブロックは、比例及び積分寄与専用の要素と並列にゲインブロック310から(比例ゲインKを乗じた)誤差信号を受信し、微分制御成分Oを生成するように動作し、該微分制御成分は、次いで変化ブロック433に提供される。変化ブロック433は、最後のコントローラ繰り返し以来の微分制御成分Oの変化を決定し、この変化を加算器434に提供し、該加算器は、この微分制御成分の変化を加算器312の出力に合計するか、または加えて、制御信号の変化を生成する。この事例において、積分寄与算出経路の加算器322は、加算器434の出力に接続される。しかしながら、図9にも例示される図10の構成要素は、図9に関して説明されるような様式で動作する。ここで、微分ブロック432は、(コントローラでプロセス変数測定値の新しい値を受信したことを示す)新しい値フラグをそこで受信するコントローラ繰り返し中にだけ、新しい微分成分Oを算出するようにだけ動作することが分かるであろう。この動作は、実際には、コントローラ400で新しいプロセス変数測定値を受信しない間の、またはそのときの全てのコントローラ繰り返しに対して、変化ブロック434の出力をゼロに保つ。 The control routine or technique of FIG. 10 includes a differential contribution constructed in a manner similar to that described above in connection with the system of FIGS. 7 and 8, and is a slow, aperiodic process variable measurement. Adapt to updates that are not available otherwise. The differential contribution can be reconstructed based on the elapsed time since the last measurement update. In this manner, spikes in the differential contribution (and the resulting output signal) are avoided. More specifically, the differential contribution in the system of FIG. 10 is determined by the differential block 432, the fine fraction block (multiplied by a proportional gain K p) in parallel with the proportional and integral contribution only elements from the gain block 310 receiving the error signal, and operable to generate a differential control component O D, the fine fraction control components are then provided to change the block 433. Change block 433, the last controller repeatedly determines the change in the derivative control component O D since, to provide the change in the adder 434, the adder, the change of the derivative control component on the output of the adder 312 Sum or add to generate changes in the control signal. In this case, the adder 322 of the integral contribution calculation path is connected to the output of the adder 434. However, the components of FIG. 10, also illustrated in FIG. 9, operate in the manner as described with respect to FIG. Here, the derivative block 432 (indicating that it has received a new value of the process variable measurements at the controller) only controller repeatedly in receiving a new value flag therein, only the operation to calculate the new differential component O D You will find that you do. This operation actually keeps the output of change block 434 zero for all controller iterations while the controller 400 does not receive new process variable measurements or at that time.

信頼できない伝送及び、より全般的には、測定値更新の利用不能に適応するために、微分寄与Oは、通信スタック380からの新しい値フラグによって示されるように、測定値更新を受信するまで、最後に決定された値に維持される。この技法は、制御ルーチンが、制御ルーチンの通常の、または確立された実行レートに従って周期的実行を続けることを可能にする。更新された測定値を受信すると、図10に例示されるように、微分ブロック432は、以下の式に従って微分寄与を決定することができる。

Figure 2021073629

Until unreliable transmission and, more generally, in order to accommodate unavailable for measurement update, the differential contribution O D, as indicated by the new value flag from the communication stack 380, which receives the measurement update , Maintained at the last determined value. This technique allows a control routine to continue periodic execution according to the normal or established execution rate of the control routine. Upon receiving the updated measurement, the derivative block 432 can determine the derivative contribution according to the following equation, as illustrated in FIG.
Figure 2021073629

当然、所望であれば、微分成分算出ブロック432は、誤差信号を受信するために、加算器308の出力に直接接続することができ、微分ゲイン項Kは、比例ゲインKを有する微分ゲインを組み込むように設定することができる。微分寄与を決定するためのこの技法によって、プロセス変数(すなわち、制御入力)に対する測定値更新を、出力スパイクを生成することなく、1つ以上の実行連続期間にわたって喪失する、または利用できないようにすることができ、これは、バンプレスな復旧を可能にする。通信が再確立されたときに、またはコントローラで新しいプロセス変数測定値を受信したときに、微分寄与式の項(e−eN−1)は、微分寄与の標準的な算出において発生させた値と同じ値を発生させることができる。しかしながら、標準的なPID技法の場合、微分寄与を決定する際の除数は、実行期間である。対照的に、本制御技法は、2つの成功裏に受信した測定値の間の経過時間を利用する。実行期間よりも長い経過時間を使用することで、制御技法は、標準PID技法よりも小さい微分寄与を生成し、また、スパイキングが低減される。 Of course, if desired, the differential component calculation block 432, to receive the error signal, can be connected directly to the output of the adder 308, the differential gain term the K D, the differential gain with a proportional gain K P Can be set to incorporate. This technique for determining differential contributions makes measurement updates to process variables (ie, control inputs) lost or unavailable over one or more execution sequence periods without producing output spikes. It can, which allows for bumpless recovery. When communication was reestablished, or when the controller received a new process variable measurement, the differential contribution equation term (e N- e N-1 ) was generated in the standard calculation of the differential contribution. It can generate the same value as the value. However, for standard PID techniques, the divisor in determining the differential contribution is the execution period. In contrast, this control technique utilizes the elapsed time between two successfully received measurements. By using an elapsed time longer than the execution period, the control technique produces a smaller differential contribution than the standard PID technique and also reduces spiking.

経過時間の決定を容易にするために、通信スタック80は、図10に示されるように、上で説明される新しい値フラグを微分ブロック432に提供することができる。代替の実施例は、その値に基づいて、新しい測定値または更新の検出を含むこと、または関与させることができる。また、プロセス測定値を、比例または微分成分の算出において誤差の代わりに使用することができる。より全般的には、通信スタック380は、プロセス301内の任意のフィールドデバイス、コントローラの外部のプロセス制御要素などを含む、プロセス301との通信インターフェースを実施するために、任意のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェア(またはそれらの任意の組み合わせ)を含むこと、または関与させることができる。しかしながら、図10のコントローラ400において、連続的に更新されるフィルタ316及びスイッチモジュール318は、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために、図9のコントローラ300に関して上で説明されるものと同じように動作する。 To facilitate the determination of elapsed time, the communication stack 80 can provide the differential block 432 with a new value flag as described above, as shown in FIG. Alternative examples can include or involve the detection of new measurements or updates based on their values. Process measurements can also be used in place of error in the calculation of proportional or derivative components. More generally, the communication stack 380 provides any software, hardware, to implement a communication interface with process 301, including any field device within process 301, process control elements outside the controller, and so on. Or it can include or involve firmware (or any combination thereof). However, in the controller 400 of FIG. 10, the continuously updated filter 316 and switch module 318 are described above with respect to the controller 300 of FIG. 9 in order to provide robust control in response to setpoint changes. It works the same as the one.

本明細書で説明される制御方法、システム、及び技法の実践は、任意の1つの特定の無線アーキテクチャまたは通信プロトコルに限定されない。適切な例示的なアーキテクチャ及び通信サポートスキームは、2005年6月17日に出願された米国特許出願第11/156,215号、名称「Wireless Architecture and Support for Process Control Systems」で説明されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。実際に、制御ルーチンに対する修正は、制御ルーチンが周期的な方法で実施されるが、各制御繰り返しに対するプロセス変数測定値を伴わない、任意の状況に十分適している。他の例示的な状況としては、サンプリングされた値が、例えばアナライザによって、または実験室サンプルを介して、不規則に提供されるか、または滅多に提供されない場合が挙げられる。 The practice of control methods, systems, and techniques described herein is not limited to any one particular radio architecture or communication protocol. Suitable exemplary architectures and communication support schemes are described in US Patent Application No. 11 / 156,215, filed June 17, 2005, entitled "Willess Architecture and Support for Process Control Systems". The entire disclosure is incorporated herein by reference. In fact, modifications to the control routines are well suited for any situation where the control routines are carried out in a cyclical manner but without process variable measurements for each control iteration. Other exemplary situations include cases where sampled values are provided irregularly or rarely, for example by an analyzer or via a laboratory sample.

本制御技法の履行は、単一入力、単一出力のPID制御ルーチン(PI及びPDルーチンを含む)とともに使用することに限定されず、むしろ、多数の異なる多重入力及び/または多重出力制御スキーム、並びにカスケード型制御スキームに適用することができる。より全般的には、本制御技法はまた、1つ以上のプロセス変数、1つ以上のプロセス入力、またはモデル予測制御(MPC)などの他の制御信号に関与する、任意の閉ループモデルに基づく制御ルーチンの状況に適用することもできる。 The implementation of this control technique is not limited to use with single input, single output PID control routines (including PI and PD routines), but rather a number of different multiple input and / or multiple output control schemes. It can also be applied to cascaded control schemes. More generally, the control technique is also an arbitrary closed-loop model-based control involving one or more process variables, one or more process inputs, or other control signals such as model predictive control (MPC). It can also be applied to routine situations.

図11〜図14は、本明細書で説明される制御ルーチンのシミュレーションされた動作の(具体的には、図10の動作の)グラフィカルな描写を提供するものであり、プロセス応答時間が、制御されたプロセス変数測定値の更新の間の時間に類似するか、更にはそれよりも短い状況における本制御ルーチンの有効性を例示するために、標準的な速度の形態のPID制御アルゴリズムを使用した従来技術のコントローラと比較している。図11〜図14のグラフは、オーバーライド制御などの他のタイプの制御を使用することができるが、一次制御だけを使用した、シミュレーションされた制御の実施例を例示する。全般的に言えば、図11A、図12A、図13A、及び図14Aのグラフの各々は、標準的な従来技術の速度に基づくPID制御アルゴリズムの動作を例示するものであり、該アルゴリズムは、新しいプロセス変数測定値を各コントローラ繰り返し中に利用することができる有線フィードバック構成(その動作は、グラフの左側に例示される)、及び無線構成(その動作は、グラフの右側に例示される)の双方を使用する。しかしながら、図11A及び図13Aは、プロセス変数測定値の間のフィードバックレートまたは時間が8秒で、プロセス応答時間が8秒である制御状況を例示し、一方で、図12A及び図14Aは、プロセス変数測定値の間のフィードバックレートまたは時間が8秒で、プロセス応答時間が3秒である、従来技術のコントローラの動作を例示する。同様に、図11及び図12は、設定点変化に応答するコントローラ動作を例示し、一方で、図13及び図14は、外乱変化に応答するこれらの同じコントローラの動作を例示する。比較するために、図11B、図12B、図13B、及び図14Bのグラフは、それぞれ、図11A、図12A、図13A、及び図14Aと同じプロセス制御状況における、本明細書で説明される速度に基づくPIDアルゴリズムの動作を例示する。 11 to 14 provide a graphical depiction (specifically, the operation of FIG. 10) of the simulated behavior of the control routines described herein, in which the process response time is controlled. A standard speed form of PID control algorithm was used to illustrate the effectiveness of this control routine in situations similar to or even shorter than the time between updates of process variable measurements. Compared with the conventional controller. The graphs of FIGS. 11-14 illustrate examples of simulated controls using only primary controls, although other types of controls such as override controls can be used. Generally speaking, each of the graphs of FIGS. 11A, 12A, 13A, and 14A illustrates the behavior of a standard prior art speed-based PID control algorithm, which is new. Both wired feedback configurations (whose behavior is illustrated on the left side of the graph) and wireless configurations (whose behavior is illustrated on the right side of the graph), where process variable measurements are available during each controller iteration. To use. However, FIGS. 11A and 13A illustrate control situations where the feedback rate or time between process variable measurements is 8 seconds and the process response time is 8 seconds, while FIGS. 12A and 14A show the process. Illustrates the operation of a prior art controller with a feedback rate or time between variable measurements of 8 seconds and a process response time of 3 seconds. Similarly, FIGS. 11 and 12 illustrate the operation of the controller in response to a set point change, while FIGS. 13 and 14 illustrate the operation of these same controllers in response to a disturbance change. For comparison, the graphs of FIGS. 11B, 12B, 13B, and 14B are the speeds described herein in the same process control situation as FIGS. 11A, 12A, 13A, and 14A, respectively. The operation of the PID algorithm based on is illustrated.

全般的に言えば、以下のパラメータは、図11〜図14に描写されるシミュレーションされた制御動作において使用したものであり、これらの試験は、上で説明されるように、有線及び無線入力に対して、並びに設定点の変化及び測定されていない外乱に対して行った。試験で使用する制御及びプロセスのシミュレーションは、以下のようにセットアップした。
8秒のプロセス応答に対する試験
一次プロセス(同じゲイン及び動力学)
プロセスゲイン=1
プロセス時間定数=8秒
プロセスむだ時間=0秒
一次に対するPIDの調整(ラムダ係数1.0)
比例ゲイン=1
積分ゲイン=7.5繰り返し/分
3秒のプロセス応答に対する試験
一次プロセス(同じゲイン及び動力学)
プロセスゲイン=1
プロセス時間定数=3秒
プロセスむだ時間=0秒
一次に対するPIDの調整(ラムダ係数1.0)
比例ゲイン=1
積分ゲイン=20繰り返し/分
モジュール実行レート
全ての試験について0.5秒
無線通信更新レート
全ての試験について8秒周期
外乱入力
一次測定値にだけ影響
ゲイン=1
Generally speaking, the following parameters were used in the simulated control operations depicted in FIGS. 11-14, and these tests were performed on wired and wireless inputs as described above. On the other hand, it was performed for changes in set points and unmeasured disturbances. The control and process simulations used in the test were set up as follows.
Test for 8 second process response Primary process (same gain and kinetics)
Process gain = 1
Process time constant = 8 seconds Process waste time = 0 seconds PID adjustment for primary (lambda coefficient 1.0)
Proportional gain = 1
Integral gain = 7.5 repetitions / test for process response of 3 seconds Primary process (same gain and kinetics)
Process gain = 1
Process time constant = 3 seconds Process waste time = 0 seconds PID adjustment for primary (lambda coefficient 1.0)
Proportional gain = 1
Integral gain = 20 repetitions / minute Module execution rate 0.5 seconds for all tests Wireless communication update rate 8 seconds for all tests Periodic disturbance input Affects only primary measurement Gain = 1

図11A及び図13Aに例示されるように、従来技術の速度に基づくPID制御アルゴリズムは、プロセス応答時間がプロセス変数測定値の間の間隔に等しい(どちらも8秒に設定される)有線構成及び無線構成の双方において、設定点変化(図11A)に応答して、及び外乱変化(図13A)に対して、多少は満足に動作している。しかしながら、図11A及び図13Aのグラフの円で囲んだ部分によって示されるように、この制御技法は、無線制御中の応答中に、弁位置に大幅な変動を引き起こす。図11B及び図13Bに例示されるように、本明細書で説明される制御技法は、これらの状況(図11Bの設定点変化及び図13Bの外乱変化)においていくらか良好に動作し、有線構成の動作に非常に類似している。 As illustrated in FIGS. 11A and 13A, the speed-based PID control algorithms of the prior art have a wired configuration in which the process response time is equal to the interval between process variable measurements (both set to 8 seconds). Both wireless configurations operate somewhat satisfactorily in response to setpoint changes (FIG. 11A) and to disturbance changes (FIG. 13A). However, as indicated by the circled portion of the graphs 11A and 13A, this control technique causes significant variation in valve position during the response during radio control. As illustrated in FIGS. 11B and 13B, the control techniques described herein work somewhat well in these situations (setting point changes in FIG. 11B and disturbance changes in FIG. 13B) and are of wired configuration. Very similar in operation.

しかしながら、図12A及び図14Aに例示されるように、従来技術の速度に基づくPIDコントローラは、プロセス応答時間が3秒で、プロセス変数更新レートが8秒であるときに、設定点変化及び外乱変化の双方に応答した無線制御中に、あまり十分に動作せず、実際に、不安定になる。しかしながら、図12B及び図14Bに例示されるように、現在の速度に基づく制御ルーチンは、それでも、これらの状況において非常に満足に動作し、プロセス変数測定の更新間隔時間が、プロセス応答時間よりも大きく(長く)、更には大幅に大きい(例えば、2〜4倍)ときに、現在説明されている制御ルーチンの有効性を例示している。 However, as illustrated in FIGS. 12A and 14A, the speed-based PID controllers of the prior art have set point changes and disturbance changes when the process response time is 3 seconds and the process variable update rate is 8 seconds. During wireless control in response to both, it does not work very well and actually becomes unstable. However, as illustrated in FIGS. 12B and 14B, current speed-based control routines still work very satisfactorily in these situations, with process variable measurement update interval times greater than process response times. It illustrates the effectiveness of the control routines currently described when they are large (long) and even significantly larger (eg, 2-4 times).

「フィールドデバイス」という用語は、本明細書において、いくつかのデバイスまたはデバイスの組み合わせ(すなわち、送信機/アクチュエータのハイブリッドなどの、複数の機能を提供するデバイス)、並びに制御システムにおいて機能を行う任意の他のデバイス(複数可)を含むように、広義に使用される。いずれにしても、フィールドデバイスは、例えば、入力デバイス(例えば、温度、圧力、流量などのプロセス制御パラメータを示すステータス、測定値、または他の信号を提供するセンサ及び機器などのデバイス)、並びにコントローラ及び/または弁、スイッチ、流れ制御デバイスなどの他のフィールドデバイスから受信したコマンドに応答してアクションを行う制御オペレータまたはアクチュエータを含むことができる。 The term "field device" as used herein refers to a device or combination of devices (ie, a device that provides multiple functions, such as a hybrid transmitter / actuator), as well as any device that performs a function in a control system. Used broadly to include other devices (s). In any case, field devices include, for example, input devices (eg, devices such as sensors and devices that provide status, measurements, or other signals that indicate process control parameters such as temperature, pressure, flow rate), and controllers. And / or can include control operators or actuators that take action in response to commands received from other field devices such as valves, switches, flow control devices.

本明細書で説明される任意の制御ルーチンまたはモジュールは、複数のデバイスにわたって分散した状態で実施または実行する、その一部を有することができることに留意されたい。その結果、制御ルーチンまたはモジュールは、所望に応じて、異なるコントローラ、フィールドデバイス(例えば、スマートフィールドデバイス)若しくは他のデバイス、または他の制御要素によって実施される一部分を有することができる。同様に、本明細書で説明される、プロセス制御システム内で実施される制御ルーチンまたはモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア等を含む任意の形式をとることができる。そのような機能性を提供することに関与する任意のデバイスまたは要素は、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれに関連付けられるハードウェアが、プロセス制御システム内のコントローラ、フィールドデバイスに配置されるか、または任意の他のデバイス(またはデバイスの集合体)に配置されるかにかかわらず、本明細書では、一般に、「制御要素」と称されることがある。制御モジュールは、例えば、任意のコンピュータ読み出し可能な媒体に記憶されるルーチン、ブロック、またはその任意の要素を含む、プロセス制御システムの任意の一部または一部分とすることができる。そのような制御モジュール、制御ルーチン、またはその任意の一部分(例えば、ブロック)は、本明細書で全般的に制御要素と称される、プロセス制御システムの任意の要素またはデバイスによって実施または実行することができる。モジュールとするか、またはサブルーチン、サブルーチンの一部(一連のコードなど)などの制御手順の任意の一部とすることができる制御ルーチンは、オブジェクト指向プログラミングを使用して、またはラダーロジック、シーケンシャル機能チャート、機能ブロック図を使用して、または任意の他のソフトウェアプログラム言語若しくは設計パラダイムを使用して、任意の所望のソフトウェアフォーマットで実施することができる。同様に、制御ルーチンは、例えば、1つ以上のEPROM、EEPROM、特定用途向け集積回路(ASIC)、または任意の他のハードウェア要素若しくはファームウェア要素にハードコードすることができる。なお更に、制御ルーチンは、グラフィカル設計ツール、または任意の他のタイプのソフトウェア/ハードウェア/ファームウェアプログラミング若しくは設計ツールを含む任意の設計ツールを使用して設計することができる。したがって、コントローラ11は、制御ストラテジまたは制御ルーチンを任意の所望の様式で実施するように構成することができる。 It should be noted that any control routine or module described herein can have a portion thereof that is implemented or executed in a distributed manner across multiple devices. As a result, the control routine or module can have parts implemented by different controllers, field devices (eg, smart field devices) or other devices, or other control elements, as desired. Similarly, the control routines or modules performed within the process control system described herein can take any form, including software, firmware, hardware, and the like. Any device or element involved in providing such functionality may have software, firmware, or hardware associated with it, placed on a controller, field device in a process control system, or any other. Regardless of whether it is located on a device (or a collection of devices), it is commonly referred to herein as a "control element." The control module can be, for example, any part or part of a process control system, including routines, blocks, or any element thereof stored on any computer readable medium. Such control modules, control routines, or any portion thereof (eg, blocks) shall be performed or performed by any element or device of a process control system, commonly referred to herein as a control element. Can be done. Control routines that can be modules or any part of a control procedure, such as a subroutine, part of a subroutine (such as a set of code), use object-oriented programming, or ladder logic, sequential functionality. It can be implemented in any desired software format using charts, functional block diagrams, or using any other software programming language or design paradigm. Similarly, control routines can be hard-coded into, for example, one or more EPROMs, EEPROMs, application specific integrated circuits (ASICs), or any other hardware or firmware element. Furthermore, control routines can be designed using graphical design tools, or any design tool, including any other type of software / hardware / firmware programming or design tool. Therefore, the controller 11 can be configured to carry out control strategies or control routines in any desired manner.

代替的にまたは追加的に、機能ブロックは、フィールドデバイス自体またはプロセス制御システムの他の制御要素に記憶し、それらによって実施することができるが、それは、システムがフィールドバスデバイスを利用する場合であり得る。制御システムの説明は、機能ブロック制御ストラテジを使用して本明細書で提供されるが、制御技法及びシステムはまた、ラダーロジック、シーケンシャル機能チャートなどの他の規則を使用しても、または任意の他の所望のプログラム言語またはパラダイムを使用しても、実施または設計することができる。 Alternatively or additionally, functional blocks can be stored in the field device itself or other control elements of the process control system and implemented by them, if the system utilizes fieldbus devices. obtain. A description of the control system is provided herein using a functional block control strategy, but control techniques and systems may also use other rules such as ladder logic, sequential functional charts, or any. It can also be implemented or designed using other desired programming languages or paradigms.

実施するときに、本明細書で説明されるソフトウェアのいずれかは、磁気ディスク、レーザーディスク、または他の記憶媒体、コンピュータ若しくはプロセッサのRAM若しくはROMなどの、任意のコンピュータ読み出し可能なメモリに記憶することができる。同様に、このソフトウェアは、例えば、コンピュータ読み出し可能なディスク若しくは他の可搬型コンピュータ記憶機構、または電話回線、インターネット、ワールドワイドウェブ、任意の他のローカルエリアネットワーク、若しくはワイドエリアネットワークなどの通信チャネルを含む、任意の既知の、または所望の配信方法を使用して、ユーザ、プロセスプラント、またはオペレータワークステーションに配信することができる(配信は、可搬型記憶媒体を介して、かかるソフトウェアを提供することと同じであるか、または互換性があると見なされる)。更に、このソフトウェアは、変調若しくは暗号化を伴わずに直接提供することができ、または通信チャネルを通じて送信される前に、任意の適切な変調搬送波及び/または暗号化技術を使用して、変調及び/または暗号化することができる。 When performing, any of the software described herein stores in any computer-readable memory, such as a magnetic disk, laserdisc, or other storage medium, RAM or ROM of a computer or processor. be able to. Similarly, the software may use, for example, a computer-readable disk or other portable computer storage mechanism, or a communication channel such as a telephone line, the Internet, the Worldwide Web, any other local area network, or a wide area network. It can be delivered to a user, process plant, or operator workstation using any known or desired delivery method, including (delivery is to provide such software via a portable storage medium. Is considered to be the same as or compatible with). In addition, the software can be provided directly without modulation or encryption, or can be modulated and / or encrypted using any suitable modulated carrier and / or encryption technique before being transmitted over the communication channel. / Or can be encrypted.

このように、本発明を例示することだけを意図し、限定することは意図せずに、本発明を具体的な実施例を参照しながら説明してきたが、当業者には、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、制御技法に変更、追加、または削除を行うことができることが明らかになるであろう。 As described above, the present invention has been described with reference to specific examples with the intention of merely exemplifying the present invention and not intending to limit the present invention. And it will become clear that control techniques can be changed, added, or deleted without departing from scope.

Claims (22)

プロセスコントローラであって、前記プロセスコントローラの多数のコントローラ繰り返しの各々の間にプロセス変数を制御するための制御信号を発生させ、
前記プロセスコントローラの前記多数の繰り返しの各々未満の、前記プロセス変数の新しい値を受信する、通信ユニットと、
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に比例制御信号値を発生させる、比例制御成分であって、
前記プロセス変数に対する設定点値と受信したプロセス変数の値との間の差分を決定する、第1の加算器、及び
前記加算器に連結される比例ゲインユニット、を含む、比例制御成分と、
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に積分制御信号値を発生させる、積分制御成分であって、
前記プロセスコントローラの以前の繰り返し中に発生させた予備的な積分制御成分の以前の値に基づいて、及び前記プロセスコントローラの現在の繰り返しに対する前記制御信号に基づいて、前記プロセスコントローラの各繰り返し中に、前記予備的な積分制御成分を決定する繰り返しフィルタを含む、積分制御成分と、
前記予備的な積分制御成分及び更なる値を受信する前記繰り返しフィルタに連結される、スイッチであって、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられるプロセスコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として、前記繰り返しフィルタによって発生させた前記予備的な積分制御成分を提供するように動作し、また、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられないコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として前記更なる値を提供する、スイッチと、
前記制御信号を生成するために、各プロセスコントローラ繰り返し中に、前記比例制御信号値及び前記積分制御信号値を合計する、第2の加算器と、を備える、プロセスコントローラ。
A process controller that generates control signals to control process variables during each of a number of controller iterations of the process controller.
With a communication unit that receives a new value for the process variable, less than each of the many iterations of the process controller.
A proportional control component that generates a proportional control signal value during each of the iterations of the process controller.
A proportional control component, including a first adder that determines the difference between the set point value for the process variable and the value of the received process variable, and a proportional gain unit connected to the adder.
An integral control component that generates an integral control signal value during each of the iterations of the process controller.
During each iteration of the process controller, based on the previous values of the preliminary integral control component generated during the previous iteration of the process controller, and based on the control signal for the current iteration of the process controller. , The integral control component, including a iterative filter that determines the preliminary integral control component.
The switch, which is linked to the iterative filter that receives the preliminary integral control component and additional values, said during the process controller iteration associated with the reception of a new value of the process variable in the communication unit. As the integral control signal value, it operates to provide the preliminary integral control component generated by the repeat filter, and during controller iteration not associated with the reception of a new value of the process variable by the communication unit. With a switch that provides the further value as the integral control signal value.
A process controller comprising a second adder that sums the proportional control signal values and the integral control signal values during each process controller iteration to generate the control signals.
前記積分制御成分が、前記繰り返しフィルタに連結される第3の加算器を更に含み、前記第3の加算器が、合計した制御信号値を生成するために、以前のコントローラ繰り返しに対する前記制御信号を合計し、前記第3の加算器が、前記合計した制御信号値を前記繰り返しフィルタへの入力として提供する、請求項1に記載のプロセスコントローラ。 The integral control component further comprises a third adder coupled to the repeat filter, the third adder providing the control signal to a previous controller repeat to generate a summed control signal value. The process controller according to claim 1, wherein the third adder sums and provides the summed control signal values as inputs to the repeat filter. 前記第3の加算器が、前記通信ユニットで前記プロセス変数の新しい値を受信した時点で、前記合計した制御信号をリセットする、請求項2に記載のプロセスコントローラ。 The process controller according to claim 2, wherein the third adder resets the totaled control signal when the communication unit receives a new value of the process variable. 前記第3の加算器が、前記通信ユニットで前記プロセス変数の新しい値を受信した時点で、前記合計した制御信号をゼロにリセットする、請求項2又は請求項3に記載のプロセスコントローラ。 The process controller according to claim 2 or 3, wherein when the third adder receives a new value of the process variable in the communication unit, the total control signal is reset to zero. 前記比例制御成分が、前記比例ゲインユニットに連結される差分ユニットを含む、請求項2〜請求項4の何れか1項に記載のプロセスコントローラ。 The process controller according to any one of claims 2 to 4, wherein the proportional control component includes a difference unit connected to the proportional gain unit. 前記差分ユニットが、前記比例ゲインユニットと前記第2の加算器との間に連結され、以前のコントローラ繰り返しからの前記比例ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記比例ゲインユニットの出力との間の差分値を決定し、そして、前記差分値を前記比例制御信号値として前記第2の加算器に提供する、請求項5に記載のプロセスコントローラ。 The difference unit is connected between the proportional gain unit and the second adder, and the output of the proportional gain unit from the previous controller iteration and the output of the proportional gain unit in the current controller iteration. The process controller according to claim 5, wherein a difference value between the two is determined, and the difference value is provided to the second adder as the proportional control signal value. プロセス内のデバイスを制御するために、前記制御信号を、送信される出力制御信号に変換する、前記第2の加算器に連結される制御信号変換ユニットを更に含む、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のプロセスコントローラ。 Claims 1 to 6 further include a control signal conversion unit coupled to the second adder that converts the control signal into a transmitted output control signal to control a device in the process. The process controller according to any one of the above. 微分制御信号値を決定する微分制御成分を更に含み、前記微分制御成分が、前記第1の加算器に連結される微分ゲインユニットと、以前のコントローラ繰り返しからの前記微分ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記微分ゲインユニットの出力との間の更なる差分値を決定し、そして、前記更なる差分値を前記微分制御信号値として前記第2の加算器に提供する、前記微分ゲインユニットに連結される第2の差分ユニットとを含み、前記第2の加算器が、前記制御信号を生成するために、前記積分制御信号値を有する前記微分制御信号値と、前記比例制御信号値とを合計する、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載のプロセスコントローラ。 The differential gain unit further includes a differential control component that determines the differential control signal value, and the differential control component is connected to the first adder, the output of the differential gain unit from the previous controller iteration, and the above. The derivative that determines a further differential value from the output of the derivative gain unit in the current controller iteration and provides the derivative as the derivative control signal value to the second adder. The derivative control signal value having the integral control signal value and the proportional control signal, including the second difference unit connected to the gain unit, for the second adder to generate the control signal. The process controller according to any one of claims 1 to 7, wherein the values are summed. 前記更なる値が、以前のコントローラ繰り返しにおいて前記スイッチによって出力された積分制御信号値である、請求項1〜請求項8の何れか1項に記載のプロセスコントローラ。 The process controller according to any one of claims 1 to 8, wherein the further value is an integral control signal value output by the switch in the previous controller iteration. 制御ルーチンの多数の繰り返しの各々の間に、速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法であって、
コンピュータ処理デバイスを介して、前記制御ルーチンの前記多数の繰り返しの各々未満の、制御されているプロセス変数の新しい値を受信することと、
コンピュータ処理デバイスを使用して、前記制御ルーチンの前記多数の繰り返しの各々の間に、制御信号を生成する際に使用するための、差分に基づく積分フィードバック寄与を発生させることであって、合計した制御信号を生成するために、新しいプロセス変数値を受信した前記制御ルーチンの最後の繰り返し以来の前記制御ルーチンの各繰り返し中に発生させた前記制御信号を合計すること、前記合計した制御信号を繰り返しフィルタに提供すること、及び前記制御ルーチンの先行する繰り返しの積分フィードバック寄与値及び前記合計した制御信号から、前記制御ルーチンの現在の繰り返しに対する現在の積分フィードバック寄与値を決定するために、前記多数の繰り返しの各々の間に、前記繰り返しフィルタを使用することを含む、発生させることと、
新しいプロセス変数値を受信する各繰り返し中に、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与値を使用し、かつプロセスから新しいプロセス変数値を受信しない繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与値を使用しないことと、
前記プロセス変数を制御するために、前記制御信号を使用することと、を含む、速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。
A method of generating a speed-based process control signal between each of many iterations of a control routine.
Receiving new values of controlled process variables, less than each of the many iterations of the control routine, via a computer processing device.
A computer processing device was used to generate a difference-based integrated feedback contribution for use in generating the control signal during each of the numerous iterations of the control routine, summed up. To generate a control signal, sum the control signals generated during each iteration of the control routine since the last iteration of the control routine that received the new process variable value, and repeat the summed control signals. A number of said to provide to the filter and to determine the current integrated feedback contribution value for the current iteration of the control routine from the integrated feedback contribution value of the preceding iteration of the control routine and the summed control signal. Between each of the iterations, including using the iteration filter, and generating
Receiving a New Process Variable Value During each iteration, the current integrated feedback contribution value is used to generate the control signal for the current iteration of the control routine, and a new process variable value is received from the process. Do not use the current integrated feedback contribution value to generate the control signal during repetition and
A method of generating a speed-based process control signal, including the use of the control signal to control the process variable.
コンピュータ処理デバイスを使用して、前記制御ルーチンの前記繰り返しの各々の間に、差分に基づく比例寄与を発生させることと、前記制御信号を発生させるために、前記制御ルーチンの前記繰り返しの各々の間に、前記比例寄与を使用することとを更に含む、請求項10に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。 A computer processing device is used to generate a proportional contribution based on the difference between each of the iterations of the control routine and between each of the iterations of the control routine to generate the control signal. The method of generating a speed-based process control signal according to claim 10, further comprising using the proportional contribution. 前記新しいプロセス変数値が、前記制御信号の影響を受けているプロセスパラメータの測定値である、請求項10又は請求項11に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。 The method of generating a speed-based process control signal according to claim 10 or 11, wherein the new process variable value is a measurement of a process parameter affected by the control signal. 前記積分フィードバック寄与を決定することが、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する前記合計した制御信号と、前記制御ルーチンの前記先行する繰り返しの前記積分フィードバック寄与値との間の差分に、リセット時間及びコントローラ実行期間に依存する係数を乗じたものに基づいて、前記現在の積分フィードバック寄与値を発生させることを含む、請求項10又は請求項11に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。 Determining the integral feedback contribution is the difference between the summed control signal for the current iteration of the control routine and the integral feedback contribution value of the preceding iteration of the control routine, as well as the reset time and. The method of generating a speed-based process control signal according to claim 10 or 11, comprising generating the current integrated feedback contribution value based on a product of a coefficient that depends on the controller execution period. 前記プロセスから新しいプロセス変数値を受信しない繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与値を使用しないことは、前記プロセスから新しいプロセス変数値を受信しない繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、固定値を前記現在の積分フィードバック寄与として使用することを含む、請求項10〜請求項13の何れか1項に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。 Not using the current integrated feedback contribution value to generate the control signal during a iteration that does not receive a new process variable value from the process means that during an iteration that does not receive a new process variable value from the process. The method of generating a process control signal based on the speed according to any one of claims 10 to 13, which comprises using a fixed value as the current integrated feedback contribution to generate the control signal. .. 固定値が、ゼロである、請求項14に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。 The method of generating a speed-based process control signal according to claim 14, wherein the fixed value is zero. 速度に基づくプロセスコントローラであって、前記プロセスコントローラの多数のコントローラ繰り返しの各々の間にプロセス変数を制御するための制御信号を発生させ、
前記プロセスコントローラの前記多数の繰り返しの各々未満の、前記プロセス変数の新しい値を受信する、通信ユニットと、
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に積分制御信号値を発生させる、積分制御成分であって、
前記プロセスコントローラの以前の繰り返し中に発生させた予備的な積分制御成分の以前の値に基づいて、及び前記プロセスコントローラの現在の繰り返しに対する前記制御信号に基づいて、前記プロセスコントローラの各繰り返し中に、前記予備的な積分制御成分を決定する繰り返しフィルタを含む、積分制御成分と、
前記予備的な積分制御成分及び更なる値を受信する前記繰り返しフィルタに連結される、スイッチであって、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられるプロセスコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として、前記繰り返しフィルタによって発生させた前記予備的な積分制御成分を提供するように動作し、また、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられないコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として前記更なる値を提供する、スイッチと、
前記コントローラ繰り返しの各々の間にプロセスを制御する際に使用するための制御信号を発生させるために、前記積分制御信号値を受信するように連結される、制御信号発生器と、を備える、速度に基づくプロセスコントローラ。
A speed-based process controller that generates control signals to control process variables during each of a number of controller iterations of the process controller.
With a communication unit that receives a new value for the process variable, less than each of the many iterations of the process controller.
An integral control component that generates an integral control signal value during each of the iterations of the process controller.
During each iteration of the process controller, based on the previous values of the preliminary integral control component generated during the previous iteration of the process controller, and based on the control signal for the current iteration of the process controller. , The integral control component, including a iterative filter that determines the preliminary integral control component.
The switch, which is linked to the iterative filter that receives the preliminary integral control component and additional values, said during the process controller iteration associated with the reception of a new value of the process variable in the communication unit. As the integral control signal value, it operates to provide the preliminary integral control component generated by the repeat filter, and during controller iteration not associated with the reception of a new value of the process variable by the communication unit. With a switch that provides the further value as the integral control signal value.
A speed, comprising a control signal generator, coupled to receive the integral control signal value to generate a control signal for use in controlling the process during each of the controller iterations. Based on the process controller.
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に比例制御信号値を発生させる、比例制御成分であって、
前記プロセス変数に対する設定点値と受信した前記プロセス変数の値との間の差分を決定する、第1の加算器、及び
前記第1の加算器に連結される比例ゲインユニット、を含む、比例制御成分を更に備え、
前記制御信号発生器が、前記制御信号を生成するために、各プロセスコントローラ繰り返し中に、前記比例制御信号値及び前記積分制御信号値を合計する、第2の加算器を含む、請求項16に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
A proportional control component that generates a proportional control signal value during each of the iterations of the process controller.
Proportional control, including a first adder that determines the difference between a set point value for the process variable and a received value of the process variable, and a proportional gain unit connected to the first adder. With more ingredients,
16. The control signal generator comprises a second adder that sums the proportional control signal value and the integral control signal value during each process controller iteration to generate the control signal. Process controller based on the listed speed.
前記比例制御成分が、前記比例ゲインユニットに連結される差分ユニットを含む、請求項17に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。 The speed-based process controller of claim 17, wherein the proportional control component comprises a differential unit coupled to the proportional gain unit. 前記差分ユニットが、前記比例ゲインユニットと前記第2の加算器との間に連結され、以前のコントローラ繰り返しからの前記比例ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記比例ゲインユニットの出力との間の差分値を決定し、そして、前記差分値を前記比例制御信号値として前記第2の加算器に提供する、請求項18に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。 The difference unit is connected between the proportional gain unit and the second adder, and the output of the proportional gain unit from the previous controller iteration and the output of the proportional gain unit in the current controller iteration. The speed-based process controller according to claim 18, wherein a difference value between the two is determined and the difference value is provided to the second adder as the proportional control signal value. 微分制御信号値を決定する微分制御成分を更に含み、前記微分制御成分が、前記第1の加算器に連結される微分ゲインユニットと、以前のコントローラ繰り返しからの前記微分ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記微分ゲインユニットの出力との間の更なる差分値を決定し、そして、前記更なる差分値を前記微分制御信号値として前記第2の加算器に提供する、前記微分ゲインユニットに連結される第2の差分ユニットとを含み、前記第2の加算器が、前記制御信号を生成するために、前記積分制御信号値を有する前記微分制御信号値と、前記比例制御信号値とを合計する、請求項17に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。 The differential gain unit further includes a differential control component that determines the differential control signal value, and the differential control component is connected to the first adder, the output of the differential gain unit from the previous controller iteration, and the above. The derivative that determines a further difference value from the output of the derivative gain unit in the current controller iteration and provides the derivative value as the derivative control signal value to the second adder. The differential control signal value having the integral control signal value and the proportional control signal, including the second difference unit connected to the gain unit, for the second adder to generate the control signal. The speed-based process controller according to claim 17, which sums the values. 前記積分制御成分が、前記繰り返しフィルタに連結される更なる加算器を含み、前記更なる加算器が、合計した制御信号値を生成するために、以前のコントローラ繰り返しに対する前記制御信号を合計し、前記更なる加算器が、前記合計した制御信号値を前記繰り返しフィルタへの入力として提供する、請求項16〜請求項20の何れか1項に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。 The integral control component comprises an additional adder coupled to the repeat filter, which sums the control signals for previous controller iterations to generate a summed control signal value. The speed-based process controller according to any one of claims 16 to 20, wherein the additional adder provides the summed control signal values as inputs to the repeat filter. 前記更なる加算器が、前記通信ユニットで前記プロセス変数の新しい値を受信した時点で、前記合計した制御信号をリセットする、請求項21に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。 The speed-based process controller of claim 21, wherein the additional adder resets the summed control signal upon receiving a new value of the process variable in the communication unit.
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