發(fā)布時間：2020-09-16 07:49

　　 隨著復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性要求越來越高,工業(yè)過程控制和故障檢測技術(shù)已成為控制領(lǐng)域的研究熱點之一。目前,針對線性系統(tǒng)控制和故障檢測方法的研究已有較為成熟的理論和實踐基礎(chǔ),而對于非線性系統(tǒng)控制和故障檢測方法的研究還有很多問題需要解決,主要包括:(1)大多非線性系統(tǒng)控制及故障檢測的理論研究還停留在仿真階段,缺乏實際驗證;(2)在諸多工業(yè)非線性控制應(yīng)用中,由于成本或者空間的限制引入了無線測量儀表或執(zhí)行器,在這種情況下,如何保證被控參數(shù)滿足控制要求也是一個挑戰(zhàn);(3)現(xiàn)有的非線性系統(tǒng)故障檢測方法還存在著檢測的準確性和可靠性不夠高等問題。鑒于以上考慮,本文針對非線性水箱系統(tǒng)的相關(guān)控制和故障檢測問題進行研究,主要內(nèi)容包括:(1)建立非線性水箱系統(tǒng)研究實驗平臺。為更好理論結(jié)合實踐,讓理論算法能夠驗證于實際系統(tǒng)而不僅僅停留在仿真階段,搭建了一套非線性水箱實驗平臺,其中硬件平臺包括球形水箱、無線液位變送器、氣動調(diào)節(jié)閥、水泵及相關(guān)管路等。建立了DeltaV系統(tǒng)的軟件平臺,完成了控制程序的編寫和組態(tài)應(yīng)用軟件的開發(fā)。在此基礎(chǔ)上,基于機理建模方法得到非線性水箱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并與實驗數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果表明,所建立的非線性水箱模型與實際數(shù)據(jù)基本吻合。(2)針對無線測量條件下非線性水箱液位控制問題,設(shè)計了一種增強型的PID(PIDplus)控制器,并驗證了其在處理無線控制問題時的優(yōu)越性。與有線控制系統(tǒng)存在的測量滯后較小、測量變量定期更新的特點相比,基于無線的非線性控制系統(tǒng)中,測量更新周期較長、測量更新是非周期性,甚至存在丟包的可能,為克服這些問題對控制帶來的影響,本文提出了一種改進的PID算法(PIDPlus),分別在仿真和實驗環(huán)境下驗證了PIDPlus算法相對于傳統(tǒng)PID算法的優(yōu)越性。(3)提出一種改進粒子濾波方法對非線性水箱系統(tǒng)的泄漏故障、傳感器故障進行檢測,實驗表明改進方法與傳統(tǒng)方法相比具有更好的檢測效果。傳統(tǒng)粒子濾波中,會出現(xiàn)粒子退化和樣本貧化現(xiàn)象,這會影響故障檢測準確率,針對該問題,本文提出了基于遺傳算法改進的粒子濾波,使用遺傳算法實現(xiàn)粒子濾波的重采樣過程,有效地克服了粒子退化并增加了粒子多樣性。最后,通過對泄露故障和傳感器故障檢測效果進行實驗驗證,結(jié)果表明改進粒子濾波算法更準確可靠。最后,對全文進行了總結(jié),并提出了有待解決和探索的問題。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP273;TH17
【部分圖文】：

3 羅斯蒙特渦街流量計環(huán)境讓有線儀表變得不除布線的困擾和成本。位變送器如圖 2-4(a)所示器的兩個點，一個測量，測得兩端壓差 ，通能強大，安裝簡便，可該變送器采用鋰電池進定義，通訊范圍為 22用，所以無線網(wǎng)關(guān)必不無線液位變送器數(shù)據(jù)b)所示，其有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先

圖 2-3 羅斯蒙特渦街流量計實物圖工業(yè)過程的惡劣環(huán)境讓有線儀表變得不再適用，而無統(tǒng)的靈活性，免除布線的困擾和成本。為模擬使用無線平臺采用無線液位變送器如圖 2-4(a)所示，它是差壓型液為：通過測量容器的兩個點，一個測量點在容器底端液器頂端的氣體中，測得兩端壓差 ，通過 = 計線液位變送器性能強大，安裝簡便，可將溫度影響降低0%的響應(yīng)時間。該變送器采用鋰電池進行供電，其數(shù)據(jù) 60 分鐘，用戶自定義，通訊范圍為 225 米。液位變送器的使用，所以無線網(wǎng)關(guān)必不可少，其能夠?qū)⒔y(tǒng)連接，并完成無線液位變送器數(shù)據(jù)的通訊。本實驗網(wǎng)關(guān)，如圖 2-5(b)所示，其有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的安全性、可擴

圖 2-5 現(xiàn)場設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)軟件平臺 系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，且技術(shù)較為成熟。經(jīng)其中監(jiān)控層包括工程師站和操作員站，源、I/O 卡件等，如圖 2-6 所示。(Deltav)，具體結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示。在監(jiān)進行控制、配置、數(shù)據(jù)采集、檢測的各能夠監(jiān)控和操作現(xiàn)場過程變量，必要時本參數(shù)如表 2-5 所示。表 2-5 工作站參數(shù)參數(shù)類型 參數(shù)值內(nèi)存 16GB硬盤 500GB

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本文編號：2819592