气动调节阀的摩擦补偿分析和诊断

摘要

在现代过程工业中，自动化水平迅速提高，并取得了显著的成果。自动化程度的提高体现在控制器和控制回路数量的增加。一个工厂可能有几百个乃至上千个控制回路，控制回路性能的诊断和监测对生产安全高效进行意义重大。
　　控制回路性能的优劣对于是否能保证产品的高产低耗是至关重要的。气动调节阀是大多数过程控制回路中的典型执行器。它是控制回路中唯一的活动部分，它是控制决策的执行者。即使控制器设计得合理，如果控制阀发生故障，必将导致控制回路性能下降。
　　由控制阀引起的被控变量的震荡是导致控制回路性能下降的主要原因。控制回路掩盖了控制回路性能的真实性，故障阀的存在导致产品质量下降、次品率下降、能耗增加、降低生产能力、工厂的利润减少。因此对气动调节阀的故障检测是非常必要的。
　　本文以气动调节阀为研究对象，研究由阀摩擦引起的非线性对控制回路性能的影响以及基于信号处理的气动调节阀的故障诊断方法，对主要的非线性因素—摩擦进行检测、量化和在线补偿的研究。
　　首先，对控制回路的性能进行诊断。使用非高斯指数（NGI）和非线性指数(NLI)，检测信号的非高斯性和非线性，诊断导致控制回路性能差的原因。
　　其次，建立阀的摩擦的双参数数据驱动模型。这个模型可以对阀的各种复杂摩擦现象进行仿真，通过在开环和闭环状态下的仿真，证明该模型的有效性。
　　最后，用椭圆拟合法结合PV-OP图来判断摩擦是否存在，再用可分离的最小二乘法及全局搜索算法来估计阀的摩擦。同时研究阀的摩擦的补偿方法，通过对摩擦进行在线补偿，从而提高控制回路的性能。
　　本文对摩擦诊断的整个过程进行了研究，包括摩擦的检测、量化及在线补偿，并在摩擦检测方面，由Hammerstein模型的单参数识别方法推导了适合摩擦模型的双参数识别方法，通过仿真实例表明该方法的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．1．1 控制回路特性分析

1．1．2 气动调节阀特性分析

1．2 气动调节阀检测与诊断技术的发展及研究现状

1．2．1 故障诊断的常用方法

1．2．2 各种方法的比较

1．2．3 气动调节阀故障诊断的研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 控制回路的特性分析与诊断

2．1 控制回路描述

2．2 控制回路的非线性诊断

2．3 控制回路的非线性检测

2．4 阀的非线性特性

2．5 本章小结

第3章 气动调节阀特性及摩擦模型分析

3．1 引言

3．2 气动调节阀的模型

3．3 气动调节阀的特性

3．4 气动调节阀的摩擦

3．5 气动调节阀摩擦的数据驱动模型

3．5．1 摩擦分析

3．5．2 摩擦模型的构造

3．5．3 模型的动态响应

3．5．4 模型的仿真研究

3．6 本章小结

第4章 Hammerstein模型及其识别方法

4．1 模型发展现状

4．2 模型描述

4．3 模型系统辨识的常规方法

4．4 单参数模型识别方法

4．4．1 问题描述

4．4．2 确定性的方法

4．5 双参数模型识别方法

4．5．1 线性模型

4．5．2 摩擦模型

4．5．3 识别算法

4．6 本章小结

第5章 摩擦的检测及估计

5．1 椭圆拟合法

5．2 识别方法

5．3 模型结构选择

5．4 确定内部参数和相关约束

5．5 仿真研究

5．5．1 一阶加时延过程

5．5．2 带时延的积分过程

5．6 本章小结

第6章 摩擦的补偿分析

6．1 摩擦补偿

6．2 补偿方法

6．3 在线补偿步骤

6．4 仿真研究

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 本文工作的结论

7．2 展望

参考文献

致谢