專(zhuān)利名稱(chēng)：工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制系統(tǒng)中的故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)流程設(shè)備具有規(guī)模大、復(fù)雜度高、變量多，且在閉環(huán)控制下運(yùn)行的特點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜的化工生產(chǎn)過(guò)程，往往具有成千上萬(wàn)個(gè)回路，而且，這些回路互相影響，非線性強(qiáng)，然而，控制回路的振蕩現(xiàn)象由于控制器過(guò)整定的普遍存在，極大地影響了工業(yè)流程設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和穩(wěn)定性。對(duì)工業(yè)流程設(shè)備進(jìn)行初步準(zhǔn)確的振蕩檢測(cè)與故障診斷可以減少停產(chǎn)時(shí)間，增加工業(yè)流程設(shè)備運(yùn)行的安全性，同時(shí)降低制造成本，實(shí)際生產(chǎn)中，大約30%的控制回路振蕩問(wèn)題是由調(diào)節(jié)閥的因素造成的，但是，傳統(tǒng)的性能監(jiān)控和振蕩故障檢測(cè)并不能有效判斷控制回路中出現(xiàn)的振蕩是否是由調(diào)節(jié)閥非線性特性引起的，不能為恢復(fù)和提高工業(yè)流程設(shè)備性能提供充足的診斷信息。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥非線性工作特性是導(dǎo)致過(guò)程振蕩的原因之一。工業(yè)中選用調(diào)節(jié)閥的流量特性時(shí)須首先滿足工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)特性的合理補(bǔ)償，然而在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，由于生產(chǎn)過(guò)程中存在復(fù)雜的非線性環(huán)節(jié)并且容易隨運(yùn)行時(shí)間的變化而變化，調(diào)節(jié)閥的流量特性并不能將非線性生產(chǎn)過(guò)程補(bǔ)償至線性，總是存在過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。對(duì)于百分比、快開(kāi)和拋物線型等非線性工作特性的調(diào)節(jié)閥，其小開(kāi)度和大開(kāi)度時(shí)的增益不同，在控制器調(diào)節(jié)過(guò)程中，容易導(dǎo)致過(guò)程出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，另外，線性調(diào)節(jié)閥由于缺乏維護(hù)導(dǎo)致內(nèi)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(zhǔn)確診斷調(diào)節(jié)閥是否具有非線性工作特性，對(duì)于診斷過(guò)程振蕩的故障源具有重要意義。現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于振蕩檢測(cè)以及故障源診斷，許多檢測(cè)算法都是適用于過(guò)程明顯振蕩的數(shù)據(jù)。其主要思路有兩種:一種是基于非線性Hammerstein模型進(jìn)行調(diào)節(jié)閥粘滯性參數(shù)辨識(shí)；另一種是對(duì)該過(guò)程PID控制器參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。這些檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中存在兩點(diǎn)局限性有，其一，這些檢測(cè)和診斷算法只能區(qū)分調(diào)節(jié)閥粘滯性、控制器過(guò)整定和外部周期振蕩擾動(dòng)，調(diào)節(jié)閥的非線性工作特性被并入其粘滯性參數(shù)中；其二，采用辨識(shí)技術(shù)的診斷算法，需要過(guò)程輸出和控制器輸出兩組數(shù)據(jù)，導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度大幅上升，計(jì)算準(zhǔn)確度取決于較多參數(shù)的選取，對(duì)于動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜多樣且未知的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，實(shí)際應(yīng)用有比較大的困難。在過(guò)程振蕩檢測(cè)算法的實(shí)際應(yīng)用中，診斷工業(yè)調(diào)節(jié)閥是否具有非線性工作特性，并定量評(píng)估過(guò)程的非線性指數(shù)，對(duì)于準(zhǔn)確診斷過(guò)程振蕩的故障源有非常重要的實(shí)用意義，也有利于提高調(diào)節(jié)閥粘滯性特征參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種工業(yè)調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的過(guò)程，只需一組常規(guī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，無(wú)需復(fù)雜的計(jì)算和過(guò)程機(jī)理知識(shí)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程非線性特征的定量評(píng)估，可以提高振蕩過(guò)程中故障源的定位精度，在提高經(jīng)濟(jì)效益方面具有重要的實(shí)用價(jià)值。一種工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法，包括如下步驟:(I)在待診斷工業(yè)調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)的控制回路中，采集一組平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)，記為x(t)，確定該平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)的振蕩周期Tc^過(guò)程數(shù)據(jù)可以是溫度、壓力或流量等工藝過(guò)程數(shù)據(jù)，該過(guò)程數(shù)據(jù)一般要求是平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)，或經(jīng)過(guò)平穩(wěn)化處理的過(guò)程數(shù)據(jù)。在確定振蕩周期為T(mén)tl時(shí)可以采用現(xiàn)有技術(shù)，例如依據(jù)文獻(xiàn)(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(duì)所述平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)計(jì)算半振蕩周期中值線常數(shù)，記為HOPML ；(3)記平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)中每個(gè)振蕩周期的最大數(shù)值和最小數(shù)值分別為和emin ;針對(duì)平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)中所有的振蕩周期，計(jì)算最大數(shù)值和最小數(shù)值的平均值分別為^max和；(4)計(jì)算非線性指數(shù)Inl為:
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權(quán)利要求
1.一種工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在待診斷工業(yè)調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)的控制回路中，采集一組平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)，記為X(t)，確定該平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)的振蕩周期T0 ； (2)針對(duì)所述平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)計(jì)算半振蕩周期中值線常數(shù)，記為HOPML； (3)記平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)中每個(gè)振蕩周期的最大數(shù)值和最小數(shù)值分別為emax和emin;針對(duì)平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)中所有的振蕩周期，計(jì)算最大數(shù)值和最小數(shù)值的平均值分別為
2.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法，其特征在于，所述步驟(4)中INL的決策限區(qū)間Ω的計(jì)算方法如下:
3.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法，其特征在于，所述步驟(4)中INL的決策限區(qū)間Ω的計(jì)算方法如下:
4.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法，其特征在于，所述半振蕩周期中直線常數(shù)的計(jì)算方法包括以下步驟: (a)針對(duì)平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)的第一個(gè)振蕩周期，確定該振蕩周期內(nèi)最小數(shù)值位置tmin和最大數(shù)值位置tmax ； (b)定義參數(shù)ts,若tmin< tmzx，分別取參數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法，包括如下步驟在待診斷工業(yè)調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)的控制回路中，采集一組平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)，記為x(t)，確定該平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)的振蕩周期T0；針對(duì)所述平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)計(jì)算半振蕩周期中值線常數(shù)，記為HOPML；記平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)中每個(gè)振蕩周期的最大數(shù)值和最小數(shù)值分別為emax和emin；針對(duì)平穩(wěn)過(guò)程數(shù)據(jù)中所有的振蕩周期，計(jì)算最大數(shù)值和最小數(shù)值的平均值分別為和計(jì)算非線性指數(shù)INL；如果INL在決策限區(qū)間Ω之內(nèi)，則待診斷工業(yè)調(diào)節(jié)閥的工作特性是線性的，否則待診斷工業(yè)調(diào)節(jié)閥具有非線性的工作特性。本發(fā)明工業(yè)調(diào)節(jié)閥非線性工作特性診斷方法，適用于存在非線性工作特性調(diào)節(jié)閥的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程非線性特征的定量評(píng)估。
文檔編號(hào)G05B23/02GK103105849SQ20131002545
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者謝磊, 郭子旭 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)