气动执行阀粘滞特性建模与参数辨识方法研究

摘要

气动执行阀结构简单、价格便宜、维护方便、防火防爆,在工业控制中应用广泛。但由于其常处于高温环境中或常年流过粘稠介质,易产生粘滞特性。该特性易引起回路被控变量的振荡,从而降低回路的控制性能。据统计,控制回路振荡原因中20％-30％是由气动执行阀粘滞特性造成的。因而,目前在过程监控领域中对气动执行阀粘滞特性的研究逐渐成为热点。本文的主要研究内容如下:
　　 1、根据ISA标准,本文在前人测试的基础上增加了一组测试参数对已测试过的Choudhury数据驱动模型及08年Si-Lu Chen et al.提出来的双层二进制树模型[1]进行分析比较。结果表明Choudhury模型不完全符合ISA标准,双层二进制树模型在新增参数的测试中不符合ISA标准。然后,分析了这两个模型的内部逻辑关系和各自存在的问题,提出改进方案,使得这两个模型的输入和输出都符合气动执行阀粘滞特性的物理特性和ISA标准。
　　 2、在气动执行阀粘滞参数辨识方面,本文利用改进Choudhury模型和PSO算法完成了粘滞参数辨识,讨论并优化了参数寻优范围。通过仿真研究和对比分析,验证了本文提出方法的有效性。然后,综合分析了Choudhury模型、双层二进制树模型及其改进模型,对气动执行阀粘滞参数辨识结果的影响,明确了粘滞参数辨识过程中粘滞描述模型选取的依据。
　　 3、以某石化企业延迟焦化车间底层51个PID控制回路为应用对象,利用本文所提出的气动执行阀粘滞特性的改进模型和参数辨识方法,离线分析各个气动执行阀粘滞特性。结果显示51个控制回路中有4个控制回路的气动执行阀存在粘滞特性,验证了这些方法的有效性。
　　 4、从实用化角度出发,开发了气动执行阀粘滞参数辨识软件,详细介绍了该软件的结构框架及各部分的具体功能,并展示了该软件的运行效果。
　　 最后,总结本文所做的工作并对气动执行阀粘滞特性研究面临的问题以及发展前景进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 引言

1.2 气动执行阀概述

1.2.1 气动执行阀简介

1.2.2 气动执行阀常见非线性特性

1.3 气动执行阀粘滞特性研究综述

1.3.1 气动执行阀粘滞特性建模

1.3.2 气动执行阀粘滞特性检测

1.3.3 气动执行阀粘滞特性参数S、J的辨识方法

1.4 本文主要研究内容

2 气动执行阀粘滞模型分析与改进

2.1 引言

2.2 数据驱动模型的ISA特性分析

2.2.1 ISA特性检测方法

2.2.2 数据驱动模型的ISA特性分析结果

2.3 气动执行阀粘滞模型存在的问题

2.3.1 Choudhury模型存在的问题

2.3.2 双层二进制树模型存在的问题

2.4 气动阀模型改进算法

2.4.1 Choudhury模型改进算法

2.4.2 双层二进制树模型改进算法

2.4.3 Choudhury模型与双层二进制树模型的比较

2.4.4 改进模型的ISA特性分析

2.5 小结

3 气动执行阀粘滞特性参数S、J的辨识

3.1 引言

3.2 粘滞参数辨识数学问题描述及基本思路

3.3 基于PSO算法的粘滞参数辨识算法

3.4 S、J参数寻优范围的确定

3.5 仿真分析

3.5.1 仿真结果

3.5.2 对比分析

3.6 不同粘滞模型的参数S、J辨识结果分析

3.7 小结

4 工业应用

4.1 引言

4.2 延迟焦化工艺及操作综述

4.2.1 延迟焦化装置总貌

4.2.2 加热反应过程

4.3 延迟焦化底层回路中气动执行阀粘滞特性的辨识与分析

4.4 小结

5 气动执行阀粘滞参数检测辨识软件设计

5.1 引言

5.2 软件设计任务

5.3 软件设计结构

5.3.1 软件总体运行框图

5.3.2 系统首页

5.3.3 操作界面

5.4 软件操作说明

5.4.1 系统首页操作说明

5.4.2 辨识操作界面的操作说明

5.5 小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

作者简介

作者在攻读硕士期间录用发表的成果