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1、气动元件流量特性参数辨识的遗传算法2011年第4期液压与气动23气动元件流量特性参数辨识的遗传算法赵卫,叶骞,孟国香ThegeneticalgorithmofflowratecharacteristicsidentificationforpneumaticsvalvesZHAOWei,YEQian,MENGGuo—xiang(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240)摘要:该文介绍了气动元件流量特性参数辨识方法的现状,着重分析了等温容器放气方法的最优化算法的优缺点.针对现有算法在辨识气动元件流量
2、特性参数时表现的多峰性,压力微分噪声大等特点,提出了遗传算法解决方案.实践证明,遗传算法可以有效地克服现有算法的缺点.关键词:等温容器;气动元件流量特性;遗传算法中图分类号:TH138文献标识码:B文章编号:1000-4858(2011)04-0023-06前言准确地测量和选择气动组成元件的流量特性参数对于气压传动系统的有效应用来说是十分重要的.目前,测量电磁阀声速流导和临界压力比等流量参数的方法除了由ISO6358规定的标准方法外,另有工业界常用的由JIS8390规定的较易实现的空容器放气法¨J.近年
3、来,人们在包括等温容器法的定容器放气法的基础上,提出不少改进措施和算法".这些研究都显着地提高了气动电磁阀流量特性参数的辨识精度.尽管如此,在气动元件流量特性参数辨识过程中,测量压缩气体放气过程中瞬态参数十分困难.主要表现为:①空容积法不考虑瞬态温度变化,而实际放气过程的温度下降可达20K至40K;②瞬态压力测量也会不可避免的会混入噪声.在以上所述的误差和噪声影响下,在每次测量数据的基础上用最小二乘法辨识的结果往往差别很大.为了克服现有辨识方法的缺点,本文在等温容器测量数据的基础上采用遗传算法来辨识气动
4、元件的流量特性参数.结果表明,遗传算法相对最小二乘法而言,在测量噪声较大的情况下,辨识所得的结果稳定性更好.文章组织结构如下,第一部分介绍了等温容器及最小二乘法的辨识原理,分析了辨识过程中的噪声及其影响.第二部分介绍了利用遗传算法的原理及其在气动阀流量特性参数辨识中应用.三是对全文总结.1等温容器测量原理及其特性为了设计出节能,低成本和高效的气动系统,就必须准确把握气动元件的流量特性.气动元件的流量特性广泛采用音速流导C和It$界压力比b来表示,目前使用的测试方法是由国际标准ISO6358所规定的…,但
5、这种方法对实验装置要求十分严格,而且很费时费气,这就需要研究一些可替代ISO6358法的高效节能的测试气动元件流量特性的新方法.东京工业大学川岛健嗣和香川立春最先开展等温容器的研究,取得了很多成就J.采用这种等温容器就可以仅仅通过测量容器中的压力变化来近似计算放气过程的流量.1.1等温容器的测试装置与回路试验装置实物照片和示意图如图1所示.试验容器的容积为10L,压力测量用精密压力传感器PMP4010,精度为500Pa,数据的采集和控制硬件用工控机,16位数采卡,软件采用Labview,充气压力为0.5
6、MPa(表压),排气为被测电磁阀.在容器中填入30的铜丝来改善其温度变化特性形成等温容器.其主要元件A为气源与过滤设备;B为减压阀;C为截止阀;D为等温容器;E为温度传感器;T1为整流管;G为被测元件;H,L,N为压力传感器;I为数据记录仪;J为大收稿日期:2010-09-29作者简介:赵卫(197l一),男,上海人,讲师,博士生,主要从事气动控制与参数辨识的科研工作.液压与气动20l1年第4期气压力表;K为控制阀;M1为上游测量接头;M2为下游测量接头构成.气源与过滤器主要功用为下游被测元件提供满足要
7、求的压缩空气;而减压阀B用来调整等温容器内部的充气压力;截止阀C用来控制对等温容器的充气过程;安装在等温容器上的温度传感器用来测量初始放气温度;H,L,N压力传感器分别测量等温容器,被测阀上游,被测阀下游的静压;数据记录仪I用来记录时间和H,L,N压力传感器测到的3路压力信号;大气压力表J用来测量环境大气压力;整流管F用来对气流进行整流;上下游接头M1,M2为IS06358规定标准尺寸,主要用来安装上下游压力传感器及连接被测元件.一图1等温容器放气法实验装置图其测量过程为:(1)调整减压阀B的设定压力为
8、700kPa,随后打开截止阀C将空气充入等温容器;(2)关闭截止阀c随后利用压力传感器H和温度传感器E测量容器初始压力,ps和初始温度Ts;(3)打开被测元件G和电磁阀K将容器内部的气体放至大气,在放气过程中利用H,L,N压力传感器分别测量和记录等温容器内部压力P.,被测阀上游压力P,被测阀下游压力P,.1.2等温容器放气法测试气动元件流量特性的原理对于容器内的理想气体有状态方程:P1V=toRT(1)其中:P为容器内气体压力,Pa;V为气
