用于多輸入多輸出設備的基于自適應模型的控制的方法和系統的制作方法
【專利說明】用于多輸入多輸出設備的基于自適應模型的控制的方法和 系統
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本非臨時申請根據35U.S.C. § 119(e)，要求提交于2014年8月29日的名稱為 "用于多輸入多輸出設備的基于自適應模型的控制的方法和系統"的美國臨時專利申請 No. 62/043744的優先權益，該申請通過引用全部結合于本文中。
【背景技術】
[0003] 對于多輸入多輸出（MM))設備（plant)，基于模型的控制系統具有要在不同操作 條件下控制的多于一個主要目標。通常，多個輸入是執行器驅動的控制句柄。基于模型的 控制系統確定到設備中多個執行器的輸入命令，以便控制多個設備輸出以實現在不同操作 條件下的多個控制目的。例如，設備可以是噴氣發動機，其中，多個執行器控制噴氣發動機 的過程以產生對應于諸如推力、風扇可操作性和/或核可操作性和燃料消耗的多個控制目 的諸如風扇速度、壓力比、噴嘴位置或者核心溫度的輸出。MMO控制系統中的執行器可由于 各種原因而受約束，導致在設備輸出上某個級別的控制效果或者全部控制效果的丟失。基 于模型的控制性能取決于設備模型，并且如果設備模型不能捕捉受約束執行器中包括的或 者由其誘發的某些設備動態更改，則由模型產生的基于模型的控制可能不適當或者穩定地 控制具有此類更改的設備。

【發明內容】

[0004] 一方面，本發明的實施例涉及根據基于模型的控制和設備模型來控制設備的方 法，設備具有多個執行器、對應于執行器的操作狀態的多個輸入和對應于設備的操作條件 的多個輸出。對輸出進行優先排序以定義輸出優先級排序，并且確定多個執行器中的每個 執行器的當前模式以定義多個執行器模式。使用輸出優先級排序和執行器模式建立至少一 個設備模型自適應因子陣列。然后，使用至少一個設備模型自適應因子陣列實時重新配置 設備模型以使設備模型適應于輸出優先級排序和執行器模式。建立基于模型的控制使得基 于模型的控制自動適應于輸出優先級排序和執行器模式。
[0005] 另一方面，本發明的實施例涉及用于設備的控制系統，所述設備具有對應于設備 的操作條件的多個輸出和多個執行器，所述多個執行器具有對應于執行器的操作狀態的多 個輸入。輸出優先級排序模塊配置成對多個輸出進行優先排序以確定輸出優先級排序。執 行器模式管理模塊配置成確定多個執行器中的每個執行器的模式以定義多個執行器模式。 管理模塊配置成使用輸出優先級排序和執行器模式來建立至少一個設備模型自適應因子 陣列。設備模型模塊配置成使用至少一個設備模型自適應因子陣列來重新配置設備模型， 并且基于模型的控制模塊配置成建立自動適應于輸出優先級排序和執行器模式的基于模 型的控制。
[0006] 提供了以下技術方案：
[0007] 1. -種根據基于模型的控制和設備模型（41)控制設備（20)的方法，所述設備 (20)具有多個執行器（21)、對應于所述執行器（21)的操作狀態的多個輸入（22)和對應于 所述設備（20)的操作條件的多個輸出（24)，所述方法包括：
[0008] 將所述輸出（24)優先排序以定義輸出優先級排序（52);
[0009] 確定所述多個執行器（21)中的每個的模式以定義多個執行器模式（62);
[0010] 使用所述輸出優先級排序（52)和所述執行器模式（62)建立至少一個設備模型自 適應因子陣列（82);
[0011] 使用所述至少一個設備模型自適應因子陣列（82)實時重新配置所述設備模型 (41)以使所述設備模型（41)適應于所述輸出優先級排序（52)和執行器模式（62);以及
[0012] 建立所述基于模型的控制，使得所述基于模型的控制自動適應于所述輸出優先級 排序（52)和執行器模式（62)。
[0013] 2.如技術方案1所述的方法，還包括基于所述設備操作條件（56)確定已知設備模 型誤差（72)，其中還使用所述已知設備模型誤差（72)建立所述至少一個設備模型自適應 因子陣列（82)。
[0014] 3.如技術方案1所述的方法，其中預確定所述輸出優先級排序（52)。
[0015] 4.如技術方案1所述的方法，還包括重復所述優先排序、確定、建立至少一個設備 模型、重新配置和建立所述基于模型的控制。
[0016] 5.如技術方案1所述的方法，其中建立至少一個設備模型自適應因子陣列（82)的 步驟實時進行。
[0017] 6.如技術方案1所述的方法，其中所述基于模型的控制是動態逆控制。
[0018]7.如技術方案1所述的方法，其中所述基于模型的控制是線性二次調節器控制。
[0019] 8.如技術方案1所述的方法，其中所述執行器模式（62)是執行器約束模式或者執 行器無約束模式之一。
[0020]9.如技術方案8所述的方法，其中所述執行器約束模式是執行器固定模式或者執 行器準自由移動模式之一。
[0021] 10.如技術方案9所述的方法，其中建立所述至少一個設備模型自適應因子陣列 (82)的步驟取決于所述執行器固定模式或者所述執行器準自由移動模式的存在。
[0022] 11.如技術方案8所述的方法，還包括將具有執行器約束模式的所述多個執行器 (21)中的每個執行器與通過所述輸出優先級排序（52)定義的最高優先級輸出集隔離以定 義隔離的執行器（21)的步驟。
[0023] 12.如技術方案11所述的方法，還包括拒絕所述隔離的執行器（21)作為已知干擾 輸入。
[0024] 13.如技術方案11所述的方法，還包括將所述隔離的執行器（21)返回到所述執行 器無約束模式。
[0025] 14.如技術方案13所述的方法，還包括集成返回到所述執行器無約束模式的所述 隔離的執行器（21)和所述最高優先級輸出集。
[0026] 15.如技術方案14所述的方法，還包括將所述隔離的執行器（21)的隔離的輸入輸 出對的每個關系項保持為用于與所述最高優先級輸出集集成的所述隔離的執行器（21)的 初始條件。
[0027] 16. -種受控系統（10)，包括：
[0028] 設備（20)，包括對應于所述設備（20)的操作條件的多個輸出（24)和多個執行 器（21)，所述多個執行器（21)具有對應于所述多個執行器（21)的操作狀態的多個輸入 (22);
[0029] 輸出優先級排序模塊（50)，配置成將所述多個輸出（24)優先排序以定義輸出優 先級排序（52);
[0030] 執行器模式管理模塊(60)，配置成確定所述多個執行器（21)中的每個的模式以 定義多個執行器模式（62);
[0031]管理模塊（80)，配置成使用所述輸出優先級排序（52)和所述執行器模式（62)建 立至少一個設備模型自適應因子陣列（82);
[0032] 設備模型模塊（40)，配置成使用所述至少一個設備模型自適應因子陣列（82)重 新配置設備模型（41);以及
[0033]基于模型的控制模塊（30)，配置成建立自動適應于所述輸出優先級排序（52)和 執行器模式（62)的基于模型的控制。
[0034] 17.如技術方案16所述的系統，還包括配置成基于所述設備（20)的所述操作條件 確定已知設備模型誤差（72)的已知設備模型誤差模塊（70)。
[0035] 18.如技術方案17所述的系統，其中所述設備模型模塊（40)還配置成使用所述已 知設備模型誤差（72)建立所述至少一個設備模型自適應因子陣列（82)。
【附圖說明】
[0036] 通過結合附圖，參照以下描述，可最好地理解本文中所述的技術，其中：
[0037]圖1是根據本發明的實施例的基于模型的控制系統的框圖表示；
[0038] 圖2A是根據本發明的實施例的執行器當前模式管理模塊的執行器接通限制 (on-limit)檢測邏輯的框圖表示；
[0039] 圖2B是根據本發明的實施例的執行器模式管理模塊的執行器模式識別邏輯的框 圖表示；
[0040]圖3是根據本發明的實施例的設備模型自適應因子陣列管理模塊邏輯的框圖表 示；
[0041]圖4A是根據本發明的實施例的用于動態逆類型控制的基于自適應模型的控制模 塊邏輯的框圖表示；以及
[0042] 圖4B是根據本發明的實施例的用于非動態逆類型控制的基于自適應模型的控制 模塊邏輯的框圖表示。
【具體實施方式】
[0043] 在背景部分和下面的描述中，為了解釋，陳述了許多細節以便提供本文中描述技 術的透徹的理解。然而，對本領域的技術人員將明顯的是，可在沒有這些細節的情況下實施 示范實施例。在其它情況下，結構和裝置以附圖形式示出以便促進示范實施例的描述。
[0044] 下面將參照附圖描述示范實施例。這些附圖示出實現本文中描述的模塊、方法或 者計算機程序產品的特定實施例的某些細節。然而，附圖不應視為施加在附圖中可存在的 任何限制。方法和計算機程序產品可在任何機器可讀媒體上提供以便完成其操作。實施例 可使用現有計算機處理器實現，或者通過為此目的或者另一目的而包含的專用計算機處理 器實現，或者通過硬連線系統實現。
[0045] 如上所述，本文中所述實施例可包括計算機程序產品，所述計算機程序產品包括 機器可讀媒體以便攜帶或者具有存儲于其上的機器可執行指令或者數據結構。此類機器可 讀媒體可以是由通用或者專用計算機或者具有處理器的其它機器訪問的任何可用媒體。例 如，此類機器可讀媒體可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或者其它光盤存儲器、磁盤 存儲器或者其它磁存儲裝置或者能夠被用于攜帶或存儲采用機器可執行指令或者數據結 構形式的期望程序代碼以及能夠由通用或者專用計算機或者具有處理器的其它機器訪問 的任何其它媒體。當信息通過網絡或者另一通信連接（硬連線、無線、或者硬連線或無線的 組合）傳遞或者提供到機器時，機器適當地將連接視為機器可讀媒體。因此，任何此類連接 被適當地稱為機器可讀媒體。上述內容的組合也包括在機器可讀媒體的范圍內。機器可執 行指令包括例如促使通用計算機、專用計算機或者專用處理機器執行某個功能或者功能組 的指令和數據。
[0046] 將在方法步驟的通用上下文中描述實施例，所述方法步驟可在一個實施例中由程 序產品實現，所述程序產品包括諸如程序代碼的機器執行的指令，例如，在連網環境由機器 執行的程序模塊的形式。通常，程序模塊包括具有執行特殊任務或者實現特殊的抽象數據 類型的技術效果的例程、程序、對象、組件、數據結構等。機器可執行指令、相關聯數據結構 以及程序模塊表示用于執行本文中公開的方法的步驟的程序代碼的示例。此類可執行指令 或者相關聯數據結構的特定序列表示用于實現在此類步驟中所述功能的對應動作的示例。
[0047] 實施例可在使用到具有處理器的一個或者多個遠程計算機的邏輯連接的連網環 境中實施。邏輯連接可包括局域網（LAN)和廣域網（WAN)，它們在此處呈現為示例而不是限 制。此類連網環境在辦公室范圍或者企業范圍的計算機網絡、內聯網和因特網中是普遍的， 并且可使用多種不同的通信協議。本領域技術人員將理解，此類網絡計算環境將通常包含 許多類型的計算機系統配置，包括個人計算機、手持式裝置、多處理器系統、基于微處理器 的或可編程消費者電子器件、網絡PC、微型計算機、大型計算機以及諸如此類。
[0048] 實施例也可在分布式計算環境中實施，其中，任務由通過通信網絡鏈接（通過硬 連線鏈接、無線鏈接或者由硬連線或者無線鏈接的組合）的本地和遠程處理裝置執行。在 分布式計算環境中，程序模塊可位于本地和遠程存儲裝置中。
[0049] 用于實現總體或者部分示范實施例的示范系統可能包括采用計算機形式的通用 計算裝置，包括處理器單元、系統存儲器和耦合包括系統存儲器的各種系統組件至處理單 元的系統總線。系統存儲器可包括只讀存儲器（