一種科氏流量計振動幅值的仿人智能控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及流量檢測領域,公開了一種科氏流量計振動幅值的仿人智能控制方法,將科氏流量計測量管振動分為啟振穩(wěn)幅階段和干擾抑制階段,根據(jù)振動幅值與給定幅值的誤差及誤差變化趨勢劃分啟振穩(wěn)幅振動為5個特征狀態(tài),劃分干擾抑制振動為3個特征狀態(tài);針對8個不同特征狀態(tài),模仿人類控制經(jīng)驗構建8種對應的控制模態(tài);運用直覺推理,根據(jù)當前測量管振動的特征狀態(tài)選擇相應控制模態(tài),輸出幅值增益。本發(fā)明的有益技術效果為:有效地提高了科氏流量計啟振速度和響應速度,增強了振動的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種科氏流量計振動幅值的仿人智能控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及流量檢測領域,為一種科里奧利質(zhì)量流量計(簡稱科氏流量計)中振 動幅值的仿人智能控制方法,模仿人類智能設計控制器對科氏流量計的振動幅值進行快速 穩(wěn)定控制。
【背景技術】
[0002] 流量是工業(yè)過程控制中重要的檢測參數(shù),科氏流量計作為一種直接式質(zhì)量流量 計,具有非接觸檢測、檢測精度高、流體適用范圍廣及多參數(shù)檢測等一系列優(yōu)越性能,廣泛 應用于石油、化工、食品、醫(yī)藥等領域。
[0003] 科氏流量計通過計算兩路測量管振動信號的時間差來檢測質(zhì)量流量,測量管的快 速啟振和穩(wěn)幅振動性能嚴重影響科氏流量計檢測精度。模擬方法采用滑動變阻器、壓控放 大器等模擬元器件調(diào)節(jié)驅動電流,實現(xiàn)振動幅值控制。然而,在流量開始或結束階段以及氣 液兩相流等情況下,測量管中流體的有效質(zhì)量不恒定,導致測量管阻尼比發(fā)生變化,此時模 擬驅動方法因控制算法簡單、響應速度慢、電路復雜,存在溫度漂移和時間漂移問題,無法 維持測量管振動幅值的穩(wěn)定性,導致流量檢測精度下降,甚至造成測量管停振而無法產(chǎn)生 測量數(shù)據(jù)。因此,近年來科氏流量計振動幅值的數(shù)字控制技術正逐漸發(fā)展。
[0004] 科氏流量計振動幅值控制主要采用以P算法和PI算法為基礎的PID調(diào)節(jié),具 有實現(xiàn)簡單、魯棒性好、可靠性高的特點,但不能在線整定參數(shù),在對模型復雜、具有非線 性時變特點的科氏流量計測量管振動進行幅值控制時,不同程度地存在啟振時間較長、 超調(diào)較大、振動不穩(wěn)定等問題。英國牛津大學研究了一種非線性幅值控制方法(CLARKE D ff. Non-linear control of the oscillation amplitude of a coriolis mass-flow meter[J].European Journal of Control. 1998.4 :196_207),其核心思想是通過對振動 信號幅值和給定幅值取自然對數(shù),擴大控制量的調(diào)節(jié)范圍,提高控制精度,取自然對數(shù)可使 幅值偏差比單純相減更大,從而加強控制調(diào)節(jié)效果,縮短了啟振時間,加快了響應速度。針 對非線性幅值控制中因積分飽和而產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象,合肥工業(yè)大學徐科軍等(李祥剛,徐科 軍,朱永強.非線性幅值控制算法中2中PI控制器的比較[J].合肥工業(yè)大學學報,2009, 32(11) : 1665-1668,1690.)在非線性幅值控制算法中采用了積分分離的PI控制器和積分 限幅的PI控制器。積分分離的PI控制器在偏差較大時,只讓比例控制起作用,以快速減少 偏差;在偏差較小時,再讓積分控制起作用。兩種PI控制器體現(xiàn)了一定智能特性,有效提 高了控制性能,但積分分離的判斷值很難選取,且結果受阻尼比變化的影響;采用積分限 幅PI控制器可較好解決積分飽和、產(chǎn)生超調(diào)的問題,但啟振時間延長了。文獻(蘇奮華,涂 亞慶,張海濤.科氏流量計驅動系統(tǒng)模糊PID控制器設計及仿真[J].儀表技術與傳感器, 2009,9 :64-67.)設計了基于模糊PID的科氏流量計振動幅值控制方法,實現(xiàn)PID控制參數(shù) 的在線自整定,改善測量管振動性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明公開了一種科氏流量計振動幅值的仿人智能控制方法,以克服現(xiàn)有技術不 足,實現(xiàn)測量管的穩(wěn)幅振動,一定程度提高科氏流量計測量精度。該方法通過總結和模擬人 的智能控制經(jīng)驗、技巧和直接推理能力,將測量管振動過程分為啟振穩(wěn)幅階段和干擾抑制 階段,在不同階段根據(jù)振動信號幅值、偏差和偏差變化趨勢確定相應控制策略。
[0006] 本發(fā)明的技術方案:一種科氏流量計振動幅值的仿人智能控制方法包括振動信號 幅值特征狀態(tài)集Φ、控制模態(tài)集Ψ以及直覺推理規(guī)則集Ω。
[0007] (1)特征狀態(tài)集 Φ = {Φπ Φ2}
[0008]
【權利要求】
1. 一種科氏流量計振動幅值的仿人智能控制方法,該方法包括:將測量管振動分為啟 振穩(wěn)幅階段和干擾抑制階段,根據(jù)測量管振動信號幅值、偏差和偏差變化趨勢分別構建振 動特征狀態(tài)集φ= {φρφ^ ;針對不同的特征狀態(tài)構建相應控制模態(tài)集ψ= {ψρψ。; 拾取測量管振動信號特征,辨識當前振動狀態(tài),運用直覺推理采取相應控制模態(tài),輸出振動 幅值控制量un。 ⑴特征狀態(tài)集Φ= {Φ^Φ2}
其中,O1 :啟振穩(wěn)幅階段振動信號幅值的特征狀態(tài)集; Φ2 :干擾抑制階段振動信號幅值的特征狀態(tài)集;e :振動信號幅值與預定幅值的誤差; ?:振動信號幅值與預定幅值的誤差變化率; e2、e3 :幅值誤差閾值; a、b:幅值誤差變化率閾值; ⑵控制模態(tài)集Ψ={Ψπ Ψ2}
其中,Ψ?:啟振穩(wěn)幅階段的控制1?態(tài)集;ψ2:干擾抑制階段振動的控制模態(tài)集; Un :控制幅值輸出; :幅值誤差極值;sgn(en):取en符號; Umax :最大幅值輸出; Kpl、Kp2、Kp3 :比例控制系數(shù); Kdl、Kd2 :微分控制系數(shù); Kil :積分控制系數(shù); (3)直覺推理規(guī)則集ΩΩ = {c〇k:C> - Ψ} = {ω17 ω2,…,c〇k} 9ij> THEN Ψ ij 其中,《k :特征狀態(tài)到控制模態(tài)的--映射,k= 1,2,"·,8;i= 1,j= 1,2,3,4,5;i=2,j=l,2,3〇
【文檔編號】G05B19/042GK104236651SQ201410354288
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月19日 優(yōu)先權日:2014年7月19日
【發(fā)明者】涂亞慶, 楊輝躍 申請人:中國人民解放軍后勤工程學院