執(zhí)行器氣動定位系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)建模.pdf

1、執(zhí)行器作為三大工業(yè)自動化基礎(chǔ)裝備(檢測儀表、集散控制系統(tǒng)(DCS)、執(zhí)行器)之一，其技術(shù)水平對流程工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量、效率、安全性和節(jié)能環(huán)保等有著重要的影響。氣動執(zhí)行器作為過程控制系統(tǒng)終端執(zhí)行儀表，其定位系統(tǒng)的建模與辨識研究不但是研究智能閥門定位器精確定位控制算法、控制閥優(yōu)化設(shè)計(jì)、執(zhí)行器故障診斷與維護(hù)管理等技術(shù)的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，也是過程控制系統(tǒng)動態(tài)性能改進(jìn)提高的基礎(chǔ)。本文以氣動執(zhí)行器為對象，搭建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺，基于實(shí)測數(shù)據(jù)，首先采用最小二乘

2、法進(jìn)行曲線擬合，辨識獲得了帶純滯后的高階系統(tǒng)模型，其次研究了常規(guī)遺傳算法存在的問題并加以改進(jìn)，最后將遺傳算法引入系統(tǒng)模型辨識，分別獲得了氣動執(zhí)行器進(jìn)氣與排氣的高精度動態(tài)模型。
　　 首先介紹最小二乘法辨識法基本原理，推導(dǎo)出低階、高階連續(xù)模型參數(shù)估計(jì)的公式，詳細(xì)介紹延時(shí)時(shí)間的選定方法、函數(shù)多重積分的計(jì)算、辨識模型評價(jià)的時(shí)域誤差和參數(shù)估計(jì)的基本流程。接著設(shè)計(jì)并編寫最小二乘法程序，獲得氣動執(zhí)行器閥桿正向、反向位移的高精度動態(tài)模型，并對

3、其進(jìn)行驗(yàn)證。由辨識結(jié)果可知，當(dāng)氣動執(zhí)行器進(jìn)氣、排氣時(shí)，閥桿正向、反向位移模型分別是二階和三階時(shí)滯模型。最后研究兩個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)：采樣間隔時(shí)間△t和截止時(shí)間tN對參數(shù)估計(jì)的影響，發(fā)現(xiàn)在階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)中如果時(shí)間△t越小，測取激勵(lì)數(shù)據(jù)越多，那么模型參數(shù)的估計(jì)值越精確，反之估計(jì)值就有很大誤差。
　　 常規(guī)遺傳算法收斂速度慢，進(jìn)化過程中因封閉競爭易產(chǎn)生“早熟”現(xiàn)象。針對上述問題，重點(diǎn)研究交叉算子和變異算子基本原理，并且分別對其提出改進(jìn)方法。改進(jìn)

4、交叉算子拓展染色體基因的活動區(qū)間，保持基因的多樣性，并且使種群個(gè)體能夠從局部最優(yōu)解中逃離。改進(jìn)變異算子的變異概率不是常量，類似于變異步長，隨著進(jìn)化代數(shù)增加而變小。為了避免高變異概率破壞父代優(yōu)秀染色體，本文還引入了基于適應(yīng)度的回插策略，它的基本思想：選擇、交叉和變異操作獲得的所有子代代替最不適應(yīng)的父代個(gè)體，組成一個(gè)新的子代種群。以數(shù)字仿真的形式，分別對同一個(gè)仿真對象進(jìn)行階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)、脈沖響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)辨識模型與仿真對象幾乎是一樣的。最