執(zhí)行器氣動定位系統(tǒng)的實驗建模.pdf

1、執(zhí)行器作為三大工業(yè)自動化基礎裝備(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)化設計、執(zhí)行器故障診斷與維護管理等技術(shù)的關鍵理論基礎，也是過程控制系統(tǒng)動態(tài)性能改進提高的基礎。本文以氣動執(zhí)行器為對象，搭建了相應的實驗平臺，基于實測數(shù)據(jù)，首先采用最小二乘

2、法進行曲線擬合，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，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，推導出低階、高階連續(xù)模型參數(shù)估計的公式，詳細介紹延時時間的選定方法、函數(shù)多重積分的計算、辨識模型評價的時域誤差和參數(shù)估計的基本流程。接著設計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、其進行驗證。由辨識結(jié)果可知，當氣動執(zhí)行器進氣、排氣時，閥桿正向、反向位移模型分別是二階和三階時滯模型。最后研究兩個實驗參數(shù)：采樣間隔時間△t和截止時間tN對參數(shù)估計的影響，發(fā)現(xiàn)在階躍響應實驗中如果時間△t越小，測取激勵數(shù)據(jù)越多，那么模型參數(shù)的估計值越精確，反之估計值就有很大誤差。
　　 常規(guī)遺傳算法收斂速度慢，進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方法。改進

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，并且使種群個體能夠從局部最優(yōu)解中逃離。改進變異算子的變異概率不是常量，類似于變異步長，隨著進化代數(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的父代個體，組成一個新的子代種群。以數(shù)字仿真的形式，分別對同一個仿真對象進行階躍響應實驗、脈沖響應實驗，發(fā)現(xiàn)兩個辨識模型與仿真對象幾乎是一樣的。最