气动元件流量特性参数辨识新方法研究

摘要

气动元件流量特性的测试是气动传动的基础，必须准确测量气动元件的流量特性参数。作为测量气动元件流量特性参数国际标准ISO6358法的替代方法，等温容器测试法及由ISO/DIS6358-3界定的测试步骤和辨识算法有着更为简便、节能和高效等优点。但是这种可替代的方法还需要在测试精度、测试适用范围和辨识算法上进行深入地研究。另外作为测量仪器，其内部的工作机理，即等温容器放气过程中内部的温度、压力和多变指数等动态特性也要进一步地研究。
　　具体来讲，本文所开展的研究内容及获得的主要结论如下:
　　(1)对ISO/DIS6358-3法所界定的辨识算法进行分析和改进。分别分析了等温假设误差、压力值采样值误差和压力微分噪声对ISO/DIS6358-3辨识算法的影响。综合以上误差分析，提出基于一阶中心差分法计算压力微分值的最小二乘辨识算法，并给出基于误差分析的最优计算步长。这种改进的算法提高了等温容器放气测试法的辨识精度。针对辨识过程中有多峰值问题，提出了用遗传算法来辨识流量特性参数，并作为其它算法的验证和补偿。
　　(2)提出了基于多变指数变化规律的可进行温度补偿的算法。应用停止法测定了等温容器放气过程中多变指数变化的一般规律。根据这些变化规律，提出可以精确测量流量特性参数的基于多变指数变化规律的算法。实践证明，这种算法不仅在所有ISO6358替代法中辨识精度最高，而且不受等温容器容积的影响，还可以测试声速流导很大的气动元件。
　　(3)针对某些气动元件上下游压力必须满足一定的要求，而现有ISO/DIS6358-3规定的等温容器测试方法不能准确地测试其流量特性的情况，提出了双等温容器放气测试法。这种方法不仅可以测试诸如内部先导阀等有着特定压力要求的气动元件的流量特性参数，还可以测试其它有着类似要求的气动系统。
　　(4)气动流量特性参数测试常会出现重复性差的问题。本文从流量特性公式的非线性强度分析出发，通过计算非线性强度固有曲率指标IN和参数曲率指标ΓT，确定了流量特性公式非线性强度不同是某些气动元件测试重复性差的原因之一。针对参数效应非线性强度大的气动元件，给出了可用推断单个参数变化区间的边缘置信区间。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景、意义和课题来源

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．1．3 课题来源

1．2 气动元件流量特性参数测试方法

1．2．1 元件流量特性及其表征参数

1．2．2 流量特性参数测试方法

1．3 等温容器放气测试法的研究现状

1．3．1 等温容器放气过程等温性能的研究

1．3．2 等温容器放气法辨识算法

1．4 论文主要研究内容

第二章 等温容器放气测试法原理

2．1 引言

2．2 等温容器放气测试法实验系统

2．2．1 等温容器试验硬件平台

2．2．2 等温容器试验测试软件

2．2．3 等温容器试验系统的测试精度

2．3 等温容器测试法的数学原理

2．4 等温容器内部换热机理

2．4．1 等温容器内部换热模型

2．4．2 等温容器内部换热换热状态的仿真

2．5 本章小结

第三章 等温容器测试辨识算法的分析与改进

3．1 引言

3．2 ISO／DIS 6358-3算法的误差分析

3．2．1 等温假设造成的影响

3．2．2 压力值采样值误差对算法的影响

3．2．3 压力微分噪声对辨识的影响

3．2．4 质量流量误差与参数辨识误差的关系

3．3 Cbm方法

3．3．1 压力微分噪声抑制措施

3．3．2 Cbm参数辨识算法原理

3．3．3 利用Cbm算法对气动阀流量参数进行辨识

3．4 流量参数辨识的遗传算法

3．4．1 无约束最小二乘法的局部最优值

3．4．2 遗传算法的辨识原理

3．4．3 实验与讨论

3．5 本章总结

第四章 基于多变指数变化规律的温度补偿

4．1 引言

4．2 等温容器放气过程的动态规律

4．2．1 等温假设下容器放气过程压力变化的指数规律

4．2．2 等熵假设下放气过程中压力变化与绝热指数的关系

4．2．3 等温容器放气过程中压力变化与多变指数的关系

4．3 等温容器放气过程的多变指数动态规律

4．3．1 多变指数的测试及其规律的研究

4．3．2 基于多变指数变化规律辨识算法原理

4．4 实验及讨论

4．5 本章小结

第五章 双等温容器测试法

5．1 引言

5．2 单等温容器放气法测试内部先导阀

5．2．1 单等温容器测试气动元件流量参数的局限性

5．2．2 Cbm算法与bm算法的辨识结果比较

5．3 双等温容器放气法测试内部先导阀

5．3．1 双容器放气法测试系统

5．3．2 双容器放气法测试结果分析

5．4 本章总结

第六章 气动元件流量特性公式的非线性强度及模型参数不确定性分析

6．1 引言

6．2 ISO6358试验系统

6．2．1 ISO5358试验测试硬件系统

6．2．2 ISO6358测试软件及实验步骤

6．2．3 ISO6358实验测量系统的精度

6．3 参数测值的统计分析

6．4 流量特性公式非线性强度分析

6．4．1 标准化的流量特性公式非线性模型

6．4．2 立体阵及其运算

6．4．3 非线性强度固有曲率指标ΓN和参数曲率指标ΓT的计算

6．4．4 非线性模型可线性近似的容许曲率的计算

6．5 流量特性曲线参数辨识的置信区间

6．5．1 基于线性近似的流量特性参数置信域

6．5．2 基于截面t图的流量特性参数置信域

6．6 本章总结

第七章 总结与展望

7．1 研究内容总结

7．2 论文创新点

7．3 研究展望

参考文献

致谢

攻渎博士学位期间发表与录用论文