气动执行器系统的故障诊断

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1、DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityFortheDegreeofMasterResearchonFaultDiagnosisforPneumaticActuatorSystemCandidate：ZhangErqingSupervisor：Prof．ShangQunliDecember，2010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

2、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：张；寺日期：细／，年厂月／弓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

3、签名：指导教师签名：张多酋日期：2-el1年-f月／；日0魄励7，年／月／j日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要执行器是工业自动化过程的基础装备之一，是自动调节系统的终端执行仪表，在流程工业中起着非常重要的作用。执行器技术的发展深刻地影响着生产过程的安全性和可靠性。由于执行器需要频繁动作，且大多数执行器都安装在高温、高压等恶劣的环境条件下，非常容易发生故障，因此必须加大对气动执行器技术的发展。气动执行器技术的发展，除提升纯技术层面的水平之外，更需要加大对执行器气动定位系统建模等基础理论的研究。执行器气动定位系统的建模研究，不仅为阀门定位器的控制算法设计、执行器故障诊

4、断等理论研究奠定了基础，而且也是将这些理论转化为实际应用技术的关键。首先，介绍了执行器气动定位系统的组成及工作原理。它由电一气阀门定位器、气动薄膜执行机构和阀位反馈机构组成。电一气阀门定位器包括控制器、力矩马达、继动器和阀位反馈机构；气动薄膜执行机构由膜头和弹簧机构组成。通过分析执行器气动定位系统的阶跃响应，在分析实验输入、输出数据的基础上建立了执行器气动定位系统的开环模型。在分析系统阶跃响应时，分别采用了特征面积法、飞升曲线法和最小二乘等方法实现了对系统阶跃响应的辨识，得到了系统的传递函数模型。通过比较这些辨识方法，结合执行器本身机械限位的作用，提出了一种基于部

5、分数据的阶跃响应辨识方法，所得模型精度得到大幅提高。其次，分析了阀门定位器、气动执行机构以及调节阀的常见故障，并运用BP神经网络算法结合所得试验参数对执行器系统网络结构进行了训练和学习。采用3层BP神经网络对执行器故障进行泛化，输入数据为MATLAB／Simulink的DABlib模块发生的正常工作和不同故障情况下的试验参数数据，输出为对不同故障类型进行相应的编码，对阀体堵塞、阀或阀座沉积物、介质蒸发或临界流、位置反馈信号传感器故障、定位器弹簧故障、阀体压差不正常的变化等气动定位系统的常见故障进行了诊断。最后，在MA：n．AB／Simulink环境下，将检验样本通

6、过执行器网络，通过比较其输出结果与期望结果，证明了所用算法的正确性和可行性。本文在研究气动定位系统工作原理基础上，一方面，用实验建模法建立了气动定位系统的数学模型，提出了一种基于部分数据的阶跃响应辨识方法；另一方面，在建立气动执行器系统仿真模型的基础上，对阀门定位器、气动执行机构和调节阀的常见故障运用BP神经网络算法进行了诊断。最后运用MATLAB／Simulink平台，通过实际输出结果和期望结果的比较，验证了算法的正确性。关键词：气动定位系统，系统辨识，阀门定位器，气动执行机构，调节阀，BP神经网络，MATLAB杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTAct

7、uator,弱oneofthefoundationequipmentinIndustrialAutomationProcessControl,isafmalcontrolelementintheAutomaticControlSystem．Thedevelopmentoftheactuatoraffectsheavilyonthesafetyandreliabilityoftheprocessofproduction．Becausemostoftheactuatorsworkingundertheformidablecircumstancewithhightemp

8、eratu