油田射孔器材检测装置加热系统的频域模型辨识.docVIP

油田射孔器材检测装置加热系统的频域模型辨识 ,, 镪;乙娥/～ 油田孔器材检澍装置加系统的额域模型辨识栽谍 油田射孔器材检测装置加热 系统的频域模型辨识 , 竖叠一王子才争冶鏖堇生一(}’(哈尔滨工业大学)(大庆天拣气公司)I 【摘要】油田射孔嚣材检装量的加热系统是多 舟质的复合传热过程,覆赡建立精确数学模型.本 文通过实测系统的靖人信号和蕾出响应.利用理论 分析,数据优化盈数值的霉{分珐,辫识出该系统传 递函数形式的近拒l数学模墨.该模型在仿真研究 和实际应用中取得了良好的效果. 关键词数学模型响应曲螭自动控期传递 函数 1引言 油田射孔器材硷涮装置,是用于模拟油 井下状态来硷验射孔嚣材的耐高强高压状 况的一种试验装置.主要设备是高温超高压 釜.如图l所示.釜体的径长比是0.485/3. 5.厚度为o.1475m.釜内油的超高压由液压 系统来实现.加热过程采用井式电加热炉, 控翩的目标是使釜内油温达到3o0±l, 压力200Mpa±IMpa.并保持一定时间的恒 定.该高温高压试验系统的传热是一种多 介质的复合传热过程.对象特性十分复杂. 若按机理法建立其数学模塑,是一个复杂的 二阶偏微分方程,而且有关的热工系数难以 确定.这给对其进行控制研究带来很大的难 度.因Bgt;0.1,而按集总参数简化的模型 又有较大误差.为实现对釜内油温的高精 度控翩,研究其控制方法.必须要研究系统 的动态特性.建立一个合适的理论模型是十 分必要的.本文针对这些问题,在反复实验 的基础上,取得了大量实测数据.经过优化 拟合后,得到实测的输人信号曲线与输出信 号曲线.根据这些曲线建立了高温高压装 置传热过程的数学模型. 用传递函数描述对象的动态过程.既可 以象系统的微分方程和其羼态解一样有效 地反映出系统的动态特性.又可以免去求解 散分方程的繁镁计算.因此,基于传递函数 分析法是描述线性系统动态特性的一种简 便而有效的数学方法.这种方法在对系统 的动态特性分析中具有很重要的作用,是一 种良好的工程方法.本文利用这种方法,较 精确地模拟了实际对象的主要特性.为该装 求解系统传递函数的方法有几种【.|.目 前工程中常用的方法是根据飞升曲线的形 状来近似求取系统的传递函数.这种方法产 生的误差较大.本文在参考[3]的方法基础 上通过对实铡输出响应曲线的理论分析与 数值计算相结合的方法来求系统的传递函 数.并编制成计算机软件,在仿真研究与实 际应用中发挥了很发的作用.表明了该方法 建立的数学模型的有效性. 2传递函数形式的数学模 型 以传递函数描述线性系统的数学模型 自动化技术与应用Vo1.19,No.2200O年第2期15 常用形式是一骰有理式o G小=黜= (1) 其中.C(s)一系统输出响应的拉普拉 斯变换式;U(s)—输入信号的拉普拉斯变 换式. 问题归结为如何根据系统的响应曲线 c(t)确定C(),根据输入信号曲线(I)确 定u(s),将C(s)及u(s)表示成 c㈨:等e,j㈤+el5+…十 u(,):I二(3)g乜gts+…+gr 系统的传递函数则表示为 = (4) r0+rI3+…+, 如果在指定m,,m.下,确定待定 系数卉(f=0,1,2…m),(=0,I,2…n), amp;t(=0,l,2…),r,(,=0,l,2…),即 可求得系统的传递函数G0(s).由于C(s) 与(s)的函数形式完全相似.这里只介绍 如何由实测的c(t)来确定表达式(2)中的 璃.n及各项系数dl,ei.实践表明m,n的 取值大些可获得较高的拟合精度.但计算量 会相应增大.m,的选择,以拟合精度来 调整,结构如图2所示,e(t):c(t)一c(r)『 圈2系统误差控制方框图 3待定系数的确定 在(2)中(￡=O,1,2,…,n),(j=O 1,2,…,n)中共有nl++2个待定系数, 但其中有一个是不独立的. 当s:O时,c(o)=(5) fO 由c(O)可确定两个系数d”..,根据 工程经验,一般情况由拉氏变换C(O): fc(t)出≠0,则不妨取do=1则 1 o丽 在某些特殊情况下c(o)=fc(t)出 = 0,则显然得南=0,不妨取o=1,于是还 有m+n个待定系数.将(2)式写成 c(J)(eI5+e25+…+e,J.)一(dI5+ 如5+…+d)=do一oC(5)(6) 若取nl+个不同的非零s值,且根据 拉氏变换 c(s)=』e一-c(I)出(7) 其中c(t)是实浏输出响应.可得到m +n个c(s)值.即c(1),c(旬),…,c (1I+),于是得到一个关于待定系数的m +元线性方程组. c()耋一萎出:南一印c() (8) (1,2,…,m+) 求解方程组(8)可得到待定系数,即可 得C()的表达式;屙理可得u(s)的表达 式. 4c(Sk