控制阀粘滞检测方法

摘要

本发明公开了一种控制阀粘滞检测方法，包括如下步骤：假设待检验的回路数据序列所对应的线性随机过程为零假设；通过替代数据生成算法产生若干组与原始数据相对应的替代数据；计算原始数据和替代数据的检验统计量；如果原始数据和替代数据所得到的值有显著的差异，说明原始数据序列中含有非线性成分，所对应的控制回路的阀门可能具有粘滞；反之，则控制回路的阀门不存在粘滞。本发明利用统计量或检测指数进行数据序列非线性的检验，进而对控制阀是否存在粘滞做出判断；能够与已有的检测方法实现互补，从而达到扩大粘滞特性有效检测出的条件范围及提高粘滞特性检出率的效果。

权利要求

1.一种控制阀粘滞检测方法，其特征在于，包括如下步骤：假设被检验的回路数据序列所对应的线性随机过程作为零假设，通过替代数据生成算法产生J组与原始数据相对应替代数据；

计算原始数据和替代数据的检验统计量，如果原始数据和替代数据所得到的值有显著的差异，则拒绝零假设，说明原始数据序列中含有非线性成分，所对应的控制回路的阀门可能具有粘滞；反之，则控制回路的阀门不存在粘滞；

其中，检验统计量[Dm,n(q)]及检测指数N1的计算方法为：对于假设问题 通过比较两个样本的经验分布

函数来判断是否接受零假设H0,定义检验统计量(Dm,n)：其中Fm(x)是原始数据样本X1,X2,...,Xm的经验分布函数，Gn(x)(q)(1≤q≤J)是第q组的替代数据样本Y1,q,Y2,q,...,Yn,q的经验分布函数，即：m，n为自然数，Fm(x)、Gn(x)(q)(1≤q≤J)分别为其各自样本较好的估计，所以它们之间的差异间接的反应了F(x)和G(x)(q)(1≤q≤J)之间的差异；

统计量Dm,n(q)所对应显著性水平p下的值可由可靠性分布函数得到，其中 取H0的拒绝域为0.05，此时对应

如果Dm,n(q)小于Dcritical则接受零假设H0(1≤q≤J)；反之，如果Dm,n(q)大于或等于Dcritical则拒绝零假设H0，而接受H1(1≤q≤J)；

通过替代数据生成算法生成J组替代数据，通过检验拒绝零假设组数和总组数的比值的百分比作为基于检验非线性的指数，记为N1；通过仿真数据的计算，发现当指数N1大于

98％时，认定原始数据中存在非线性，则控制回路的阀门可能存在粘滞；反之，则控制回路的阀门不存在粘滞。

说明书

控制阀粘滞检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于控制回路性能监控系统的技术领域，尤其涉及气动控制阀存在的粘滞故障进行检测的方法。

背景技术

[0002] 现有技术提出的检测气动控制阀粘滞的方法利用基于非线性预测误差指数的替代数据方法用来检验原始时间序列是否含有非线性，进而对控制阀是否存在粘滞做出判断。但由于用于上述分析计算的实际现场数据中存在的大量噪声等复杂因素，对“非线性预测误差”指数检测结果的干扰，一些实际存在粘滞的情况，但现有方法却到得粘滞不存在的结果。并且，通过仿真研究发现：在存在干扰的条件下，现有技术提出的检测气动控制阀粘滞的非线性预测误差指数方法存在许多条件下不能正确检测气动控制阀粘滞的情况。

发明内容

[0003] 发明目的：提供一种控制阀粘滞检测方法，以解决现有技术存在的上述问题，从而扩大粘滞特性有效检测出的条件范围及提高粘滞特性检出率。

[0004] 技术方案：一种控制阀粘滞检测方法，包括如下步骤：

[0005] S1、假设待检验的回路数据序列所对应的线性随机过程为零假设；

[0006] S2、通过替代数据生成算法产生若干组与原始数据相对应的替代数据；

[0007] S3、计算原始数据和替代数据的检验统计量；如果原始数据和替代数据所得到的值有显著的差异，说明原始数据序列中含有非线性成分，所对应的控制回路的阀门可能具有粘滞；反之，则控制回路的阀门不存在粘滞。

[0008] 所述S3包括：

[0009] S31、定义零假设为：

[0010]

[0011] 定义所述检验统计量：

[0012]

[0013] 其中Fm(x)是原始数据样本X1,X2,...,Xm的经验分布函数，Gn(x)(q)(1≤q≤J)是第q组的替代数据样本Y1,q,Y2,q,...,Yn,q的经验分布函数，即：

[0014]

[0015] 统计量Dm,n(q)所对应显著性水平p可由可靠性分布函数得到，其中 若取H0的拒绝域为0.05，此时对应
如果Dm,n(q)小于Dcritical则接受零假设H0(1≤q≤J)；反之，如果Dm,n(q)大于或等于Dcritical则拒绝零假设H0，接受H1(1≤q≤J)；

[0016] S32、通过FT替代数据生成算法生成若干组替代数据，定义拒绝零假设组数和总组数的比值的百分比为基于检验非线性的指数N1，通过仿真数据的计算，当指数N1大于98％时，则控制回路的阀门可能存在粘滞；反之，则控制回路的阀门不存在粘滞。

[0017] 有益效果：本发明利用统计量或检测指数进行数据序列非线性的检验，进而对控制阀是否存在粘滞做出判断；能够与已有的检测方法实现互补，从而达到扩大粘滞特性有效检测出的条件范围及提高粘滞特性检出率的效果。

附图说明

[0018] 图1是本发明实施例的流程图。

[0019] 图2a和图2b分别是本发明和现有技术应用于一存在粘滞的控制回路的非线性指数N1和N等高图。

[0020] 图3a和图3b分别是本发明和现有技术应用于另一存在粘滞的控制回路的非线性指数N1和N等高图。

[0021] 图4a、图4b和图4c是本发明应用于一实际存在粘滞的控制回路获得的PV、SP、OP和PV-OP图。

[0022] 图5a、图5b和图5c是本发明应用于另一实际存在粘滞的控制回路获得的PV、SP、OP和PV-OP图。

具体实施方式

[0023] 如图1所示，本发明包括如下步骤：

[0024] 首先，假设被检验的回路数据序列所对应的线性随机过程作为零假设，通过替代数据生成算法产生若干组，记为J(J取100组)与原始数据相对应替代数据。

[0025] 其次，计算原始数据和替代数据的检验统计量，如果原始数据和替代数据所得到的值有显著的差异，则拒绝零假设，说明原始数据序列中含有非线性成分。这样，所对应的控制回路的阀门可能具有粘滞；反之，则控制回路的阀门不存在粘滞。

[0026] 统计量[Dm,n(q)]及检测指数(N1)的计算方法：

[0027] 对于假设问题： 通过比较两个样本的经验分布函数来判断是否接受零假设H0。定义检验统计量(Dm,n)：

[0028]

[0029] 其中Fm(x)是原始数据样本X1,X2,...,Xm的经验分布函数，Gn(x)(q)(1≤q≤J)是第q组的替代数据样本Y1,q,Y2,q,...,Yn,q的经验分布函数，即：

[0030]

[0031] m，n为自然数，Fm(x)、Gn(x)(q)(1≤q≤J)分别为其各自样本较好的估计，所以它们之间的差异间接的反应了F(x)和G(x)(q)(1≤q≤J)之间的差异。

[0032] 统计量Dm,n(q)所对应显著性水平p下的值可由可靠性分布函数得到，其中 若取H0的拒绝域为0.05，此时对应
如果Dm,n(q)小于Dcritical则接受零假设H0(1≤q≤J)；反之，如果Dm,n(q)大于或等于Dcritical则拒绝零假设H0，而接受H1(1≤q≤J)。

[0033] 通过FT替代数据生成算法生成若干组(J组)替代数据，通过检验拒绝零假设组数和总组数的比值的百分比作为基于检验非线性的指数，记为N1。这里，通过仿真数据的计算，发现当指数N1大于98％时，认定原始数据中存在非线性较为合理，则控制回路的阀门可能存在粘滞；反之，则控制回路的阀门不存在粘滞。

[0034] 实验1：如图2a和图2b所示：图2a对应的是本发明的基于检验的控制阀粘滞检测方法，而图2b对应的是现在已有的基于非线性预测误差指数的控制阀粘滞检测方法。

[0035] 图中纵坐标的为控制阀粘滞参数S/2J(S＝4)，而横坐标的为用于仿真的一阶惯性加时延对象 中的参数θ/τ(θ＝4)。另外，仿真中将均值为0、方差为0.001的白噪声通过一阶数字滤波器 加入控制对象的输出端。

[0036] 在图2a中，N1>98(％)的区域是正确检测出控制阀具有粘滞非线性的区域，而在图2b中，N>1的区域是正确检测出控制阀具有粘滞非线性的区域。对比两张图，显然在此仿真条件下，按照本发明所确定的能够正确检测出控制阀具有粘滞非线性的区域要大于已有的检测粘滞非线性的方法。

[0037] 实验2：如图3a至图3b所示：图3a对应的是本发明的基于检验的控制阀粘滞检测方法，而图3b对应的是现在已有的基于非线性预测误差指数的控制阀粘滞检测方法。图中纵坐标的为控制阀粘滞参数S/2J(S＝10)，而横坐标的为用于仿真的一阶惯性加时延对象中的参数θ/τ(θ＝1)。另外，仿真中将均值为0、方差为0.001的白噪声通过一阶数字滤波器 加入控制对象的输出端。

[0038] 在图3a中，N1>98(％)的区域是正确检测出控制阀具有粘滞非线性的区域，而在图3b中，N>1的区域是正确检测出控制阀具有粘滞非线性的区域。对比两张图，显然在此仿真条件下，按照本发明所确定的能够正确检测出控制阀具有粘滞非线性的区域要大于已有的检测粘滞非线性的方法。

[0039] 实验3：如图4a至图4c所示，这是按一个实际存在粘滞的液位控制的工业数据所画出的PV、SP、OP及PV-OP图。按照本发明所计算出的相应非线性指数N1＝100(％)，得到回路存在粘滞的结果，这与实际情况完全吻合；而按现有技术计算出的相应非线性指数N＝-0.39614，得到错误的结果，即回路没有粘滞。

[0040] 实验4：如图5a至图5c所示，这是按一个实际存在粘滞的液位控制的工业数据所画出的PV、SP、OP及PV-OP图。按照本发明所计算出的相应非线性指数N1＝100(％)，得到回路存在粘滞的结果，这与实际情况完全吻合；而按现有技术计算出的相应非线性指数N＝-0.91088，得到错误的结果，即回路没有粘滞。

[0041] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

[0042] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。