[發(fā)明專利]一種氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯特性參數(shù)的估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711121777.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107703761B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王浩坤;江愛(ài)朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.一種氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯特性參數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于：將氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的粘滯非線性特征通過(guò)線性化的方式轉(zhuǎn)化為已知輸入和未知輸入兩個(gè)部分，借助于未知輸入估計(jì)器利用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)未知輸入進(jìn)行在線估計(jì)；再在現(xiàn)有控制信號(hào)的基礎(chǔ)上疊加測(cè)試信號(hào)以獲取估計(jì)信息，進(jìn)而利用估計(jì)信息對(duì)調(diào)節(jié)閥的非線性特征進(jìn)行擬合，具體包括以下步驟：

步驟1：建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型；

被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型用如下形式的線性離散狀態(tài)空間模型來(lái)描述：

其中x為系統(tǒng)狀態(tài)，n為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，y為被控過(guò)程中的被控工藝參數(shù)的測(cè)量值，A、B、C為系統(tǒng)矩陣，w和v為過(guò)程噪聲和測(cè)量噪聲，設(shè)w和v為零均值的白噪聲，且方差為和上述符號(hào)中的下標(biāo)k表示采樣時(shí)刻；

步驟2:將氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的非線性特征轉(zhuǎn)化為輸入不確定性；

實(shí)際系統(tǒng)中氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸出的開(kāi)度n同控制信號(hào)u不一致，二者之間存在一定的非線性關(guān)系；為描述這一非線性特征，在線性模型(1)中用非線性函數(shù)n＝f(u)，這樣模型(1)表示為：

其中f(u)為一非線性函數(shù)，用以描述氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的非線性特征，其余參數(shù)意義同模型(1)相同；由于描述氣動(dòng)閥非線性函數(shù)f(u)通常是未知的，而且在生產(chǎn)裝置實(shí)際運(yùn)行中其特性會(huì)發(fā)生變化，因此無(wú)法直接確定其非線性函數(shù)的具體表達(dá)式；為解決這一問(wèn)題，在k時(shí)刻，將非線性函數(shù)f(u_k)在任一工作點(diǎn)u₀處進(jìn)行Taylor展開(kāi)，可得

其中是非線性環(huán)節(jié)的展開(kāi)的一階項(xiàng)，ε_k為其余高階項(xiàng)之和，引入未知輸入項(xiàng)d_k＝(α-I)u_k+o_k，由式(3)可得：

f(u_k)＝u_k+d_k (4)

這樣，過(guò)程模型(2)表示為：

通過(guò)上述步驟將氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的非線性特征f(u)轉(zhuǎn)化為未知輸入d來(lái)描述；

步驟3：設(shè)計(jì)未知輸入估計(jì)器對(duì)輸入不確定性進(jìn)行估計(jì)；

在將非線性特征f(u)轉(zhuǎn)換為未知輸入d后，需要對(duì)d的值進(jìn)行在線估計(jì)；接下來(lái)利用未知輸入估計(jì)器對(duì)模型中的狀態(tài)x和未知輸入d進(jìn)行在線估計(jì)，其設(shè)計(jì)方法如下：

其中為利用k-1時(shí)刻對(duì)k時(shí)刻的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)的估計(jì)值；為k-1時(shí)刻對(duì)d的估計(jì)值；為狀態(tài)估計(jì)過(guò)程中的中間變量；為k時(shí)刻對(duì)狀態(tài)x的估計(jì)值；M_k和K_k為估計(jì)器在k時(shí)刻的增益矩陣；M_k和K_k的計(jì)算由下式?jīng)Q定：

其中κ_k為任選矩陣，但必須保證滿秩；

步驟4：在控制器輸出端疊加測(cè)試信號(hào)u_d；

在控制量輸入端疊加測(cè)試信號(hào)u_d，這里信號(hào)u_d的大小和形式都是離線確定的，即u_d為已知信號(hào)；

步驟5：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥非線性特性的估計(jì)；

通過(guò)前四個(gè)步驟的分析看出，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入為u，輸出為f(u)，而通過(guò)式(5)看出，f(u)的值通過(guò)當(dāng)前的控制作用u和未知輸入d的估計(jì)值進(jìn)行近似：

其中u_d,k為測(cè)試信號(hào)u_d在k時(shí)刻的值；這樣氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的非線性特征f(u)利用u+u_d和進(jìn)行分析和確定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯特性參數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于：將氣動(dòng)閥的粘滯非線性特征描述為未知非線性函數(shù)，在線性化后將執(zhí)行器的輸出轉(zhuǎn)化為已知輸入和未知輸入兩個(gè)部分。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯特性參數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于：在現(xiàn)有控制信號(hào)的基礎(chǔ)上疊加的測(cè)試信號(hào)為方波、PRBS或GBN信號(hào)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯特性參數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于：利用估計(jì)器估計(jì)的未知輸入值和原有的已知輸入值繪制散點(diǎn)圖，從圖中直接讀取粘滯特性的基本參數(shù)。