分布式控制系统技术方案

一种控制系统（２０），包括第一处理器（２１ａ）、第二处理器（２１ｂ），在第一处理器上运行的第一控制算法（５４）和在第二处理器上运行的第二控制算法（５５），其中，控制设备进一步包括第三控制算法（５７），所述第三控制算法包括许多在第一处理器上和在第二处理器上顺序地运行的连续步骤。如此，可以减少系统中的处理器的数量。

distributed control system

A control system includes a first processor (20), (21a), second processor (21b), the first control algorithm is run on the first processor (54) and running on the second processor second control algorithm (55), wherein the control device further comprises third control algorithm (57), the third control the algorithm includes many on the first processor and a second processor in order to run the successive steps. In this way, the number of processors in the system can be reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制系统，该系统包括第一处理器、第二处理器，用 于在第一处理器上运行的第一控制算法和用于在第二处理器上运行 的第二控制算法。这种控制系统通常被分类为"分布式控制系统"。分布式控制用于 其中控制功能可以在不同的处理器之间分布的系统中。这与其中只有 单一处理器来控制待控制的系统的所有功能的"集中控制系统，，相对。 分布式控制有时也叫做"分散控制"，与"集中控制"相对。
技术介绍
在最常见的分布式控制系统中，体系结构的基础是控制全过程的 中央控制器和控制全过程的子任务的许多子控制器。例如，在机器人 中，中央控制器将协调机器人的整体运动，联合控制器将控制单个关 节的运动。中央控制器将计算每一个关节的所需的运动，并将此参考 值转发到单独的关节控制器，这些关节控制器将尽可能地准确地遵循 参考轨迹。分布式控制系统的已知应用的另 一个示例是用于控制轮船中的 大型柴油发动机的操作的系统。在此示例中，中央控制器控制整个发 动机的处理，例如，发动机的转速，发动机的功率输出，等等。单独 的"汽缸控制单元"控制每一个单个汽缸的操作，例如，喷油，排气阀 打开和关闭等等。中央控制器计算每一个单个汽缸应该如何运转，以 便实现所需的总结果。因此，中央控制器向每一个汽缸控制单元发送 参考命令。然后，单个汽缸控制单元控制汽缸的具体操作，以便实现 参考命令。典型系统的缺点之一是， 一个处理器需要用于每一个子任务，以 及至少一个处理器需要用于中央控制功能。因此，如果需要控制具有l2个汽缸的大型柴油发动机，则通常需要12+1个处理器。在某些 情况下，可以由一个处理器来对两个或更多汽缸进行控制，这就会减 少处理器的总数。典型的系统的另一个缺点是，如果中央处理器发生故障，则系统 也非常容易发生故障。在诸如电机控制之类的关键应用中，需要设计 具有一定量的冗余的系统。在大多数情况下，在两个单独的处理器中 实现中央控制算法。监控例程监视两个处理器，在其中一个处理器发 生故障的情况下，可以切换到另一个处理器。然而，处理冗余处理器 并知道何时进行切换是相当复杂的。此外，对冗余处理器的需求进一 步增大了所需的处理器的数量，还增大了系统中的通信路径的复杂 性。
技术实现思路
因此，本专利技术的第一方面是提供减少了所需的处理器的数量的控 制系统。本专利技术的另 一个方面是提供能够抵抗一个或多个处理器发生故 障的控制系统。本专利技术的另一个方面是提供能够以简单方式处理冗余的控制系统。由控制系统部分地提供了上文所提及的方面，如在开头的段落中 所提及的，该控制系统进一步包括第三控制算法，第三控制算法包括 许多用于在第一处理器上和在第二处理器上顺序地运行的连续步骤。 如此，第三控制算法可以在两个处理器之间分离，从而使两个处理器 分担第三控制算法的负栽。应该提及的是，在本说明书的上下文中，"许多用于在第一处理 器上和在第二处理器上顺序地运行的连续步骤"应该被理解为顺序地 (也就是说， 一个接一个地)运行的许多步骤。第一数量的步骤在第 一处理器上运行， 一旦第一处理器完成了第一数量的步骤，第二数量 的步骤在第二处理器上运行。也可以想象，第三控制算法包括作为重复的循环运行的控制算法。PI控制器是这种控制算法的好的示例。然后，可以分离第三控 制算法的执行，以便循环的第一个实例在第一处理器上运行，循环的 第二个实例在第二处理器上运行。然后，循环的第三个实例可以再次在第一处理器上运行或在第三处理器上运行。可以顺序地重复该过 程。在控制系统的实施例中，第一控制算法可以控制第一传动器，而 第二控制算法可以控制第二传动器。在控制系统的一个实施例中，第三控制算法可以向第一和第二控制算法提供参考值。如此，第三控制算法可以被视为一种协调第一和 第二控制算法的活动的协调算法。为了使处理器相互进行通信，控制系统可以进一步包括位于第一 处理器和第二处理器之间的通信系统。通信系统可以例如用于传输由 第三控制算法使用的数据。控制系统也可以包括当第三控制算法从第 一处理器切换到第二 处理器时由通信系统在笫一处理器和第二处理器之间传输的数据矢 量。如此，当第三控制算法从一个处理器移到下一个处理器时，由第 三控制算法使用的控制数据可以从一个处理器移到下一个处理器。上文所描述的数据矢量可以例如包括当更新数据矢量时设置的 时间戳或序列号。如此，控制算法可以判断最后一次数据矢量是何时 更新的和/或最后一次哪一个处理器更新了数据矢量。在一个实施例中，第三控制算法可以包括积分器，其积分值从第 一处理器传输到第二处理器。如此，PI控制器例如可以在第三控制 算法中实现，尽管它在多个处理器上共享。在一个实施例中，可以通 过如上文所描述的数据矢量传输积分值。在某些情况下，可以增益预定第三控制算法的控制器增益。这可 以例如在采样时间不固定而是依赖于外部参数的情况下使用。在此情 况下，增益预定可以取决于数据矢量上的时间戳和当前时间之间的时 间间隔。在控制系统的一个应用中，控制系统可以用于对活塞式发动机进行控制。第一控制算法可以控制第一发动机汽缸的操作，第二控制算 法可以控制第二发动机汽缸的操作。第三控制算法可以进一步地控制 发动机的转速和/或功率输出。在上述实施例中，控制系统可以与发动机的旋转同步。在此情况 下，可以取决于发动机的转速，进行增益预定。在上述实施例中，取决于发动机的旋转，第三控制算法的执行可 以在第一处理器和第二处理器之间切换。换句话说，可以响应发动机 的旋转，第三控制算法从一个处理器移动到下一个处理器。如此，第 三控制算法的采样时间取决于发动机的转速。应该强调的是，此说明书中使用的术语"包括"用于规定声明的特 点、整数、步骤或组件的存在，而不排除一个或多个其他特点、整数、 步骤、组件或其组合的存在或添加。例如，在权利要求1中，规定了控制系统包括三个控制算法和 两个处理器。然而，那些本领域技术人员应该理解，权利要求1也 覆盖了大于三个的任意数量的控制算法和大于两个的任意数量的处 理器。还应该指出，对于此说明书，术语"控制系统"应该被理解为包括 许多连接在一起并以某一预先定义的方式运转和协调的物理组件的 系统。假设物理组件可以是完全基于硬件的，也可以是用软件编程的。 在后一种情况下，假设被编程到物理组件中的软件为物理组件的技术 組件。附图说明下面，将参考所附的图形中所显示的实施例比较详细地描述本发 明。应该强调的是，所显示的实施例只是示例，不应该限制本专利技术的 范围。图1显示了通常用于控制大型柴油发动机的采用现有技术的控 制系统的示意图。图2显示了根据应用于大型柴油发动机的本专利技术的控制系统的 第一个实施例的示意图。图3显示了包括四个处理器和四个控制算法的采用现有技术的 控制系统的时间图的 一 个实施例。图4显示了根据包括三个处理器和图3的相同的四个控制算 法的本专利技术的系统的时间图的 一 个实施例。图5显示了根据应用于以第一低转速工作的大型柴油发动机的 本专利技术的控制系统的实施例的时间图。图6显示了在笫二较高的转速下图5的实施例的时间图。具体实施方式图1所示的现有技术的控制系统1是典型的分布式控制系统。 在此示例中，系统适用于轮船(未显示)中的大型柴油发动机2。在 此系统中，发动机2包括许多汽缸3a、 3b、 3c，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制系统（２０），包括：第一处理器（２１ａ）、第二处理器（２１ｂ）、用于在第一处理器上运行的第一控制算法（５４）和用于在第二处理器上运行的第二控制算法（５５），其特征在于，所述控制系统进一步包括第三控制算法（５７），所述第三控制算法包括许多用于在第一处理器上和在第二处理器上顺序地运行的连续步骤。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金詹森，
申请(专利权)人：曼B与W狄赛尔公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]