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      日本SMC電磁閥摩擦的檢測與診斷的資料各分那些

                日本SMC電磁閥摩擦的檢測與診斷的資料各分那些
          日本SMC電磁閥同時也導致控制回路的性能下降。一個典型的化工廠有幾百個甚至幾千個控制回路,控制回路的性能與工廠的經濟效益密切相關。震蕩是導致控制回路控制性能下降的主要原因。控制回路中被控變量的震蕩導致產品質量下降、次品率增加、能耗增加、生產效率降低。控制回路中唯壹的活動部分是控制閥。如果控制閥包含非線性,例如:摩擦、后座力和,閥的輸出可能震蕩,這將導致過程輸出震蕩。使用侵入式方法(控制閥在非工作狀態下,檢測并診斷其故障(1)),例如行程檢測,可以很容易地檢測摩擦。但將這種侵入式方法應用到整個日本SMC電磁閥中檢測工廠里幾百個或者更多的控制閥既費時費力,又不可行。
          日本SMC電磁閥盡管有很多侵入式方法能夠對控制閥的性能進行分析(2~5),但對非侵入式方法的分析和研究很少在文獻中出現。Horch方法成功地檢測出流量回路中的摩擦,但它不能應用到可壓縮流體上(6)。Ren2gaswamy提出的方法依賴于數據的時間趨勢,但這經常受到噪聲或干擾的影響。數據的趨勢曲線在很大程度上受過程和控制器動態的影響(7)。Stenman提出了一種基于模型的方法來檢測控制閥的摩擦(8),這種方法需要知道過程的模型和大量的整定參數,而從日常操作的數據中獲取閉環回路模型是非常困難的。
          一種基于數據的非侵入式方法可以有效地減少維持控制性能所需的費用。本文介紹了一種不基于數據模型的非侵入式方法,這種方法特點是不必對系統施加額外的激勵或進行試驗,只要利用正常操作狀態下的系統輸入輸出數據就可以估計系統的動態特性,所以應用上簡單易行,它的這些優點使其成為控制系統性能檢測的有用工具。
          2 問題描述
          一個典型的反饋控制回路。這個控制回路是通過調節被控變量使過程值達到期望的設定值。每個回路需要已知三個參數,即:設定值(SP),被控制變量值(PV),控制器輸出值(OP)。在文獻(9,10)中,討論了評估控制回路或控制器性能的方法,例如:小誤差標準和時間標準。這里主要的難點是如何利用日常操作數據確定導致控制系統性能差的根本原因。控制回路性能差可能是由于控制器參數整定不合理,擾動的存在或者回路中存在非線性引起的。因為基于線性理論的控制器是在回路線性的假設下設計的,如果應用到非線性對象將導致性能變差。回路的非線性可能是控制閥存在非線性或過程本身存在非線性引起的,導致控制閥非線性可能是其存在摩擦、死區、滯后等。這樣的非線性系統經常產生非高斯和非線性時間序列(11)。
          日本SMC電磁閥為研究對象,對調節閥中存在的非線性進行檢測和診斷。調節閥中的非線性主要是由摩擦引起的,因此這個非線性檢測和診斷過程就是確定調節閥中的非線性是否由摩擦導致的。
          3 非線性檢測與診斷方法
          典型的信號處理工具利用一階矩和二階矩,如均值、方差。這種工具主要用來分析線性過程的信號,對于非線性信號,這種方法就顯得無能為力。高階統計量(即二階以上的統計量,一般包括高階矩、高階累積量以及它們的譜---高階矩譜和高階累計量這四種統計量)的方法就能夠很容易地解決這些問題,它是分析非線性信號有用的工具。本文中高階統計量(12)用來檢測和診斷控制閥的非線性。
          3.1 日本SMC電磁閥雙相干譜簡介
          存在非線性閥的控制回路產生非高斯性和非線性時間序列。Choudhury在2003年,提出根據控制誤差信號(SP2PV)的非高斯性和非線性作為確定控制回路性能的方法。這種方法利用標準重譜或雙相干譜的靈敏度檢測信號的非線性。非線性時間序列的一個顯著特點是出現相位耦合,一個頻率下的相位需要由其它頻率的相位來決定。相位耦合時高階譜所具有的特性可以通過信號的雙相干譜檢測。
          如果擾動是可以測量的,這種方法可以用來檢驗干擾是否是線性的。基于高階統計量的NGI和NLI指數計算方法簡單,如果回路具有非線性行為,則需要將其隔離做進一步的診斷。控制回路被確定存在非線性以后,需要診斷出導致其非線性的原因。在作了上面的一些假設以后,可以推測控制閥有可能導致控制回路的非線性。接下來是診斷控制閥的非線性是由摩擦還是由其它的原因引起的。PV2OP坐標圖可以解決這個問題。它可以對數據的時間序列進行定性分析,使用基于高階統計的NGI和NLI指數檢測閥的非線性問題,然后用PV2OP坐標圖診斷導致非線性的原因。
          4 仿真研究
          日本SMC電磁閥選取被控對象模型為:
          理想情況下,控制閥的摩擦引起的非線性是忽略的,其過程的趨勢曲線如圖3(a)所示。采用圖1所示的反饋控制,控制器使用常規的線性PID控制,日本SMC電磁閥使用數據驅動模型來模擬實際的控制閥,數據驅動模型的參數設置為:S=5,J=2。其中S表示死區加粘連,J表示滯跳。通過仿真來得到PV和OP的時間序列,為分析控制閥的非線性提供數據。由于控制閥的模型是非線性的,導致整個控制系統是非線性的,而采用的控制器是線性的,這種非線性導致過程出現震蕩
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