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基于Hammerstein模型的阀门粘滞检测和量化

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计算机仿真 2021年第7期38卷 391-396,432页

作者：江钊王志国刘飞江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122

实际工业控制系统中,调节阀粘滞会造成控制回路性能下降,严重时甚至振荡。提出来一种新的阀门粘滞检测和量化方法,以便监测和后续优化。首先,利用双向干谱法检测性能变差的控制回路中是否存在非线性,再用椭圆拟合方法判定非线性来源为... 详细信息

实际工业控制系统中,调节阀粘滞会造成控制回路性能下降,严重时甚至振荡。提出来一种新的阀门粘滞检测和量化方法,以便监测和后续优化。首先,利用双向干谱法检测性能变差的控制回路中是否存在非线性,再用椭圆拟合方法判定非线性来源为阀门粘滞;然后,将控制回路表示为Hammerstein模型结构,结合粒子群优化方法在辨识过程模型的同时检测并量化得到粘滞程度大小。最后,通过仿真实例和实际工业数据对所提方法进行测试,结果验证了其有效性。

关键词：调节阀粘滞检测粘滞量化哈默斯坦模型

基于残差网络与迁移学习的控制阀粘滞检测与量化研究

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基于残差网络与迁移学习的控制阀粘滞检测与量化研究

作者：刘梦杰浙江大学

学位级别：硕士

在现代流程工业中,每个工厂都有着成百上千条自动控制回路,若回路长期处于控制性能不佳的状态,不仅会影响产品的质量,还会降低工厂的生产效率以及经济效益。控制阀粘滞是导致控制性能下降的最主要原因之一,因此,在不影响回路正常生产的... 详细信息

在现代流程工业中,每个工厂都有着成百上千条自动控制回路,若回路长期处于控制性能不佳的状态,不仅会影响产品的质量,还会降低工厂的生产效率以及经济效益。控制阀粘滞是导致控制性能下降的最主要原因之一,因此,在不影响回路正常生产的情况下,对控制阀粘滞进行检测并量化粘滞程度的大小对保障工厂高效运行有着重要意义。然而,控制阀粘滞在不同回路的常规运行数据中呈现出不同的特征,给控制阀粘滞检测与量化问题带来了严峻挑战。本文聚焦控制阀粘滞特性,深入研究粘滞检测与量化问题,分别针对数据充足以及工业过程中常见的无数据或无标签场景,提出了具有实际应用价值的方法。本文的具体研究内容如下:(1)针对数据充足的场景,考虑到人工设计数据转化方法会损失原始数据信息的问题,分别提出了基于残差网络的控制阀粘滞检测与量化方法。该方法首先设计数据预处理方法,在不损失信息的前提下构建适用于后续模型的输入数据,并分别提出用于粘滞检测和量化任务的深度残差网络,实现控制阀粘滞特征的自动提取以及检测与量化结果的自动获取。在数据充足的情况下,该方法能避免传统方法造成的信息损失,实现准确的控制阀粘滞检测与量化,并为后续基于迁移学习的方法提供模型支撑。(2)针对构建粘滞检测模型时无法收集回路中粘滞数据的真实工业场景,考虑到不同回路间粘滞特征提取模型不通用的问题,提出了基于单类数据迁移的控制阀粘滞检测方法。在训练阶段,该方法在仿真数据训练得到的模型基础上,结合待检测回路中的控制阀非粘滞数据对网络微调,实现粘滞特征提取网络的迁移;在测试阶段,使用单分类算法判断测试数据与非粘滞数据是否属于同一类,从而得到粘滞检测的结果。该方法仅需使用每条工业回路运行期间的非粘滞数据,能够将使用仿真数据训练得到的粘滞检测网络迁移至真实回路,得到适用于该回路的粘滞特征提取模型,实现控制阀粘滞的精准检测。(3)针对构建粘滞量化模型时无法获得粘滞程度标签的真实工业场景,考虑到不同回路间粘滞量化模型不通用的问题,提出了基于无监督领域自适应的控制阀粘滞量化方法。该方法采用最大均值差异衡量仿真数据与真实数据分布间的差异,通过域适应方法减轻不同回路数据间分布不同的问题,并分别对仿真数据和真实数据添加一致性约束,最终实现粘滞量化模型的迁移。该方法仅需使用回路中无粘滞量化程度标签的数据,能够构建适用于指定回路的控制阀粘滞量化模型,实现更精细的控制阀粘滞量化。

关键词：控制阀粘滞检测残差网络迁移学习单分类粘滞量化无监督域适应

燃气轮机气动执行器的粘滞检测与故障诊断研究

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同方学位论文库

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燃气轮机气动执行器的粘滞检测与故障诊断研究

作者：周世豪华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

燃气轮机是国家能源与国防领域的战略性装备,是我国需要重点突破的研究领域之一。其中,气动执行器是燃气轮机控制系统的重要组成部分,长期运行易产生控制性能劣化现象,将会影响控制回路的控制效果。本文以燃气轮机气动执行器为研究对象... 详细信息

燃气轮机是国家能源与国防领域的战略性装备,是我国需要重点突破的研究领域之一。其中,气动执行器是燃气轮机控制系统的重要组成部分,长期运行易产生控制性能劣化现象,将会影响控制回路的控制效果。本文以燃气轮机气动执行器为研究对象,围绕气动执行器的粘滞检测和故障诊断方法展开研究,旨在提高燃气轮机的安全性和可靠性。本文的主要研究工作如下:(1)详细介绍了燃气轮机气动执行器的基本结构及工作原理,并对气动执行器的非线性特性和气动执行器典型故障进行分析,总结了故障原因和危害性;(2)针对气动执行器的粘滞检测中易受到外界干扰和控制器参数调节不佳的影响,提出了一种基于粘滞特性曲线和残差网络的粘滞检测方法。首先,利用粘滞模型仿真粘滞数据,并绘制粘滞特性曲线;其次,通过残差网络进行训练进而建立粘滞检测模型;最后,通过执行器故障仿真平台和国际阀门粘滞数据库对所提的粘滞检测方法进行仿真试验。结果表明该检测方法能够有效检测气动执行器是否存在粘滞特性;(3)针对传统气动执行器故障诊断准确度低的问题,提出了一种基于VMD-MSE-OSELM的气动执行器故障诊断方法。首先,通过VMD方法对气动执行器的原始信号进行分解;然后,运用MSE方法对提取分解后信号的故障特征;其次,使用OSELM算法对气动执行器故障进行分类;最后,设计了燃气轮机气动执行器故障诊断系统,并分别通过执行器故障仿真平台和上海新华燃机仿真机对所提的故障诊断方法进行试验验证。结果表明本文所提故障诊断方法具有较高的准确度。

关键词：燃气轮机气动执行器粘滞检测残差网络故障诊断在线惯序极限学习机

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基于S函数的调节阀粘滞特性检测方法

高技术通讯 2024年第4期34卷 406-412页

作者：李世伟尚群立浙江工业大学信息工程学院杭州310023

调节阀粘滞特性引起的振荡是工业控制回路性能恶化的最常见来源。目前虽然已有许多检测调节阀粘滞特性的方法,但这些方法的复杂性或存在的缺陷限制着其在实际工况中的具体应用。本文提出了一种检测过程控制回路中调节阀粘滞故障的新方... 详细信息

调节阀粘滞特性引起的振荡是工业控制回路性能恶化的最常见来源。目前虽然已有许多检测调节阀粘滞特性的方法,但这些方法的复杂性或存在的缺陷限制着其在实际工况中的具体应用。本文提出了一种检测过程控制回路中调节阀粘滞故障的新方法。该方法将控制器输出(OP)和过程变量(PV)的变化(ΔPV)在相平面图中所构成变化趋势与标准S函数进行对比,根据实际函数趋势与标准S函数间的差异计算相关系数,通过相关系数的数值具体得出调节阀中是否存在粘滞特性。仿真实例和实际工业数据分析实验验证了提出方法的有效性。

关键词：调节阀相关系数 S函数粘滞检测

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气动调节阀粘滞故障检测与参数辨识方法研究

流体机械 2024年第8期52卷 23-30页

作者：向方娜管桉琦林振浩金志江钱锦远浙江大学化工机械研究所杭州310027 阀源智能科技(杭州)有限公司杭州310058 浙江大学温州研究院浙江温州325036

为了研究气动调节阀的粘滞特性问题,以CHEN粘滞模型作为阀门粘滞特性问题的基础模型,提出一种阀门粘滞故障的检测与改进的参数辨识方法。通过搭建粘滞故障试验台,模拟实际情况中发生不同程度粘滞时的阀杆运动状态,揭示阀门粘滞发生的机... 详细信息

为了研究气动调节阀的粘滞特性问题,以CHEN粘滞模型作为阀门粘滞特性问题的基础模型,提出一种阀门粘滞故障的检测与改进的参数辨识方法。通过搭建粘滞故障试验台,模拟实际情况中发生不同程度粘滞时的阀杆运动状态,揭示阀门粘滞发生的机理。使用随机森林算法对振荡源进行分类,实现对粘滞故障的检测。使用基于Hammerstein模型的粒子群优化算法求解粘滞参数最优解,提出粘滞双参数取值范围的确定方法,实现欠补偿、无补偿和过补偿3种状态下的粘滞参数辨识。结果表明:阀门粘滞程度与阀杆所受动静摩擦力有关;在不考虑外界因素的影响下,提出的粘滞检测方法对4种振荡源的分类准确率达到99.0268%;提出的改进的粘滞参数辨识方法对不同大小粘滞参数的辨识结果误差达到7%以内。研究成果为阀门粘滞故障的检测和参数辨识提供了理论方法,对粘滞模型的改进具有实际参考价值。

关键词：气动调节阀粘滞特性粘滞检测粘滞参数辨识随机森林算法粒子群优化算法

阀门粘滞在线检测及粘滞补偿的KNOCKER方法改进研究

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液压与气动 2014年第8期38卷 41-48页

作者：朱亚平夏春明张亮周侃恒华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

对阀门粘滞所引起的非线性故障进行检测和补偿方法研究。提出了一种基于OP-PV图上斜率变化,并通过设置适当阈值的方法来判断阀门是否存在粘滞故障。在基于KNOCKER补偿法的基础上,对控制输出叠加补偿信号的关键参数进行自调整改进,使控... 详细信息

对阀门粘滞所引起的非线性故障进行检测和补偿方法研究。提出了一种基于OP-PV图上斜率变化,并通过设置适当阈值的方法来判断阀门是否存在粘滞故障。在基于KNOCKER补偿法的基础上,对控制输出叠加补偿信号的关键参数进行自调整改进,使控制回路得到有效补偿并使回路输出的限幅振荡现象基本消失。仿真分析及实验案例结果均验证了阀门粘滞检测和改进补偿方法的有效性。

关键词：阀门粘滞非线性故障粘滞检测 KNOCKER补偿参数自调整

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液位控制系统故障建模与分析

液位控制系统故障建模与分析

作者：林巧彬华侨大学

学位级别：硕士

调节阀和变送器是液位控制系统中的重要组成部分,一旦这两个设备发生故障,会对控制回路造成严重的影响,甚至会影响装置的安全性,研究调节阀和变送器故障模型对提高控制系统可靠性和稳定性具有重要作用。本文针对液位控制系统中气动调节... 详细信息

调节阀和变送器是液位控制系统中的重要组成部分,一旦这两个设备发生故障,会对控制回路造成严重的影响,甚至会影响装置的安全性,研究调节阀和变送器故障模型对提高控制系统可靠性和稳定性具有重要作用。本文针对液位控制系统中气动调节阀粘滞故障和电容式差压变送器测量膜片的故障进行如下方面研究:1.建立了气动调节阀粘滞故障和电容式差压变送器测量膜片的故障模型,并分析了两种故障对液位控制系统性能的影响。2.根据调节阀粘滞故障和正弦外部干扰分别会导致控制器输出呈现三角波、正弦波形状的特点,本文提出了一种改进的面积比粘滞故障检测方法。该方法统计多个控制器输出波形并求其平均波形后,分别计算平均波形包围的面积与基准三角形面积、基准正弦波面积的比值。通过两个比值的大小来区分控制器输出信号的两种形状,进而检测出自衡或非自衡系统的振荡是否由调节阀粘滞故障引起。最后,通过仿真实验验证了该检测方法的有效性。3.针对调节阀粘滞故障的补偿控制问题,本文设计了一种稳态阀位下的补偿控制器。该方法以稳态阀位为目标,结合回路中的控制器传递函数、过程对象传递函数和粘滞参数的信息,设计出优化的补偿控制器,并在阀杆反向运动瞬间加入补偿控制器,对粘滞故障进行补偿。最后,仿真实验结果证明本文所提出的粘滞故障补偿控制器是有效的。

关键词：液位控制系统气动调节阀粘滞故障粘滞检测粘滞补偿测量膜片故障

热工过程PID控制系统性能评估、振荡诊断及优化方法研究

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热工过程PID控制系统性能评估、振荡诊断及优化方法研究

作者：邹丹丹东南大学

学位级别：硕士

在热工过程中,PID控制器应用广泛,其控制性能优劣直接影响调节品质以及机组运行的稳定性。PID控制器是按一定的性能基准来设计的,随着运行时间的推移,其控制性能会下降,达不到预期的性能目标,导致实际性能与预期要求有较大的差距。而工... 详细信息

在热工过程中,PID控制器应用广泛,其控制性能优劣直接影响调节品质以及机组运行的稳定性。PID控制器是按一定的性能基准来设计的,随着运行时间的推移,其控制性能会下降,达不到预期的性能目标,导致实际性能与预期要求有较大的差距。而工业过程中有许多的控制回路处于振荡状态中,性能普遍较差,这其中有不少的控制回路振荡是由控制阀门粘滞特性引起。若仅对PID控制器参数进行整定,就会出现误操作的现象。因此,在对控制回路进行性能评价及优化时,对控制阀门粘滞特性进行诊断和补偿,很有实际意义。本论文把PID控制系统的性能评估、控制回路振荡检测、控制阀门粘滞特性诊断,以及控制系统优化相结合,进行了以下研究:1.提出了PID控制系统的性能评价综合指标。对PID控制系统抗扰性能、设定值随动性能和控制系统响应快慢三方面进行研究。首先,对复杂的被控对象模型进行简化,通过3σ准则对控制系统进行稳态判断;然后基于ITAE方法获得理想闭环特性形式下的性能评估模型,通过计算控制回路的实际ITAE值与理论值的偏离程度判断控制回路的性能;再结合闲置指数,对控制回路响应快慢进行判断,然而单一的性能指标并不能全面的评价控制回路性能,因此,将ITAE与闲置指数相结合,给出PID控制系统的综合性能指标,为进一步研究控制系统优化做铺垫。2.综合考虑控制回路振荡检测和阀粘滞检测方法。首先,提出了基于时域法和面积法的回路振荡检测及振荡程度判断方法,给出控制回路振荡强弱区间;其次,以Kano二参数模型为粘滞模型,在Simulink中搭建仿真回路,计算控制器输出和过程输出的互相关函数,通过分析该互相关函数的奇偶性,对粘滞特性进行定性判断。为弥补定性检测法的不足以及研究粘滞特性下的控制回路补偿方法,提出了定量计算粘滞参数,判断粘滞强弱的方法,并结合控制器输出和阀门输出偏差以及粘滞区间占比来划分粘滞强弱区间。当粘滞较小时,可通过调整控制器参数进行优化,无需进行阀门维护;而当阀粘滞特性较大时,需要采取相应的阀门补偿措施。3.研究并提出PID控制系统性能优化的解决方案。利用控制阀门粘滞补偿信号和基准控制器参数模型对控制系统进行优化。首先,在阀粘滞参数定量计算的基础上,通过加入短脉冲补偿信号,对粘滞特性进行补偿,并给出了脉冲补偿信号参数的选取建议。此外,根据综合性能评价指数给出理想闭环传递函数的过程时间常数τ,给出了抗扰性能和随动性能下的基准控制器的参数模型。

关键词：性能评价振荡检测粘滞检测粘滞补偿参数优化

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气动阀门粘滞特性诊断与分析平台设计

信息技术与信息化 2013年第6期 121-124页

作者：张波曹鸣东南大学自动化学院江苏南京210018

振荡检测及粘滞诊断在工业自动化生产中有着重要意义。本文对几种典型粘滞诊断方法进行了分析,应用MATLAB GUI设计了一些控制回路阀门粘滞诊断综合分析平台的基本功能。在实现振荡检测的基础上,分析Hammerstein粘滞辨识方法原理,以及面... 详细信息

振荡检测及粘滞诊断在工业自动化生产中有着重要意义。本文对几种典型粘滞诊断方法进行了分析,应用MATLAB GUI设计了一些控制回路阀门粘滞诊断综合分析平台的基本功能。在实现振荡检测的基础上,分析Hammerstein粘滞辨识方法原理,以及面积峰值法和继电器波形匹配法两种基于形状分析的粘滞诊断方法,通过仿真数据验证了基于形状诊断方法的有效性。

关键词：控制理论与控制工程气动控制阀粘滞检测粘滞辨识