论文部分内容阅读
液位控制系统在大量工业生产中扮演着重要角色。传统的PID(比例-积分-微分)控制法在液位过程控制中占据主要地位。但由于液位控制系统,特别是其系统传感器容易发生故障,使得PID控制法具有抗故障能力不足的缺陷,可能对生产生活造成重大损失。因此需用故障诊断对液位控制系统运行状态和异常情况作出判断,并根据诊断结果为系统维护提供依据,采用容错控制系统使得液位控制系统传感器故障时仍能较为正常运行也很有必要。当前故障诊断存在故障分辨率不高、对不确定知识的处理能力差等缺点,而容错控制由于出现较晚且理论体系尚不成熟,更有待深入探究。因此,本文对液位传感器故障诊断及液位控制系统容错控制的研究很有必要。本文主要进行了以下三点研究:(1)采用变极距电容式压力传感器测量液位,根据其工作原理设计出此变极距电容式传感器的测量电路。根据传感器结构参数的期望值和生产工艺、实用性、成本对参数的限制,得出最佳电容材料参数;根据传感器测量电路运放特性、电桥特性、输出信号要求等,得出电路主要元件参数。在此基础上设计出传感器测量电路输入信号的变压电路,输出信号的滤波电路,数据采集框架,故障通报蜂鸣器等模块,构成完整的液位传感器。(2)根据正常工作下传感器测量电路信号必须在额定范围内和液位不能剧烈变化的原理得出传感器故障存在性判据。利用传感器故障元件和故障类型的不同特性实现彻底性故障和漂移性故障的区分,实现精确到测量电路单个元件的故障定位,根据测量电路元件与电路输出信号关系表达式实现故障定值。研究了仿真数据的处理方法以提高故障定值精度。仿真证明液位传感器能实现精确到测量电路单个元件的故障定位。漂移型故障定值误差多数不足5%,元件值偏小50%以上的故障定值误差不到10%。(3)采用线性变参数观测器估计传感器液位故障值和系统状态。在传感器故障时中止传感器对标称控制器的控制,改用观测器所估状态控制标称控制器,使液位系统不受故障传感器影响从而具有传感器容错功能。容错控制下液位变化相对于参考信号的滞后速率低于1.5s/cm。