一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业控制领域，尤其是一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补 偿方法。
【背景技术】
[0002] 阀门是过程控制中使用最为广泛的执行器之一，阀门的可靠性对控制过程的性能 有显著的影响。研究表明实际工业过程中有百分之三十的控制回路不同程度遭受着阀门非 线性特性带来的不良影响。阀门的迟滞现象是一种最为普遍和顽固的阀门非线性问题，它 可以进一步导致回路的震荡，增加控制量的不确定性，并最终导致产品质量降低，带来经济 损失。为了解决阀门迟滞问题，目前已有相关研究建立了阀门迟滞模型，并基于迟滞模型提 出了相应的控制补偿方法。被广泛接受且实用性最强的迟滞模型是由Srinivasan提出的 基于数据建立的单参数模型，该模型的表达式为：
[0003]
【主权项】
1. 一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补偿方法，其特征在于：包括： A、 根据基于条件维度和寿命维度的三维可靠性模型构建阀门迟滞模型，所述阀门迟滞 模型的表达式为：
其中，ujt)是t时刻控制器输出的控制信号，ua(t)是t时刻阀门的输出信号，ujt-l) 是t-1时刻控制器输出的控制信号，ua(t-l)是t-1时刻阀门的输出信号，P为概率，R为阀 门的条件维度可靠度，且R为|ue(t)-Uc;(t-l)|的函数； B、 对构建的阀门迟滞模型进行辨识，从而得到整个条件维度的可靠性模型； C、 根据阀门迟滞模型和辨识出的可靠性模型得到幅度可变补偿信号，从而根据控制信 号调节补偿信号的幅度，并根据阀门的固有特性调节脉冲宽度进行迟滞补偿。
2. 根据权利要求1所述的一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补偿方法，其特 征在于：所述步骤B，其包括： B1、搭建由阀门和过程模型组成的测试回路； B2、根据阀门当前输入的控制信号以及选用的过程模型进行计算，从而得到当前输入 条件下的可靠性； B3、分别以不同的输入控制信号作为阀门当前输入的控制信号，返回步骤B2,从而得到 不同输入条件下的可靠性； B4、对不同输入条件下的可靠性进行曲线拟合，从而得到整个条件维度的可靠性模型。
3. 根据权利要求2所述的一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补偿方法，其特 征在于：所述步骤B2,其包括： B21、选取过程模型为FIR模型，所述FIR模型的表达式为：
其中，
'是已知的过程参数，
为测试回路的输出，n和m为正整数； B22、对FIR模型的等式两端取期望值，从而得到测试回路输出的期望值￡[歹]，所述测 试回路输出的期望值五[罗]的表达式为：
B23、通过马尔科夫模型推导和化简，得到化简后的阀门输出信号E(ua(i))，所述化简 后的阀门输出信号E(ua(i))表达式为： E(ua ⑴）~uc ⑴R+uc (i-1)R(1-R) B24、将化简后的阀门输出信号E(ua(i))待人测试回路输出期望值对罗]的表达式中， 并进行求解，从而得到当前输入条件下的可靠性R(Au)，所述当前输入条件下的可靠性R(Au)的表达式为：
4. 根据权利要求3所述的一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补偿方法，其特 征在于：所述步骤B23,其包括： B231、通过马尔科夫模型推导出阀门输出信号期望值E' (ua(i))的表达式，所述阀门 输出信号期望值E' (ua(i))的表达式为：
其中，k为控制器输出系数，i，j均为正整数； B232、根据可靠性的定义对阀门输出信号E' (ua(i))的表达式进行化简，从而得到化 简后的阀门输出信号E(ua(i))，所述化简后的阀门输出信号E(ua(i))表达式为： E(ua ⑴）~uc ⑴R+uc (i-1)R(1-R)。
5. 根据权利要求1所述的一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补偿方法，其特 征在于：所述步骤C，其包括： C1、根据阀门迟滞模型和辨识出的可靠性模型计算随机迟滞带宽的概率密度，所述随 机迟滞带宽D的概率密度f(D)的表达式为：
其中，R'（D)表示R(D)的导数，d是单参数模型中迟滞带宽； C2、根据计算的概率密度f(D)得到补偿信号C幅度的期望值E(C)以及补偿信号作用 过程中阀门移动的距离s，所述补偿信号C幅度的期望值E(C)以及补偿信号作用过程中阀 门移动的距离s的表达式为：
其中，X为积分变量，us(t)为补偿后的总控制信号，k和m均为阀门的固有属性，At为 脉冲宽度； C3、根据补偿信号C幅度的期望值E(C)以及补偿信号作用过程中阀门移动的距离s与 脉冲宽度t的关系，采用Hagglund提出的回路结构进行迟滞补偿。
【专利摘要】本发明公开了一种基于可靠性理论的阀门迟滞建模和控制补偿方法，包括：根据基于条件维度和寿命维度的三维可靠性模型构建阀门迟滞模型；对构建的阀门迟滞模型进行辨识，从而得到整个条件维度的可靠性模型；根据阀门迟滞模型和辨识出的可靠性模型得到幅度可变补偿信号，从而根据控制信号调节补偿信号的幅度，并根据阀门的固有特性调节脉冲宽度进行迟滞补偿。本发明综合考虑了过程和时间对迟滞阻力的影响，更加精确地模拟了阀门的迟滞效应，精确度高；同时，基于该模型得到的幅度可变补偿信号，有效避免了过补偿和欠补偿的问题，减少了震荡的发生，从而达到最佳的补偿效果。本发明可广泛应用于工业控制领域。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104573203
【申请号】CN201410822801
【发明人】南东, 高福荣, 王卓, 姚科
【申请人】广州市香港科大霍英东研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月22日