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1、油田射孔器材检测装置加热系统的频域模型辨识钮;乙娥/〜油田孔器材检澎装置加系统的额域模型辨识栽谍油m射孔器材检测装置加热系统的频域模型辨识竖叠一王子才争冶塵堇生一（｝‘（哈尔滨工业大学）（大庆天拣气公司）1【摘要】油田射孔嚣材检装量的加热系统是多舟质的复合传热过程，覆赡建立精确数学模型•本文通过实测系统的靖人信号和蕾出响应•利用理论分析，数据优化盈数值的霉｛分珪，辫识岀该系统传递函数形式的近拒1数学模墨.该模型在仿真研究和实际应用中取得了良好的效果.关键词数学模型响应曲螭自动控期传递函数1引言油田射孔器材殓涮装置,是用于模拟油井下状态来殓验射孔嚣材的耐高强高压状况的一种试验
2、装置•主耍设备是高温超高压釜•如图1所示•釜体的径长比是0.485/3.5•厚度为o・1475m・釜内油的超高压由液压系统来实现•加热过程采用井式电加热炉，控翩的目标是使釜内油温达到3o0±l°C,压力200Mpa±IMpa.并保持一定时间的恒定•该高温高压试验系统的传热是一种多介质的复合传热过程•对象特性十分复杂.若按机理法建立其数学模塑，是一个复杂的二阶偏微分方程，而且有关的热工系数难以确定•这给对其进行控制研究带来很大的难度•因B>0丄而按集总参数简化的模型又有较大误差•为实现对釜内油温的高精度控翩，研究其控制方法•必须耍研究系统的动态特性•建立一个合适的理论模
3、型是十分必要的•本文针对这些问题，在反复实验的基础上,取得了大量实测数据•经过优化拟合后，得到实测的输人信号曲线与输出信号曲线•根据这些曲线建立了高温高压装置传热过程的数学模型.用传递函数描述对象的动态过程•既可以象系统的微分方程和其孱态解一样有效地反映岀系统的动态特性•又可以免去求解散分方程的繁镁计算•因此，基于传递函数分析法是描述线性系统动态特性的一种简便而有效的数学方法•这种方法在对系统的动态特性分析中具有很重要的作用，是一种良好的工程方法•本文利用这种方法，较精确地模拟了实际对象的主要特性•为该装求解系统传递函数的方法有几种【・
4、•目前工程中常用的方法是根据飞升曲线
5、的形状来近似求取系统的传递函数•这种方法产生的误差较大•本文在参考［3］的方法基础上通过对实钏输出响应曲线的理论分析与数值计算相结合的方法来求系统的传递函数•并编制成计算机软件，在仿真研究与实际应用中发挥了很发的作用•表明了该方法建立的数学模型的有效性.2传递函数形式的数学模型以传递函数描述线性系统的数学模型自动化技术与应用Vol」9,No.2200O年第2期15常用形式是一骰有理式oG小二黜二(1)其中・C(s)—系统输出响应的拉普拉斯变换式;U⑸一输入信号的拉普拉斯变换式.问题归结为如何根据系统的响应曲线C⑴确定C(),根据输入信号曲线II⑴确定u(s),将C(s)及u
6、(s)表示成c(加:等e,j㈤+el5+・・.十u(,):I—(3)g乜gts+...+gr系统的传递函数则表示为⑷rO+rI3+..如果在指定m,,m•下，确定待定系数卉(fM),l,2・.・m),(=0,I,2.・・n),&t(=0,l,2・.・),t，C=0」,2…)，即可求得系统的传递函数GO(s).由于C(s)与⑸的函数形式完全相似•这里只介绍如何由实测的c(t)来确定表达式(2)中的璃.n及各项系数dl,ei•实践表明m,n的取值大些可获得较高的拟合精度•但计算量会相应增大・m,的选择，以拟合精度来调整，结构如图2所示,e(t):c(t)—c(r)『圈2
7、系统误差控制方框图3待定系数的确定在⑵中(£=0丄2，・.」)，0=01,2,…,n)中共有nl++2个待定系数，但其中有一个是不独立的.当s:0时,c(o)=(5)fO由c(0)可确定两个系数cP..，根据工程经验,一般情况由拉氏变换C(0):fc⑴出定0,则不妨取do=l贝【J1o丽在某些特殊情况下c(o)=fc(t)出0,则显然得南二0,不妨取0=1,于是还有m+n个待定系数•将(2)式写成c(J)(eI5+e25+..・+e,J.)一(dI5+如5+・..+d)=do—oC(5)(6)若取nl+个不同的非零s值,且根据拉氏变换c(s)=Je--C(I)出(7)其中c
8、⑴是实浏输出响应•可得到m+n个c(s)值•即c(l),c(句)，…,c(1I+),于是得到一个关于待定系数的m+元线性方程组.c()耋一萎出:南一印c()⑻(1,2,…,m+)求解方程组(8)可得到待定系数，即可得C()的表达式嗣理可得u(s)的表达式.4c(Sk),U(sI)的求示法由于对拉氏变换式进行数值积分时，要涉及到时间积分上限为无穷大的问题•而实测响应曲线只能给它有限时间数[O.].tf为实测响应曲线的最后一点的时间坐标.当1一O0时,实测响应曲线c⑴一Cf常数)，这是有自衡能力系统.C.S)二fc(I
