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气动调节阀摩擦的检测与诊断

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浏览:次 2017-05-31 20:06:29

气动调节阀摩擦的检测与诊断 气动调节阀摩擦的检测与诊断 1个典型的化工厂有几百个乃至几千个控制回路,控制回路的性能与工厂的经济效益密切相干。震荡是致使控制回路控制性能降落的主要缘由。控制回路中被控变量的震荡致使产品质量降落、次品率增加、能耗增加、生产效力下降。控制回路中唯1的活动部份是控制阀。如果控制阀包括非线性,例如:磨擦、后座力和死区,阀的输出可能震荡,这将致使进程输出震荡。在控制阀的许多种非线性中,磨擦是最普遍也是长时间存在的问题,它不但下降了控制阀的性能,同时也致使控制回路的性能降落。使用侵入式方法(控制阀在非工作状态下,检测并诊断其故障(1)),例如行程检测,可以很容易地检测磨擦。但将这类侵入式方法利用到全部工厂中检测工厂里几百个或更多的控制阀既费时费力,又不可行。 虽然有很多侵入式方法能够对控制阀的性能进行分析(2~5),但对非侵入式方法的分析和研究很少

1个典型的化工厂有几百个乃至几千个控制回路,控制回路的性能与工厂的经济效油毡拉力实验机益密切相干。震荡是致使控制回路控制性能降落的主要缘由。控制回路中被控变量的震荡致使产品质量降落、次品率增加、能耗增加、生产效力下降。控制回路中唯1的活动部份是控制阀橡胶回弹实验机。如果控制阀包括非线性,例如:磨擦、后座力和死区,阀的输出可能震荡,这将致使进程输出震荡。在控制阀的许多种非线性中,磨擦是最普遍也是长时间存在的问题,它不但下降了控制阀的性能,同时也致使控制回路的性能降落。使用侵入式方法(控制阀在非工作状态下,检测并诊断其故障(1)),例如行程检测,可以很容易耐冲击实验机地检高压加速寿命实验机测磨擦。但将这类侵入式方法利用到全部工厂中检测工厂里几百个或更多的控制阀既费低频振动实验机时费力,又不可行。

虽然有很多侵入式方法能够对控制阀的性能进行分析(2~5),但对非侵入式方法的分析和研究很少在文献中出现。Horch方法成功地检测出流量回路中的磨擦,但它不能利用到可紧缩流体上(6)。Ren2gaswamy提出的方法依赖于数据的时间趋势,但这常常遭到噪声或干扰的影响。数据的趋势曲线在很大程度上受进程和控制电热垫动负载实验机器动态的影响(7)。Stenman提出了1种基于模型的方法来检测控制阀的磨擦(8),这类方法需要知道进程的模型和大量的整定参数,而从平常操作的数据中获得闭环回路模型是非常困难的。

1种基于数据的非侵入式方法可以有效地减少保持控制性能所需的费用。本文先容了1种不基于数据模型的非侵入式方法,这类方法特点是没必要对系统施加额外的鼓励或进行实验,只要利用正常操作状态下的系统输入输出数据就能够估计系统的动态特性,所以利用上简单易行,安全工具力学性能实验机它的这些优点使其成为控制系统性能检测的有用工具。

2 问题描写

图1是1个典型的反馈控制回路。这个控制回路是通过调理被控变量使进程值到达希望的设定值。每一个回路需要已知3个参数,即:设定值(SP),被控制变量值(PV),控制器输出值(OP)。在文献(9,10)中,讨论了评估控制回路或控制器性能的方法,例如:最小误差标准和时间标准。这里主要的难点是如何利用平常操作数据肯定致使控制系统性能差的根本缘由。控制回路性能差多是由于控制器参数整定不公道,扰动的存在或回路中存在非线性引发的。由于基于线性理论的控制器是在回线路弯扭实验机性的假定下设计的,如果利用到非线性对象将致使性能变差。回路的非线性可pet瓶水压爆破实验性能是控制阀存在非线性或进程本身存在非线性引发的,致使控制阀非线性多是其存在磨擦、死区、滞后等。这样的非线性系统常常产生非高斯和非线性时间序列(11)。

本文以气动调理阀为研究对象,对调理阀中存在的非线性进行检测和诊断。调理阀中的非线性主要是由磨擦引发的,因此这个非线性检测和诊断进程就是肯定调理阀中的曲折弯折实验机非线性是不是由磨擦致使的。

3 非线性检测与诊断方法

典型的信号处理工具利用1阶矩和2阶矩,如均值、方差。这类工具主要轮胎跳动实验机用来分析线性进程的信号,对非线性信号,这类方法就显得无能为力。高阶统计量(即2阶以上的统计量,1般包括高阶矩、高阶积累量和它们的谱———高阶矩谱和高阶累计量这4种统计量)的方法就可以够很容易地解决这些问题,它是分析非线性信号有用合金材料拉力实验机的工具。本文中高阶gb/t242522009紧缩回弹实验机统计量(12)用来检测和诊断控制阀的非线性。

3.1 双相干谱概况

存在非线性阀的控制回路产生非高斯性和非线性时间序列。Choudhury在2003年,提出根据控制误差信号(SP2PV)的非高斯性和非线性作为肯定控制回路性能的方法。这类方法利用标准重谱或双相干谱的灵敏度检测信号的非线性。非线性时间序列的1个显著特点是出现相位耦合,1个频率下的相位需要由其它频率的相位来决定。相位耦合时高阶谱所具有的特性可以通过信号的双相干谱检测。

3.1.1 双相干谱定义

本文使用双相干谱来检测非线性,双相干谱定义以下:

重谱的1个重要的特点是如果信号x在频率f1和f2处相位耦合,其重谱的值是非零的。双相干谱也具有相同的特点,但它的值在0和1之间。

3.1.2 双相干谱的性质

(1)高斯信号的双相干谱值为零。

高斯信号x(t)矩的产生函数为:


从式(6)可以看出高斯信号电力安全工用具力学性能实验机大于2阶的零滞后累计量都等于零。这个结果推行到其它的非零滞后累计量。重谱是3阶累计量对应的频域部份,由于高斯信号的3阶累计量为零,所以重谱也为零。由于双相干谱或斜坡函数是从重谱得到的,零值重谱得到零值双相干谱或斜坡函数。

(2)斜坡信号的双相干谱可以分解成几个正弦信号的和,如果信号存在2次相位耦合,则在耦合处的值5kn数建材燃烧实验机显电子万能实验机是非零的。

2次相位耦合是1种非线性现象。3个正弦份量的频率和相位分别为f1,f2,f3和Ø1,Ø2,Ø3,若f1=f2+f3且Ø1=Ø2+&Oslas实验机颗粒摇摆机h;3,那末正弦份量f3就是由f1和f2通过waw2000实验机2次相位耦合产生的。这1现象是由2次非线性引发的,如果1个系统具有2次非线性例如平方函数,就产生2次相位耦合信号。

3.1.3 非高温拉力实验机高斯指数(NGI)和非线性指数(NLI)

Choudhury定义了两个指数:非高斯指数(NGI)和非线性指数(NLI)(14),定义以下:

如果NGI和NLI的值都大于零,则信号是非高斯非线性的。这个结论可以利用到任什么时候间序列来检验信号的非高斯性和非线性。


3.2 非线性检测

使用非高斯指数(NGI)和非线性指数(NLI)可以检测信号的数显专用拉压实验机非高斯性和非线性。具体的进程如图2所示。如果这个误差信号(SP-PV)是非高斯和dphi智能动平衡实验机扣件式脚手架实验机非线性的,可以认为这个被检测的阀是有磨擦故障的。

讨论控制阀的非线性是在下面的假定下进行的:

·进程局部线性的;

·回路中不存在非线性扰动。

如果扰动是可以丈量的,这类方法可以用来检验干扰是不是是线性的。基于高阶统计量的NGI和NLI指数计算方ic卡动态弯扭实验机法简单,如果回路具有非线性行动,则需要将其隔离做进1步的诊断。控制回路被肯定存在非线性以后,需要诊断出致使其非线性的缘由。在作了上面的1些假定以后,可以推测控制阀最有可能致使控制回路的非线性。接下来是诊断控制阀的非线性是由磨擦还是由其它的缘由引发的。PV2OP坐标图可以解决这个问题。它可以对数据的时间序列进行定性分析,使用基于高阶统计的NGI和NLI家具综合材料实验机指数检测阀的非线性问题,然后用PV2OP坐标图诊断致使非线性的缘由。

4 仿真研究

选取被控对象模型为WDS数显包装箱压力实验机:

理想情况下,控制阀的磨擦引发的非线性是疏忽的,其进程的趋势曲线如图3(a)所示。采取图1所示的反馈控制,控制器使用常规的线性PID控制,调理阀为气动调理阀,使用数据驱动模型来摹拟实际的控制阀,数据驱动模型的参数设置为:S=5,J=2。其中S表示死区万测弹射落锤实验机加粘连,J表示滞跳。通过仿真来得到PV和OP的时间序列,为分析控制阀的非线性提供数据。由于控制阀的模型是非线性的,致使全部控制系统是非线性的,而采取的控制器是线性的,这类非线性致使进程出现震荡(15电动车万向节改变疲劳实验机),其进程值的趋势曲线如图3(b)所示。

选取图3中规则振荡部份1000~2000之间的1000个数据点(16)为研究对象,这电子压力实验机些点对应的PV和OP时间序列如图4所示,双相干谱平方见图5所示。

根据图2,计算非高斯指数得,明显信号是非高斯的,计算非线性指数得,= 0.051223 > 0,由此可知信号是非线性的,进而可知控制阀是非线性的。由图6的PV2OP图可知,控制阀的非线性是由磨擦引发的。

5 结论

本文利用高阶统计(HOS)理论相干常识,计算控制误差信号的非高斯指数(NGI)和非线性指数(NLI)。利用这两个指数检测信号的非高斯性和非线性,再以这两个指数和被控变量(PV)和控制器输出(OP)的映照关系为根据,诊断致使控制回路性能差的缘由,即肯定控制回路性能降落是不是是由控制阀中存在的磨擦引发的。通过仿真实例证明这类方法的可行性。在实际进程中仅检测和诊断出控制阀引发的非线性还是远远不够的,关键问题是如何改良控制系统的性能。这就需要对控制阀的磨擦进行量化和补偿(17),到达提高控制系统性能的目的,这是今后亟待解决的问题。

参考文献:
(1)颜秉勇,田作华,吕冬梅。1类非线性随机时滞系统的故障诊断(J)。化工自动化及仪表,2007,34(1):

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