[发明专利]一种科氏流量计振动幅值的仿人智能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及流量检测领域，为一种科里奥利质量流量计(简称科氏流量计)中振动幅值的仿人智能控制方法，模仿人类智能设计控制器对科氏流量计的振动幅值进行快速稳定控制。

背景技术

流量是工业过程控制中重要的检测参数，科氏流量计作为一种直接式质量流量计，具有非接触检测、检测精度高、流体适用范围广及多参数检测等一系列优越性能，广泛应用于石油、化工、食品、医药等领域。

科氏流量计通过计算两路测量管振动信号的时间差来检测质量流量，测量管的快速启振和稳幅振动性能严重影响科氏流量计检测精度。模拟方法采用滑动变阻器、压控放大器等模拟元器件调节驱动电流，实现振动幅值控制。然而，在流量开始或结束阶段以及气液两相流等情况下，测量管中流体的有效质量不恒定，导致测量管阻尼比发生变化，此时模拟驱动方法因控制算法简单、响应速度慢、电路复杂，存在温度漂移和时间漂移问题，无法维持测量管振动幅值的稳定性，导致流量检测精度下降，甚至造成测量管停振而无法产生测量数据。因此，近年来科氏流量计振动幅值的数字控制技术正逐渐发展。

科氏流量计振动幅值控制主要采用以P算法和PI算法为基础的PID调节，具有实现简单、鲁棒性好、可靠性高的特点，但不能在线整定参数，在对模型复杂、具有非线性时变特点的科氏流量计测量管振动进行幅值控制时，不同程度地存在启振时间较长、超调较大、振动不稳定等问题。英国牛津大学研究了一种非线性幅值控制方法(CLARKE DW.Non-linear control of the oscillation amplitude of a coriolis mass-flow meter[J].European Journal of Control.1998.4：196-207)，其核心思想是通过对振动信号幅值和给定幅值取自然对数，扩大控制量的调节范围，提高控制精度，取自然对数可使幅值偏差比单纯相减更大，从而加强控制调节效果，缩短了启振时间，加快了响应速度。针对非线性幅值控制中因积分饱和而产生超调现象，合肥工业大学徐科军等(李祥刚，徐科军，朱永强.非线性幅值控制算法中2中PI控制器的比较[J].合肥工业大学学报，2009，32(11)：1665-1668，1690.)在非线性幅值控制算法中采用了积分分离的PI控制器和积分限幅的PI控制器。积分分离的PI控制器在偏差较大时，只让比例控制起作用，以快速减少偏差；在偏差较小时，再让积分控制起作用。两种PI控制器体现了一定智能特性，有效提高了控制性能，但积分分离的判断值很难选取，且结果受阻尼比变化的影响；采用积分限幅PI控制器可较好解决积分饱和、产生超调的问题，但启振时间延长了。文献(苏奋华，涂亚庆，张海涛.科氏流量计驱动系统模糊PID控制器设计及仿真[J].仪表技术与传感器，2009，9：64-67.)设计了基于模糊PID的科氏流量计振动幅值控制方法，实现PID控制参数的在线自整定，改善测量管振动性能。

发明内容

本发明公开了一种科氏流量计振动幅值的仿人智能控制方法，以克服现有技术不足，实现测量管的稳幅振动，一定程度提高科氏流量计测量精度。该方法通过总结和模拟人的智能控制经验、技巧和直接推理能力，将测量管振动过程分为启振稳幅阶段和干扰抑制阶段，在不同阶段根据振动信号幅值、偏差和偏差变化趋势确定相应控制策略。

本发明的技术方案：一种科氏流量计振动幅值的仿人智能控制方法包括振动信号幅值特征状态集Φ、控制模态集Ψ以及直觉推理规则集Ω。

(1)特征状态集Φ＝{Φ₁，Φ₂}

其中，Φ₁：启振稳幅阶段振动信号幅值的特征状态集；

Φ₂：干扰抑制阶段振动信号幅值的特征状态集；

e：振动信号幅值与预定幅值的偏差；

振动信号幅值与预定幅值的偏差变化率；

e₁、e₂、e₃：幅值偏差阈值；

a、b：幅值偏差变化率阈值；

(2)控制模态集Ψ＝{Ψ₁，Ψ₂}

其中，Ψ₁：启振稳幅阶段的控制模态集；

Ψ₂：干扰抑制阶段振动的控制模态集；

u_n：控制幅值输出；

e_m，i：幅值偏差极值；