能提高氣動(dòng)控制閥粘滯程度檢出率的網(wǎng)格頻率設(shè)定雙橢圓擬合方法本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2013年5月02日、申請(qǐng)?zhí)枮?01310159959.5、發(fā)明名稱為《網(wǎng)格頻率設(shè)定雙橢圓擬合方法及其應(yīng)用》的分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于控制回路性能監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及氣動(dòng)控制閥存在的粘滯故障進(jìn)行檢測(cè)的方法。

背景技術(shù)：
在電力、鋼鐵、石油、化工等連續(xù)流程工業(yè)中，隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，單套裝置的裝機(jī)容量越來(lái)越大，并且對(duì)節(jié)能降耗、成本控制、生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等指標(biāo)要求也在不斷地提高，從而導(dǎo)致過(guò)程控制在整個(gè)生產(chǎn)中所起的作用越發(fā)顯得重要。但是由于現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程日益復(fù)雜及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)目眾多的控制器缺少日常維護(hù)等各種原因，導(dǎo)致工業(yè)過(guò)程中控制回路系統(tǒng)性能不佳的問(wèn)題大量存在。根據(jù)Honeywell公布的關(guān)于續(xù)流程工業(yè)過(guò)程的一個(gè)歷時(shí)2年的調(diào)查結(jié)果顯示，對(duì)連續(xù)流程工業(yè)過(guò)程中26，000個(gè)PID控制回路的性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明只有1／3的控制回路系統(tǒng)性能良好，而其它2／3的控制回路的系統(tǒng)性能都有待改善。而使得控制回路的性能不好的一個(gè)主要問(wèn)題是回路振蕩。有調(diào)查表明，工業(yè)過(guò)程中有l(wèi)／3的控制回路處于振蕩狀態(tài)中。而振蕩的存在，直接導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降、能耗增加、設(shè)備磨損加快等問(wèn)題的出現(xiàn)。特別是對(duì)大型連續(xù)流程工業(yè)而言，控制回路數(shù)目成千上萬(wàn)，消除回路振蕩的對(duì)生產(chǎn)所造成的不利影響顯得尤其迫切。回路振蕩的主要原因有3個(gè)，分別為：過(guò)程設(shè)備問(wèn)題、周期性的外部干擾、控制器的參數(shù)整定不佳。調(diào)節(jié)閥是電力、鋼鐵、石油、化工等工業(yè)過(guò)程中最常用的過(guò)程設(shè)備之一。而在導(dǎo)致回路振蕩的各種原因中，氣動(dòng)執(zhí)行閥的問(wèn)題據(jù)統(tǒng)計(jì)占了20%～30%，氣動(dòng)執(zhí)行閥的回滯、死區(qū)、粘滯等非線性特性都會(huì)不同程度地影響控制系統(tǒng)性能，而其中特別以氣動(dòng)執(zhí)行閥粘滯特性最為常見。據(jù)文獻(xiàn)，工業(yè)過(guò)程中1％的控制系統(tǒng)性能改善或能源利用率的提高，將會(huì)帶來(lái)幾千萬(wàn)甚至幾億美元的利潤(rùn)。因此，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)對(duì)包括閥門粘滯所導(dǎo)致的振蕩問(wèn)題在內(nèi)的各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的在線診斷，并依此采取相應(yīng)的解決措施，對(duì)保障電力、鋼鐵、石油、化工等連續(xù)流程生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定及高效來(lái)講至關(guān)重要?，F(xiàn)有文獻(xiàn)提出的檢測(cè)氣動(dòng)控制閥粘滯的方法是利用雙相干方法檢測(cè)控制回路非線性，通過(guò)擬合橢圓確認(rèn)氣動(dòng)控制閥粘滯特性的存在，并給出了氣動(dòng)控制閥粘滯程度的一個(gè)估計(jì)量。但由于用于上述分析計(jì)算的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中存在的大量噪聲等復(fù)雜因素，對(duì)“橢圓擬合”檢測(cè)結(jié)果的干擾，一些實(shí)際存在粘滯的情況，按現(xiàn)有文獻(xiàn)中的方法來(lái)做的話，卻得不到粘滯存在的估計(jì)量。也就是說(shuō)，現(xiàn)有文獻(xiàn)提出的檢測(cè)氣動(dòng)控制閥粘滯的方法存在檢測(cè)有效性還不理想的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明要提供一種網(wǎng)格頻率設(shè)定雙橢圓擬合方法，它能夠提高氣動(dòng)控制閥粘滯程度的檢出率，從而進(jìn)一步提高算法的自動(dòng)化程度。技術(shù)方案：一種網(wǎng)格頻率設(shè)定雙橢圓擬合方法，其中，帶通濾波器的上截止頻率和下截止頻率的選取過(guò)程如下：S1、設(shè)定帶通濾波器的上截止頻率的上限和下限、下截止頻率的上限和下限，以及上截止頻率步長(zhǎng)和下截止頻率步長(zhǎng)；S2、搜索上截止頻率和下截止頻率，計(jì)算出在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比；S2.11、對(duì)一個(gè)給定的上截止頻率，下截止頻率按照下截止頻率步長(zhǎng)從所述下截止頻率的上限向下降低或從所述下截止頻率的下限向上增加，對(duì)每組給定的上截止頻率和下截止頻率，計(jì)算在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比；S2.12、在上截止頻率的上限和下限之間，按照上截止頻率步長(zhǎng)改變上截止頻率的值，重復(fù)步驟S2.11；獲取并輸出百分比中的最大百分比，記錄此百分比對(duì)應(yīng)的上截止頻率和下截止頻率；或者；S2.21、對(duì)一個(gè)給定的下截止頻率，上截止頻率按照上截止頻率步長(zhǎng)從所述上截止頻率的上限向下降低或從所述上截止頻率的下限向上增加，對(duì)每組給定的上截止頻率和下截止頻率，計(jì)算在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比；S2.22、在下截止頻率的上限和下限之間，按照下截止頻率步長(zhǎng)改變下截止頻率的值，重復(fù)步驟S2.21；S2.3、獲得并輸出百分比中的最大百分比，記錄此百分比對(duì)應(yīng)的上截止頻率和下截止頻率；S3、如果最大百分比大于等于百分比閾值，則判斷發(fā)生粘滯。在步驟S2中，搜索出百分比中的最大百分比的方法為：比較后獲得的百分比與在前獲得的百分比的大小，如果后獲得的百分比大于先獲得的百分比，則保留后獲得的百分比，并記錄上截止頻率和下截止頻率；否則，舍棄后獲得的百分比。在步驟S2中，搜索出百分比中的最大百分比的方法為：記錄每組上限頻率和下限頻率對(duì)應(yīng)的在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比，并從中選出最大百分比。所述內(nèi)橢圓由標(biāo)準(zhǔn)橢圓按第一縮放系數(shù)縮小得到；所述外橢圓由標(biāo)準(zhǔn)橢圓按第二縮放系數(shù)放大得到。所述第一縮放系數(shù)等于第二縮放系數(shù)。所述第一縮放系數(shù)和第二縮放系數(shù)為12%~18%，優(yōu)選地，所述第一縮放系數(shù)和第二縮放系數(shù)為15%。在上述方法中，所述百分比閾值為60%；所述帶通濾波器的上截止頻率的上限為0.5，下限為0.02；下截止頻率的上限小于0.02，下限為0.001；所述上截止頻率步長(zhǎng)為0.01~0.05，下截止頻率步長(zhǎng)為0.001~0.002。在所述S2中，搜索上截止頻率和下截止頻率的方法還可以為：上截止頻率按照上截止頻率步長(zhǎng)從上截止頻率的上限向下降低，或者從上截止頻率的下限向上增加，獲得多組給定的上截止頻率；下截止頻率按照下截止頻率步長(zhǎng)從下截止頻率的上限向下降低，或者從下截止頻率的下限向上增加，獲得多組給定的下截止頻率；將任一個(gè)給定的上截止頻率與任一個(gè)給定的下截止頻率組成截止頻率組，針對(duì)每個(gè)截止頻率組，計(jì)算在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比，并獲得最大百分比及與最大百分比對(duì)應(yīng)的上截止頻率和下截止頻率。本發(fā)明還提供了上述網(wǎng)格頻率設(shè)定雙橢圓擬合方法在控制閥粘滯檢測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用。有益效果：本發(fā)明的網(wǎng)格頻率設(shè)定雙橢圓擬合方法能夠提高粘滯效應(yīng)的檢出率，從而提高算法的自動(dòng)化程度，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的流程圖；圖2a~圖2c是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖3a~圖3c是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：如圖1所示，網(wǎng)格頻率設(shè)定雙橢圓擬合方法的基本步驟包括：S1、賦值，初始化，設(shè)定帶通濾波器的上截止頻率的上限fHmax和下限fHmin、下截止頻率的上限fLmax和下限fLmin，以及上截止頻率步長(zhǎng)Step_H和下截止頻率步長(zhǎng)Step_L，將0賦給i和Pmax；例如，帶通濾波器的上截止頻率的上限fHmax為0.5，下限fHmin為0.02；下截止頻率的上限fLmax小于0.02，下限fLmin為0.001；所述上截止頻率步長(zhǎng)Step_H為0.01~0.05，下截止頻率步長(zhǎng)Step_L為0.001~0.002。S2、采用雙循環(huán)法搜索上下截止頻率，下截止頻率的為外循環(huán)，上截止頻率為內(nèi)循環(huán)。如果某一下截止頻率fLmax-i*Step_L的值小于fLmin，則認(rèn)為即下截止頻率從上到下遍歷完成了，此時(shí)，內(nèi)循環(huán)也已經(jīng)遍歷完成，則輸出Pmax，如果該值大于百分比閾值，則認(rèn)為存在粘滯，反之，不認(rèn)為存在粘滯。在內(nèi)循環(huán)中，上截止頻率從上向下遍歷，如果某一上截止頻率fHmax-j*Step_H的值小于fHmin，則認(rèn)為一個(gè)內(nèi)循環(huán)完成；反之，則計(jì)算在計(jì)算在{fL（i），fH(j)}取值時(shí)的P（i，j），記為Pnew，j加1，準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)；判斷Pnew是否大于Pmax，如果Pnew大于Pmax，則將Pnew賦值給Pmax，使Pmax始終為已經(jīng)計(jì)算出百分比值的最大值；反之，重新進(jìn)入內(nèi)循環(huán)的下一步驟，重新計(jì)算一組百分比。實(shí)施例2：S1、賦值，初始化，設(shè)定帶通濾波器的上截止頻率的上限fHmax和下限fHmin、下截止頻率的上限fLmax和下限fLmin，以及上截止頻率步長(zhǎng)Step_H和下截止頻率步長(zhǎng)Step_L，將0賦給i和Pmax；例如，帶通濾波器的上截止頻率的上限fHmax為0.5，下限fHmin為0.02；下截止頻率的上限fLmax小于0.02，下限fLmin為0.001；所述上截止頻率步長(zhǎng)Step_H為0.01~0.05，下截止頻率步長(zhǎng)Step_L為0.001~0.002。S2、搜索上截止頻率和下截止頻率，計(jì)算出在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比；內(nèi)橢圓由標(biāo)準(zhǔn)橢圓按第一縮放系數(shù)縮小得到；所述外橢圓由標(biāo)準(zhǔn)橢圓按第二縮放系數(shù)放大得到，第一縮放系數(shù)等于第二縮放系數(shù)，第一縮放系數(shù)和第二縮放系數(shù)一般為12%~18%，優(yōu)選為15%。步驟S2具體包括：S2.11、對(duì)一個(gè)給定的上截止頻率fH，下截止頻率fL按照下截止頻率步長(zhǎng)Step_L從所述上限fLmax向下降低或從所述下限fLmin向上增加，對(duì)每組給定的上截止頻率和下截止頻率，計(jì)算在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比Pnew；比較后獲得的百分比與在前獲得的百分比的大小，如果后獲得的百分比大于先獲得的百分比，則保留后獲得的百分比，并記錄上截止頻率和下截止頻率；否則，舍棄后獲得的百分比。S2.12、在上截止頻率的上限fHmax和下限fHmin之間，按照上截止頻率步長(zhǎng)Step_H改變上截止頻率fH的值，重復(fù)步驟S2.11；獲得百分比Pnew中的最大百分比Pmax，記錄此百分比對(duì)應(yīng)的上截止頻率和下截止頻率；S3、如果最大百分比Pmax大于等于百分比閾值Pset，則判斷發(fā)生粘滯，根據(jù)工程上的經(jīng)驗(yàn)，百分比閾值Pset為60%。實(shí)施例3：該實(shí)施例與上一實(shí)施的不同之處在步驟S2：S2.21、對(duì)一個(gè)給定的下截止頻率fL，上截止頻率fH按照上截止頻率步長(zhǎng)Step_H從所述上限fHmax向下降低或從所述下限fHmin向上增加，對(duì)每組給定的上截止頻率和下截止頻率，計(jì)算在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比Pnew；S2.22、在下截止頻率的上限fLmax和下限fLmin之間，按照下截止頻率步長(zhǎng)Step_L改變下截止頻率fL的值，重復(fù)步驟S2.21；獲得百分比Pnew中的最大百分比Pmax，記錄此百分比對(duì)應(yīng)的上截止頻率和下截止頻率。實(shí)施例4：該實(shí)施例與實(shí)施例2的不同之處在于：在步驟S2中，搜索出百分比Pnew中的最大百分比Pmax的方法為：記錄每組上限頻率和下限頻率對(duì)應(yīng)的在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比，并從中選出最大百分比。實(shí)施例5：該實(shí)施例與實(shí)施例2的不同之處在于：在所述S2中，搜索上截止頻率和下截止頻率的方法還可以為：上截止頻率按照上截止頻率步長(zhǎng)從上截止頻率的上限向下降低，或者從上截止頻率的下限向上增加，獲得多組給定的上截止頻率；下截止頻率按照下截止頻率步長(zhǎng)從下截止頻率的上限向下降低，或者從下截止頻率的下限向上增加，獲得多組給定的下截止頻率；將任一個(gè)給定的上截止頻率與任一個(gè)給定的下截止頻率組成截止頻率組，針對(duì)每個(gè)截止頻率組，計(jì)算在內(nèi)橢圓和外橢圓之間的子集數(shù)據(jù)段點(diǎn)數(shù)占整個(gè)子集數(shù)據(jù)段的所有點(diǎn)數(shù)的百分比，并獲得最大百分比及與最大百分比對(duì)應(yīng)的上截止頻率和下截止頻率。在上述實(shí)施例中可知，無(wú)論上截止頻率為內(nèi)循環(huán)、下截止頻率為外循環(huán)，或者相反，都能實(shí)現(xiàn)遍歷，上下截止頻率從上向下遍歷或從下向上遍歷均可。另外，查找最大百分比的方法不限于以上幾種，技術(shù)人員可以從現(xiàn)有的算法中找到其他算法。對(duì)比實(shí)驗(yàn)1：如圖2a至圖2c所示，這是按一個(gè)實(shí)際存在粘滯的流量控制回路的工業(yè)數(shù)據(jù)所畫出的OP（輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)）、PV（檢測(cè)到的實(shí)際值）、SP（設(shè)定值）及PV-OP圖。按照本發(fā)明所確定的優(yōu)化帶通器濾波上下截止頻率參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)（OP和PV）進(jìn)行濾波后再按雙橢圓擬合，得到=62%。由于=62%>=60%，判定橢圓擬合成功，尋優(yōu)頻率時(shí)擬合結(jié)果AS=0.18，由此可判斷該回路存在粘滯，這與實(shí)際情況完全吻合。而按現(xiàn)有技術(shù)中的帶通器濾波上下截止頻率選取方法，進(jìn)行濾波后再按雙橢圓擬合，得到=41.8%。由于=41.8%<=60%，判定橢圓擬合失敗，得到錯(cuò)誤的結(jié)果，即回路沒(méi)有粘滯。對(duì)比實(shí)驗(yàn)2：如圖3a至圖3c所示，這是按一個(gè)實(shí)際存在粘滯的液位控制的工業(yè)數(shù)據(jù)所畫出的OP、PV、SP及PV-OP圖。按照本發(fā)明所確定的優(yōu)化帶通器濾波上下截止頻率參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)（OP和PV）進(jìn)行濾波后再按雙橢圓擬合，得到=98%。由于=98%>=60%，判定橢圓擬合成功，尋優(yōu)頻率時(shí)擬合結(jié)果AS=1.18，由此可判斷該回路存在粘滯，這與實(shí)際情況完全吻合。而按現(xiàn)有技術(shù)中的帶通器濾波上下截止頻率選取方法，進(jìn)行濾波后再按雙橢圓擬合，得到=41.7%。由于=41.7%<=60%，判定橢圓擬合失敗，得到錯(cuò)誤的結(jié)果，即回路沒(méi)有粘滯。在上述實(shí)驗(yàn)中，Pset取值為60%，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)不同情況選擇不同的數(shù)值。