控制阀粘滞特性补偿控制方法研究

摘要

在工业过程控制系统中，气动控制阀是最常见的终端元件，其性能的好坏将直接与控制系统的调节品质相关。由于气动控制阀长期与被控介质直接接触，在工作一段时间后经常出现非线性特性，其中以粘滞特性最为常见。控制阀的粘滞特性容易诱发控制回路产生振荡现象，从而导致生产过程效率降低甚至生产停止。因此，在检测出控制阀存在粘滞特性后，采取适当的补偿控制手段克服控制阀的粘滞作用十分必要。本文在阅读了大量关于控制阀粘滞特性补偿控制的文献基础上，从理论结合实践的角度出发，对控制阀粘滞特性补偿控制进行了较为深入的研究。本文的主要研究内容如下:
　　1、分析了Knocker补偿法参数选取的依据，发现其脉冲幅值的选取相对困难许多，往往是通过人工试凑的方式，然后提出了一种基于黄金分割法的脉冲幅值在线自整定寻优算法，并对所提出的算法进行了仿真研究，验证了该算法的有效性。
　　2、分析了两步补偿法的常规实现方式，发现其实现过程耗时较长，尤其是面对具有大迟延特性的过程系统，然后提出了一种两步补偿法的新型实现方式。所提出的新型两步补偿法无需等待过程系统稳定下来，提高了两步补偿法的应用效率，并对该实现方式进行了仿真研究，验证了该方法的有效性。
　　3、在控制阀粘滞特性单参数模型MPC补偿控制的基础上，将更具代表性的双参数He模型转换为对应的输入约束条件，利用MIQP求解器实现了控制阀粘滞特性的MPC补偿控制，并利用仿真平台将该方法的补偿效果与常规PID控制效果进行了对比，验证了该方法的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 控制阀概述

1．2．1 控制阀简介

1．2．2 控制阀常见特性

1．3 控制阀粘滞特性补偿控制方法研究现状

1．3．1 控制阀粘滞特性经典补偿方法

1．3．2 控制阀粘滞特性改进补偿方法

1．4 本文主要内容

2 基于黄金分割法的Knocker参数在线自整定寻优算法

2．1 引言

2．2 基于Kano模型的控制阀粘滞特性建模

2．3 Knocker补偿法特点分析

2．3．1 Knocker补偿法实现原理

2．3．2 Knocker补偿法参数的选取

2．3．3 仿真研究及分析

2．4 基于黄金分割法的在线自整定寻优算法

2．4．1 黄金分割法的基本思想

2．4．2 Knocker关键参数a的寻优

2．4．3 仿真研究及分析

2．5 本章小结

3 控制阀粘滞特性开环两步补偿法的新型实现方式

3．1 引言

3．2 基于He模型的控制阀粘滞特性建模

3．3 开环两步补偿法特点分析

3．3．1 开环两步补偿法实现原理

3．3．2 常规开环两步补偿法的三次实现

3．3．3 仿真研究及分析

3．4 基于控制器输出期望值估计的新型开环两步补偿法

3．4．1 新型开环两步补偿法的实现方法

3．4．2 仿真研究及分析

3．5 本章小结

4 基于MIQP求解问题实现控制阀粘滞特性的MPC补偿控制

4．1 引言

4．2 控制阀粘滞特性模型的约束条件转换

4．2．1 单参数d模型的约束条件转换

4．2．2 双参数He模型的约束条件转换

4．3 MPC补偿法特点分析

4．3．1 MPC控制算法

4．3．2 MPC补偿法的实现方法

4．3．3 求解MIQP问题

4．3．4 仿真研究及分析

4．4 本章小结

5 结束语

5．1 研究工作总结

5．2 研究工作展望

参考文献

致谢

作者简介

作者在攻读硕士学位期间的科研成果