调节阀机理模型的建模与参数辨识

发布时间：2017-04-15 18:24

  本文关键词：调节阀机理模型的建模与参数辨识，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：调节阀作为工业过程控制系统中检测仪表、调节阀、控制器这三大基础装备之一,是整个自动化系统中关键的终端设备,其中气动调节阀占据约70%左右的份额。调节阀是根据控制系统输出的远程控制信号,自动改变被控工艺装置对象中的介质流量,达到调节生产工艺参数的目的。调节阀是集合气路、电路、磁路的复杂系统,由于我国工业化起步较晚以及国外核心技术的保密措施,导致我国在调节阀研究方面仍然处于极大的劣势。本论文针对通用的气动调节阀提出了系统的建模方法,并对吴忠仪表公司的MF2D-16B型气动调节阀提出了针对性的参数辨识方法;对山武AVP200系列定位器提出了系统的建模方法以及参数辨识方法,使对具体型号的调节阀以及定位器的建模研究成为可能,我们将这套调节阀模型命名为ControlValve Model。经检索虽然国内外对调节阀模型有些文献的研究,但这样完整的智能定位器和执行机构机理模型建模与辨识尚未有,因此,该工作是有贡献的。首先,建立了智能定位器中电子控制器模块、E/P转换模块、继动器模块的模型并设计实验辨识了模型中的参数,本论文提出了采用倒推的方法建立完整的静态E/P转换曲线,并提出了继动器模型中小孔等效面积这一参数的仿真模型以及模型中参数的辨识方法。其次,建立了气动薄膜执行机构中薄膜气室、弹簧阀杆动作系统的模型并设计实验辨识了模型中参数,提出了针对吴忠仪表公司的MF2D-16B型气动调节阀的参数辨识方法,并提出了弹簧阀杆动作系统中摩擦力参数的模型选取以及其在Simulink仿真模型中的实现方法。最后,设计开发了实验测控平台,通过设计的时域和频域实验验证了本文建立模型的准确性,对模型非线性的研究也提出了验证方案,并对影响模型准确性的原因做了详细的分析介绍。本文的研究成果提供了完整的智能定位器和执行机构机理模型建模与辨识的方法,也是调节阀系统诊断的基础。可以为调节阀设计(机械和气路)、调节阀控制系统算法、调节阀性能评估、调节阀故障诊断等研究打下基础,也希望能够推动调节阀研究的发展与进步。
【关键词】：气动调节阀 调节阀仿真模型 参数辨识 仿真验证
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1.课题研究的背景与意义11
• 1.2.气动调节阀的国内外研究进展11-13
• 1.2.1.目前国内外气动调节阀的研究发展状况11-12
• 1.2.2.气动调节阀研究中遇到的问题12-13
• 1.3.气动调节阀仿真模型的结构13-15
• 1.4.论文的内容安排15-16
• 第2章 智能定位器的建模与参数辨识16-36
• 2.1.智能定位器的结构16-19
• 2.1.1.智能定位器的结构与工作原理16-18
• 2.1.2.智能定位器仿真模型的结构18-19
• 2.2.PID控制模块19-20
• 2.3.E/P转换模块20-21
• 2.3.1.E/P转换模块的结构20
• 2.3.2.E/P转换模块的建模20-21
• 2.4.E/P转换模块的参数辨识21-24
• 2.4.1.辨识方法的介绍21-22
• 2.4.2.辨识方案设计与结果分析22-24
• 2.5.气动继动器模块24-28
• 2.5.1.气动继动器模块的结构25
• 2.5.2.工作状态模型25-26
• 2.5.3.气体质量流量模型26-28
• 2.6.小孔等效开口面积模型28-32
• 2.6.1.实验原理介绍28-29
• 2.6.2.实验方案设计29
• 2.6.3.实验结果分析29-32
• 2.7.气动继动器模块的参数辨识32-35
• 2.7.1.需要辨识的参数32
• 2.7.2.辨识方法介绍32-33
• 2.7.3.辨识方案设计33
• 2.7.4.辨识结果分析33-35
• 2.8.本章小结35-36
• 第3章 执行机构的建模与参数辨识36-56
• 3.1.执行机构的结构36-38
• 3.1.1.执行机构的结构与工作原理36-37
• 3.1.2.执行机构仿真模型的结构37-38
• 3.2.气体热力学模型的建模38-40
• 3.3.阀杆动力学模型的建模40-42
• 3.4.弹簧刚度系数的参数辨识42-44
• 3.4.1.辨识方法介绍42
• 3.4.2.辨识方案设计42-43
• 3.4.3.辨识结果分析43-44
• 3.5.阀杆与填料之间摩擦力的建模与参数辨识44-53
• 3.5.1.摩擦力模型的建模44-48
• 3.5.2.辨识方案设计48-51
• 3.5.3.辨识结果分析51-53
• 3.6.弹簧预紧力的参数辨识53-55
• 3.6.1.辨识方法介绍53
• 3.6.2.辨识方案设计53-54
• 3.6.3.辨识结果分析54-55
• 3.7.本章小结55-56
• 第4章 阀体的建模56-62
• 4.1.阀体的结构与工作原理56-57
• 4.2.阀体模型的建模57-61
• 4.2.1 流量模型的建模57-60
• 4.2.2.不平衡力模型的建模60-61
• 4.3.本章小结61-62
• 第5章 仿真模型准确性验证62-85
• 5.1.调节阀实验测控平台简介62-66
• 5.1.1.硬件介绍62-63
• 5.1.2.软件介绍63-64
• 5.1.3.开环仿真模型的结构与实验控制信号的介绍64-66
• 5.2.模型时域性能验证66-73
• 5.2.1.验证方法介绍66
• 5.2.2.验证方案设计66
• 5.2.3.验证结果分析66-73
• 5.3.模型频域性能验证73-81
• 5.3.1.验证方法介绍73-74
• 5.3.2.验证方案设计74
• 5.3.3.验证结果分析74-81
• 5.4.模型非线性程度的研究81-83
• 5.5.仿真模型准确性影响分析83-84
• 5.6.本章小结84-85
• 第6章 总结与展望85-86
• 6.1 研究工作总结85
• 6.2 展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 附录90

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