[发明专利]存在控制阀粘滞特性的化工过程的控制性能测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种存在控制阀粘滞特性的化工过程的控制性能测定方法。

背景技术

工业现场通常包含众多控制回路，对这些控制回路进行检查及维护是生产过程运行中一项棘手而繁重的工作。据调查，目前60%以上工业控制器中都存在性能退化问题。如何利用日常运行数据对控制回路性能进行度量，从而对其进行优化设置以获取更多的经济效益，已成为众多学者探寻的热点。近年来，控制回路性能监控与评估研究成为工业控制领域广为关注的命题。

控制性能评估(Control performance assessment, CPA)是诊断和提高工况控制效率的重要方法。确定控制性能评估的基准是控制性能评估的核心问题，直接关系到能否真实可靠地反映当前控制回路性能与基准之间的偏差，从而准确给出当前控制回路的可改进程度。

1989年，Harris基于过程操作数据，利用时间序列分析技术来估计控制回路的反馈不变量，提出了最小方差性能评估基准（Harris T J.Assessment of closed loop performance(1989). The Canadian Journal of Chemical Engineering,67(5)∶856-861.）；随后，Huang等(Huang B,Shah S L.Practical issues in multivariable feedback control performance assessment(1998).Journal of Process Control,8(5–6)∶421-30.)将这一思想扩展到了多变量的情况，但目前众多研究大都局限于线性系统，即所针对的系统输出均为高斯线性序列。

然而，在实际生产中，大多数工业过程本质上都是非线性的，非线性可能来自工业过程本身、外部扰动、执行器、传感器等，其中，控制阀作为整个控制回路中唯一可动的控制部件，是工业过程控制系统中必不可少的基本装备之一。

控制阀安装在生产现场，常年工作在高温、高压、强腐蚀、易堵或易漏等恶劣情况下，不可避免会出现各种故障和异常。同时，随着使用时间的延长，控制阀还会出现有回滞、死区、粘滞等非线性特性，这些非线性特性将不同程度地影响生产系统的控制性能。

控制阀粘滞特性是最为常见的非线性起因，在引起控制回路振荡的三个原因中控制阀粘滞特性占20%－30%，因此控制阀粘滞特性的研究作为生产过程监控系统的一个重要组成部分，对工业过程的安全、稳定、高效的运行有着非常重要的意义，若忽略控制阀粘滞特性，继续使用线性方法进行控制性能评估，所得结果可能出现偏差和误导。

现有技术中，针对非线性生产过程的性能评估问题，Harris和Yu提出了一种多项式动态模型逼近的方法(Harris T J,Yu W.Controller assessment for a class of nonlinear systems(2007).Journal of Process Control,17(7):607-619.)，将最小方差性能基准扩展到一类由非线性动态模型与加性扰动组成的非线性系统，该方法的局限性在于仅适用于非线性函数可微，存在最小方差反馈不变量的控制过程。

当控制回路存在的控制阀粘滞特性被描述为不可微非线性函数的特性时，为获得控制回路的可靠性能评估指标，主要思路有两种：一种是利用样条平滑函数(smoothing-spline)拟合去除过程输出的非线性，再对拟合的差值进行线性时间序列建模，进一步估计得到最小方差性能基准；另一种是探寻控制阀平衡状态阶段，一旦系统出现控制阀卡滞(stuck-valve)，该阶段则可认为是线性平衡状态，最小方差性能基准即可直接通过对输入输出数据进行ARMA建模求解。

基于上述两种思路建立的性能评估方法在应用中存在局限性：其一，基于样条平滑函数的方法由于插值函数无法完全去除过程输出的非线性，导致性能评估结果均大于真实值，且随着控制阀粘滞特性的误差增大进一步增加；其二，探寻控制阀平衡状态的方法更适合用于出现控制阀卡滞阶段足够长的控制回路，而这种控制回路在实际工业应用中是很难保证的。

发明内容

本发明提供了一种存在控制阀粘滞特性的化工过程的控制性能评估方法，适用于存在控制阀粘滞特性的工业生产的非线性控制回路中，无需复杂计算和对工业控制过程操作条件的严格限制，能够完全消除过程输出的中的非线性部分，有助于准确地测定化工过程中控制回路的控制性能。

一种存在控制阀粘滞特性的化工过程的控制性能测定方法，包括：