一種因閥門粘滯特性而引起控制回路振蕩的補償方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及過程控制回路的閥門粘滯補償領域，尤其涉及一種因閥門粘滯特性而 引起控制回路振蕩的補償方法。
【背景技術】
[0002] 工業(yè)回路中存在的振蕩問題嚴重制約著企業(yè)經(jīng)濟效益的提高，為了及時發(fā)現(xiàn)并 解決振蕩問題，振蕩監(jiān)測、振蕩的控制與補償勢在必行。研宄表明，有20%~30%的控制 回路振蕩是由控制閥引起?？刂崎y的粘滯特性Sticiton是非線性特性中最為常見的，會不 同程度地影響控制系統(tǒng)的性能。遲滯同時也是控制閥門中最難克服的問題之一，它會引起 控制回路的振蕩，導致產(chǎn)品質(zhì)量下降，能耗增加，設備磨損加快等問題。目前，已經(jīng)有很多學 者研宄控制回路中的閥門遲滯特性，并且已經(jīng)取得了很多的研宄成果。
[0003] 現(xiàn)代工業(yè)流程設備具有規(guī)模大、復雜度高、變量多，且在閉環(huán)控制下運行的特點， 對于復雜的化工生產(chǎn)過程，往往具有成千上萬個回路，而且，這些回路由于存在耦合互相影 響?？刂苹芈返恼袷幀F(xiàn)象由于控制器過整定、外部擾動和調(diào)節(jié)閥非線性工作特性的普遍存 在，極大地影響了工業(yè)流程設備運行的經(jīng)濟效益和穩(wěn)定性。在工業(yè)生產(chǎn)中，一旦因為閥門粘 滯問題而引發(fā)振蕩現(xiàn)象，在沒有到設備維修周期時，是不可能停止生產(chǎn)過程而對閥門進行 檢修的。因此，通過信號控制對閥門輸入信號進行補償從而克服粘滯問題，是一種很有效的 方式，對提高生產(chǎn)效率和節(jié)約設備資源具有重要意義。
[0004] 在現(xiàn)有的閥門粘滯補償方法中，最主流的方法有knocker補償，通過在控制信號 上疊加抖動方波信號，來增加相應閥門輸入信號的能量來克服粘滯問題。此方法對回路信 息要求較少，實現(xiàn)起來也相對簡單便捷，但是降低回路振蕩的同時，也增加了閥門振動的頻 率，大大降低了閥門的使用壽命。另外一種方法是依據(jù)回路振蕩時的極限環(huán)情況來調(diào)整控 制器參數(shù)和類型，此方法的局限性是有些振蕩情況只能減弱振蕩的幅度，無法真正消除振 蕩，如果想要消除振蕩，有些情況只能將PI控制轉換為P控制，而這樣的改變在大部分工業(yè) 場合并不適用。還有一種比較常用的就是兩步法，兩步法的特點是在開環(huán)情況下，先將閥門 從當前粘滯位置移動到新的位置，再將其拉至目標位置并保持不變。最常見的實現(xiàn)方式是 通過3次兩步移動來得到過程增益，其局限性也非常明顯，首先需要每一次移動后都要等 待過程輸出穩(wěn)定，尤其是遲延較大的對象需要花費很長時間來實現(xiàn)兩步法，另外就是每次 移動的幅值都很大，在補償期間對過程會產(chǎn)生一定的負面影響。
[0005] 在粘滯補償方法中，一種綜合效果較好的補償方法對閥門使用壽命不產(chǎn)生負面作 用，另外可以在較短時間內(nèi)提供較好的補償效果，對工業(yè)生產(chǎn)過程提高效率，節(jié)約成本都有 很積極的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種因閥門粘滯特性而引起控制回路振蕩的補償方法。本發(fā)明方法 能夠有效縮短兩步法的實現(xiàn)時間，并且降低補償過程中對過程回路的負面作用，補償精度 也可以根據(jù)實際需求調(diào)整，在提高生產(chǎn)過程效率上有重要的實用價值。
[0007] -種因閥門粘滯特性而引起控制回路振蕩的補償方法，包括如下步驟：
[0008] (1)控制回路因粘滯特性發(fā)生振蕩后，將回路切換到開環(huán)模式下進行控制，并輸出 一組控制信號m(t);
[0009] (2)根據(jù)拉普拉斯變換對控制信號m(t)和采集到的過程輸出信號y(t)進行處理， 在開環(huán)控制下得到至少一個完整振蕩周期內(nèi)的變量關系；
[0010] (3)采用He閥門粘滯模型，根據(jù)控制信號m(t)與粘滯參數(shù)心的關系以及步驟（2) 所述的變量關系得到閥門的目標位置Vss的值，進而得到控制信號的期望值m ss;
[0011] (4)采用兩步法對控制信號m(t)進行補償，直到控制信號到達期望值的估計值 ，從而使得閥門到達目標位置。
[0012] 本發(fā)明在控制回路切換到開環(huán)狀態(tài)下，通過輸出一組控制信號來得到兩步法實現(xiàn) 中的一個重要參數(shù)Hl ss(控制信號的期望值），由于實際中存在各種誤差以及計算過程中對 相對微小變量的忽略成分，步驟（3)得到的是期望值的估計值;利用拉普拉斯變換得到 過程輸出信號y(t)在某些時間結點間（極值點）的特殊關系，然后在閥門模型選取為He 模型的基礎上，根據(jù)粘滯參數(shù)fd與控制信號（閥門輸入信號）的關系以及步驟（2)所述的 變量關系來獲得閥門目標位置Vss的值，同樣由于實際存在的誤差，得到的其估計值^。根 據(jù)控制信號的變化趨勢以及?ν.來確定的最終大?。蛔罱K再通過實現(xiàn)兩步法，使閥門從 當前粘滯位置移動到一個新的粘滯位置，然后將控制信號設置為、、大小即可推動閥門到 達目標位置，控制回路的振蕩問題即可消除。
[0013] 本發(fā)明所述的控制信號是控制器輸出信號疊加補償器信號，也稱為閥門輸入信 號。
[0014] 步驟⑴輸出一組控制信號m(t)的過程如下：
[0015] 判斷控制回路切換到開環(huán)模式時當前控制信號m(t)的變化趨勢，根據(jù)變化趨勢 上升或下降的狀態(tài)，分別將當前控制信號調(diào)整至最大值Hi 1或最小值m 2，在該過程持續(xù)時間 可以相對較小，目的是使閥門從當前粘滯位置移動即可，然后調(diào)整至最小值Hl2或最大值Hl 1, 持續(xù)T1時間，再調(diào)整至最大值m i或最小值m 2，持續(xù)T2時間，重復上述調(diào)整過程即得到控制 信號m(t)。重復調(diào)整過程得到控制信號m(t)的目的是使得過程輸出信號y(t)可以在開環(huán) 模式下呈現(xiàn)一個完整的周期性振蕩。
[0016] 判斷控制回路切換到開環(huán)模式時當前控制信號m(t)的變化趨勢，如果變化趨勢 是上升的狀態(tài)，則將當前控制信號調(diào)整至最大值，然后調(diào)整至最小值；如果變化趨勢是下降 的狀態(tài)，則將當前控制信號調(diào)整至最小值，然后調(diào)整至最大值。
[0017] !!^是控制回路切換到開環(huán)模式前，回路在振蕩過程中的控制信號最大值;Hl2是控 制回路切換到開環(huán)模式前，回路在振蕩過程中的控制信號最小值。T 1是歷史振蕩數(shù)據(jù)中，一 個振蕩周期