DE69926014T2

DE69926014T2 - Systeme zur generierung und verwendung einer nachschlagetabelle in steuerungssystemen und modellen einer bearbeitungsanlage und verfahren zum betreiben solcher systeme

Info

Publication number: DE69926014T2
Application number: DE69926014T
Authority: DE
Inventors: Joseph Z. Lu
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: CA2358401C; US20020107585A1; EP1141791A1; US6542782B1; CA2358401A1; AU1919300A; EP1141791B1; DE69926014D1; WO2000041045A1

Description

COPYRIGHT-HINWEIS
Ein Teil der Offenlegung der vorliegenden Patentschrift (Softwareauflistungen in den Anhängen A und B) enthält geschütztes Material. Der Schutzinhaber hat keine Einwände gegen die Faksimile-Wiedergabe dieser Patentschrift oder der Patentoffenlegung, so wie sie in der Patentakte bzw. den Datensätzen des United States Patent and Trademark Office erscheint, durch beliebige Personen, alle Rechte und jeder Schutz wird jedoch ansonsten vorbehalten.
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTSCHRIFTEN
Die vorliegende Erfindung ist mit den folgenden verwandt: (i) US-Patent Nr. 5,351,184 mit dem Titel „METHOD OF MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROL UTILIZING RANGE CONTROL"; (ii) US-Patent Nr. 5,561,599 mit dem Titel „METHOD OF INCORPORATING INDEPENDENT FEEDFORWARD CONTROL IN A MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROLLER"; (iii) US-Patent Nr. 5,574,638 mit dem Titel „METHOD OF OPTIMAL SCALING OF VARIABLES IN A MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROLLER UTILIZING RANGE CONTROL"; (iv) US-Patent Nr. 5,572,420 mit dem Titel „METHOD OF OPTIMAL CONTROLLER DESIGN OF MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROL UTILIZING RANGE CONTROL" (das „Patent Nr. 420"); (V) US-Patent Nr. 5,758,047 mit dem Titel „METHOD OF PROCESS CONTROLLER OPTIMIZATION IN A MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROLLER"; (vi) PCT-Anmeldung WO-A-97/00468 mit dem Titel „Method of Process Controller Optimization in a Multivariable Predictive Controller"; (vii) PCT-Anmeldung WO-A-98/50831 mit dem Titel „SYSTEMS AND METHODS FOR GLOBALLY OPTIMIZING A PROCESS FACILITY".
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Steuersysteme für Prozeßanlagen und insbesondere Systeme zum Erzeugen und Verwenden von Nachschlagetabellen mit Prozeßanlagensteuersystemen und Modellen dafür, sowie Betriebsverfahren für solche Systeme, jeweils zur Verwendung zur Optimierung von Prozeßanlagen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Zur Zeit werden Prozeßanlagen (z.B. eine Herstellungsanlage, eine Mineral- oder Rohölraffinerie usw.) mit verteilten Steuersystemen verwaltet. Moderne Steuersysteme enthalten zahlreiche Module, die darauf zugeschnitten sind, verschiedene assoziierte Prozesse der Anlage zu steuern oder zu überwachen. Herkömmliche Mittel verbinden diese Module miteinander, um die verteilte Beschaffenheit des Steuersystems zu produzieren. Dadurch entsteht verbesserte Leistungsfähigkeit und die Fähigkeit zur Erweiterung oder Verkleinerung des Steuersystems, um sich ändernden Anlagennotwendigkeiten gerecht zu werden.
Anbieter der Prozeßanlagenverwaltung, wie zum Beispiel HONEYWELL, INC., entwickeln Steuersysteme, die darauf zugeschnitten werden können, vielfältige Bereiche von Prozeßanforderungen (z.B. global, lokal oder anderweitig) und Anlagentypen (z.B. Herstellung, Raffinerie usw.) gerecht zu werden. Ein Hauptziel solcher Anbieter ist die Zentralisierung der Steuerung so vieler Prozesse wie möglich, um die Gesamteffizienz der Anlage zu verbessern. Mit jedem Prozeß oder jeder Gruppe von assoziierten Prozessen sind bestimmte Eingangskenngrößen (z.B. Fluß, Zuführung, Energie usw.) und Ausgangskenngrößen (z.B. Temperatur, Druck usw.) assoziiert.
In den letzten Jahren wurden Techniken der modellprädiktiven Steuerung („MPC") verwendet, um bestimmte Prozesse als Funktion solcher Kenngrößen zu optimieren. Eine Technik verwendet algorithmische Repräsentationen zur Schätzung von Kenngrößenwerten (die als Parameter, Variablen usw. repräsentiert werden), die mit ihnen assoziiert sind, mit denen solche Prozesse besser gesteuert werden können. In den letzten Jahren wurden für diese assoziierten Prozesse physische, ökonomische und andere Faktoren in Steuersysteme integriert. Beispiele für solche Techniken werden in den folgenden Patenten beschrieben: US-Patent Nr. 5,351,184 mit dem Titel „METHOD OF MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROL UTILIZING RANGE CONTROL"; US-Patent Nr. 5,561,599 mit dem Titel „METHOD OF INCORPORATING INDEPENDENT FEEDFORWARD CONTROL IN A MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROLLER"; US-Patent Nr. 5,574,638 mit dem Titel „METHOD OF OPTIMAL SCALING OF VARIABLES IN A MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROLLER UTILIZING RANGE CONTROL"; US-Patent Nr. 5,572,420 mit dem Titel „METHOD OF OPTIMAL CONTROLLER DESIGN OF MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROL UTILIZING RANGE CONTROL" (das „Patent Nr. 420"); US-Patentanmeldung laufende Nummer 08/850, 288 mit dem Titel „SYSTEMS AND METHODS FOR GLOBALLY OPTIMIZING A PROCESS FACILITY"; US-Patentanmeldung laufende Nummer 08/851,590 mit dem Titel „SYSTEMS AND METHOD USING BRIDGE MODELS TO GLOBALLY OPTIMIZE A PROCESS FACILITY" und US-Patentanmeldung laufende Nummer 09/137,358 mit dem Titel „CONTROLLERS THAT DETERMINE OPTIMAL TUNING PARAMETERS FOR USE IN PROCESS CONTROL SYSTEMS AND METHODS OF OPERATING THE SAME", die alle dem Halter der vorliegenden Erfindung gehören und hier für alle Zwecke durch Bezugnahme ausdrücklich aufgenommen werden.
Allgemein ausgedrückt, besteht ein Problem darin, daß herkömmliche Bemühungen, wenn sie auf spezifische Prozesse angewandt werden, tendenziell nicht kooperativ (z.B. nicht global, nicht anlagenweit usw.) sind und sie sich zu oft nachteilig auf die Effizienz der Prozeßanlage als Ganzes auswirken. Zum Beispiel steuern viele MPC-Techniken Prozeßvariablen auf vorbestimmte Sollwerte. Die Sollwerte sind häufig eine beste Schätzung eines Werts des Sollwerts bzw. der Sollwerte. Wenn ein Prozeß auf einen Sollwert gesteuert wird, ist die Steuerung möglicherweise nicht in der Lage, die beste Steuerleistungsfähigkeiten zu erzielen, insbesondere bei Fehlanpassung zwischen Prozeß/Modell.
Um die Gesamtleistungsfähigkeit eines Steuersystems weiter zu verbessern, ist es wünschenswert, eine Steuerung zu entwerfen, die explizit Anlagen- oder Modellunbestimmtheit berücksichtigt. Zum Beispiel lehrt das Patent Nr. 420 Verfahren zum Entwurf einer Steuerung unter Verwendung von Bereichssteuerung. Die Steuerung ist dafür ausgelegt, einen Prozeß des „ungünstigsten Falls" zu steuern. Es wird eine optimale Steuerung für den Prozeß erzielt, und wenn der tatsächliche Prozeß kein „Prozeß des ungünstigsten Falls" ist, ist die Leistungsfähigkeit der Steuerung besser als erwartet.
Es gibt eine Anzahl wohlbekannter Formeln oder Techniken zur PID-„Abstimmung", und der am häufigsten anzutreffende oder einfachste PID-Algorithmus enthält drei bekannte, benutzerspezifizierte Abstimmparameter (K, ₁, ₂), deren Werte bestimmen, wie sich die Steuerung verhalten wird. Diese Parameter werden entweder durch Versuch und Irrtum bestimmt, oder durch Ansätze, die eine Kenntnis des Prozesses erfordern. Obwohl viele dieser Ansätze, die gewöhnlich Algorithmen sind, eine verbesserte Steuerung ergeben haben, verschlechtert sich die PID-Steuerungsleistungsfähigkeit gewöhnlich mit sich ändernden Prozeßbedingungen, so daß ein Prozeßingenieur oder Bediener zur Überwachung der Leistungsfähigkeit der Steuerung notwendig ist. Wenn sich die Steuerungsleistungsfähigkeit verschlechtert, muß der Prozeßingenieur die Steuerung „neu abstimmen".
Die Steuerungsleistungsfähigkeit verschlechtert sich aus vielen Gründen, obwohl die häufigste Ursache eine sich ändernde Dynamik des Prozesses ist. Da die Leistungsfähigkeit der PID-Steuerung mit der Genauigkeit des gewählten Prozeßmodells in Beziehung gesetzt worden ist, werden PID-Steuerungen benötigt, die eine solche Unbestimmtheit durch Berücksichtigung von sich ändernder Systemdynamik berücksichtigen. Ferner verlangt die Anforderung von Steuersystemen mit immer höherer Leistungsfähigkeit, daß Systemhardware die Softwareleistungsfähigkeit maximiert. Herkömmliche Steuersystemarchitekturen bestehen aus drei Hauptkomponenten: (i) einem Prozessor, (ii) einem Systemspeicher und (iii) einer oder mehreren Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen. Der Prozessor steuert den Systemspeicher und die Eingabe-/Ausgabe-(„E/A-")Einrichtungen. Der Systemspeicher speichert nicht nur Daten, sondern auch Anweisungen, die der Prozessor abrufen und ausführen kann, um zu bewirken, daß das Steuersystem eine oder mehrere gewünschte Funktionen ausführt. Die E/A-Einrichtungen wirken zur Wechselwirkung mit einem Bediener durch eine graphische Benutzeroberfläche und mit der Anlage als ganzes durch eine Netzwerk-Portaleinrichtung und eine Prozeßschnittstelle.
Mit den Jahren ist die Suche nach weiter und weiter zunehmenden Prozeßsteuersystemgeschwindigkeiten verschiedenen Richtungen gefolgt. Ein Ansatz zur Verbesserung der Steuersystemleistungsfähigkeit ist die Erhöhung der Taktrate, die die Systemhardware ansteuert. Mit zunehmender Taktrate nehmen jedoch auch die Stromaufnahme und Temperatur der Systemhardware zu. Erhöhte Stromaufnahme ist kostspielig und hohe Schaltungstemperaturen beschädigen das Prozeßsteuersystem. Ferner darf die Systemhardwaretaktrate nicht über eine physische Schwellengeschwindigkeit hinaus zunehmen, mit der Signale verarbeitet werden können. Einfacher ausgedrückt, besteht ein praktisches Maximum für die Taktrate, die für herkömmliche Systemhardware annehmbar ist.
Ein alternativer Ansatz zur Verbesserung der Prozeßsteuersystemleistungsfähigkeit ist die Erhöhung der Anzahl von pro Taktzyklus durch den Systemprozessor ausgeführten Anweisungen („Prozessordurchsatz"). Eine Technik zur Erhöhung des Prozessordurchsatzes schlägt vor, den Prozessor in separate Verarbeitungsstufen aufzuteilen. Anweisungen werden auf Art einer „Fertigungslinie" in den Verarbeitungsstufen verarbeitet. Jede Verarbeitungsstufe ist zur Ausführung einer bestimmten Verarbeitungsfunktion optimiert, wodurch bewirkt wird, daß der Prozessor als ganzes schneller wird. Wieder besteht ein praktisches Maximum für die Taktrate, die für herkömmliche Systemhardware annehmbar ist.
Da es merkliche physische Beschränkungen dafür gibt, welche herkömmliche Systemhardware verwendet werden kann, wird allgemein ein Ansatz benötigt, der die Anzahl der Anweisungen verringert, die zur Durchführung der Funktionen des Prozeßsteuersystems erforderlich sind. Es wird ein solcher Ansatz benötigt, der durch Berücksichtigung von sich ändernder Prozeßdynamik Prozeßunbestimmtheit berücksichtigt.
Aus US-A-5463555 ist ein Computersystem zur Verwendung als Prozeßanlage bekannt, wobei das Computersystem Schaltkreise aufweist, die eine Datenstruktur und ein mit Prozessen in der Prozeßanlage assoziiertes Modell führen können.
Um die oben besprochenen Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu behandeln, besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Systeme und Verfahren zum Betreiben solcher Systeme zum Auffüllen und Verwenden von Nachschlagetabellen mit Prozeßanlagesteuersystemen sowie Modellen dieser bereitzustellen. Gemäß einer nachfolgend besprochenen beispielhaften Ausführungsform kann mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung als Reaktion auf die Bedürfnisse einer globalen Steuerung eine Nachschlagetabelle definiert und aufgefüllt werden. Die Nachschlagetabelle wird mit einem Bereich möglicher Werte mindestens einer meßbaren Kenngröße aufgefüllt, die gemäß einem Modell mindestens eines Teils dieser mit einem oder mehreren Prozessen der Prozeßanlage assoziiert sind.
Statt bestimmte, mit einem Prozeß oder Prozeßmodell assoziierte Kenngrößen zu berechnen und erneut zu berechnen, wodurch signifikante Systemressourcen verbraucht würden, führt die vorliegende Erfindung eine Datenstruktur ein, die einen Bereich möglicher Werte einer oder mehrerer solcher bestimmter Kenngrößen führen kann. Die Verwendung der Nachschlagetabelle anstelle der Ausführung und erneuten Ausführung der erforderlichen Anweisungen zur Durchführung der Funktionen des Prozeßsteuersystems. Die Nachschlagetabelle berücksichtigt, nachdem sie geeignet aufgefüllt wurde, Prozeßunbestimmtheit durch Führen eines Bereichs möglicher Werte, wodurch sich ändernde Prozeßdynamik berücksichtigt wird.
Die vorliegende Erfindung ein Computersystem zur Verwendung mit einer Prozeßanlage mit mehreren assoziierten Prozessen, umfassend:
Schaltkreise, die eine Datenstruktur mit mehreren zugänglichen Feldern führen können; und
einen mit den Schaltkreisen assoziierten Prozessor, der einzelne der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur mit einem Bereich möglicher Werte mindestens einer mit mindestens einem Prozeß der mehreren assoziierten Prozesse assoziierten meßbaren Kenngröße auffüllen kann;
wobei die Schaltkreise ein Modell mindestens eines Teils der mehreren assoziierten Prozesse führen können, und dadurch gekennzeichnet, daß
das Modell ein diskretes Zustandsraummodell der folgenden Form umfaßt: Xk+1 = AXk + BUk und Yk = CXk + DUk wobei X_k und U_k und Y_k Zustände eines modellierten Prozesses repräsentieren und wobei k eine Zeitperiode ist und k + 1 eine nächste Zeitperiode ist und wobei A, B, C und D jeweils meßbare Kenngrößen des modellierten Prozesses in einer beliebigen gegebenen Zeitperiode repräsentieren.
Gemäß dem wichtigen Aspekt hiervon, kann das Auffüllen und Führen der Datenstruktur online erfolgen (z.B. in einer Steuerung, verteilt durch ein Prozeßsteuersystem usw.), offline (z.B. selbständiger Computer, Computernetzwerk usw.) oder durch eine bestimmte geeignete Kombination davon. Ähnlich kann die Datenstruktur zumindest teilweise beim Auffüllen statisch bleiben, dynamisch sein oder modifizierbar sein.
Für Fachleute ist erkennbar, daß „Steuerungen" in Hardware, Software, Firmware oder einer bestimmten geeigneten Kombination davon implementiert werden können und daß im allgemeinen die Benutzung von Datenverarbeitungssystemen in Steuersystemen für Prozeßanlagen bekannt ist. Die Phrase „assoziiert mit" und Ableitungen davon kann hier folgendes bedeuten: Inkludieren, inkludiert sein in, verbinden mit, enthalten, enthalten sein in, verbinden zu oder mit, koppeln zu oder mit, kommunizierbar sein mit, kooperieren mit, verschachteln, eine Eigenschaft sein von, eingeschränkt zu oder mit, aufweisen, eine Eigenschaft aufweisen oder dergleichen; der Begriff „enthalten" und Ableitungen davon, die allgemein definiert werden, bedeutet hier Enthaltung ohne Einschränkung; und der hier verwendete Begriff „oder" bedeutet und/oder.
Im obigen wurden relativ allgemein die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung skizziert, so daß Fachleute die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung besser verstehen können. Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden beschrieben und bilden den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung. Für Fachleute sollte ersichtlich sein, daß sie die offengelegte Konzeption und spezifische Ausführungsform als Grundlage für das Modifizieren oder entwerfen anderer Strukturen zur Ausführung derselben Zwecke der vorliegenden Erfindung benutzen können. Für Fachleute sollte außerdem klar sein, daß solche äquivalenten Konstruktionen nicht von dem Gedanken und Schutzumfang der Erfindung in ihrer allgemeinsten Form abweichen.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Objekte bezeichnen. Es zeigen:
1a ein einfaches Blockschaltbild einer beispielhaften Prozeßanlage, mit der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
1b ein ausführliches Blockschaltbild einer der in 1a eingeführten beispielhaften lokalen Steuerungen;
2 ein Flußdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Auffüllen einer Datenstruktur gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
3 eine beispielhafte zweidimensionale graphische Repräsentation von MV- und PV-Kurven gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Gemäß der oben angegebenen kurzen Darstellung werden hier Computersysteme und Verfahren zu ihrem Betrieb zum Auffüllen und zum Verwenden von Nachschlagetabellen mit Prozeßanlagensteuersystemen sowie Modellen dieser eingeführt. Vor einer ausführlichen Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Besprechung der verschiedenen Vorteile und Aspekte dieser ist es nützlich, als Konzept die Funktionsweise und Steuerstruktur einer beispielhaften Prozeßanlage zu verstehen.
Es wird deshalb anfänglich auf 1a Bezug genommen, in der ein einfaches Blockschaltbild einer solchen Prozeßanlage (mit der allgemeinen Kennzeichnung 100) dargestellt ist. Die beispielhafte Prozeßanlage 100 wirkt zum Verarbeiten von Rohmaterialien und enthält eine Steuerzentrale 105, sechs assoziierte Prozesse 110a bis 110f, die in drei Stufen angeordnet sind, und ein Steuersystem (mit der allgemeinen Bezeichnung 115). In der gesamten vorliegenden Patentschrift ist der Begriff „enthalten" sowie seine Ableitungen allgemein so definiert, daß er Aufnahme ohne Einschränkung bedeutet.
Die beispielhafte Steuerzentrale 105 illustriert einen zentralen Bereich, in dem gewöhnlich (nicht gezeigte) Bediener zum zentralen Überwachen und zum zentralen Steuern der drei beispielhaften Prozeßstufen arbeiten. Eine erste Prozeßstufe enthält drei Rohmaterialmühlen 110a bis 110c, die wirken, um eine „Zuführung" von Rohmaterialkern zu empfangen und diesen zu mahlen, wie zum Beispiel unter Verwendung einer Feinmahlanlage oder eines Mühlrads, um kleinere Partikel Rohmaterial zu erhalten. Der in der gesamten vorliegenden Patentschrift verwendete Begriff „oder" ist einschließend und bedeutet also und/oder. Die zweite Prozeßstufe enthält eine Waschanlage 110d, die wirkt, um die gemahlenen Rohmaterialien zu empfangen und diese zu reinigen, um Reste aus der ersten Stufe zu entfernen. Die dritte Prozeßstufe enthält zwei Trennglieder 110e und 110f, die wirken, um die gemahlenen und gewaschenen Rohmaterialien zu empfangen und diese zu trennen, wie zum Beispiel zu gewünschten Mineralien und etwaigen verbleibenden Rohmaterialien. Da diese Prozeßanlage wesentlich zur Veranschaulichung angegeben wird und ihre Prinzipien an sich bekannt sind, sprengt die weitere Besprechung dieser den Rahmen der vorliegenden Patentschrift.
Das beispielhafte Steuersystem 115 enthält beispielsweise eine globale Steuerung 120 und sechs lokale Steuerungen 125a bis 125f, die jeweils in Software implementiert werden und durch ein geeignetes herkömmliches Computersystem (z.B. selbständig, Netzwerk usw.) ausführbar sind, wie zum Beispiel durch AM K2LCN, AM K4LCN, AM HMPU, AxM von HONEYWELL, INC. oder ähnliche Systeme. Für Fachleute ist erkennbar, daß solche Steuerungen in Hardware, Software oder in Firmware oder in einer bestimmten geeigneten Kombination davon implementiert werden können, im allgemeinen ist die Verwendung von Datenverarbeitungssystemen in Steuersystemen für Prozeßanlagen bekannt.
Mit jeder der lokalen Steuerungen 125 ist direkt oder indirekt die globale Steuerung 120 assoziiert, um eine Übermittlung von Informationen zwischen ihnen zu erlauben. Die Phrase „assoziiert mit" und ihre Ableitungen, die in der gesamten vorliegenden Patentschrift verwendet werden, können folgendes bedeuten: innerhalb von, verbunden mit, enthalten, enthalten sein in, verbinden zu oder mit, koppeln zu oder mit, kommunizierbar sein mit, kooperieren mit, verschachteln, eine Eigenschaft sein von, eingeschränkt sein auf oder mit, aufweisen, eine Eigenschaft aufweisen oder dergleichen.
Die globale Steuerung 120 überwacht meßbare Kenngrößen (z.B. Status, Temperatur, Ausnutzung, Effizienz, Kosten und andere ökonomische Faktoren usw.) assoziierter Prozesse 110 entweder direkt oder indirekt (wie gezeigt durch mit den Prozessen 110 assoziierte lokale Steuerungen 125). Abhängig von der Implementierung kann eine solche Überwachung einen einzelnen Prozeß, eine Gruppe von Prozessen, die Anlage als Ganzes oder anderes Überwachen. Ähnlich überwachen die lokalen Steuerungen 125 assoziierte Prozesse 110 und insbesondere bestimmte Kenngrößen der assoziierten Prozesse 110.
Die globale Steuerung 120 erzeugt als Reaktion auf solche Überwachungsbemühungen Steuerdaten, die über die lokalen Steuerungen 125 zu assoziierten Prozessen 110 übermittelt werden können, um die Prozeßanlage 100 zu optimieren. Die Phrase „Steuerdaten" bedeutet hierbei einen beliebigen numerischen, qualitativen oder anderen Wert, der durch die globale Steuerung 120 erzeugt wird, um einen bestimmten Prozeß, eine Gruppe von Prozessen, eine Anlage, eine Prozeßstufe, eine Gruppe von Prozeßstufen, eine Sequenz von Prozessen oder Prozeßstufen oder dergleichen global zu steuern (z.B. anzuleiten, zu verwalten, zu modifizieren, zu empfehlen, zu regulieren, vorzuschlagen, zu überwachen, zu kooperieren usw.), um die Anlage zu optimieren. Die lokalen Steuerungen 125 wirken zu variierenden Graden gemäß den Steuerdaten zur Steuerung der assoziierten Prozesse und insbesondere zum Modifizieren eines oder mehrerer Prozesse und zur Verbesserung der überwachten Kenngrößen und der Anlage.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können die Steuerdaten dynamisch erzeugt werden, wobei eine Nachschlagetabelle verwendet wird, die gemäß den vorliegenden Prinzipien definiert und aufgefüllt wird, und solche Steuerdatenerzeugung basiert mindestens teilweise auf der Effizienz der gegebenen Anlage, Produktions- oder ökonomischen Kosten und ganz besonders bevorzugt allen dreien. Das Auffüllen und Führen der Nachschlagetabelle kann online (z.B. in der globalen Steuerung 120, in der lokalen Steuerung 125, innerhalb des Steuersystems 115 verteilt usw.), offline (z.B. selbständiger Computer, Netzwerkcomputer usw.) oder durch eine bestimmte geeignete Kombination davon erfolgen; ähnlich kann die Nachschlagetabelle bei Auffüllung statisch sein, dynamisch sein oder mindestens teilweise modifizierbar sein.
Die globale Steuerung 120 und die lokalen Steuerungen 125 können geeigneterweise eine oder mehrere solche Nachschlagetabellen zur Steuerung der Prozesse 110 verwenden, um Verarbeitungsbetriebsmittel zu sparen und die Gesamtgeschwindigkeit des Steuersystems 115 zu erhöhen. Das Steuersystem 115 erreicht einen hohen Grad sowohl an globaler als auch lokaler Überwachung und einer kooperativen Steuerung der assoziierten Prozesse 110 zwischen den Steuerungen 120 und 125, indem den lokalen Steuerungen 125 erlaubt wird, ihre individuelle oder jeweilige Entsprechung mit den Steuerdaten zu variieren. Variierende Grade der Entsprechung durch die lokalen Steuerungen 125 können zwischen vollständiger Entsprechung und Nichtentsprechung variieren. Die Beziehung zwischen der globalen Steuerung 120 und verschiedenen der lokalen Steuerungen 110 können von der folgenden Art sein: Master-Slave (volle Entsprechung), kooperativ (variierende Entsprechung, z.B. unter Verwendung von Steuerdaten als ein Faktor bei der Steuerung der zugeordneten Prozesse), vollständige Mißachtung (Nichtentsprechung) sowie beliebige Stellen entlang dieses Bereichs.
Abhängig von der Implementierung und den Notwendigkeiten einer gegebenen Anlage kann die Beziehung zwischen der globalen Steuerung 120 und spezifischen lokalen Steuerungen 125 statisch sein (d.h. immer nur entweder Entsprechung, kooperativ oder Nichtentsprechung), dynamisch (d.h. zeitveränderlich, wie zum Beispiel innerhalb eines Bereichs zwischen Entsprechung und Nichtentsprechung, eines etwas geringeren Bereichs dazwischen oder anderweitig) oder kann dazwischen variieren. Ein oder mehrere spezifische Prozesse 110, und die Anlage 100 als Ganzes, können dynamisch und kooperativ als Funktion lokaler und globaler Optimierungsbemühungen gesteuert werden, und eine solche dynamische und kooperative Steuerung ist von der oben beschriebenen Beziehung zwischen der globalen Steuerung 120 und spezifischen lokalen Steuerungen 125 unabhängig.
Nunmehr mit Bezug auf 1b ist ein ausführlicheres Blockschaltbild einer der beispielhaften lokalen Steuerungen 125 gezeigt, die mit einem oder einer Gruppe assoziierter Prozesse 110 assoziiert ist. Die lokale Steuerung 125 verwendet eine „SL-MPC"-Struktur (single loop model predictive control), die eine effiziente Matrixprädiktionsform gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet, sowie eine analytische Steuerlösungsabbildung zur Verringerung der Ausnutzung von Verarbeitungsbetriebsmitteln in bezug auf die herkömmliche MPC-Technologie.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform empfängt die lokale Steuerung 125 als Eingaben die Steuer-/Optimierungsspezifikationen 130 (z.B. Schranken, Bereiche, Toleranzen, Steuerpunkte usw.) und Rückmeldedaten 135 (z.B. Ausgabe des assoziierten Prozesses 110).
Die Steuer-/Optimierungsspezifikationen 130 können abhängig von dem assoziierten Prozeß oder der Gruppe assoziierter Prozesse 110, einer assoziierten Prozeßanlage oder einem beliebigen anderen Faktor von einer beliebigen einer Anzahl von Quellen empfangen werden. Zum Beispiel können beliebige der Steuer-/Optimierungsspezifikationen 130 von einem Bediener einer Steuerzentrale für die assoziierte Prozeßanlage empfangen, von einer Datenbank oder einem Datenrepositorium abgerufen, von einer anderen assoziierten Steuerung (z.B. einer oder mehreren lokalen Steuerungen 125, der globalen Steuerung 120 oder einer geeigneten Kombination davon) empfangen werden usw.
Die Steuer-/Optimierungsspezifikationen 130 enthalten zwei Arten von Variablen: (1) eine erste Variable („MV") die manipuliert werden kann, wie zum Beispiel Fluß, Zuführung, Gebläse usw.; und (2) eine zweite Variable („DV"), die nicht manipuliert werden kann und eine Störungsvariable ist, wie zum Beispiel die Brennrate, Brennstoffqualität pro Einheit usw. Die Rückmeldedaten 135 sind eine dritte Variable („CV"), die auf MVs und DVs reagiert und eine Ausgabe des assoziierten Prozesses 110 ist, wie zum Beispiel Druck, Temperatur usw. Eine Subvariable „PV") der Rückmeldedaten 135 zeigt die iterative Antwort des assoziierten Prozesses 110 zur Überwachung und Steuerung durch die lokale Steuerung 125 an. Viele oder sogar alle solcher MVs, DVs und CVs repräsentieren meßbare Kenngrößen des assoziierten Prozesses 110, die geeigneterweise durch die lokale Steuerung 125 überwacht werden können.
Die lokale Steuerung 125 enthält eine dynamische Prädiktionstask mit Zustandsschätzung 150, eine lokale Optimierungstask 155 mit Linearprogramm/quadratischem Programm („LP/QP"), einen dynamischen Steueralgorithmus mit steuerungs-/optimierungsergänztem Bereich („RCA") 160 und eine Nachschlagetabelle 165. Die beispielhafte dynamische Prädiktionstask 150 empfängt CVs und wird zum Erzeugen eines Arrays mehrerer Prädiktionen (oder dynamisch ungezwungener Prädiktionen) und bei 5 tau (Ansprechzeit in der Nähe des Endes) eine unerzwungene Prädiktion für Werte, die mit dem assoziierten Prozeß 110 assoziiert sind. Die CVs repräsentieren Rückmeldedaten 135 (z.B. Eingaben, Ausgaben usw.), die mit dem Prozeß 105 assoziiert sind, und die dynamische Prädiktionstask 150 wirkt zum Zugreifen auf die Nachschlagetabelle 165 und wählt einen oder mehrere Werte aus dem Bereich möglicher Werte, wobei eine solche Auswahl mindestens teilweise als Reaktion auf die empfangenen Rückmeldedaten 135 erfolgt. Ein bevorzugtes Verfahren der Verwendung von Datenstrukturen, wie zum Beispiel der Nachschlagetabelle 165, oder funktional äquivalente eigene Schaltkreise zum Führen eines Bereichs möglicher Werte für eine oder mehrere meßbare Kenngrößen, die mit einem Prozeß assoziiert sind, werden in der gleichzeitig mit der vorliegenden Schrift registrierten US-Patentanmeldung, laufende Nummer (Aktenzeichen Nr. I20 25207) mit dem Titel „PROCESS FACILITY CONTROL SYSTEMS USING AN EFFICIENT PREDICTION FORM AND METHODS OF OPERATING THE SAME" offengelegt und beschrieben, worauf hier bereits für alle Zwecke vollständig Bezug genommen wurde, als ob hier vollständig dargelegt.
Die beispielhafte lokale LP/QP-Optimierungstask 155 empfängt die Optimierungsspezifikationen 140a und wirkt als Reaktion auf die unerzwungene Prädiktion zum Erzeugen (bei 5 tau) von mit dem assoziierten Prozeß 110 assoziierten optimalen Werten.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Durchführen der obigen Task wird in dem eigenen US-Patent Nr. 5,758,047 mit dem Titel „METHOD OF PROCESS CONTROLLER OPTIMIZATION IN A MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROLLER" offengelegt und beschrieben, worauf bereits ausführlich für alle Zwecke Bezug genommen wurde, als ob hier vollständig dargelegt. Ganz besonders bevorzugt sind die Optimierungsspezifikationen 140a direkt oder indirekt mit einem ökonomischen Wert der Ausgabe des assoziierten Prozesses 110 assoziiert. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die unerzwungene Prädiktion geeigneterweise als eine einzige Variable repräsentiert werden, und die LP/QP-Optimierungstask kann eine lineare Bestimmung eines Minimalwerts oder eines Maximalwerts oder eine quadratische Bestimmung eines gewünschten Werts sein. Das beispielhafte dynamische Steuerungs-/Optimierungsergänzungs-RCR 160 empfängt die Steuerspezifikationen 140b und wirkt als Reaktion auf den Empfang des Arrays mehrerer Prädiktionen (von der dynamischen Prädiktionstask 150) und der optimalen Werte (von der lokalen LP/QP-Optimierungstask 155) zum Erzeugen von Steuerwerten (der MVs), die in den assoziierten Prozeß 110 eingegeben werden. Ein wichtiger Aspekt der beispielhaften lokalen Steuerung 125 ist die Verwendung der Steuer-/Optimierungsspezifikationen 140 und der Rückmeldedaten 135 zur lokalen Vereinigung der ökonomischen/operationalen Optimierung mit MPC, dynamisch für einen spezifischen Prozeß oder eine Gruppe von Prozessen.
Man beachte die Unterscheidung zwischen der obigen Besprechung, die eine sehr leistungsstarke Mehrschleifen-MPC-Ausführungsform einführt, die eine wohldefinierte und dynamische Interaktions-/Verschachtelungsbeziehung zwischen globalen und lokalen Steuerungen aufweist, und der Einzelschleifensteuerungsausführungsform, die in der US-Patentanmeldung, laufende Nr. (Aktenzeichen Nr. I20 25207) beschrieben wird, die bereits für alle Zwecke hier ausdrücklich erwähnt wurde. Für Fachleute ist die Beziehung zwischen diesen Ausführungsformen und die Anwendbarkeit der Prinzipien der vorliegenden Erfindung verständlich.
Nunmehr mit Bezug auf 2 ist als Flußdiagramm ein beispielhaftes Verfahren (mit der allgemeinen Bezeichnung 200) zum Auffüllen einer Datenstruktur 165, die als eine Nachschlagetabelle gezeigt ist, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt (diese Besprechung von 2 bezieht sich gleichzeitig auf 1a und 1b). Die Phrase „Datenstruktur" ist hier allgemein als eine beliebige syntaktische Struktur von Ausdrücken, Daten oder anderen Werten oder Indizia, einschließlich sowohl logischer als auch physikalischer Strukturen, definiert. Eine Datenstruktur kann deshalb ein beliebiges Array (d.h. eine beliebige Anordnung von Objekten zu einer oder mehreren Dimensionen, wie z.B. eine Matrix, eine Tabelle usw.) oder eine andere ähnliche Gruppierung, Organisation oder Kategorisierung von Objekten gemäß dem vorliegenden sein.
Zur Veranschaulichung werden ein Prozessor 205 und ein Speicher 210 eingeführt. Der beispielhafte Speicher 210 wirkt zum Speichern oder Führen der Nachschlagetabelle 165 zusammen mit den verschiedenen Tasks/Instruktionen (mit der allgemeinen Kennzeichnung 215), aus denen das Verfahren 200 besteht. Der beispielhafte Prozessor 205 wirkt zum Auswählen und Ausführen von Tasks/Instruktionen 215, die ihrerseits bewirken, daß der Prozessor 205 die Funktionen des Verfahrens 200 ausführt.
Zu Anfang wird der Prozessor 205 durch die Ausführung des Verfahrens 200 (z.B. manuell (d.h. durch Interaktion mit einem Bediener), automatisch oder teilweise automatisch) angeleitet, um ein Modell 220 mindestens eines Teils mindestens eines der assoziierten Prozesse 110 zu definieren (Prozeßschritt 225). Der Prozessor 205 wird angeleitet, das Modell 220 in dem Speicher 210 zu speichern, wobei vorzugsweise mindestens ein Teil des Prozesses 110 mathematisch repräsentiert wird. Die mathematische Repräsentation definiert eine oder mehrere Beziehungen zwischen den Eingaben und Ausgaben des Prozesses 110.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Modell 220 unter Verwendung der folgenden diskreten Zustandsraummodellform definiert: xk+1 = Axk + Buk (1) yk = Cxk + Duk (2) wobei x_k, u_k und y_k verschiedene Zustände des modellierten Prozesses 110 repräsentieren, wobei k ein Zeitraum und k + 1 ein nächster Zeitraum ist und A, B, C und D jeweils meßbare Kenngrößen des modellierten Prozesses 110 in einem beliebigen gegebenen Zeitraum repräsentieren.
Der Prozessor 205 wird angeleitet, eine Datenstruktur zu definieren, wie zum Beispiel die Nachschlagetabelle 165, die mehrere zugängliche Felder aufweist (Prozeßschritt 230). Abhängig von den Notwendigkeiten der konkreten Implementierung können die Inhalte solcher zugänglichen Felder geeignet genullt, mit Vorgabewerten ausgestattet oder anderweitig initialisiert oder verwendet werden. Der durch den Prozessor 205 angeleitete Speicher 210 führt die Nachschlagetabelle 165, die vorzugsweise mindestens teilweise eine AB0I-Matrix 235 und einen Rückkopplungsvektor 240 repräsentiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die AB0I-Matrix 235 und der Rückkopplungsvektor 240 die folgenden jeweiligen Definitionen auf:
wobei I und 0 jeweils und beispielhaft eine Identitätsmatrix und eine Nullmatrix für die Zwecke dieses veranschaulichenden Modells zum Führen oder Halten von MV-Konstanten repräsentieren (siehe 3).
Der Prozessor 205 wird angeleitet, mathematisch eine Beziehung zwischen der oben gegebenen Matrix 235 und dem Vektor 240 auszugrenzen (Prozeßschritt 245), die gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die folgende Form aufweist:
Der Prozessor 205 wird angeleitet, mathematisch eine Beziehung zwischen der oben gegebenen diskreten Zustandsraummodellform und dem Z-Vektor 240 abzugrenzen (Prozeßschritt 250), die gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die folgende Prädiktionsform für ein beliebiges p-Intervall oder einen Punkt in der Zukunft ergibt:
Allgemein ausgedrückt, repräsentiert oder definiert die Verwendung des Z-Vektors 240 mathematisch die Beziehung zwischen der einen bzw. der mehreren Eingaben und Ausgaben des modellierten Prozesses 110.
Für vielfältige Zwecke ist es für die Überwachung und für die Steuerung des Prozesses 110 wie oben erwähnt wünschenswert, die Benutzung von Verarbeitungsbetriebsmitteln zu verringern. Dies läßt sich teilweise durch eine Feststellung erreichen, daß bestimmte Kenngrößen des Prozesses 110 meßbar sind (z.B. Einstufen, Bewerten, Skalieren, Auswerten, Schätzen, Vergleichen, Berechnen, Einordnen, Graduieren, Synchronisieren, Analysieren usw.), gleichgültig, ob solche Kenngrößen abhängig, unabhängig, untereinander abhängig oder anderweitig durch andere Kenngrößen desselben Prozesses, einer Gruppe von Prozessen, einer Anlage, einer Prozeßstufe, einer Gruppe von Prozeßstufen, einer Sequenz von Prozessen oder Prozeßstufen oder dergleichen beeinflußt werden. Viele dieser meßbaren Kenngrößen weisen einen Bereich möglicher Werte auf, der sich mit der Zeit ändern bzw. der variieren kann oder auch nicht. In dem vorliegenden Beispiel ist es wünschenswert, eine effiziente Prädiktionsform („EPF") zu bestimmen, deren Wertebereich geeigneterweise in der Nachschlagetabelle 165 geführt werden kann.
Der Prozessor 205 wird angeleitet, einzelne der zugänglichen Felder 255 der Nachschlagetabelle 165 mit einem Bereich möglicher Werte mindestens einer meßbaren Kenngröße aufzufüllen, die mit mindestens einem Prozeß 110 assoziiert ist (Prozeßschritt 260). Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist es wünschenswert, daß die zukünftigen Prädiktionen verfügbar oder vorberechnet sind, die geeigneterweise als ein Array von Punkten in der Nachschlagetabelle 165 gespeichert werden können. Diese Punktesammlung kann als PV-Blockierung bezeichnet werden, die durch die folgende Form für ein beliebiges p_i-Intervall oder einen beliebigen Punkt in der Zukunft gegeben werden kann:
wobei i der Index für PV-Blockierung ist. Die folgende Berechnung kann geeigneterweise zu einem Produkt von EPF und Z_k kondensiert werden, das folgendermaßen gegeben werden kann: y ^(k + pv – blocking)|k = [EPF]zk (8)wobei EPF folgendermaßen gegeben werden kann:
wobei epf_i von den in dem Z-Vektor enthaltenen Rückmeldeinformationen unabhängig ist und deshalb im Voraus berechnet werden kann und gegeben wird durch:
Kurz gefaßt verwendet der beispielhafte Prozessor 205 das Modell 220 iterativ oder inkrementell zum Auffüllen der Nachschlagetabelle 165 mit k möglichen Werten, wodurch ein Bereich von Werten definiert wird. Es wird ein v_k-Vektor formuliert, um zweckmäßigerweise sowohl Z_k als auch y_{(k+pvblocking)|k} für verschiedene inkrementelle k zu berechnen, der die folgende Form aufweist:
Unter vorrübergehender Bezugnahme auf 3 ist eine beispielhafte zweidimensionale graphische Repräsentation von MV- und PV-Kurven gemäß einer Verwendung der Nachschlagetabelle 165 gemäß dem Steuersystem 100 von 1a und 1b und den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es sollte beachtet werden, daß 1a, 1b, 2 und 3 zusammen mit den zur Beschreibung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendeten verschiedenen Ausführungsformen in dieser Patentschrift nur zur Veranschaulichung dienen. Zu diesem Zweck können alternative Ausführungsformen des Modells 220 einen beliebigen bestimmten Prozeß, eine Gruppe von Prozessen, eine Anlage, eine Prozeßstufe, eine Gruppe von Prozeßstufen, eine Zwischenbeziehung zwischen, oder Sequenz von, Prozessen oder Prozeßstufen oder einen bestimmten geeigneten Teil oder eine Kombination irgendwelcher dieser definieren. Ferner sollte beachtet werden, daß für die EPF bei dieser Ausführungsform eine Matrixstruktur gewählt wurde, obwohl alternative Ausführungsformen jede beliebige entsprechende Datenstruktur oder spezielle Schaltkreise zur Erzeugung eines geeignet angeordneten Nachschlagearrays bzw. einer geeignet angeordneten Nachschlagetabelle oder dergleichen verwenden können. Solche Datenstrukturen und speziellen Schaltkreise können offline, online oder durch eine bestimmte geeignete Kombination davon aufgefüllt werden; ähnlich können solche aufgefüllten Datenstrukturen und speziellen Schaltkreise statisch, dynamisch, modifizierbar, zentralisiert, verteilt oder eine beliebige geeignete Kombination davon sein.
Für Durchschnittsfachleute sollte erkennbar sein, daß das unter Verwendung des Prozessors 205 und des Speichers 210 beschriebene Computersystem 105 ein beliebiger geeignet angeordneter in der Hand gehaltener, Laptop-/Notebook-, Mini-, Zentral- oder Supercomputer sein kann, oder auch eine Netzwerkkombination dieser. Tatsächlich können alternative Ausführungsformen des Computersystems 205 beliebige geeignete Schaltkreise, darunter programmierbare Logikbausteine, wie zum Beispiel programmierbare Array-Logik („PALs") und programmierbare Logikarrays („PLAs"), digitale Signalprozessoren („DSPs"), am Einsatzort programmierbare Gatearrays („FPGAs"), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen („ASICs"), höchstintegrierte Schaltungen („VLSIs") oder dergleichen enthalten oder durch diese ersetzt oder mit ihnen kombiniert werden, um die hier beschriebenen und beanspruchten Verarbeitungssysteme zu bilden. Obwohl die offengelegten Ausführungsformen den Prozessor 205 für den Zugriff auf den Speicher und die Ausführung einer gespeicherten Task/Instruktionen daraus erfordern, um die oben besprochenen verschiedenen Funktionen auszuführen, können zu diesem Zweck sicherlich alternative Ausführungsformen vollständig oder teilweise in Hardware implementiert werden. Herkömmliche Verarbeitungssystemarchitektur wird ausführlicher in Computer Organization and Architecture von William Stallings, MacMillan Publishing Co. (3. Auflage 1993) besprochen; der herkömmliche Verarbeitungssystemnetzwerkentwurf wird ausführlicher in Data Network Design von Darren L. Spohn, McGraw-Hill, Inc. (1993) besprochen; und die herkömmliche Datenkommunikation ausführlicher in Data Communications Principles von R. D. Gitlin, J. F. Hayes und S. B. Weinstein, Plenum Press (1992) und in The Irwin Handbook of Telecommunications von James Harry Green, Irwin Professional Publishing (2. Auflage 1992) besprochen. Auf jede der obigen Publikationen wird hiermit für alle Zwecke ausdrücklich Bezug genommen.

Claims

Computersystem zur Verwendung mit einer Prozeßanlage (100) mit mehreren assoziierten Prozessen, umfassend: Schaltkreise (210), die eine Datenstruktur mit mehreren zugänglichen Feldern führen können; und einen mit den Schaltkreisen assoziierten Prozessor (203), der einzelne der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur mit einem Bereich möglicher Werte mindestens einer mit mindestens einem Prozeß der mehreren assoziierten Prozesse assoziierten meßbaren Kenngröße auffüllen kann; wobei die Schaltkreise ein Modell mindestens eines Teils der mehreren assoziierten Prozesse führen können, und dadurch gekennzeichnet, daß das Modell ein diskretes Zustandsraummodell der folgenden Form umfaßt: Xk+1 = AXk + BUk undYk = CXk + DUk wobei X_k und U_k und Y_k Zustände eines modellierten Prozesses repräsentieren und wobei k eine Zeitperiode ist und k + 1 eine nächste Zeitperiode ist und wobei A, B, C und D jeweils meßbare Kenngrößen des modellierten Prozesses in einer beliebigen gegebenen Zeitperiode repräsentieren.
Computersystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreise (210) so ausgelegt sind, daß sie eine Task speichern, die den Prozessor (205) anweist, die einzelnen der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur mit dem Bereich möglicher Werte aufzufüllen.
Computersystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreise (210) ferner das Modell führen können, wobei das Modell eine Datenstruktur von mindestens einem Teil der mehreren assoziierten Prozesse umfaßt, wobei die Datenstruktur eine ABOI-Matrix der folgenden Form umfaßt:
wobei A und B meßbare Kenngrößen eines modellierten Prozesses repräsentieren und wobei I eine Identitätsmatrix und O eine Nullmatrix ist und wobei die Datenstruktur einen Rückkopplungsvektor der folgenden Form umfaßt:
wobei X_k und U_k Zustände des modellierten Prozesses repräsentieren und wobei K eine Zeitperiode ist.
Computersystem nach Anspruch 3, wobei das Modell eine mathematische Repräsentation mindestens eines Teils des mindestens einen Prozesses der mehreren assoziierten Prozesse enthält, wobei die mathematische Repräsentation Beziehungen zwischen Eingangssignalen und Ausgangssignalen des mindestens einen Prozesses der assoziierten Prozesse definiert, wobei die mathematische Beziehung die folgende Form aufweist:
wobei Z_k einen Zustandsraumvektor der folgenden Form repräsentiert:
Computersystem nach Anspruch 4, wobei der Prozessor (205) das Modell iterativ zum Auffüllen einzelner der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur mit dem Bereich möglicher Werte der mindestens einen meßbaren Kenngröße verwenden kann, wobei das Modell eine Vorhersageform für einen beliebigen Punkt p in der Zukunft gibt und wobei die Vorhersage die folgende Form aufweist:
Verfahren zum Betrieb eines Computersystems zur Verwendung mit einer Prozeßanlage (100) mit mehreren assoziierten Prozessen, wobei das Betriebsverfahren die folgenden Schritte umfaßt: Führen einer Datenstruktur mit mehreren zugänglichen Feldern in mit dem Computersystem assoziierten Schaltkreisen (210); Auffüllen einzelner der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur mit einem Bereich möglicher Werte mindestens eines Prozesses der mehreren assoziierten Prozesse, unter Verwendung eines mit den Schaltkreisen assoziierten Prozessors (205); und in den Schaltkreisen, Führen eines Modells mindestens eines Teils der mehreren assoziierten Prozesse, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell ein diskretes Zustandsraummodell der folgenden Form umfaßt: Xk+1 = AXk + BUk undYk = CXk + DUk wobei X_k und U_k und Y_k Zustände eines modellierten Prozesses repräsentieren und wobei k eine Zeitperiode ist und k + 1 eine nächste Zeitperiode ist und wobei A, B, C und D jeweils meßbare Kenngrößen des modellierten Prozesses in einer beliebigen gegebenen Zeitperiode repräsentieren.
Betriebsverfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt des Speicherns einer Task in den Schaltkreisen (210), die den Prozessor (205) anweisen kann, die einzelnen der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur mit dem Bereich möglicher Werte aufzufüllen.
Betriebsverfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt des Führens des Modells, wobei das Modell eine Datenstruktur von mindestens einem Teil der mehreren assoziierten Prozesse in den Schaltkreisen umfaßt, wobei die Datenstruktur eine ABOI-Matrix der folgenden Form umfaßt:
wobei A und B meßbare Kenngrößen eines modellierten Prozesses repräsentieren und wobei I eine Identitätsmatrix und O eine Nullmatrix ist und wobei die Datenstruktur einen Rückkopplungsvektor der folgenden Form umfaßt:
wobei X_k und U_k Zustände des modellierten Prozesses repräsentieren und wobei K eine Zeitperiode ist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 8, wobei das Modell eine mathematische Repräsentation mindestens eines Teils des mindestens einen Prozesses der mehreren assoziierten Prozesse enthält, wobei die mathematische Repräsentation Beziehungen zwischen Eingangssignalen und Ausgangssignalen des mindestens einen Prozesses der assoziierten Prozesse definiert, wobei die mathematische Beziehung die folgende Form aufweist:
wobei Z_k einen Zustandsraumvektor der folgenden Form repräsentiert:
und das Modell ferner den Schritt umfaßt, das Modell durch den Prozessor iterativ zum Auffüllen einzelner der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur mit dem Bereich möglicher Werte der mindestens einen meßbaren Kenngröße zu verwenden, wobei das Modell eine Vorhersageform für einen beliebigen Punkt p in der Zukunft gibt und wobei die Vorhersage die folgende Form aufweist
Betriebsverfahren nach Anspruch 6, wobei das Modell mindestens eine Rückkopplungsvariable enthält, die mindestens teilweise ein Ausgangssignal des mindestens einen Prozesses der assoziierten Prozesse repräsentiert, und wobei das Verfahren ferner den Schritt umfaßt, den Prozessor als Reaktion auf die mindestens eine Rückkopplungsvariable des mindestens einen Prozesses der assoziierten Prozesse zum Auffüllen mindestens eines der mehreren zugänglichen Felder der Datenstruktur zu verwenden.