[发明专利]一种自适应调节控制参数的调节阀粘滞特性补偿方法

说明书

一种自适应调节控制参数的调节阀粘滞特性补偿方法，属于过程控制系统中因调节阀粘滞特性引起回路振荡的补偿消除方法技术领域。它基于回路误差变化自适应修改PID控制器结构中的积分常数大小，改变当前积分环节的作用；其在误差较小时减小积分作用从而消除粘滞特性带来的剧烈振荡现象；在误差较大时增强积分作用从而使输出阀位信号快速接近稳态值。本发明只需对原PID控制器进行修改操作即可使用；能够更加方便的应用于实际工业生产中，利于工厂的在线使用；使用过程中不会对阀门的使用寿命有任何不好的影响；更加自由化、智能化；使用时没有时间区间要求；可全程自由使用，节约了系统资源。

技术领域

本发明属于过程控制系统中因调节阀粘滞特性引起回路振荡的补偿消除方法技术领域，具体涉及一种自适应调节控制参数的调节阀粘滞特性补偿方法。

背景技术

在实际工业生产过程中，调节阀是控制回路中经常使用的一种执行器件，其工作性能的好坏与整个生产流程和控制过程都密切相关。振荡是现代工业生产中设备常见的一种现象，经研究表明，在工业过程中约有1/3的控制回路处于振荡状态中，造成回路振荡的主要原因是调节阀中存在的非线性特性，而在调节阀普遍存在的非线性特性中，粘滞特性是最常见和长期存在的问题之一。粘滞非线性特性的存在会导致调节阀的输出产生严重的非正弦振荡，并对工厂的生产运行产生不利影响，这些振荡可能会降低工厂的生产力和盈利能力，降低产品质量，增加能源消耗，并加速调节阀的磨损速度。对于以上粘滞带来的问题，工厂通常需要停机维修，但这会对企业造成巨大利益损失。

目前，调节阀的粘滞特性补偿已被广泛研究。Knocker方法是最早提出粘滞补偿方法之一，该方法通过在PID控制器输出端添加一系列脉冲方波的方式帮助调节阀移出粘滞区并保持运动，补偿可以有效减小粘滞特性对输出的影响，但频繁的施加脉冲信号会增加阀杆的运动，过多的阀杆运动会增加磨损并最终缩短调节阀使用寿命。两步法是一种类似开环的控制方式，该方法第一步大幅移动阀杆以克服和填料之间的粘滞特性，第二步移动将阀杆带到其稳态位置，该方法避免了调节阀的频繁动作，但在设定值每次变化时会发生振荡，由于实际流量控制回路中设定值经常频繁发生变化，这使得算法的实际应用变得十分困难。

针对调节阀的粘滞特性的研究以及在线补偿技术在实际生产中的实现有非常重要的意义，能够找到一种既不会缩短阀门使用寿命又可以全程长时间在线使用的补偿方法，对工业生产中降低损耗，增加效率有着重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种自适应调节控制参数的调节阀粘滞特性补偿方法，能够有效减少并消除回路输出振荡并易于实时在线实现。

本发明提供如下技术方案：一种自适应调节控制参数的调节阀粘滞特性补偿方法，基于回路误差变化自适应修改PID控制器结构中的积分常数大小，改变当前积分环节的作用；其在误差较小时减小积分作用从而消除粘滞特性带来的剧烈振荡现象；在误差较大时增强积分作用从而使输出阀位信号快速接近稳态值。

具体包括以下步骤：

步骤1：跟踪读取控制回路中的误差信号e，通过非线性公式以误差e为输入变量产生一个时刻变化的非线性调节参数μ；然后将参数μ实时输入进PID控制器中；

步骤2：:将参数μ乘以PID控制器的积分常数K_i得到自适应积分常数K_I，使K_I代替原积分常数K_i，实现通过控制回路实际输出与设定值之间的差值大小，自适应的去调节PID控制器中的积分作用强度的功能。

进一步的，所述步骤1中的非线性公式如下：

μ＝1-exp(-a*|e(t)|)

其中a为该非线性函数中的常数，a的取值范围为0.1到1；通过a的不同取值可以提高或降低粘滞补偿控制对误差变化的响应敏感程度，从而更好地处理粘滞引起的振荡。