(57)【要約】  モデル予測制御（ＭＰＣ）ルーチンの形態の複数入力／複数出力制御ルーチンは、ＭＰＣ制御器走査もしくは実行速度より遅い実効速度で、非周期的な、断続的な、あるいは遅延したプロセス変数測定信号を提供する無線または他のセンサを用いて動作する。無線ＭＰＣルーチンは、制御されたプロセス変数に関する測定走査周期がＭＰＣ制御器ルーチンの動作上の走査周期より著しく大きいときでさえ、正常に動作し、同時に、ロバストかつ許容される様式でのプロセスの制御を可能にする制御信号を提供する。動作の間、ＭＰＣルーチンは、内部のプロセスモデルを使用して、新しいプロセスパラメータ測定が制御器に送信されない走査周期の最中に、モデルバイアス補正を実施することなく、１つ以上の測定されたプロセスパラメータ値をシミュレーションする。特定のプロセス変数に関する新しい測定が制御器において可用であるとき、モデル予測及びシミュレーションされたパラメータ値は、従来のＭＰＣ技法に従って、新しい測定値に基づいてモデルバイアス補正を用いて更新される。
2017524205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスを実施する一組のプロセス機器の制御において使用するためのプロセス制御器であって、
前記プロセス内での制御されたプロセス変数に関する設定点を受信する設定点入力と、
前記制御されたプロセス変数の測定値を受信するプロセス変数入力と、
いくつかの実行サイクルの各々の最中に前記制御されたプロセス変数の１つ以上の予測値を生成するプロセスモデルと、
前記プロセスモデルに及び前記設定点入力に結合された制御信号発生器であって、前記いくつかの実行サイクルの各々の最中に、前記設定点、及び前記実行サイクルの最中に前記プロセスモデルによって生成された前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を使用して、前記プロセス機器を制御するための制御信号を生成して、それによって、前記制御されたプロセス変数を前記設定点に向かって駆動するように動作する、制御信号発生器と、
前記プロセス変数入力に及び前記プロセスモデルに結合されたモデルバイアス補正ユニットと、を備え、前記モデルバイアス補正ユニットは、前記プロセスモデルによって適用されるモデル補正を判定して、前記制御されたプロセス変数の前記予測値を生成し、
前記制御信号発生器及び前記プロセスモデルが、実行速度で連続した実行サイクルを動作し、
前記プロセス変数入力が、前記制御信号発生器及び前記プロセスモデルの前記実行速度より低い速度で、前記制御されたプロセス変数の測定値を受信し、
前記モデルバイアス補正ユニットが、特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の以前の予測値、及び前記プロセス変数入力における前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた実行サイクルの最中の、前記特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の新たに受信された測定値に基づいて、新しいモデル補正を生成し、
前記プロセスモデルが、前記新しいモデル補正を用いて、１つ以上の算出された予測の制御されたプロセス変数値をオフセットし、前記プロセス変数入力における前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中のみ、前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を生成する、プロセス制御器。
【請求項２】
前記制御信号発生器及び前記プロセスモデルの前記実行速度が、周期的な実行速度である、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項３】
前記モデルバイアス補正ユニットが、前記プロセス変数入力における前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中にのみ、新しいモデル補正を生成する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項４】
前記プロセスモデルが、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられていない実行サイクルの最中には、前記モデル補正の以前の算出値を使用する、請求項３に記載のプロセス制御器。
【請求項５】
前記プロセスモデルが、各実行サイクルの最中に、前記制御されたプロセス変数の以前の算出された予測値を使用して、前記制御されたプロセス変数の新しい予測値を生成する反復性プロセスモデルであり、前記プロセスモデルが、前記プロセス変数入力における前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた実行サイクルの最中のみ、前記制御されたプロセス変数の前記新しい予測値に前記新しいモデル補正を適用する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項６】
前記プロセス変数入力が、前記制御信号発生器及び前記プロセスモデルの前記実行速度より低い周期的な速度で、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項７】
前記プロセス変数入力が、非周期的な速度で、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項８】
前記プロセス変数入力が、断続的な速度で、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項９】
ステータス発生器をさらに含み、前記ステータス発生器は、制御器が、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値が前記プロセス変数入力において受信されなかった前記実行サイクルに関しては第１の非エラーステータス状態にあることを指示し、かつ、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値が前記プロセス変数入力において受信された前記実行サイクルに関しては第２の非エラーステータス状態にあることを指示する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項１０】
前記制御信号発生器がモデル予測制御器である、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項１１】
各実行サイクルの最中に、前記プロセスモデルが、計画対象期間にわたるいくつかの異なる未来の時点における前記制御されたプロセス変数の予測値を生成する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項１２】
前記プロセスモデルが、前記プロセス変数入力における前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中に、前記モデル補正を用いて前記計画対象期間にわたる前記いくつかの異なる未来の時点における前記制御されたプロセス変数の前記予測値の各々をオフセットする、請求項１１に記載のプロセス制御器。
【請求項１３】
前記プロセス変数入力が、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信を指示するフラグを発生するフラグ発生ユニットを含み、前記プロセスモデルは、前記フラグを使用して、どの実行サイクルが前記プロセス変数入力における前記プロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられるのかを判定する、請求項１に記載のプロセス制御器。
【請求項１４】
プロセス制御方法であって、
各実行サイクルの最中に、コンピュータ処理デバイス上で、実行速度で制御ルーチンの複数の実行サイクルを実装して、プロセスを制御するための制御信号を発生することであって、
前記制御ルーチンの各実行サイクルの最中に、
前記コンピュータ処理デバイス上で、プロセスモデルを実行して、前記プロセス内での制御されたプロセス変数の１つ以上の予測値を生成することと、
前記コンピュータ処理デバイス上で、設定点、及び前記実行サイクルの最中に前記プロセスモデルによって生成された前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を使用して前記制御信号を生成することを含む前記プロセスの制御において使用するための制御信号を判定して、それによって、前記制御されたプロセス変数を制御することと、を含み、
前記実行サイクルのうちのいくつかの最中に前記制御信号の判定において使用する前に、前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を調節することであって、
前記実行速度より低い速度で、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信することと、
前記コンピュータ処理デバイスを介して、前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値に適用されるべき新しいモデルバイアス補正を判定することであって、これは、特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の以前の予測値、及び前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた実行サイクルの最中の、前記特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の新たに受信された測定値に基づいて、前記新しいモデルバイアス補正を生成することを含む、判定することと、
前記新しいモデルバイアス補正を用いて前記プロセスモデルによって展開された前記制御されたプロセス変数の前記予測値のうちの前記１つ以上を調節して、前記プロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中のみ、前記制御されたプロセス変数値のうちの１つ以上の補正された予測値を生成することと、をさらに含む、プロセス制御方法。
【請求項１５】
前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値に適用される新しいモデルデバイス補正を判定することが、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中のみ、前記新しいモデルバイアス補正を判定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられていない実行サイクルの最中には、前記モデルバイアス補正の以前の算出値を使用して、前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を調節することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
プロセスモデルを実行して、制御されたプロセス変数の１つ以上の予測値を生成することが、以前の実行サイクルからの前記制御されたプロセス変数の算出された予測値を使用して、現在の実行サイクルに関して前記制御されたプロセス変数の新しい予測値を生成する反復性プロセスモデルを実行することを含み、かつ前記モデルバイアス補正を用いて前記現在の実行サイクルに関して前記プロセスモデルによって展開された前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を調節して、前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中のみ、前記制御されたプロセス変数の１つ以上の補正された予測値を生成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記実行速度より低い速度で前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信することが、前記実行速度より低い周期的な速度で前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記実行速度より低い速度で前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信することが、非周期的な速度で前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記実行速度より低い速度で前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信することが、断続的な速度で前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記コンピュータ処理デバイスを使用して、新しいプロセス変数測定が受信されなかった前記実行サイクルに関して第１の非エラーステータス状態を指示し、かつ新しいプロセス変数測定が受信された実行期間に関して第２の非エラーステータス状態を指示するステータス指示を発生することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記プロセスの制御において使用するための制御信号を判定することが、前記コンピュータ処理デバイス上で、モデル予測制御ルーチンを使用して、前記制御信号を発生することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記プロセスモデルを実行することが、各実行サイクルの最中に、計画対象期間にわたるいくつかの異なる未来の時点における前記制御されたプロセス変数の予測値を生成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記モデルバイアス補正を用いて前記プロセスモデルによって展開された前記制御されたプロセス変数の前記予測値のうちの前記１つ以上を調節することが、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中に、前記モデルバイアス補正を用いて前記計画対象期間にわたる前記いくつかの異なる未来の時点における前記制御されたプロセス変数の前記予測値の各々をオフセットすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信する際に、前記コンピュータ処理デバイスを使用して、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信を指示するフラグを発生し、前記フラグを使用して、どの実行サイクルが前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられるのかを判定することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
プロセスを制御するためのデバイスであって、
プロセッサと、
前記プロセッサに結合されて、プロセス変数測定を受信する通信インターフェースと、
コンピュータ可読媒体と、
前記プロセッサ上で実行して、前記プロセスの制御されたプロセス変数を制御するための制御信号を生成する前記コンピュータ可読媒体上で格納された制御ルーチンと、を備え、前記制御ルーチンが、実行速度で複数の実行サイクルを連続的に実行して、各実行サイクルの最中に前記制御信号の新しい値を発生し、前記制御ルーチンが、
前記複数の実行サイクルの各々の最中に前記プロセッサ上で実行して、前記制御されたプロセス変数の１つ以上の予測値を生成するプロセスモデルと、
前記複数の実行サイクルの各々の最中に前記プロセッサ上で実行する前記プロセスモデルに結合された制御信号発生器であって、設定点、及び前記実行サイクルの最中に前記プロセスモデルによって生成された前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を使用して、前記制御信号を発生する、制御信号発生器と、
前記通信インターフェースに及び前記プロセスモデルに結合されたモデルバイアス補正ユニットと、を備え、前記モデルバイアス補正ユニットは、前記プロセッサ上で実行して、前記プロセスモデルによって適用されるモデル補正を判定し、前記制御されたプロセス変数の前記予測値を生成し、
前記通信インターフェースが、前記制御ルーチンの前記実行速度より低い速度で、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信し、
前記モデルバイアス補正ユニットが、特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の以前の予測値、及び前記通信インターフェースにおける前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた実行サイクルの最中の、前記特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の新しい測定値に基づいて、新しいモデル補正を生成し、
前記プロセスモデルが、前記新しいモデル補正を使用して、前記通信インターフェースにおける前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中の、前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を生成し、以前の算出モデル補正を使用して、前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクル以外の前記実行サイクルの最中に、前記制御されたプロセス変数の前記１つ以上の予測値を生成する、デバイス。
【請求項２７】
前記プロセスモデルが、前の実行サイクルの最中に判定された前記制御されたプロセス変数の予測値を使用して、現在の実行サイクルの最中に前記制御されたプロセス変数の新しい予測値を生成する反復性プロセスモデルであり、前記プロセスモデルが、前記新しいモデル補正を使用して、前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中のみ前記現在の実行サイクルの最中に判定された前記制御されたプロセス変数の前記新しい予測値を調節し、前記プロセスモデルが、以前の算出モデル補正を使用して、前記現在の実行サイクルの最中に判定された前記制御されたプロセス変数の前記新しい予測値を調節しないことによって、前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられていない実行サイクルの最中には、前記制御されたプロセス変数値の前記１つ以上の予測値を生成する、請求項２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記制御ルーチンの前記実行速度が周期的な実行速度である、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記モデルバイアス補正ユニットが、前記通信インターフェースにおける前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中にのみ、新しいモデル補正を生成する、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記通信インターフェースが、前記制御ルーチンの前記実行速度より低い周期的な速度で、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信する、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記通信インターフェースが、非周期的な速度で、前記制御されたプロセス変数の新しい測定値を受信する、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３２】
ステータス発生器をさらに含み、前記ステータス発生器は、前記プロセッサ上で実行して、前記制御されたプロセス変数に関する新しい測定値が前記通信インターフェースにおいて受信されなかった前記実行サイクルに関して第１の非エラーステータス状態を指示し、かつ前記制御されたプロセス変数の新しい測定値がプロセス変数入力において受信された前記実行サイクルに関して第２の非エラーステータス状態を指示する、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記制御信号発生器がモデル予測制御器である、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３４】
各実行サイクルの最中に、前記プロセスモデルが、計画対象期間にわたるいくつかの異なる未来の時点における前記制御されたプロセス変数の予測値を生成する、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記通信インターフェースが、前記プロセッサ上で実行し、前記通信インターフェースにおいて前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信を指示するフラグを発生し、前記制御ルーチンは、前記フラグを使用して、どの実行サイクルが前記通信インターフェースにおいて前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられるのかを判定する、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３６】
プロセス内で複数の制御されたプロセス変数を同時に制御するための多重速度制御器であって、
前記複数の制御されたプロセス変数の各々の測定値を受信するプロセス変数入力と、
いくつかの実行サイクルの各々の最中に前記複数の制御されたプロセス変数の前記各々のうちの１つ以上の予測値を生成するプロセスモデルと、
前記いくつかの実行サイクルの各々の最中に動作する前記プロセスモデルに結合された制御信号発生器であって、前記実行サイクルの最中に前記プロセスモデルによって生成された前記複数の制御されたプロセス変数の前記各々のうちの、前記複数の制御されたプロセス変数の各々のための設定点及び前記１つ以上の予測値を使用して、前記プロセスを制御するための１つ以上の制御信号を生成する、制御信号発生器と、
前記プロセス変数入力に及び前記プロセスモデルに結合されたモデルバイアス補正ユニットと、を備え、前記モデルバイアス補正ユニットが、前記複数の制御されたプロセス変数の各々のための異なるモデル補正を判定し、前記異なるモデル補正が、前記プロセスモデルによって使用され、前記複数の制御されたプロセス変数のうちの前記異なる１つの前記１つ以上の予測値を生成し、
前記制御信号発生器及び前記プロセスモデルが、実行速度で実行サイクルを動作し、
前記プロセス変数入力が、前記制御信号発生器及び前記プロセスモデルの前記実行速度より低い速度で、前記制御されたプロセス変数のうちの少なくとも１つの新しい測定値を受信し、
前記モデルバイアス補正ユニットが、特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の以前の予測値、及び前記プロセス変数入力における前記制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた実行サイクルの最中の、前記特定の時間に関する前記制御されたプロセス変数の新たに受信された測定値に基づいて、前記複数の制御されたプロセス変数に関する新しいモデル補正を生成し、
前記プロセスモデルが、特定の制御されたプロセス変数に関する前記新しいモデル補正を用いて、前記特定の制御されたプロセス変数のうちの１つ以上の算出された予測の制御されたプロセス変数値をオフセットし、前記プロセス変数入力における前記特定の制御されたプロセス変数に関する前記制御されたプロセス変数の前記新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中のみ、前記特定の制御されたプロセス変数値のうちの前記１つ以上の予測値を生成する、多重速度制御器。
【請求項３７】
前記複数の制御されたプロセス変数の異なる１つのプロセス変数測定が、異なる速度で受信される、請求項３６に記載の多重速度制御器。
【請求項３８】
前記複数の制御されたプロセス変数のうちの少なくとも２つ以上の各々のプロセス変数測定が、非周期的な速度で受信される、請求項３６に記載の多重速度制御器。
【請求項３９】
前記複数の制御されたプロセス変数のうちの少なくとも１つのプロセス変数測定が、前記実行速度と等しいかそれより大きい速度で受信される、請求項３６に記載の多重速度制御器。
【請求項４０】
前記制御されたプロセス変数のうちの特定の１つのための前記モデルバイアス補正ユニットが、前記制御されたプロセス変数のうちの前記特定の１つの新しい測定値の前記受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中にのみ、前記制御されたプロセス変数のうちの前記特定の１つのための新しいモデル補正を生成する、請求項３６に記載の多重速度制御器。
【請求項４１】
前記プロセスモデルが、前記制御されたプロセス変数の各々の以前の算出された予測値を使用して、各実行サイクルの最中に前記制御されたプロセス変数の各々に対する新しい予測値を生成する反復性プロセスモデルであり、前記プロセスモデルが、前記特定の制御されたプロセス変数の新しい測定値の前記受信と関連付けられた実行サイクルの最中のみ、前記特定の制御されたプロセス変数の前記新しい予測値に、任意の特定の制御されたプロセス変数に対する前記新しいモデル補正を適用する、請求項３６に記載の多重速度制御器。
【請求項４２】
前記制御信号発生器がモデル予測制御器である、請求項３６に記載の多重速度制御器。
【請求項４３】
各実行サイクルの最中に、前記プロセスモデルが、計画対象期間にわたるいくつかの異なる未来の時点における前記制御されたプロセス変数の前記各々に対する予測値を生成する、請求項３６に記載の多重速度制御器。
【請求項４４】
前記プロセスモデルが、前記プロセス変数入力における前記特定の制御されたプロセス変数の新しい測定値の受信と関連付けられた前記実行サイクルの最中に、前記プロセス変数のうちの前記特定の１つのための前記モデル補正を用いて前記計画対象期間にわたる前記いくつかの異なる未来の時点における前記制御されたプロセス変数のうちの特定の１つの前記予測値の各々をオフセットする、請求項４３に記載の多重速度制御器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許は、非周期的または断続的な制御通信を使用してモデルベースの制御を実装することに関し、より具体的には、例えば、プロセス制御システムの無線通信ネットワークを使用して配信された非周期的にまたは断続的に更新されたプロセス制御信号を使用して、モデル予測制御等の複数入力／複数出力、モデルベースの制御をロバストに実施するように構成されたデバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学、石油、または他のプロセスで使用されるもののように分配されたまたはスケール変更可能なプロセス制御システム等のプロセス制御システムは、典型的には、アナログ、デジタル、または組み合わされたアナログ／デジタルバスを介して、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互いに通信可能に結合された１つ以上のプロセス制御器を含む。例えば、バルブ、バルブポジショナ、スイッチ、及び送信機であり得るフィールドデバイス（例えば、温度、圧力、及び流量センサ）は、バルブを開放または閉鎖する、及びプロセスパラメータを測定する等のプロセス内での機能を実施する。プロセス制御器は、フィールドデバイスに関係するフィールドデバイス及び／または他の情報によって行われたプロセス測定を示す信号を受信し、この情報を使用して、制御ルーチンを実装し、フィールドデバイスにバスにわたって送られる制御信号を発生して、プロセスの動作を制御する。フィールドデバイス及び制御器からの情報は、典型的には、オペレータワークステーションによって実行された１つ以上のアプリケーションに可用とされ、オペレータが、プロセスの現在の状態を見ること、プロセスの動作を修正すること等、プロセスに関して任意の所望の機能を実施することを可能にする。
【０００３】
Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔによって販売されるＤｅｌｔａＶ（登録商標）システム等のいくつかのプロセス制御システムは、制御及び／または監視動作を実施するために制御器内または異なるフィールドデバイス内に位置付けられたモジュールと称される機能ブロックまたは機能ブロックのグループを使用する。これらの場合、制御器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、それらの各々は、他の機能ブロックから入力を受信して及び／またはそこに出力を提供し（同じデバイス内または異なるデバイス内のどちらかで）、プロセスパラメータを測定もしくは検出すること、デバイスを監視すること、デバイスを制御すること、または比例微分積分（ＰＩＤ）制御ルーチン、モデル予測制御（ＭＰＣ）ルーチン等の実装等の制御動作を実施すること等何らかのプロセス動作を実施する。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、概して、互いに（例えば、バスにわたって）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。
【０００４】
プロセス制御器は、典型的には、フロー制御ループ、温度制御ループ、圧力制御ループ等、プロセスのために定義されるまたはプロセス内に含まれるいくつかの異なるループの各々のための異なるアルゴリズム、サブルーチン、または制御ループ（それらはすべ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。一般的に言って、そのような各制御ループは、アナログ入力（ＡＩ）機能ブロック等の１つ以上の入力ブロック、比例積分微分（ＰＩＤ）もしくはファジー論理制御機能ブロック等の単一入力／単一出力または複数入力／複数出力制御ブロック、アナログ出力（ＡＯ）機能ブロック等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装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）等のモデルベースの技法を含むいくつかの制御技法に従って構成された。
【０００５】
ルーチンの実行を支持するために、典型的な産業プラントまたはプロセスプラントは、１つ以上のプロセス制御器及びプロセス入出力サブシステムと通信可能に接続された集中制御室を有し、該１つ以上のプロセス制御器及びプロセス入出力サブシステムは、次に、１つ以上のフィールドデバイスに接続される。従来、アナログフィールドデバイスは、信号送信と電源の供給との両方のために２線式または４線式電流ループによって制御器に接続された。電流が、感知されたプロセス変数に比例するように、制御室に信号を送信するアナログフィールドデバイス（例えば、センサまたは送信機）は、電流ループを通り抜ける電流を変調する。他方、制御室の制御下で動作を実施するアナログフィールドデバイスは、ループを通して電流の振幅によって制御される。
【０００６】
データ転送の増加した量を用いて、プロセス制御システム設計の１つの具体的に重要な態様は、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で、互いに、制御器に、及び他のシステムまたはデバイスに通信可能に結合される様式を伴う。一般に、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ンネル、リンク、及び経路は、通常、入出力（Ｉ／Ｏ）通信ネットワークと総称される。
【０００７】
特に、ネットワークが悪環境要因または過酷な状況に供されるとき、Ｉ／Ｏ通信ネットワークを実装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接続または経路は、フィールドデバイス通信のロバストネスまたは完全性に相当な影響を及ぼし得る。これらの要因と状況は、１つ以上のフィールドデバイス、制御器等の間で通信の完全性を悪化させ得る。監視アプリケーションまたは制御ルーチンが、典型的には、ルーチンの各反復のためにプロセス変数の周期的な更新を必要とするので、制御器とフィールドデバイスとの間の通信は、特に、任意のそのような妨害に敏感である。したがって、悪化された制御通信は、低減されたプロセス制御システム効率及び／または有効性、及び機器に対する過度の摩耗または損傷、ならびに任意の数の潜在的に有害な故障をもたらし得る。
【０００８】
ロバストな通信を確実にするためを計って、プロセス制御システム内で使用されるＩ／Ｏ通信ネットワークは、歴史的に見ると配線接続されてきた。残念ながら、配線接続されたネットワークは、いくつかの複雑性、課題、及び制限を導入する。例えば、配線接続されたネットワークの質は、経時的に劣化し得る。その上、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消費する石油精製または化学プラント等の広域にわたって分配された大きな産業プラントまたは施設と関連付けられる場合、配線接続されたＩ／Ｏ通信ネットワークは、典型的には、設置するのに費用がかかる。必要な長い配線の伝線は、典型的には、相当量の労働、材料、及び費用を伴い、配線インピーダンス及び電磁界干渉から生じる信号劣化を導入し得る。これら及び他の理由のために、配線接続されたＩ／Ｏ通信ネットワークは、概して、再構成、修正、または更新するのが困難である。
【０００９】
いくつかの場合では、無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、配線接続されたＩ／Ｏネットワークと関連付けられた困難のうちのいくつか緩和するために使用された。例えば、「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｆｌｏｗ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｔｏ  Ｐｒｏｖｉｄｅ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｃｃｅｓｓ」と題された米国特許第７，５１９，０１２号は、その全開示が、本明細書によって明示的に、参照により本明細書に組み込まれるもので、配線接続された通信の使用を強化または補足するために無線通信を利用するシステムを開示する。
【００１０】
制御関連の送信のための無線通信に対する信頼は、従来、とりわけ、信頼性の心配のために限定された。上述のように、現代の監視アプリケーション及びプロセス制御は、最適の制御レベルを達成するために、制御器とフィールドデバイスとの間で高信頼のデータ通信に依存する。その上、典型的な制御器は、プロセス内で不必要な偏差を迅速に補正するために速い速度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支持するために必要な速い通信を妨げるか、防止する断続的な干渉を創出し得る。幸運にも、無線ネットワークは、過去１０年にわたってはるかにロバストになって、いくつかの種類のプロセス制御システムにおいて無線通信の高信頼の使用を可能にした。
【００１１】
しかしながら、プロセス制御アプリケーションにおいて無線通信を使用するとき、電力消費量はなおも複雑な要因である。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切断されるので、フィールドデバイスは、典型的には、それら自身のエネルギー源を提供する必要がある。したがって、フィールドデバイスは、電池で動くか、太陽熱発電を引き込むか、振動、熱、圧力等の周辺エネルギーを抜き取り得る。これらのデバイスのために、データ送信のために消費されたエネルギーは、総エネルギー消費量のかなりの部分を構成し得る。実際、より多くの電源が、測定されているプロセス変数を感知または検出するために取られるステップ等、フィールドデバイスによって実施される任意の他の重要な動作の最中よりも、無線通信接続を確立及び維持するプロセスの最中に消費され得る。無線デバイス内での電力消費量を減少させて、ひいては電池寿命を延長するために、センサ等のフィールドデバイスが中で非周期的または断続的な様式で制御器と通信する無線プロセス制御システムを実装することが提案された。一つの場合では、プロセス変数の著しい変化が検出されたときのみ、または定義された通信時限につき一度、著しい変化が検出されず、制御器を用いた非周期的または断続的な通信に通じるとき、フィールドデバイスは、制御器と通信するか、制御器にプロセス変数測定を送り得る。
【００１２】
残念ながら、典型的なプロセス制御技法は、制御器が新しい制御信号算出を実施するたびに、新しいプロセス変数測定が可用となるという前提で設計され、そのため、制御器は、制御されているプロセス変数のうちの最も最近に測定された値に応答している。しかしながら、特に、制御器に制御された変数測定を送るために、上述の様式で、無線通信を使用することは、制御器が、各制御器走査のために新しい制御信号更新またはフィードバック測定を受信しない状況をもたらし得る。その結果、無線のまたは非周期的な更新と共に使用されるときの典型的または標準制御ルーチンは、周期的または有線の更新を受信する制御ルーチンと同じくらい円滑または正確には動作しない。
【００１３】
この問題は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御ルーチンを使用するもの等、単純な単一入力／単一出力制御ルーチンにおいて対処された。例えば、ＰＩＤ制御ルーチンが非周期的なプロセス変数測定更新を取り扱うために展開された１つの制御技法は、数少ない非周期的な測定更新の間で制御器によって生成された制御信号に対して、予期されるプロセス応答の指示を提供及び維持する制御システムを使用する。予期されるプロセス応答は、所与の測定更新のために制御信号に予期されるプロセス応答を算出する数学的モデルによって展開され得る。この技法の一例は、「Ｎｏｎ−Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された米国特許第７，５８７，２５２号に記載され、その全開示は、本明細書によって明示的に、参照により本明細書に組み込まれる。具体的には、この特許は、非周期的なプロセス変数測定更新の受信に際して制御信号に対して予期されるプロセス系応答の指示を発生し、かつ次の非周期的なプロセス変数測定更新の出現まで予期されるプロセス応答の発生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する。別の例として、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｗｉｔｈ  Ｕｎｒｅｌｉａｂｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」と題された米国特許第７，６２０，４６０号は、その全開示が、本明細書によって明示的に、参照により本明細書に組み込まれるもので、制御信号に対して予期される応答の指示を提供するフィルタを含むが、さらにフィルタを修正して、最後の非周期的な測定更新以来経過した時間の測定を組み込み、それによって、予期されるプロセス応答のより正確な指示を発生するシステムを開示する。
【００１４】
しかしながら、多くの制御アプリケーションは、ＰＩＤ制御ルーチンのような単一入力／単一出力ルーチンの他に、他の種類の制御ルーチンを使用する。例えば、モデル予測制御（ＭＰＣ）は、多くのプロセス内で広く使われるようになっている。実際、長年にわたって、ＭＰＣは、最も効果的な高度な制御技術であることが判明して、多変数インタラクティブプロセスの制御のために、何千ものプラント内に設置された。通常、ＭＰＣ動作は、かなりの経済的利益を供給する線形または非線形のオプティマイザーと統合され、増加した生産性及び改善された製品品質として観察される。
【００１５】
しかしながら、上で指示されたように、プロセス産業における無線測定の迅速な展開と共に、ＭＰＣシステムにおいて使用される多くの測定は無線であり得る。しかしながら、効果的にこれらの信号を使用するために、ＭＰＣルーチンは、ある特定の種類の無線通信システムによって提供されたもの等、非周期的または断続的な測定を使用して、部分的にまたは完全に動作することができる必要がある。現在のところ、そのようなＭＰＣルーチンは知られていない。
【００１６】
良くても、ＭＰＣ動作は、過去において、フィードバック測定が、通信ネットワークにおける故障検出に起因して可用でない短い期間に役立つように構成されてきた。例えば、いくつかの最近のＭＰＣ設計においては、システム内での何らかの検出された故障に起因して、例えば、測定デバイスとの通信の損失、測定デバイスが測定に関する問題を検出していること等に起因して、そのプロセス制御変数に関する測定信号が「悪い」と指示された場合の予め定義された期間にわたって、ＭＰＣによって生成されるようなプロセス制御変数のシミュレーションされた測定を使用してＭＰＣ制御器の動作を容易にしていた。これらの場合では、測定信号が「悪い」ステータスを有したとき、ＭＰＣルーチンは、自動制御モードから、使用者もしくは他の制御ルーチンが動作中にＭＰＣ制御器を能動的に監視するか補助しなければならなかったマニュアルまたはローカル制御モードまで変更する前に、限定された期間の間だけＭＰＣルーチンによって生成されるシミュレーションされた測定を使用して動作することになる。これらの場合、シミュレーションされた測定の使用は、自動制御モード（ＭＰＣルーチンが制御を実施するために使用された）から、マニュアルまたはローカルモード（ＭＰＣルーチンが、一次制御器ではなかった）まで切換を遅延するための限定された期間の間にのみ実施された。その上、この技法は、システムの検出された故障に応答してのみ、かつプロセスの動作の最中に標準コースとしてではなく実施された。したがって、この場合、制御されたまたは束縛された変数（ＣＶ）（「良い」または「悪い」）としてＭＰＣ構成において使用されたアナログ入力（ＡＩ）測定のステータスは、ＡＩ出力ステータスが「悪い」となったことがＭＰＣ構成プロセスの最中に定義された場合に、ＭＰＣがＡＩ測定またはシミュレーションされたプロセス値のどちらを使用したか、ならびにシミュレーションされたプロセス値を使用するための最大時間及びＭＰＣ故障動作の種類（例えば、ローカルまたはマニュアルモードへの切換）を定義した。しかしながら、このシステムは、プロセスの通常及び継続中の動作の最中に規則的な断続的または非周期的なプロセス測定信号に応答して、ＭＰＣルーチンを一貫して動作することができなかった。
【発明の概要】
【００１７】
モデル予測制御（ＭＰＣ）ルーチン等の複数入力／複数出力制御ルーチンは、ＭＰＣ制御器走査もしくは実行速度より遅い速度で、非周期的な、断続的な、あるいは遅延したプロセス変数測定信号を提供する無線または他のセンサを用いて動作する。具体的には、無線ＭＰＣ制御器ルーチンは、測定走査周期がＭＰＣルーチンの動作上の走査周期より大きい、またはさらに著しくより大きい場合に動作し、同時に、ＭＰＣルーチンがロバストかつ許容される様式でプロセスを制御することを可能にする制御信号を提供する。したがって、ＭＰＣルーチンは、無線または他のプロセス変数測定が不規則な間隔で、非周期的な様式で、もしくはＭＰＣ制御器自身の走査または操作上の速度より遅い速度でＭＰＣに配信されるときに動作する。
【００１８】
一般的に言って、新しいＭＰＣルーチンは、新しいプロセス測定値が可用であるときと、新しいプロセスパラメータ測定値が制御器において可用でないときとの両方を含めて、内部のプロセスモデルを使用して、各ＭＰＣ走査周期の最中に１つ以上の測定されたプロセスパラメータ値をシミュレーションする。しかしながら、プロセス変数に関する新しい測定値が可用でないとき、ＭＰＣルーチンは、最も最近に測定されたプロセス変数値に基づいて、モデルバイアス補正を実施することなく、制御において使用されるシミュレーションされたプロセスパラメータ値を生成するように動作する。他方、特定のプロセス変数に関する新しい測定が可用であるとき、モデル予測及びシミュレーションされたパラメータ値は、新しい測定値及び従来のＭＰＣ技法に基づいて、モデルバイアス補正を用いて更新される。ＭＰＣルーチンが、プロセス変数測定のためにシミュレーションされた測定値を使用することができるので、この技法は、不規則なプロセス変数測定と独立して、ＭＰＣ動作の連続性を提供する。一つの場合では、プロセス制御システムは、プロセス変数に関する新しい測定が受信されなかった非誤差状態を指示し、かつＭＰＣルーチンに、ＭＰＣ走査の最中にパラメータシミュレーションのためにそれ自身の補正されてないモデル出力を使用させる「一定」の測定ステータスを提供するように構成され得る。したがって、この技法を使用して、無線または他の測定入力は、新しい測定が配信されない走査周期において「一定」のステータスを含み得、新しい測定が受信された走査周期において「良い」ステータス（非エラーステータスでもある）を含み得る。このように、走査または実行サイクルの間の測定信号の受信不能は、制御器が「悪い」または他のエラーステータスに陥り、最終的に制御器のモードの自動モードからの切換をもたらす結果にはつながらない。このアプローチの別の利点は、ＭＰＣ制御器が、有線制御と無線制御との両方のために同じモデルを使用し得ることである。
【００１９】
さらなる場合では、本明細書に記載されるＭＰＣ制御ルーチンは、プロセスのための異なる効果的走査速度で１つ以上のプロセスモデルを実装または使用する一方で、異なる更新速度で受信されたフィードバック信号に基づく様々な異なる制御された変数の制御を実施する多重速度制御ルーチンを実装するために使用され得る。したがって、多重速度ＭＰＣ制御器は、複数の異なるプロセス変数の同時の制御を実施するように動作し得、該プロセス変数のために、更新は異なる測定速度で受信される。つまり、多重速度ＭＰＣ制御器は、測定が制御されているプロセス変数の他の１つのために受信されるよりも速い速度で、１つの制御されたパラメータのために受信された測定信号に基づいて、１つの制御されたパラメータのために制御器更新処理を実施し得る。ここでは、ＭＰＣ制御ルーチンは、１つの制御されたパラメータのために最も速い測定（最も速い更新速度で受信された）をあらゆるＭＰＣ走査において使用する一方で、新しいより遅い測定が可用でない、すなわち、（制御された変数のうちの第１の１つと関連付けられた）速い走査速度の測定更新が、（制御された変数のうちの他のものと関連付けられた）より遅い走査速度の測定更新と一致しないならば、各制御器走査において他の制御された変数のためにシミュレーションされたプロセス変数値を使用することによって、他の制御された変数のためにより遅い更新速度で受信されたより遅い測定を使用し得る。最も速い走査または更新速度がより遅い走査または更新速度のうちの１つ以上と一致するとき、受信された測定は、両方のモデルが制御のために使用される新しい更新され予測されシミュレーションされた値を生成するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】例示の、周期的に更新された、配線接続されたプロセス制御システムのブロック図である。
【図２】例示の、周期的に更新された、配線接続されたプロセス制御システムのためのプロセス入力へのプロセス出力応答を図解するグラフである。
【図３】１つ以上の無線センサから非周期的なフィードバック入力を受信する制御器を有する無線プロセス制御システムの例を図解するブロック図である。
【図４】有線環境内で使用される例示のＭＰＣ制御器のブロック図である。
【図５】無線通信を含むプロセス内で結合された典型的なＭＰＣ制御器のブロック図であり、該無線通信内で、ＭＰＣ制御器は、無線または他の断続的に受信されたプロセス変数測定を使用して、制御を実装するように構成される。
【図６】制御器走査の最中に特定のプロセス変数に関する図５のＭＰＣ制御器の動作を図解するグラフを描写し、該制御器走査において、特定のプロセス変数に関するプロセス変数測定は、制御器において受信される。
【図７】図５のＭＰＣ制御器内で制御変数予測を実施するために使用され得る簡略プロセスモデルを描写する。
【図８】図５のＭＰＣ制御器内でＭＰＣ制御器アルゴリズムを発生するために使用され得る一組のステップ応答モデルの例を描写する。
【図９】１秒の制御器走査速度での測定オーバーサンプリングを用いての、ＭＰＣ制御システムが、制御された変数に関する設定点におけるステップ変化に応答するときの、有線ＭＰＣ制御システム内での制御された変数値及び２つの操作された変数値のグラフを描写する。
【図１０Ａ】無線ＭＰＣ制御システムが、１秒の制御器走査速度及び制御された変数に関して８秒の測定更新速度を有する場合の、無線ＭＰＣ制御システムが、制御された変数に関する設定点におけるステップ変化に応答するときの、図９の同じ制御された変数及び操作された変数のグラフを描写する。
【図１０Ｂ】無線ＭＰＣ制御システムが、１秒の制御器走査速度及び制御された変数に関して１６秒の測定更新速度を有する場合の、無線ＭＰＣ制御システムが、制御された変数に関する設定点におけるステップ変化に応答するときの、図９の同じ制御された変数及び操作された変数のグラフを描写する。
【図１１】異なる速度で受信された測定更新に基づいて異なる速度で複数の異なる制御信号更新ループを実装する、図５等の多重速度制御器を描写する。
【図１２】図１１等の多重速度制御器内で複数の異なる制御された変数の応答曲線を図解するグラフを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
例えば、モデル予測制御器（ＭＰＣ）等の複数入力／複数出力、モデルベースの制御器を含む、モデルベースの制御器内で使用されることに特に適合している新しい制御技法は、非周期的な、断続的な、または遅い様式のフィードバック信号としてプロセス測定信号を受信する制御器が、なおも正確にかつ受容可能にプロセスを制御して、ひいてはロバストなプロセス制御動力を提供することを可能にする。具体的には、新しい制御ルーチンは、プロセスパラメータまたはプロセス変数に関する新しい測定値が受信されたときだけ測定／制御されている様々なプロセスパラメータまたはプロセス変数のうちの１つ以上の各々に関するモデル予測誤差のために補正するフィードバックループを実装して、他の時間、すなわち、新しい測定値は受信されなかったとき、いずれの発生または修正された補正値も適用しないか、前もって発生または修正された補正値を適用する。その結果、プロセス制御ルーチンは、測定値を使用して、新しい測定値が可用である制御器走査の最中に新しいプロセス制御信号を創出し、制御ルーチンの内部のプロセスモデルによって生成されるように、前もって予測されたプロセス変数を使用して、制御されたプロセス変数またはプロセスパラメータのための新しい測定値が可用でない制御器走査の最中に、新しいプロセス制御信号を創出する。この制御ルーチンは、制御されているプロセス変数（制御された変数）の測定が、非周期的な、断続的な、または遅い様式で制御器において受信されるときでさえ、例えば、プロセス制御器自身の走査速度より遅い（及び大幅により遅くさえある）速度で、プロセスのロバストかつ正確な制御を有効にする。
【００２２】
図１に図解されたもの等のプロセス制御システム１０は、本明細書に記載される制御方法論を実装するために使用され得る。この例では、プロセス制御システム１０は、データヒストリアン１２に、及び各々がディスプレイスクリーン１４を有する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（任意の種類のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等であり得る）に接続されたプロセス制御器１１を含む。制御器１１は、また、入出力（Ｉ／Ｏ）カード２６及び２８を介してフィールドデバイス１５〜２２に接続される。データヒストリアン１２は、任意の所望の種類のメモリと、データを格納するための任意の所望のまたは公知のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアとを有する任意の所望の種類のデータ収集ユニットであり得る。制御器１１は、図１において、配線接続された通信ネットワーク及び通信方式を使用して、フィールドデバイス１５〜２２に通信可能に接続される。
【００２３】
概して、フィールドデバイス１５〜２２は、センサ、バルブ、送信機、ポジショナ等の任意の種類のデバイスであり得る一方、Ｉ／Ｏカード２６及び２８は、任意の所望の通信または制御器プロトコルに適合する任意の種類のＩ／Ｏデバイスであり得る。制御器１１は、メモリ２４内に格納された１つ以上のプロセス制御ルーチン（またはそれらの任意のモジュール、ブロック、もしくはサブルーチン）を実装または監督するプロセッサ２３を含む。一般的に言って、制御器１１は、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と通信して、任意の所望の様式においてプロセスを制御する。その上、制御器１１は、一般に機能ブロックと称されるものを使用する制御策または方式を実装し、各機能ブロックは、全体的な制御ルーチンの物体または他の部品（例えば、サブルーチン）であり、それは、他の機能ブロックと（リンクと呼ばれる通信を介して）連動して動作して、プロセス制御システム１０内でプロセス制御ループを実装する。機能ブロックは、典型的には、送信機と関連付けられたもの等の入力機能、センサもしくは他のプロセスパラメータ測定デバイス、ＰＩＤ、ＭＰＣ、ファジー論理等を実施する制御ルーチンに関連付けられたもの等の制御機能、制御技法、またはバルブ等の何らかのデバイスの動作を制御する出力機能、のうちの１つを実施して、プロセス制御システム１０内で何らかの物理機能を実施する。当然のことながら、ハイブリッド及び他の種類の機能ブロックが、存在して、本明細書において利用され得る。機能ブロックは、下記のように、制御器１１または他のデバイス内に格納され、それによって実行され得る。
【００２４】
図１の分解図ブロック３０によって図解されるように、制御器１１は、制御ルーチン３２及び３４として図解されるいくつかの単一のループ制御ルーチンを含み得、所望される場合、制御ループ３６として図解される１つ以上のアドバンスド制御ループを実装し得る。そのような各制御ループは、典型的には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、それぞれ、プロセス制御システム１０内で、バルブ等のプロセス制御デバイスと、温度及び圧力送信機等の測定デバイスと、または任意の他のデバイスと関連付けられ得る適切なアナログ入力（ＡＩ）及びアナログ出力（ＡＯ）機能ブロックに接続された単一入力／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制御ブロックを用いて、単一ループ制御を実施するものとして図解される。アドバンスド制御ブロック３８の入力及び出力が、任意の他の所望の機能ブロックまたは制御要素に接続されて、他の種類の入力を受信して、他の種類の制御出力を提供し得るが、アドバンスド制御ループ３６は、１つ以上のＡＩ機能ブロックに通信可能に接続された入力、及び１つ以上のＡＯ機能ブロックに通信可能に接続された出力を有するアドバンスド制御ブロック３８を含むものとして図解される。アドバンスド制御ブロック３８は、任意の種類の複数入力、複数出力制御方式を実装し得、及び／またはプロセスモデルベースの制御ルーチンを実装し得、及びひいてはモデル予測制御（ＭＰＣ）ブロック、ニューラルネットワークモデリングもしくは制御ブロック、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ーブロック等を構成するか、を含み得る。アドバンスド制御ブロック３８を含む図１に図解される機能ブロックが、スタンドアロン制御器１１によって実行され得るか、代わりに、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つ等、プロセス制御システム１０の任意の他の処理デバイスまたは制御要素内に位置付けられて、それによって実行され得ることが理解されるだろう。例として、それぞれ送信機及びバルブであり得るフィールドデバイス２１及び２２は、制御ルーチンを実装するための制御要素を実行して、したがって、１つ以上の機能ブロック等の制御ルーチンの部品を実行するための処理及び他の構成部品を含み得る。より具体的には、図１に図解されるように、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た論理及びデータを格納するためのメモリ３９Ａを有し得る一方で、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、ＭＰＣ、または他の制御ブロックと関連付けられた論理及びデータを格納するためのメモリ３９Ｂを有する起動装置を含み得る。
【００２５】
図２のグラフは、概して、制御ループ３２、３４、及び３６のうちの１つ以上（ならびに／またはフィールドデバイス２１及び２２もしくは他のデバイス内に常駐する機能ブロックを組み込んでいる任意の制御ループ）の実装に基づいて、プロセス制御システムのためにプロセス入力に応答して展開されたプロセス出力を図解する。実装されている制御ルーチンは、概して、太い矢印４０によって時間軸に沿って図２に指示されている制御ルーチン実行の時間と共に、いくつかの制御器反復（制御器走査）にわたって、周期的な様式で実行する。従来の場合では、各制御ルーチン反復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た細い矢印４２によって指示された制御されているプロセス変数（制御された変数）の更新されたプロセス測定によって支持される。図２に図解されるように、典型的には、周期的な制御ルーチン実行時間４０（制御器走査時間とも呼ばれる）の各々の間で制御ルーチンによって行われ受信された複数の周期的なプロセス測定４２がある。測定値を制御実行と同期させることと関連付けられた制約を回避するために、多くの公知のプロセス制御システム（または制御ループ）は、プロセス変数測定を２〜１０倍に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、プロセス変数測定が、各制御ルーチン実行反復または走査の最中に、制御方式における使用のために現在のものとなることを確実にすることを補助する。また、制御変動を最小化するために、従来の設計は、フィードバックベースの制御がプロセス応答時間より４〜１０倍速く実行されなければならないことを指定する。プロセス応答時間は、プロセス入力（図２の下部の線４５に示される）のステップ変化４４の実装のあと、プロセス時間定数（τ）（例えば、プロセス変数変化の６３％）プラスプロセス遅延または不感時間（ＴＤ）と関連付けられた時間として、図２のグラフのプロセス出力応答曲線４３において描写される。いずれにしても、これらの従来の設計条件を満たすために、プロセス測定値更新（図２の矢印４２によって指示される）は、サンプリングされ、制御ルーチン実行または走査速度（図２の矢印４０によって指示される）よりはるかに速い、次に、プロセス応答時間よりはるかに速い速度で、制御器に提供される。
【００２６】
しかしながら、例えば、制御器が、１つ以上のフィールドデバイスから、無線で、断続的に、及び／または非周期的に、測定を受信するとき等、制御器が、プロセス制御環境において動作しているとき、プロセスから頻繁かつ周期的な測定サンプルを得ることは、実用的でなく、可能でさえない場合がある。そのような測定は、オフラインで行われる研究室測定または研究室分析を含み得る。具体的には、これらの場合では、制御器は、非周期的なプロセス変数測定を受信できるだけである場合があり、及び／または非周期的もしくはさらに周期的なプロセス変数測定の間の時間は、制御ルーチン実行速度もしくは走査速度（図２の矢印４０によって指示される）より大きい場合がある。図３は、制御器１１においてプロセス制御データまたはプロセス変数測定の非周期的な無線通信の使用を実装し得る典型的な無線プロセス制御システム１０を描写する。
【００２７】
図３の制御システム１０は、図１の制御システム１０と性質において類似しており、類似要素には同じ番号をつけた。しかしながら、図３の制御システム１０は、制御器１１に及び潜在的に互いに無線通信可能に結合されるいくつかのフィールドデバイス６０〜６４ならびに７１を含む。図３に図解されるように、無線接続されたフィールドデバイス６０は、アンテナ６５に接続され、協働して、アンテナ７４と無線通信し、該アンテナ７４は、次に、制御器１１に接続された無線Ｉ／Ｏデバイス６８に結合される。その上、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、該有線／無線変換ユニット６６は、次に、アンテナ６７に接続される。フィールドデバイス６１〜６４は、アンテナ６７を通してアンテナ７３と無線接続し、該アンテナ７３は、さらに無線Ｉ／Ｏデバイス７０に接続され、該無線Ｉ／Ｏデバイス７０は、また、制御器１１に接続される。また、図３に図解されるように、フィールドデバイス７１は、アンテナ７２を含み、該アンテナ７２は、アンテナ７３及び７４の一方または両方と通信して、それによってＩ／Ｏデバイス６８及び／または７０と通信する。Ｉ／Ｏデバイス６８と７０は、次に、有線バックプレーン接続（図３に示されない）を介して制御器１１に通信可能に接続される。この場合、フィールドデバイス１５〜２２は、Ｉ／Ｏデバイス２６及び２８を介して制御器１１に配線接続されたままである。
【００２８】
図３のプロセス制御システム１０は、概して、下記のように、送信機６０〜６４、またはフィールドデバイス７１等の他の制御要素によって測定、感知、または計算されたデータの無線送信を使用する。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または他の信号値が、ある特定の条件が満たされるとき等の非周期的または断続的なベースで、デバイス６０〜６４及び７１によって制御器１１に送信されることが仮定されることになる。例えば、新しいプロセス変数測定値は、プロセス変数値が、デバイスによって制御器１１に送られた最後のプロセス変数測定値に関して、所定の量だけ変更するとき、または、制御器１１の走査速度より典型的にははるかに遅い予め定義された更新速度につき少なくとも一度、制御器１１に送られ得る。当然のことながら、いつ非周期的な様式でプロセス変数測定値を送るべきかを判定する他の様式が、同様にまたはその代わりに実装され得る。
【００２９】
理解されるように、図３の送信機６０〜６４の各々は、１つ以上の制御ループもしくはルーチンにおける使用のために、または監視ルーチンにおける使用のために、それぞれのプロセス変数を示す信号（例えば、流れ、圧力、温度、またはレベル信号）を制御器１１に送信し得る。フィールドデバイス７１等の他の無線デバイスは、無線でプロセス制御信号を受信し、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送信するように構成され得る。一般的に言って、図３に図解されるように、制御器１１は、プロセッサ上で実行して、入力信号を処理する通信スタック８０、プロセッサ上で実行して、いつ入力信号が測定更新を含むのかを検出するモジュールまたはルーチン８２、及びプロセッサ上で実行して、測定更新に基づいて制御を実施する１つ以上の制御モジュール８４を含む。検出ルーチン８２は、フラグ、ステータス、または他の信号を発生して、通信スタック８０を介して提供されているデータが、制御ルーチンで使用される任意の特定のプロセス変数に関する新しいプロセス変数測定または他の種類の更新を含むことを意味し得る。新しいデータ及び更新フラグまたはステータスパラメータは、その後、制御モジュール８４（機能ブロックであり得る）のうちの１つ以上に提供され得、該制御モジュール８４は、その後、以下にさらに詳細に記載されるように、所定の周期的な実行速度で制御器１１によって実行される。代わりに、または加えて、新しいデータ及び更新フラグまたはステータスパラメータは、制御器１１内でまたは他の場合には制御システム１０内で実行された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され得る。
【００３０】
図３の無線（または他の）送信機は、概して、フィールドデバイス６０〜６４及び７１（それらのうちのいくつかは送信機である）と、制御器１１との間で、不規則なあるいはより低頻度のデータ送信を含む、非周期的なデータ送信をもたらすか、または遅い周期的速度で提供される周期的なデータ送信をもたらす。しかしながら、上記のように、フィールドデバイス１５〜２２から制御器１１までの測定値の通信は、従来、プロセス変数のオーバーサンプリングを提供し、次に、制御器１１内で制御ルーチン（複数可）の定期的な実行を支持する周期的な様式で実施されるように構築されたもので、新しい測定値は、各制御器走査において可用である。その結果、制御器１１の制御ルーチンは、概して、制御器１１のフィードバックループ内で使用されたプロセス変数測定値の周期的な更新のために設計される。
【００３１】
フィールドデバイスのうちのいくつかと制御器１１との間で無線通信によって導入された非周期的あるいは不可用な測定更新（及び他の不可用な通信送信）を収容するために、非周期的なまたは他の断続的な更新を使用するとき、特に、これらの更新が、制御器１１の実行または走査速度より頻繁でなく起こるとき、制御の制御器１１及び監視ルーチン（複数可）、ならびに具体的には、内部のモデルベースの予測複数入力／複数出力制御ルーチンは、下記のように再構築または修正されて、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し得る。
【００３２】
新しい制御方法論は、ＭＰＣルーチンの例示の実装において以下に説明される。しかしながら、この制御方法論は、同様に他の種類のモデルベースの制御器及び他の種類の複数入力／複数出力制御器において使用され得る。新しい制御方法論の説明において補助するために、図４は、制御されているプロセス変数、すなわち、制御された変数のために、規則的（周期的）なオーバーサンプリングされた測定信号を用いて標準ＭＰＣ制御技法を使用する典型的なＭＰＣ制御器構成を図解するように最初に提供される。この文脈では、オーバーサンプリングされた測定信号は、１つの新しい測定信号が制御器に提供されるか、各制御器走査の最中に可用である状況を含む。図４の制御器（図１及び３の制御器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つ等のフィールドデバイスの制御要素であり得る）によって実装された制御方式は、概して、図３に関連して図解及び記載された、通信スタック８０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つ以上との機能性を含む。
【００３３】
より具体的には、図４は、これらの制御された変数のために行われて、ＭＰＣ制御器１０２に戻された測定に基づいて、プロセス１０４の複数の制御された変数（ＣＶ）を同時に制御する、ＭＰＣルーチンの形態において、複数入力／複数出力制御ルーチンまたは制御器１０２を含む制御ループ１００を概略的に図解する。具体的には、図４の制御ループ１００は、図１または３のアドバンスド制御ブロック３８によって実装されて、多変数プロセス制御を実施し得る（プロセス１０４に通信可能に結合された）多変数ＭＰＣ制御器ユニット１０２を実装する。この場合、ＭＰＣ制御器１０２は、動的行列制御（ＤＭＣ）制御技法を実装するために使用され得る。図４に図解されるように、制御器１０２は、他の機能ブロック（図４に図示せず）に提供される一組の１つ以上の操作された変数（ＭＶ）を生成し、該他の機能ブロックは、次に、プロセス１０４の制御入力に接続される。ＭＰＣ制御器１０２は、その要件が必要ではないが、典型的には、出力と同じ数の入力を有する任意の標準ＭＰＣルーチンまたは手順を含むか、実装し得る。ＭＰＣ制御器１０２は、入力として、定義された制約限界を有し、かつ定義された設定点を有し得る一組のＮ制御された変数（ＣＶ）と、定義された制約限界のみを有する補助変数（ＡＶ）とを受信する。制御された変数ＣＶ及び補助変数ＡＶは、プロセス１０４内で測定されるように、典型的には、値のベクトルを構成する。ベクトル値を有する線は、概して、それを通してハッシュ線を有する図に指示される。ＭＰＣ制御器１１２は、また、入力として、未来におけるある時期にプロセス１０４に提供される公知のもしくは予期される変化または外乱である一組の外乱変数（ＤＶ）と、例えば、オプティマイザー（図示せず）から提供された設定点（ＳＰ）として指示される一組の定常状態標的制御及び補助変数（ＣＶＴ）ならびに（ＡＶＴ）とを受信する。代わりに、使用者または任意の他のソースは、制御された変数標的値ＣＶＴを定義または提供し得る。ＭＰＣ制御器１０２は、制御信号の形態において一組のＭ操作された変数信号（ＭＶ）を創出するためにこれらの入力を使用して、プロセス１０４の制御入力に操作された変数信号ＭＶを配信する。操作された変数信号ＭＶは、バルブ起動装置、バーナー、ポンプ等の動作を制御することに関連した入力であり得る制御信号、またはプロセス１０４の物理的動作をもたらす任意の他のデバイスである。
【００３４】
またさらに、ＭＰＣ制御器１０２は、制御層において、それぞれ、制御変数（ＣＶ）の予測値を表現する一組の予測された定常状態制御変数（ＣＶＳＳ）、補助変数（ＡＶ）の予測値を表現する補助変数（ＡＶＳＳ）、及び操作された変数（ＭＶ）の予測値を表現する一組の予測された定常状態操作変数（ＭＶＳＳ）を算出ならびに生成し得る。これらの変数は、最適動作状態にプロセス１０４を駆動するために、標的制御及び補助変数ＣＶＴ及びＡＶＴ（例えば、設定点ＳＰ）を展開するための１つ以上のＭＰＣ最適化ルーチン（複数可）（図示せず）において使用され得る。
【００３５】
どれほど展開されても、標的制御及び補助変数ＣＶＴ及びＡＶＴは、設定点ＳＰとしてのＭＰＣ制御器１０２への入力として提供され、前述のように、ＭＰＣ制御器１０２は、新しい一組の定常状態操作変数ＭＶＳＳ（制御層にわたって）を判定するためにこれらの標的値を使用し、該ＭＶＳＳは、制御層の端部で標的値ＣＶＴ及びＡＶＴに現在の制御及び操作された変数ＣＶ及びＡＶを駆動する。当然のことながら、公知のように、ＭＰＣ制御器１０２は、理論的には、標的制御及び補助変数ＣＶＴ及びＡＶＴを得ているプロセスをもたらすことになる定常状態操作変数ＭＶＳＳのための定常状態値を到達する試みにおいて、ステップにおける操作された変数を変更する。ＭＰＣ制御器１０２が各制御器走査の最中に上述のように動作するので、操作された変数の標的値は、走査ごとに変更し得、その結果、ＭＰＣ制御器１０２は、特に、プロセス１０４における雑音、予期しない外乱、変化等の存在下で、実際には標的操作変数ＭＶのこれらの組のうちの任意の特定の１つに決して到達し得ない。
【００３６】
典型的であるように、ＭＰＣ制御器１０２は、様々な異なるＭＰＣ制御技法のいずれかにおいて使用される任意の種類のモデルであり得る制御変数予測プロセスモデル１０５（「制御器モデル」または「予測プロセスモデル」とも呼ばれる）を含む。例えば、モデル１０５は、Ｎ×Ｍ＋Ｄステップ応答行列（式中、Ｎは、制御変数ＣＶの数＋補助変数ＡＶの数であり、Ｍは、操作された変数ＭＶの数であり、Ｄは、外乱変数ＤＶの数である）であり得る。しかしながら、モデル１０５は、一次、二次、三次等の予測または第１の原理モデル、状態空間モデル、畳込みプロセスモデル、または任意の他の種類のプロセスモデルであり得る。制御器モデル１０５は、有意な基本的なモデリングの努力を必要としない時系列解析技法を使用するプロセス縦圧試験から判定され得るか、線形モデルまたは非線形モデルのうちの１つ以上の組を重畳するものを含む任意の他の公知のプロセスモデリング技法を使用して判定され得る。いずれにしても、制御予測プロセスモデル１０５は、制御及び補助変数ＣＶ及びＡＶの各々に対する前の算出された予測を定義する出力１０７を生成する。加算器１０８は、プロセス１０４内で感知または測定されるように、現在時間における制御及び補助変数ＣＶ及びＡＶの実際の測定値から、現在時間のためのこれらの予測値を減算して、誤差または補正ベクトル（一組の残余としても知られる）を生成する。典型的には予測誤差と呼ばれる一組の残余は、モデル１０５のバイアスまたはオフセット誤差を定義し、モデル１０５の予測を補正するために使用される。
【００３７】
動作の最中に、制御予測プロセスモデル１０５は、制御層にわたる各々の制御された変数及び補助変数ＣＶ及びＡＶに関する未来の制御パラメータを予測するためにＭＶ及びＤＶ入力ならびに残余を使用し、線１０９上で、制御された変数の未来の予測値、及び潜在的に補助変数（ベクトルの形態で）を提供する。制御予測プロセスモデル１０５は、また、上に議論された制御変数及び補助変数ＣＶＳＳ及びＡＶＳＳの予測された定常状態値を生成する。したがって、ブロック１０５は、予測層に対する時間にわたって、ＣＶ及びＡＶの各々に関する値を予測する。
【００３８】
その上、制御標的ブロック１１０は、例えば、使用者または他の最適化アプリケーションによってそれに提供されたＮ標的制御及び補助変数ＣＶＴ及びＡＶＴの各々に関する制御目標ベクトルまたは設定点ベクトルを判定する。制御標的ブロック１１０は、制御及び補助変数が経時的にそれらの標的値に駆動されることになっている様式を定義する軌道フィルタを含み得る。制御標的ブロック１１０は、設定点ＳＰによって定義されるようなこのフィルタならびに標的変数ＣＶＴ及びＡＶＴを使用して、制御及び補助変数の各々に関する動的制御標的ベクトルを生成し、制御層時間によって定義された時間にわたって標的変数ＣＶＴ及びＡＶＴの変化を定義する。ベクトル加算器１１４は、その後、ブロック１１０によって生成された動的制御ベクトルから、線１０９上のシミュレーションまたは予測された制御及び補助変数ＣＶ及びＡＶに関する未来の制御パラメータベクトルを減算して、制御及び補助変数ＣＶ及びＡＶの各々に関する未来の誤差ベクトルを定義する。制御及び補助変数ＣＶ及びＡＶの各々に関する未来の誤差ベクトルは、その後、ＭＰＣ制御アルゴリズム１１６に提供され、該制御アルゴリズム１１６は、例えば、制御層にわたって積分二乗誤差（ＩＳＥ）または積分絶対誤差（ＩＡＥ）を最小化する操作された変数ＭＶステップを選択するように動作する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ＭＰＣ制御アルゴリズム１１６は、所望される場合、ＭＰＣ制御器１０２に入力されたＮ制御及び補助変数と、ＭＰＣ制御器１０２によって出力されたＭ操作された変数との間の関係から展開されたＮ×Ｍ制御行列を使用し得る。より具体的には、ＭＰＣ制御アルゴリズム１１６は、２つの主要な目的を有する。ＭＰＣ制御アルゴリズム１１６は、第１に、操作上の制約内で、最小のＭＶの移動でＣＶ制御誤差を最小化することを試み、第２に、最適定常状態ＭＶ値から直接算出された最適定常状態ＭＶ値及び標的ＣＶ値を達成することを試みる。
【００４０】
典型的なモデル予測制御器に関する状態方程式が以下のように表され得る。
【数１】
2017524205.tif 000003
【数２】
2017524205.tif 000004
【数３】
2017524205.tif 000005
式中、Ｑ、Ｒ、及びＳは、それぞれ、誤差、制御器移動、増分移動に関するペナルティ重量であり、ｘｋはモデル状態行列であり、ｙｋはプロセス出力であり、ｕｋは制御器出力である。Ｑ、Ｒ、及びＳペナルティベクトルが本質的に別々であるので、ＭＰＣ制御器は、概して、設定点トラッキングと外乱除外との間に性能トレードオフを有しない。しかしながら、ＭＰＣ制御器は、なおも特定の多変数プロセス制御目標のために調整される必要がある。プロセスモデルが、常にＭＰＣ制御器（例えば、状態空間ＭＰＣ公式化を有するプロセス状態空間）の内部構造を用いて整合させられる一方、追加の調整パラメータは、設定点変化及び外乱除去に関する挙動を判定する。
【００４１】
具体的には、ペナルティベクトルは、エンドユーザによって定義されるような特定のプロセスに関する制御目標に従って、他の変数にわたって１つの変数を強調するために使用され得る。モデル不整合が疑われるならば、ペナルティベクトルＱ及びＲは、また、制御器をよりロバストにするために（すなわち、制御器を離調するために）使用され得る。しかしながら、漏斗制御または基準軌道等の方法は、それらが誤差ベクトルを効果的にフィルタ処理するので、より明らかな衝撃をロバストネスに及ぼし、そのため、これらの方法は、技術者及びオペレータが産業プロセスアプリケーションにおいてモデル予測制御器を調整するための好ましい手段である。モデル予測制御器がプロセスと本質的に「一致する」ので、制御移動は、常に特定のプロセスモデルのために最適である。この事実は、制御器が（最終制御要素への物理的限界に従って）離調されるだけで、決してあまり積極的には調整され得ないことを意味する。例えば、バルブ開放速度は、決して無限ではあり得ず、したがって、Ｒの値は、決して現実的にゼロではあり得ない。ＰＩＤ制御器が特に外乱除去のために調整されるとき、産業ＭＰＣ制御器の外乱除去がＰＩＤ制御器の外乱除去より遅れることが公知である。ＭＰＣルーチン内で使用される監視モデルが完全に公知であると仮定されるならば、状態更新における最近のＭＰＣ改善は、その性能ギャップを埋めた。しかしながら、モデル不整合の存在下で、ＰＩＤ制御器の（例えば、ＩＡＥで測定される）制御性能は、可能な最良の調整を有するＭＰＣ制御器の制御性能よりさらに良い。それにもかかわらず、観測器を用いるＭＰＣ技法は、フィードバック制御性能を改善して、典型的には、この点に関してはＤＭＣ技法より良くよく実施するために使用され得る。
【００４２】
いずれにしても、図４のＭＰＣ制御器１０２の動作は、新しいプロセス変数測定が、計画対象期間にわたって新しい一組の制御された変数予測を生成するモデル１０５の各制御器走査または実行動作の最中に可用であることを仮定する。制御されたプロセス変数（ＣＶ）に関する新しいプロセス変数測定が新しい各制御器走査において可用でないときのこの制御器の動作は、制御を実施するために無効プロセス変数データを使用する制御器をもたらす。
【００４３】
図５は、図４に図解されるような類似のプロセス制御ループ１２０を図解するが、それは、制御器によって制御されている制御されたプロセス変数（ＣＶ）及び／または補助プロセス変数（ＡＶ）に関係がある、断続的な、非周期的な、または遅い（周期的または非周期的な）プロセス変数測定の存在下で制御を実施するように動作する。具体的には、制御ループ１２０は、図４の制御器１０２と同じ要素の多くを有するプロセス制御器１２２を含む、それらの要素は同じ番号を付される。しかしながら、図５の制御器１２２の場合、制御されたプロセス変数の測定は、図３のもののいずれか等の無線通信リンクによって制御器１２２に通信されるものとして図解される。無線通信リンクは、点線によって図５に図解される。この場合、これらの測定が、非周期的に、断続的に、または制御器１２２の走査または実行速度より遅い、周期的または非周期的な速度で受信されることが仮定される。
【００４４】
より具体的には、図５に図解されるように、制御された変数ＣＶの無線プロセス測定は、各々の制御されたまたは補助プロセス変数に関して、新しい測定値がプロセス変数のために受信されたかどうかを判定するインターフェース１７０に提供される。もしそうならば、インターフェース１７０は、そのようなものとして指示する新しい値フラグを（プロセス変数に基づくプロセス変数上で）設定し得る。代替の実施形態では、インターフェース１７０は、制御器１２０内に格納されるように、「良い」ステータスまたは他のステータスとして、プロセス変数測定または信号のステータスを設定して、現在の測定値が新たに受信された測定と関連付けられること指示し得る。（この場合、ステータスパラメータは新しい値フラグの働きをし得る。）図５に指示されるように、新しい値フラグまたはステータスは、本明細書に記載される様式でプロセスモデリングを実施するために、加算器１０８に送られ、またはそれによって使用され得る。別の実施形態では、新しい値フラグまたはステータスは、以下により詳細に記載されるように、特定の制御器走査の最中にモデル予測バイアス補正を実施すべきかを判定するために、モデル１０５に送られ、またはそれによって使用され得る。他方、プロセス変数の新しい値がインターフェース１７０において受信されないならば、インターフェース１７０は、新しい値が現在の制御器走査のためにまたはそれの最中に受信されなかったことを指示するために、プロセス変数の新しい値フラグまたはステータスを設定し得る。１つの場合では、例えば、インターフェース１７０は、プロセス変数信号（それに新しい値が受信されなかった）のステータスパラメータを、格納されたプロセス変数測定が最後の制御器走査周期から一定であるか変化していないことを指示する「一定」であると設定し得る。一般的に言って、インターフェース１７０は、プロセス制御器１２２の各走査または実行の最中に少なくとも１回、制御された及び補助変数ＣＶ及びＡＶの各々に関する新しい測定値の存在を検出するように動作し、制御器走査の最中に少なくとも１回、各々の新たに受信された測定変数（ＣＶ及びＡＶ）に関して、各々の測定されたプロセス変数の新しい値フラグまたはステータスを変更するか、更新するか、変えるように動作する。
【００４５】
その後、動作の最中に、加算器１０８は、現在測定されたプロセス変数とそのプロセス変数の予測値（例えば、現在のまたは最後の制御器走査の最中にプロセスモデル１０５によって創出されたプロセス変数の予測値）との間で新しい誤差値を判定するように動作し、新しい値フラグが設定されるか、プロセス変数測定のステータスが「良い」であるときのみ、モデルバイアス補正を判定する。新しい値フラグが（測定されたプロセス変数のために）設定されない、またはプロセス変数ステータスが「一定」であるならば、加算器１０８は、制御器走査の最中にモデリングを実施するとき、制御器モデル１０５に関する新しい制御器モデルバイアス値を生成するように動作しない。代わりに、または加えて、新しい値フラグまたはプロセスパラメータステータス値は、その制御器走査の最中に線１０９上でプロセス変数の予測を生成するとき、制御器モデル予測ユニット１０５が特定のプロセス変数に関するモデルバイアス補正を適用させないように使用され得る。モデル予測ユニット１０５が、プロセスパラメータの前の予測がプロセスパラメータの新しい予測を生成するために使用されるプロセスパラメータの新しい予測を発生するために使用される反復性予測アルゴリズムを使用しないとき等のいくつかの実例では、新しい値フラグが設定されないか、ステータスパラメータが「一定」に設定されるとき、加算器１０８の出力はロックされ得、そのため、この場合、加算器１０８は、（最も最近に受信されたプロセス変数測定、及び測定時間の間のプロセス変数に関する予測値に基づいて）最も最近に算出されたモデルオフセットまたはバイアス値を常に提供する。ここで、モデル予測ユニット１０５は、新しい測定値がプロセス変数の新しい予測を生成するために、制御器１２０のインターフェース１７０に存在しない各制御器走査の最中に、このモデルバイアスまたはオフセットを使用し得る。
【００４６】
別の実施形態では、スイッチユニット（図５に図示せず）は、加算器１０８から以前の算出されたバイアスまたはモデル誤差値を受信し得、新しい値フラグの値またはプロセス変数測定のステータスパラメータに基づいて、（新しい測定値が受信されたとき）モデル予測ユニット１０５への残余として、新たに算出されたバイアスまたはモデル誤差値のどちらかを通過し得、または（プロセス変数に関する新しい測定値が受信されなかったとき）以前の算出され掛け止めされたバイアスまたはモデル誤差値を通過し得る。これにおいて、または本明細書に記載された他の場合のいずれかにおいて、モデル予測ユニット１０５は、プロセス変数に関する新しい測定値が受信されなかったとき、線１０９上で生成されたプロセス変数の各予測に対して、予測誤差バイアスの同じまたはフィルタ処理された型を使用し得る。
【００４７】
いずれにしても、加算器１０８の動作の結果、モデル予測ユニット１０５は、測定されたプロセスパラメータ値（制御された変数ＣＶのうちの１つのために）を使用して、制御変数予測を実施して、制御されたプロセスパラメータの新たに測定された値が受信される走査の最中に、（加算器１０８によって創出されるような）新たに算出されたバイアスまたは制御器オフセットを生成し、制御されているプロセス変数の新しい値が受信されない制御器走査の最中に、以前の算出されたバイアス値を使用するか、バイアス値をまったく使用しない。この動作は、モデル予測ユニット１０５がなおも動作して、新しい測定値が制御された変数のうちの１つ以上のために受信されない期間または走査の最中に制御された値（ＣＶ）を予測することを可能にする。
【００４８】
図５に指示されるように、制御器１２２が、また、無線（または断続的なまたは非周期的な）様式で、例えば、１つ以上のフィールドデバイス、オペレータインターフェース、制御器、スケジューラー、オプティマイザー、または任意の他のソース１７４から、外乱変数ＤＶの指示を受信し得ることが留意される。これらの場合、これらの変数に関する新たに受信または測定された値が制御器１２２によって受信されるか、それに提供されるまで、これらの変数の最も最近に受信された値（測定されたもの等）は、制御器１２２の入力インターフェース１７２において掛け止めされ、プロセスモデル予測ユニット１０５によって使用される。
【００４９】
一実施形態では、モデル予測ユニット１０５は、プロセスパラメータ（すなわち、制御されたまたは補助変数ＣＶ及びＡＶ）のうちの１つ以上の新たな測定値がインターフェース１７０において可用である制御器走査の最中に、ならびに、制御された変数及び補助変数のうちの１つ以上の測定値が、制御器１２２の入力インターフェース１７０に存在しない制御器走査の最中に、同じプロセスモデルを使用して、下記のように動作し得る。
【００５０】
一般的に言って、ある具体的には、任意の時間の実例または走査時間ｋにおいて、制御器１２２は、３つのステップにおいてプロセスモデル予測ユニット１０５のプロセス出力予測を更新し、それらは図６に図解される。新しい制御器走査の最中に第１のステップにおいて、図６に矢印１８２によって指示されるように、その時間にわたって計画対象期間（図６の底点線曲線１８０）までのｋ−１の時間において予測ユニット１０５によって行われたプロセス変数予測は、１つの走査時間左へ推移される。このステップは、現在時間と前のプロセス変数予測（前の制御器走査の最中に行われる）を本質的に時間整合し、そのため、例えば、現在の走査時間ｋに関して走査時間ｋ−１において行われた時間ｋ＋１に関するプロセス変数の予測は、現在、時間ｋと整合される。
【００５１】
次に、プロセス入力上の現在の変化によって基準化された入力ＭＶ及びＤＶ上のステップ応答は、矢印１８４によって指示されるように、出力予測に加えられ、図６に曲線１８６によって指示されるように、計画対象期間にわたって新しい予測されたプロセス変数を生成する。実質的に、このステップは、モデル予測ユニット１０５のプロセスモデルを使用して、計画対象期間に対して、現在時間における及びｋ＋１（現在の走査時間ｋに対する）におけるプロセス変数に関する新しい一組の予測を発生する。次に、第３のステップで、矢印１８８によって指示されるように、予測曲線全体は、移動または補正されて、現在の走査におけるプロセス変数（例えば、制御器のｋ−１走査と関連付けられた制御器走査において行われたプロセス変数のｋ＋１予測値）の以前の予測値と、プロセス変数（点１９２として図６のグラフに指示される）の測定値との間の差またはオフセットを同時に（例えば、時間ｋにおいて）説明する。実質的に、この第３のステップは、現在時間における（この走査または前の走査の最中に）プロセス変数の以前の予測値と、現在時間（点１９２）の測定されたプロセス変数値との差として、モデル予測曲線１８６に適用されることになる補正量を判定する。バイアス量によるプロセス変数予測曲線１８６のこの推移は、図６の線１９０によって図解されて、モデルバイアス補正を実装する。その後、線１９０によって画定された予測されたプロセス変数ベクトルは、図５のベクトル加算器１１４へのモデル１０９の出力として提供される。当然のことながら、制御器は、例えば、制御された変数ＣＶ及び補助変数ＡＶの各々等、制御されている各プロセス変数について、別々にこれらのステップを実施する。
【００５２】
図５の無線ＭＰＣ制御器１２２が、プロセス変数に関する新しい無線測定が可用な任意のとき（例えば、新しい値フラグが測定されたプロセス変数に対する新しい値を指示するように設定されるか、プロセス変数測定のステータスが「良い」であるとき）に、プロセス変数予測を更新するために上に示されたのと同じ３つのステップを実施することが理解されよう。しかしながら、新しい無線測定がインターフェース１７０において可用でないとき（例えば、新しい値フラグが設定されないか、プロセス変数測定のステータスが「一定」に設定されるとき）、無線ＭＰＣ制御器１２２は、最初の２つのステップだけを実施する。事実上、無線ＭＰＣ制御器１２２は、新しい測定値が可用でない制御器走査の最中に最近の測定値によって補正されない加算器１１４におけるプロセス変数予測を使用し、新しい測定値が可用である制御器走査の最中にのみ、（プロセスモデル不整合バイアスを除去するために補正される）加算器１１４において補正された予測値を使用する。補正値（またはバイアス値）が、新しい測定値が可用である（有線ＭＰＣの場合のようにあらゆる制御器走査においての代わりに）時にのみに判定されるので、補正値は、算出されるとき、より大きい傾向にあり、したがって、プロセス変数応答曲線内でより著しいバンプをもたらし得る。
【００５３】
上述の動作では、モデル予測ユニット１０５は、性質において反復性である。なぜなら、それは、以前の判定されたプロセス変数予測ベクトル（前の制御器走査において判定された）に予測された変更（予測ユニット１０５の入力において現在のＭＶ及びＤＶによって引き起こされた）を加えることによって、特定のプロセス変数のために計画対象期間にわたって新しいプロセス変数予測ベクトルを発生して、現在の制御器走査のために新しい予測ベクトルを生成するからである。したがって、各予測は、何らかの性質において、新しい測定が可用であった最も最近の制御器走査の最中に算出されるバイアスによってバイアスをかけられる。そういうわけで、バイアス補正を予備成形することなく、新しい測定が可用でない各制御器走査において新しい予測値を発生することは、制御器モデル不整合にもかかわらず、なおもよく動作し得る。しかしながら、モデル予測ユニット１０５が非反復性様式（すなわち、以前の発生された予測されたベクトルに加えることに基づかない）において新しい予測ベクトルを発生する制御器実装において、最も最近計算されたバイアス値は、新しい測定値が可用でないそれらの走査において適用され得る。
【００５４】
都合のよいことに、いずれにせよ、継続中のＭＰＣ動作は、有線ＭＰＣ動作において使用されるのと同じプロセスモデルに基づき、したがって、新しいＭＰＣモデルは、無線動作のために創出される必要はない。具体的には、プロセス変数に関する新しい測定値が制御器１２２に提供されるとき、図５のＭＰＣ制御器は、モデル予測ユニット１０５によって出力されるような制御されたプロセス変数の推定または基礎を置かれた値を使用し、これらの推定は、ＭＰＣ制御器１２２において使用されて、ベクトル加算器１１４の出力において誤差信号を展開する。その結果、ＭＰＣ制御器のプロセスモデルは、無線送信機によって提供された測定更新の間で制御パラメータを推定し、これらの推定は、ＭＰＣ制御器動作において使用され得る。
【００５５】
この動作の結果、上述の無線ＭＰＣ動作は、有線及び無線測定の両方と共に働き、プロセスモデルによって定義された制御走査周期、すなわち、有線動作のための走査周期で動作し、新しい測定が可用でない制御算出の最中にＭＰＣプロセスモデルから得られた測定のシミュレーションされた値を適用し、測定が可用であるとき最後の良い測定を使用してそのプロセスモデルを更新し、ＭＰＣ制御器内で内側に展開された測定ステータスまたは他の信号に従い動作モードを切り換え得る。上記のように、一実施形態では、ＭＰＣ制御器１２２は、例えば、「良い」及び「一定」の異なる測定ステータス指示を使用して、それぞれ、プロセス変数に関する新しい測定が受信されたとき、及びプロセス変数に関する新しい測定が受信されなかったときを指示し得、これらの測定ステータス指示は、モデル予測ユニット１０５及び／もしくは加算器１０８の動作を駆動するために適用または使用され得る。
【００５６】
なおもさらに、上述のような加算器１０８、インターフェース１７０、及びモデル予測ユニット１０５の動作が、例えば、制御された変数ＣＶ及び補助変数ＡＶの各々について等、制御及び測定されている異なるプロセス変数の各々について、同じ様式で実施されることが理解されよう。したがって、いくつかの制御器走査において、加算器１１４へのＣＶ及びＡＶ予測出力のうちの１つ以上は、これらの変数に関する新たに受信された測定の結果として算出される新しいモデルバイアス値に基づいて更新され得る一方で、加算器１１４に提供されたＣＶ及びＡＶのその他のＣＶならびにＡＶ予測は、新しいモデルバイアス値に基づいて更新されない場合がある。なおもさらに、いくつかの制御器走査において、新しい測定値が受信されていないか、可用でないならば、新しいモデルバイアス値は、その制御器の最中に、制御された変数ＣＶまたは補助変数ＡＶのうちのいずれかについて算出されない場合がある。したがって、図５のモデル予測ユニット１０５、加算器１０８、及びインタフェースユニット１７０によって実施された算出及び動作の説明は、各走査の最中に各々の異なる制御された変数ＣＶ及び補助変数ＡＶのために、別々にかつ個別に実施され、そのため、任意の特定の制御器走査の最中に、いくつかのＣＶ及びＡＶは、新たに算出されたモデルバイアス誤差に基づいて更新され得、その他は更新されない場合がある。
【００５７】
図７〜１０Ｂは、還流、側流量、リボイラ蒸気流、液体分断、及び搬送流の操作された変数及び外乱変数によって制御されるか、もたらされる上柱温度、下柱温度、底温度、及び開始温度（ｐｒｅｆｒａｃｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の形態で、４つの制御された変数を有する分割された壁柱を制御するために使用されるとき、図５に記載されるように構成されたＭＰＣ制御器の動作を描写する。具体的には、図７は、図５の構成のモデル予測ユニット１０５において使用される簡略プロセスモデルを図解する一方で、図８は、図５の制御アルゴリズムユニット１１６において使用される制御行列を展開するために使用されるステップ応答曲線を図解する。図９ならびに１０Ａ及び１０Ｂは、有線ＭＰＣ（底温度測定のオーバーサンプリングを用いる）を使用した、ならびに底温度測定に関する２つの異なるサンプリング速度及び１秒の制御器走査速度での無線ＭＰＣ動作を用いた、制御された変数のうちの１つ、すなわち底温度の、１０秒にわたっての底温度の設定点の１０％の変化に対する応答、及び１０秒にわたって１０％の搬送流増加に対する応答を図解する。具体的には、図１０Ａは、底温度に関する８秒の周期的な測定サンプリング速度での制御器の応答を図解する一方で、図１０Ｂは、底温度に関する１６秒の周期的な測定サンプリング速度での制御器の応答を図解する。
【００５８】
図９に図解されるように、底温度（線２１０）についての設定点（１０秒にわたって１０％）のステップ応答変更に応答して、制御器１２２は、底温度を制御するためにリボイラ蒸気流設定（線２１２）を変更する。図７のプロセスモデルから明白であるように、リボイラ蒸気流は、主に底温度を変更することと関連付けられた操作された変数である。底温度は、制御器によって実施された典型的なＭＰＣ制御に応答して、線２１４によって図９に図解されるように経時的に上昇する。同様に、搬送流操作変数（線２１６）の１０％の変化に応答して、変化は、底温度線２１４において検出されず、それは、図７（搬送流が底温度に効果を及ぼさない）のプロセスモデルを考慮して予期される。
【００５９】
一方で、図１０Ａ及び１０Ｂは、少なくとも底温度測定に関して（制御器走査速度と比較して）大幅なアンダーサンプリングを用いた、図５のＭＰＣ制御器を使用して制御されるときの、同じパラメータを図解する。図１０Ａ及び１０Ｂに見られるように、底温度の応答線２１４Ａ及び２１４Ｂは、線２１４Ａ及び２１４Ｂが「バンプ」を有するように見えさせるより円滑でない応答をこれらの線が示すことを除いて、図９の線２１４に類似である。これらのバンプは、底温度についての制御器における測定の受信の結果として、またはそれに応答して起こり、これらの地点において（すなわち、底温度変数についての測定サンプルが制御器において受信されるときに）のみ適用されているモデル予測バイアス補正の結果である。
【００６０】
要約すると、図７に示されるような簡略ＤＷＣプロセスモデルを使用して、有線ＭＰＣ（図９）の、及び無線ＭＰＣ（図１０Ａ及び１０Ｂ）の動作は、制御された変数に関する２つの異なるサンプリング速度で試験された。これらの結果に基づいて、無線ＭＰＣ構成の動作が定常動作を提供し、測定送信走査周期が、ＭＰＣ操作走査周期より何倍も大きくさえあることは、明白である。有線ＭＰＣ及び、有線ＭＰＣ走査周期より８倍及び１６倍長い測定走査周期を有する無線ＭＰＣに関する性能は、以下に表１で編集される。見られるように、無線ＭＰＣのための設定点変更に関する積分絶対誤差（ＩＡＥ）は、いずれにせよ、有線ＭＰＣのためにＩＡＥを１０％超だけ超えることはなく、それは、あまり有意ではない性能変化である。図１０Ａ及び１０Ｂに図解されるように、新しい測定値が伝送されて、プロセス変数予測が予測モデルバイアスのために補正されるとき、無線ＭＰＣのステップ応答の傾きは小さい「バンプ」を示す。概して、「バンプ」サイズは、傾いたプロセス出力に影響を及ぼすモデル精度及び測定されていない外乱に依存するが、有線ＭＰＣ構成にわたって著しくより不良な性能に導くわけではない。
【表１】
2017524205.tif 000006
【００６１】
なおもさらに、本明細書に記載されるＭＰＣ技法は、実質的に多重速度ＭＰＣ制御器であるものを実装するために使用され得、該多重速度ＭＰＣ制御器内で、異なる測定更新速度を有する異なるプロセス変数は、同じＭＰＣ制御器によって制御される。実質的に、ＭＰＣ制御器は、異なる更新速度で、または異なる断続的な時間で受信されて、制御を実施するための制御された変数ＣＶ及び補助変数ＡＶの異なる１つに関するフィードバック測定を使用する。この場合、多重速度制御器は、新しい測定がその変数に関して受信される速度で、新しいモデルバイアスオフセットを用いて、各々の制御された補助変数の予測出力を更新し、より遅い速度変数に関する新しい測定が存在しないより速い速度変数と関連付けられた制御器走査において、新しいモデルバイアスオフセットを用いて更新されない変数の予測値を使用することになる。
【００６２】
一般的に言って、多重速度ＭＰＣは、有意に異なる動力及び／または測定更新走査周期を用いていくつかのサブモデルを組み合わせるまたは実装するプロセスモデルを使用する。そのようなプロセスモデルは、いくつかのプロセスパラメータまたは制御ループの動作を同時にモデル化し得るＭＰＣモデル等の単一のプロセスモデルであり得るか、各々が任意の特定の制御器走査において動作され得る流れモデル、圧力モデル、材料組成モデル、温度モデル等のプロセス動作またはプロセス制御ループの異なるアスペクトをモデル化する一組のモデルであり得る。動作の最中に、モデルの各々は、各制御器走査において実装される。しかしながら、最速のサブモデルは、あらゆるＭＰＣ走査等のあらゆる走査で測定を使用する一方で、速い走査がより遅い更新走査と一致しないとき、より遅いサブモデルは、典型的なシミュレーションされた値を使用する。この場合、より遅いモデルは、最速のモデルの走査速度でなおも実装されて、新しい測定値が受信されなかった走査の最中にこれらのモデルと関連付けられたプロセス変数に関する予測値を提供する。しかしながら、新しい測定が、これらのより遅い走査速度モデルによってモデル化されているプロセス変数に関して受信されるときのみ、より遅いモデルは、（例えば、モデルバイアスに関して）更新または補正される。したがって、速い走査速度モデルは、なおも動作するが、遅いモデルに対する新しいプロセス変数測定が可用でない走査時間においてより遅いモデルによって予測されたプロセス変数を使用することになる。最速の走査測定がより遅い走査測定と一致するとき、両方のモデルに関する測定は使用され、両方のモデルは、予測されたシミュレーションされた値を更新して、例えば、モデルバイアス誤差に関して補正する。
【００６３】
例として、図１１は、測定更新が異なる更新速度で受信される３つの制御された変数を有する多重速度制御器を図解する。この場合、インターフェース１７０、加算器１０８、及びモデル予測ユニット（複数可）１０５は、図５に上に記載されたものと同様に動作する。ここで、異なる加算器１０８は、インターフェース１７０からプロセス変数測定ＣＶ１ｍ、ＣＶ２ｍ、及びＣＶ３ｍを受信するものとして図解される。その上、図１１に図示されないが、上述された新しい値フラグまたはステータス指示は、各々のプロセス変数ＣＶ１、ＣＶ２、及びＣＶ３について図５に関して上述された様式で、加算器１０８及び／またはモデル予測ユニット１０５の各々の動作に組み込まれ得る。図１１の実施形態では、ＭＰＣ制御器１２２は、本質的に最速の更新速度で動作するか、制御変数ＣＶ１と関連付けられた最速の更新速度と同じかおそらくそれより速く（または場合によってはそれより遅く）さえある制御器走査速度を有する。図１２のチャートによって図解されるように、制御器１２２は、各制御器走査の最中に、またはそれに関して制御された変数ＣＶ１の新しい測定を受信するが、６の制御器走査おきでのみ、制御された変数ＣＶ２の新しい測定を受信し、１０の制御器走査おきで、制御された変数ＣＶ３の新しい測定を受信する。（この例は、プロセス変数測定の周期的な受信を図解する一方、プロセス変数測定は、同様に非周期的または断続的であり得る。）動作の最中に、図５のものと同じであり得る制御器１２２は、各制御器走査の最中に動作して、モデル予測ユニット１０５を使用して、制御された変数ＣＶ１、ＣＶ２、及びＣＶ３の各々の予測を創出し、それによって、各制御器走査に関してプロセス１０４に供給されることになる新しい一組の操作された変数ＭＶ（または制御信号）を創出する。しかしながら、新しい測定値が第２及び第３の制御された変数ＣＶ２及びＣＶ３に関して可用ではない制御器走査の最中に、モデル予測ユニット１０５によって出力されるようなこれらの変数の予測は、たとえ制御された変数ＣＶ１の予測がこのように補正されるとしても、新しいモデルバイアス補正を用いて更新されない。
【００６４】
当然のことながら、制御器１２２は、これらの変数に関する新しい測定値が制御器１２２において受信されるか可用である走査の最中に、新しいモデルバイアス補正を用いて各々の制御された変数予測ベクトルを更新するように動作する。この動作は、実質的に、ＭＰＣ制御器１２２が、異なる効果的走査及び／または測定速度で、制御された変数の各々を制御する一方で、各走査の最中にプロセスの総合制御を維持することを可能にする。この効果は、第１及び第２の制御された変数ＣＶ１及びＣＶ２における設定点変化への応答が図解される図１２に図解される。図解のためにのみ、制御された変数ＣＶ３についての設定点変更への無応答は、図１２に図解される。しかしながら、そのような応答は、典型的には、制御された変数ＣＶ３に関してより遅い測定更新速度に基づいてＣＶ１及びＣＶ２に関して図解された応答より遅いものとされる。見られるように、制御された変数ＣＶ１が、実際はこの変数のより速い測定フィードバックのためにより速い効果的走査速度で制御されるので、制御器１２２は、第２の制御された変数ＣＶ２の変化に対してよりも速く、第１の制御された変数ＣＶ１の変化に対して応答するか、それを実装することができる。しかしながら、制御器１２２は、この変数のより遅い測定速度にもかかわらず、第２の制御された変数ＣＶ２をうまく制御することもできる。このように、制御器１２２は、異なる実効速度で、異なるプロセス変数または制御された変数の制御を実装することができ、したがって、同じまたは類似しさえする速度で各々の制御された変数に関して受信されることになる測定信号を必要としない。
【００６５】
この多重速度動作は、ある特定のプロセスにおいて非常に有用であり、該プロセスでは、異なる制御された変数は、異なる、時に非常に異なるプロセス制御ループ動力を有し、具体的には、異なるステップ応答時間動力を有する。例えば、フロー制御ループは、圧力制御ループまたは温度制御ループよりはるかに速く操作された変数を変化させる必要があり得る（流量、温度、及び圧力が何らかの制御動作に基づいてプロセスにおいて変化し得る様式で、物理的な違いのために）。その上、材料組成ループは、温度ループよりさらにゆっくり操作された変数を変化させる必要があり得る。その結果、これらの制御ループと関連付けられた、時に非常に異なる応答時間のために、同じ効果的走査速度でこれらのループの各々を制御することが必要ではない場合がある。その結果、（典型的には最も動的な制御ループと関連付けられた最速の速度であった）同じ速度で、これらのループの制御された変数の各々のためにフィードバック信号を受信することが、必要ではない場合もあり、それは、これらのループの各々が実装されているプロセス制御システムの通信ネットワークへの通信負荷を著しく減少させ得る。
【００６６】
したがって、理解されるように、多重速度ＭＰＣは、異なる走査周期または走査速度を用いていくつかのサブモデルを組み合わせるモデルを使用する。動作の最中に、最速のサブモデルは、例えば、あらゆるＭＰＣ走査において測定を使用する一方で、速い走査時間がより遅い走査と関連付けられた測定の受信と一致しないならば、より遅いサブモデルは、モデルシミュレーションされた値を使用する。最速の走査時間がより遅い走査（すなわち、より遅いループの測定時間）のうちの１つ以上と一致するとき、実際の測定の両方またはすべては使用され、モデルの両方またはすべては更新されて、予測されシミュレーションされた値を提供する。
【００６７】
多重速度ＭＰＣ制御器は、制御された変数の１つに関する受信測定値と同じ速度で最速の走査速度を実装するものとして本明細書に記載される一方、多重速度ＭＰＣ制御器は、その代わりに、上述された技法を実装して、最速の制御された変数の更新速度より遅いかより速い走査速度で実行し得る。しかしながら、典型的には、多重速度制御器は、ＭＰＣ制御器によって制御されている制御された変数のうちの少なくとも１つの測定更新速度より速い走査速度で動作する。
【００６８】
上記のＭＰＣ技法の何らかの改善は、測定送信の間に無線ＭＰＣにおいて内側にモデル化されたパラメータ値を補正することによって達成され得る。補正の値は、例として、ＭＰＣ制御器によって算出され、動作の最中に適応的に調節され得る。
【００６９】
いずれにしても、理解されるように、制御された変数のうちの１つ以上の測定走査周期がＭＰＣ制御器走査周期より著しく大きいとき、本明細書に記載される無線ＭＰＣ構成は動作することができる。無線測定が不規則な間隔で配信されるとき、無線ＭＰＣは、また、動作し得る。一般的に言って、上述のように、無線ＭＰＣは、新しい測定がこれらの制御された変数に関して伝送されない期間に、１つ以上の制御された変数に関するプロセスパラメータ値をシミュレーションするために、それ自身の内部モデルを使用する。新しい測定が可用であるとき、モデル予測及びシミュレーションされたパラメータ値は更新される。この無線ＭＰＣ動作は、不規則な測定から独立している動作の連続性を提供する。
【００７０】
本明細書に記載される制御技法の実施は、ＭＰＣ制御ルーチンを用いて使用することに限定されず、いくつかの異なる複数入力及び／または複数出力制御方式ならびに継続接続された制御方式においてむしろ適用され得る。より一般的には、制御技法は、１つ以上のプロセス変数、１つ以上のプロセス入力、または他の制御信号を伴う任意の閉ループモデルベースの制御ルーチンの文脈において適用され得る。
【００７１】
「フィールドデバイス」という用語は、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／起動装置ハイブリッド等の複数の機能を提供するデバイス）、ならびに制御システム内で機能を実施する任意の他のデバイス（複数可）を含むように、広義に本明細書に使用される。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、例として温度、圧力、速度、流量等のプロセス制御パラメータを示すステータス、測定、または他の信号を提供するセンサ及び機器等のデバイス）、ならびに制御器及び／またはバルブ、スイッチ、流量制御デバイス等の他のフィールドデバイスから受信されたコマンドに応答して動作を実施する制御オペレータまたは起動装置を含み得る。
【００７２】
本明細書に記載される任意の制御ルーチンまたはモジュールが、複数のデバイス全体で分配された様式で実装または実行されるそれらの部品を有し得ることに留意されたい。その結果、そのように所望される場合、制御ルーチンまたはモジュールは、異なる制御器、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）、または他のデバイスもしくは制御要素によって実装される部分を有し得る。同様に、プロセス制御システム内で実装されるように本明細書に記載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態を取り得る。そのような機能性を提供することに関係している任意のデバイスまたは要素は、それらと関連付けられたソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアが、プロセス制御システム内で、制御器、フィールドデバイス、または任意の他のデバイス（もしくはデバイスの集合）内に配置されるかどうかにかかわらず、本明細書に「制御要素」と総称され得る。制御モジュールは、例えば、任意のコンピュータ可読媒体上で格納されたルーチン、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部品または部分であり得る。そのような制御モジュール、制御ルーチン、またはそれらの任意の部分（例えば、ブロック）は、本明細書に制御要素と総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装または実行され得る。モジュール、またはサブルーチン、サブルーチンの部分（例えばコード行）等といった制御手順の任意の部分であり得る、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すること、ラダー論理、シーケンス機能チャート、機能ブロック図を使用すること、または任意の他のソフトウエアプログラミング言語もしくは設計パラダイムを使用すること等の任意の所望のソフトウェア形式で実装され得る。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もしくはファームウェア要素にハードコード化され得る。なおもさらに、制御ルーチンは、グラフィック設計ツール、または任意の他の種類のソフトウェア／ハードウェア／ファームウェアプログラミングも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され得る。したがって、本明細書に記載される制御器は、任意の所望の様式で制御策または制御ルーチンを実装するように構成され得る。
【００７３】
代わりに、または追加として、機能ブロックは、フィールドデバイス自身、またはプロセス制御システムの他の制御要素内に格納され、それらによって実装され得、これは、フィールドバスデバイスを利用するシステムに関して事実であり得る。制御システムの説明は、機能ブロック制御策を使用して本明細書に提供される一方、制御技法及びシステムは、ラダー論理、シーケンス機能チャート等の他のコンベンションを使用して、または任意の他の所望のプログラミング言語もしくはパラダイムも使用して、実装または設計され得る。
【００７４】
本明細書に記載されるソフトウェアのいずれかは、実装されるとき、コンピュータもしくはプロセッサ等のＲＡＭまたはＲＯＭ内で、磁気ディスク、レーザーディスク（登録商標）、フラッシュメモリ、または他の記憶媒体上等の任意のコンピュータ可読メモリ内で格納され得る。同様に、このソフトウェアは、例えば、コンピュータ可読ディスクまたは他の移動可能なコンピュータ記憶機構上で、または電話線路、インターネット、ワールドワイドウェブ、任意の他の有線もしくは無線ローカルエリアネットワークまたは広域ネットワーク等（その送出が、移動可能な記憶媒体を介してそのようなソフトウェアを提供することと同じか、それと相互交換可能であるものと見られる）の通信チャンネルを介して、を含む、任意の公知もしくは所望の送出方法を使用して、使用者、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され得る。さらにその上、このソフトウェアは、変調または暗号化なしで直接提供され得るか、または通信チャンネルを介して伝送される前に任意の好適な変調搬送波及び／もしくは暗号化技法を使用して変調及び／もしくは暗号化され得る。
【００７５】
本発明は、例示的であることだけが意図され、本発明を限定することが意図されない特定の例を参照して記載される一方、変更、追加、または削除が、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対して行われることは、当該技術分野において当業者にとって明らかとなり得る。
【００７６】
関連出願
これは、「Ｍｏｄｅｌ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｓｉｎｇ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｉｇｎａｌｓ」と題され、２０１４年８月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／０３６，９２８号の出願日への優先権とそれの恩恵を主張する正規に行われた出願であり、その全開示は、本明細書によって明示的に、参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2017524205.tif 000007
【図２】
2017524205.tif 000008
【図３】
2017524205.tif 000009
【図４】
2017524205.tif 000010
【図５】
2017524205.tif 000011
【図６】
2017524205.tif 000012
【図７】
2017524205.tif 000013
【図８】
2017524205.tif 000014
【図９】
2017524205.tif 000015
【図１０Ａ】
2017524205.tif 000016
【図１０Ｂ】
2017524205.tif 000017
【図１１】
2017524205.tif 000018
【図１２】
2017524205.tif 000019
【国際調査報告】
2017524205.tif 000020
2017524205.tif 000021
2017524205.tif 000022