气动执行器系统的故障诊断

发布时间：2019-11-03 14:17

【摘要】：执行器是工业自动化过程的基础装备之一,是自动调节系统的终端执行仪表,在流程工业中起着非常重要的作用。执行器技术的发展深刻地影响着生产过程的安全性和可靠性。由于执行器需要频繁动作,且大多数执行器都安装在高温、高压等恶劣的环境条件下,非常容易发生故障,因此必须加大对气动执行器技术的发展。气动执行器技术的发展,除提升纯技术层面的水平之外,更需要加大对执行器气动定位系统建模等基础理论的研究。执行器气动定位系统的建模研究,不仅为阀门定位器的控制算法设计、执行器故障诊断等理论研究奠定了基础,而且也是将这些理论转化为实际应用技术的关键。首先,介绍了执行器气动定位系统的组成及工作原理。它由电-气阀门定位器、气动薄膜执行机构和阀位反馈机构组成。电-气阀门定位器包括控制器、力矩马达、继动器和阀位反馈机构;气动薄膜执行机构由膜头和弹簧机构组成。通过分析执行器气动定位系统的阶跃响应,在分析实验输入、输出数据的基础上建立了执行器气动定位系统的开环模型。在分析系统阶跃响应时,分别采用了特征面积法、飞升曲线法和最小二乘等方法实现了对系统阶跃响应的辨识,得到了系统的传递函数模型。通过比较这些辨识方法,结合执行器本身机械限位的作用,提出了一种基于部分数据的阶跃响应辨识方法,所得模型精度得到大幅提高。其次,分析了阀门定位器、气动执行机构以及调节阀的常见故障,并运用BP神经网络算法结合所得试验参数对执行器系统网络结构进行了训练和学习。采用3层BP神经网络对执行器故障进行泛化,输入数据为MATLAB/Simulink的DABlib模块发生的正常工作和不同故障情况下的试验参数数据,输出为对不同故障类型进行相应的编码,对阀体堵塞、阀或阀座沉积物、介质蒸发或临界流、位置反馈信号传感器故障、定位器弹簧故障、阀体压差不正常的变化等气动定位系统的常见故障进行了诊断。最后,在MATLAB/Simulink环境下,将检验样本通过执行器网络,通过比较其输出结果与期望结果,证明了所用算法的正确性和可行性。本文在研究气动定位系统工作原理基础上,一方面,用实验建模法建立了气动定位系统的数学模型,提出了一种基于部分数据的阶跃响应辨识方法;另一方面,在建立气动执行器系统仿真模型的基础上,对阀门定位器、气动执行机构和调节阀的常见故障运用BP神经网络算法进行了诊断。最后运用MATLAB/Simulink平台,通过实际输出结果和期望结果的比较,验证了算法的正确性。
【图文】：

示意图,输入输出,示意图,最小二乘法

当于过阻尼的二阶环节（传递函数的分母有两个实根11T 有纯滞后的二阶环节。在生产过程中，大多数对象的飞升曲以适用于一大批工业对象。基本原理理首先是由高斯为了完成行星轨道预测工作所提出的，后主要工具。最小二乘法[37]（又称最小平方法）是一种数学方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。最小二乘法的输入、输出关系如图 3.4 所示。输出信号y与输入信号1 x 表示：1 1 2 2 n ny = θ x + θ x + +θxLn为系统的参数。

模型图,过程控制系统,模型

图 1.1 过程控制系统模型感器(或变送器)检测生产装置(或生产过程)的被控工艺参数 PV，并把它 4～20mA DC)。调节器(或 DCS 系统)把变送器送来的测量信号 PV 与 SP 进行比较，，对所得偏差信号按一定的控制算法运算后，输出一个相应执行器。执行器接收调节器(或 DCS 系统)的控制信号进行动作，调节生产工艺参数 PV。行器是工业自动化基础装备之一，是自动调节系统的终端执行仪表，其功输出的控制信号，去改变被控工艺对象的输入介质流量，达到调节被控工行器的动作代替了人的操作，因而人们往往把执行器比喻为生产过程自动行器由执行机构、调节机构和控制部件三部分组成。执行机构是指根据控去驱动机械机构产生推力或位移的装置，是纯机械部件，常见的有电动执机构；调节机构是根据执行机构的动作改变工艺介质流量的装置，是纯机调节阀；控制部件是执行器的核心，它根据 DCS 系统(或调节器)输出的
【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】：2011
【分类号】：TH165.3

【引证文献】