德國費(fèi)斯托電磁閥摩擦的檢測(cè)與診斷的資料各分那些

德國費(fèi)斯托電磁閥同時(shí)也導(dǎo)致控制回路的性能下降。一個(gè)典型的化工廠有幾百個(gè)甚至幾千個(gè)控制回路，控制回路的性能與工廠的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。震蕩是導(dǎo)致控制回路控制性能下降的主要原因?？刂苹芈分斜豢刈兞康恼鹗帉?dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降、次品率增加、能耗增加、效率降低?？刂苹芈分械幕顒?dòng)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(dǎo)致過程輸出震蕩。使用侵入式方法（控制閥在非工作狀態(tài)下，檢測(cè)并診斷其故障（1）），例如行程檢測(cè)，可以很容易地檢測(cè)摩擦。但將這種侵入式方法應(yīng)用到整個(gè)德國費(fèi)斯托電磁閥中檢測(cè)工廠里幾百個(gè)或者更多的控制閥既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又不可行。

德國費(fèi)斯托電磁閥盡管有很多侵入式方法能夠?qū)刂崎y的性能進(jìn)行分析（2～5），但對(duì)非侵入式方法的分析和研究很少在文獻(xiàn)中出現(xiàn)。Horch方法成功地檢測(cè)出流量回路中的摩擦，但它不能應(yīng)用到可壓縮流體上（6）。Ren2gaswamy提出的方法依賴于數(shù)據(jù)的時(shí)間趨勢(shì)，但這經(jīng)常受到噪聲或干擾的影響。數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線在很大程度上受過程和控制器動(dòng)態(tài)的影響（7）。Stenman提出了一種基于模型的方法來檢測(cè)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(shù)，而從日常操作的數(shù)據(jù)中獲取閉環(huán)回路模型是非常困難的。

一種基于數(shù)據(jù)的非侵入式方法可以有效地減少維持控制性能所需的費(fèi)用。本文介紹了一種不基于數(shù)據(jù)模型的非侵入式方法，這種方法特點(diǎn)是不必對(duì)系統(tǒng)施加額外的激勵(lì)或進(jìn)行試驗(yàn)，只要利用正常操作狀態(tài)下的系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)就可以估計(jì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，所以應(yīng)用上簡單易行，它的這些優(yōu)點(diǎn)使其成為控制系統(tǒng)性能檢測(cè)的有用工具。

2 問題描述

一個(gè)典型的反饋控制回路。這個(gè)控制回路是通過調(diào)節(jié)被控變量使過程值達(dá)到期望的設(shè)定值。每個(gè)回路需要已知三個(gè)參數(shù)，即：設(shè)定值（SP），被控制變量值（PV），控制器輸出值（OP）。在文獻(xiàn)（9，10）中，討論了評(píng)估控制回路或控制器性能的方法，例如：小誤差標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。這里主要的難點(diǎn)是如何利用日常操作數(shù)據(jù)確定導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能差的根本原因?？刂苹芈沸阅懿羁赡苁怯捎诳刂破鲄?shù)整定不合理，擾動(dòng)的存在或者回路中存在非線性引起的。因?yàn)榛诰€性理論的控制器是在回路線性的假設(shè)下設(shè)計(jì)的，如果應(yīng)用到非線性對(duì)象將導(dǎo)致性能變差?；芈返姆蔷€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(dǎo)致控制閥非線性可能是其存在摩擦、死區(qū)、滯后等。這樣的非線性系統(tǒng)經(jīng)常產(chǎn)生非高斯和非線性時(shí)間序列（11）。

德國費(fèi)斯托電磁閥為研究對(duì)象，對(duì)調(diào)節(jié)閥中存在的非線性進(jìn)行檢測(cè)和診斷。調(diào)節(jié)閥中的非線性主要是由摩擦引起的，因此這個(gè)非線性檢測(cè)和診斷過程就是確定調(diào)節(jié)閥中的非線性是否由摩擦導(dǎo)致的。

3 非線性檢測(cè)與診斷方法

典型的信號(hào)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(hào)，對(duì)于非線性信號(hào)，這種方法就顯得無能為力。高階統(tǒng)計(jì)量（即二階以上的統(tǒng)計(jì)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(jì)量這四種統(tǒng)計(jì)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(hào)有用的工具。本文中高階統(tǒng)計(jì)量（12）用來檢測(cè)和診斷控制閥的非線性。

3.1 德國費(fèi)斯托電磁閥雙相干譜簡介

存在非線性閥的控制回路產(chǎn)生非高斯性和非線性時(shí)間序列。Choudhury在2003年，提出根據(jù)控制誤差信號(hào)（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(biāo)準(zhǔn)重譜或雙相干譜的靈敏度檢測(cè)信號(hào)的非線性。非線性時(shí)間序列的一個(gè)顯著特點(diǎn)是出現(xiàn)相位耦合，一個(gè)頻率下的相位需要由其它頻率的相位來決定。相位耦合時(shí)高階譜所具有的特性可以通過信號(hào)的雙相干譜檢測(cè)。

如果擾動(dòng)是可以測(cè)量的，這種方法可以用來檢驗(yàn)干擾是否是線性的。基于高階統(tǒng)計(jì)量的NGI和NLI指數(shù)計(jì)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(jìn)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(dǎo)致其非線性的原因。在作了上面的一些假設(shè)以后，可以推測(cè)控制閥有可能導(dǎo)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(biāo)圖可以解決這個(gè)問題。它可以對(duì)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列進(jìn)行定性分析，使用基于高階統(tǒng)計(jì)的NGI和NLI指數(shù)檢測(cè)閥的非線性問題，然后用PV2OP坐標(biāo)圖診斷導(dǎo)致非線性的原因。

4 仿真研究

德國費(fèi)斯托電磁閥選取被控對(duì)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(shì)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(guī)的線性PID控制，德國費(fèi)斯托電磁閥使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型來模擬實(shí)際的控制閥，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的參數(shù)設(shè)置為：S=5，J=2。其中S表示死區(qū)加粘連，J表示滯跳。通過仿真來得到PV和OP的時(shí)間序列，為分析控制閥的非線性提供數(shù)據(jù)。由于控制閥的模型是非線性的，導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)是非線性的，而采用的控制器是線性的，這種非線性導(dǎo)致過程出現(xiàn)震蕩

德國費(fèi)斯托電磁閥摩擦的檢測(cè)與診斷的資料各分那些