基于气动调节阀粘滞特性振荡分析和参数辨识

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文基于气动调节阀粘滞特性的振荡分析与参数辨识研究生：陈凯指导教师：尚群立教授2012年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterOscillationAnalysisandParameterIdentificationBasedonPneumaticControlValveStictionCandidate:ChenKaiSupervisor:Prof.ShangQunliDecember，

2、2012杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科

3、技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要控制回路由于PID参数整定不佳、调节阀粘滞特性以及外部干扰等问题而会出现振荡现象，这将使得回路的控制性能恶化，进而导致产品质量下降、能耗率增加以及设备加速报废。要改善控制回路性能，就需要

4、诊断引起回路振荡的振源性质，才能有针对的提出改善方案。控制回路振荡源性质可以分为线性和非线性两种，其中线性因素主要是PID参数整定不当，而非线性因素主要是指调节阀的粘滞特性。如何诊断出线性和非线性因素是本文要研究的关键。当检测出振荡是由PID参数整定原因引起的，只需要重新调节PID参数即可；而对于由调节阀粘滞特性引起的振荡则先要准确辨识出粘滞特性参数的大小，如何辨识调节阀粘滞特性参数也是本文所要着重研究的内容。本文首先简要介绍了调节阀的结构和类型，分析了调节阀的几种非线性特性并综合阐述了对调节阀粘滞特性建模的研究

5、方法。基于调节阀的结构、粘滞特性以及对粘滞特性建模方法，本文展开了一系列相关研究分析，主要包括以下几点：(1)分析控制回路振荡现象。首先阐述了回路中出现振荡的原因以及振荡的表现形式，再通过高阶统计分析方法，提出判断线性和非线性振源的两个指数：NGI(非高斯指数)和NLI(非线性指数)。最后通过Matlab/Simulink仿真示例说明所提诊断方法的有效性。(2)提出一种辨识调节阀粘滞特性参数的方法。该方法在Hammerstein模型参数辨识的基础上，用调节阀的粘滞特性模型代替Hammerstein模型中的非线性参

6、数解析模型，进而提出一种新的参数辨识模型。在确定过程模型的阶次和延迟时间以及粘滞参数寻优范围后，利用PSO优化算法并根据调节阀的粘滞特性模型，可以估计出粘滞双参数的数值。最后通过仿真示例说明参数辨识算法的有效性和准确性。(3)为验证文章中提到的方法能否应用于实际工业中，本文第五章提出实验验证分析方法。该方法基于实验室现有的液位控制装置和智能型定位器，设计相关的实验。实验过程中通过串口采集控制器输出信号OP、阀杆位移信号MV以及液位变化信号PV的数据，通过对实验数据作标准化处理，并利用文中所提到的方法诊断回路振荡的

7、原因以及辨识调节阀粘滞特性参数。通过振荡诊断方法和粘滞参数估计方法得到的结果与实际情况以及实际的粘滞参数值作对比分析。最终验证了两种方法皆能有效地应用于实际过程控制中，具有较为重要的实际意义。关键词：气动调节阀，粘滞特性，振荡诊断，粘滞参数辨识I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTOscillationsareacommonmanifestationincontrolloopsduetobadlycontrollertuning,valvestictionandexternaldisturbance,wh

8、ichwillleadtoseveredeteriorationintheperformanceoftheprocesscontrolloopsandthenmaycauseproductqualityunqualified,highenergyconsumingandaccelerateequipmentwear.Toimprovethecontrolloopperfo