[發明專利]工業調節閥非線性工作特性診斷方法

有效

• 申請號: 201310025451.6
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103105849A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 謝磊;郭子旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及工業控制系統中的故障診斷領域，具體涉及一種工業調節閥非線性工作特性診斷方法。

背景技術

現代工業流程設備具有規模大、復雜度高、變量多，且在閉環控制下運行的特點，對于復雜的化工生產過程，往往具有成千上萬個回路，而且，這些回路互相影響，非線性強，然而，控制回路的振蕩現象由于控制器過整定的普遍存在，極大地影響了工業流程設備運行的經濟效益和穩定性。

對工業流程設備進行初步準確的振蕩檢測與故障診斷可以減少停產時間，增加工業流程設備運行的安全性，同時降低制造成本，實際生產中，大約30％的控制回路振蕩問題是由調節閥的因素造成的，但是，傳統的性能監控和振蕩故障檢測并不能有效判斷控制回路中出現的振蕩是否是由調節閥非線性特性引起的，不能為恢復和提高工業流程設備性能提供充足的診斷信息。

在實際工業生產過程中，調節閥非線性工作特性是導致過程振蕩的原因之一。工業中選用調節閥的流量特性時須首先滿足工業生產系統特性的合理補償，然而在實際工業應用中，由于生產過程中存在復雜的非線性環節并且容易隨運行時間的變化而變化，調節閥的流量特性并不能將非線性生產過程補償至線性，總是存在過補償或欠補償。

對于百分比、快開和拋物線型等非線性工作特性的調節閥，其小開度和大開度時的增益不同，在控制器調節過程中，容易導致過程出現振蕩現象，另外，線性調節閥由于缺乏維護導致內漏和硬件磨損等原因，也使之具有一定的非線性工作特性。

因此，準確診斷調節閥是否具有非線性工作特性，對于診斷過程振蕩的故障源具有重要意義。

現有技術中，對于振蕩檢測以及故障源診斷，許多檢測算法都是適用于過程明顯振蕩的數據。其主要思路有兩種：一種是基于非線性Hammerstein模型進行調節閥粘滯性參數辨識；另一種是對該過程PID控制器參數進行辨識。這些檢測方法在實際應用中存在兩點局限性有，其一，這些檢測和診斷算法只能區分調節閥粘滯性、控制器過整定和外部周期振蕩擾動，調節閥的非線性工作特性被并入其粘滯性參數中；其二，采用辨識技術的診斷算法，需要過程輸出和控制器輸出兩組數據，導致計算復雜度大幅上升，計算準確度取決于較多參數的選取，對于動態特性復雜多樣且未知的系統來說，實際應用有比較大的困難。

在過程振蕩檢測算法的實際應用中，診斷工業調節閥是否具有非線性工作特性，并定量評估過程的非線性指數，對于準確診斷過程振蕩的故障源有非常重要的實用意義，也有利于提高調節閥粘滯性特征參數計算的準確性。

發明內容

本發明提供了一種工業調節閥非線性工作特性診斷方法，能夠適用于存在非線性工作特性調節閥的過程，只需一組常規運行數據，無需復雜的計算和過程機理知識，即可實現對過程非線性特征的定量評估，可以提高振蕩過程中故障源的定位精度，在提高經濟效益方面具有重要的實用價值。

一種工業調節閥非線性工作特性診斷方法，包括如下步驟：

(1)在待診斷工業調節閥對應的控制回路中，采集一組平穩過程數據，記為x(t)，確定該平穩過程數據的振蕩周期T₀。

過程數據可以是溫度、壓力或流量等工藝過程數據，該過程數據一般要求是平穩過程數據，或經過平穩化處理的過程數據。

在確定振蕩周期為T₀時可以采用現有技術，例如依據文獻(N.F.Thornhill，Detection?of?multiple?oscillations?in?control?loops.Journal?of?Process?Control，2003.13：p.91-100.)提供的方法。

(2)針對所述平穩過程數據計算半振蕩周期中值線常數，記為HOPML；

(3)記平穩過程數據中每個振蕩周期的最大數值和最小數值分別為e_max和e_min；針對平穩過程數據中所有的振蕩周期，計算最大數值和最小數值的平均值分別為和

(4)計算非線性指數I_NL為：