过程控制系统中改进的卡尔曼滤波器

摘要

一种控制技术，该控制技术允许在基于卡尔曼滤波器的控制方案中使用接收的过程变量值，而无需改变控制算法，该控制技术包括控制器如PID控制器和卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器被耦接为接收例如形式为来自过程的过程变量测量信号的反馈。该卡尔曼滤波器被配置为在每个控制器执行循环期间从间歇性的或缓慢的过程反馈信号产生过程变量值的估计，同时将新过程变量估计提供给控制器，以使得控制器能够产生用于控制过程的控制信号。卡尔曼滤波器还被配置为针对在过程中可能出现的具有非零均值的过程噪声补偿过程变量估计。卡尔曼滤波器可以应用该补偿来连续地并且间歇性地接收过程变量值。

主权项

一种用于控制过程的控制系统，所述控制系统包括：控制单元，所述控制单元包括过程变量输入端和通信地耦接到所述过程变量输入端的控制例程单元，其中，所述控制例程单元基于在所述过程变量输入端处接收的过程变量值，生成用于控制所述过程的控制信号；耦接到所述控制单元的卡尔曼滤波器单元，所述卡尔曼滤波器单元在多个执行循环中的每个执行循环期间操作一次，以产生过程变量估计值，所述卡尔曼滤波器单元包括：耦接为接收由所述控制例程单元产生的所述控制信号的控制信号输入端；包括过程变量反馈输入端的接口，所述过程变量反馈输入端以低于所述卡尔曼滤波器单元的每个执行循环时间一次的频率接收过程变量测量信号，耦接为在所述控制信号输入端处接收所述控制信号以产生初始过程变量估计值的过程模型，耦接为使用经由所述过程变量反馈输入端接收的所述过程变量测量信号来根据残差产生纠错信号的纠错单元，其中，所述纠错单元包括第一组合器、开关单元和增益单元，以及耦接到所述过程模型和所述纠错单元以将所述初始过程变量估计值与所述纠错信号组合以产生另一个过程变量估计值的第二组合器，其中，在所述卡尔曼滤波器单元的在所述过程变量测量信号的新值可用时的执行循环期间以及在所述过程变量测量信号的新值可用时的执行循环之后的预先确定数量的执行循环期间，所述开关单元操作以将所述残差的新值提供给所述增益单元以产生所述纠错信号，其中，通过在所述第一组合器处将所述初始过程变量估计值与所述过程变量测量信号的值组合来确定所述残差的所述新值；其中，在所述卡尔曼滤波器单元的在所述过程变量测量信号的新值可用时的执行循环之后的预先确定数量的执行循环之后的执行循环期间，所述开关单元操作以将所述残差的存储值提供给所述增益单元以产生所述纠错信号，其中，所述残差的所述存储值是在所述预先确定数量的执行循环中的一个执行循环期间确定的；并且其中，所述控制单元的所述过程变量输入端被耦接为基于所述另一个过程变量估计值来接收所述过程变量估计值。