[发明专利]一种气动调节阀粘滞特性参数的估计方法

权利要求书

1.一种气动调节阀粘滞特性参数的检测方法，其特征在于：将气动调节阀的粘滞非线性特征通过线性化的方式转化为已知输入和未知输入两个部分，借助于未知输入估计器利用现场数据对未知输入进行在线估计；再在现有控制信号的基础上叠加测试信号以获取估计信息，进而利用估计信息对调节阀的非线性特征进行拟合，具体包括以下步骤：

步骤1：建立被控过程的数学模型；

被控过程的数学模型用如下形式的线性离散状态空间模型来描述：

其中x为系统状态，n为气动调节阀开度，y为被控过程中的被控工艺参数的测量值，A、B、C为系统矩阵，w和v为过程噪声和测量噪声，设w和v为零均值的白噪声，且方差为和上述符号中的下标k表示采样时刻；

步骤2:将气动调节阀的非线性特征转化为输入不确定性；

实际系统中气动调节阀的输出的开度n同控制信号u不一致，二者之间存在一定的非线性关系；为描述这一非线性特征，在线性模型(1)中用非线性函数n＝f(u)，这样模型(1)表示为：

其中f(u)为一非线性函数，用以描述气动调节阀的非线性特征，其余参数意义同模型(1)相同；由于描述气动阀非线性函数f(u)通常是未知的，而且在生产装置实际运行中其特性会发生变化，因此无法直接确定其非线性函数的具体表达式；为解决这一问题，在k时刻，将非线性函数f(u_k)在任一工作点u₀处进行Taylor展开，可得

其中是非线性环节的展开的一阶项，ε_k为其余高阶项之和，引入未知输入项d_k＝(α-I)u_k+o_k，由式(3)可得：

f(u_k)＝u_k+d_k (4)

这样，过程模型(2)表示为：

通过上述步骤将气动调节阀的非线性特征f(u)转化为未知输入d来描述；

步骤3：设计未知输入估计器对输入不确定性进行估计；

在将非线性特征f(u)转换为未知输入d后，需要对d的值进行在线估计；接下来利用未知输入估计器对模型中的状态x和未知输入d进行在线估计，其设计方法如下：

其中为利用k-1时刻对k时刻的状态进行预测的估计值；为k-1时刻对d的估计值；为状态估计过程中的中间变量；为k时刻对状态x的估计值；M_k和K_k为估计器在k时刻的增益矩阵；M_k和K_k的计算由下式决定：

其中κ_k为任选矩阵，但必须保证满秩；

步骤4：在控制器输出端叠加测试信号u_d；

在控制量输入端叠加测试信号u_d，这里信号u_d的大小和形式都是离线确定的，即u_d为已知信号；

步骤5：气动调节阀非线性特性的估计；

通过前四个步骤的分析看出，气动调节阀的输入为u，输出为f(u)，而通过式(5)看出，f(u)的值通过当前的控制作用u和未知输入d的估计值进行近似：

其中u_d,k为测试信号u_d在k时刻的值；这样气动调节阀的非线性特征f(u)利用u+u_d和进行分析和确定。

2.根据权利要求1中所述的一种气动调节阀粘滞特性参数的检测方法，其特征在于：将气动阀的粘滞非线性特征描述为未知非线性函数，在线性化后将执行器的输出转化为已知输入和未知输入两个部分。

3.根据权利要求1中所述的一种气动调节阀粘滞特性参数的检测方法，其特征在于：在现有控制信号的基础上叠加的测试信号为方波、PRBS或GBN信号。

4.根据权利要求1中所述的一种气动调节阀粘滞特性参数的检测方法，其特征在于：利用估计器估计的未知输入值和原有的已知输入值绘制散点图，从图中直接读取粘滞特性的基本参数。