[发明专利]一种科里奥利质量流量计驱动方法

说明书

本发明提供了一种科里奥利质量流量计驱动方法，涉及智能化仪器仪表领域，本发明设计一种科里奥利质量流量计，位移传感器检测振动管的振动位移后，将位移信号的频率达到共振生成振动信号，信号发生器依据理想恒定振幅和自激振荡单元生成参考信号并产生误差信号，得到施加在驱动线圈上的驱动力，该驱动力迫使振动管振动实现流量计的闭环控制，本发明增加基于自适应神经网络滑模控制器的全数字振幅校正单元，解决了传统驱动控制方案振幅控制能力有限的技术问题，包括使流量计的温度误差得到修正，流体质量测量精度得到提高；在两相流状态下，使振动管做受迫运动，避免振动管“停振”导致的流体质量测量失效问题。

技术领域

本发明涉及智能化仪器仪表领域，尤其是一种科里奥利质量流量计驱动方法。

背景技术

科里奥利质量流量计是一种可直接对流体质量进行测量的振动管式流量计，对这种基于哥氏效应的质量流量计而言，高效、快速、稳定的驱动系统是其测量精度的重要保证，理想的驱动系统必须为振动管提供足够的驱动力，使振动管能够以其固有频率做恒幅周期性振动。

经典的模拟驱动方案包括振幅控制和频率控制两个部分，通常采用自动增益控制回路提供可变增益，产生随检测误差变化的校正电压，进而实现稳定的闭环振幅控制；采用锁相环或自激振荡系统的“选频”特性，实现对流量计振动管固有频率的跟踪。然而，在实际应用中，这种经典驱动方法却存在不可忽视的问题。一方面，制造缺陷、环境温度以及外部干扰将影响其谐振频率和振动幅度；另一方面，当流体处于两相流状态时，流动极其复杂，相界面的形状及其在两相流中的分布情况随流动过程不断变化，且阻尼急剧增大，导致自动增益控制回路不能提供足够大的增益维持流量管持续振动。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对科里奥利质量流量计在温变环境中测量精度较低，以及两相流状态下振动管停振导致的流体质量测量失效问题，本发明提出了一种基于智能控制技术的科里奥利质量流量计模拟-数字驱动方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是通过以下步骤实现：

步骤1：根据科里奥利质量流量计振动管的动力学特性，给出其动力学方程：

其中，和x分别为振动管的振动加速度、速度和位移；m为振动系统的质量，c，k分别是振动管的阻尼系数和刚度系数，且c＝-2mξω_n，ξ为阻尼比，ω_n为固有频率，u为自适应神经网络滑模控制器，且u＝f，f为驱动线圈产生的静电驱动力；

由于制造缺陷、环境温度以及外部干扰的影响，科里奥利质量流量计振动管的动力学方程可进一步表示为

其中，Δc、Δk为制造缺陷和环境温度造成的未知的参数不确定，d(t)为外部干扰；

步骤2：定义制造缺陷、环境温度以及外部干扰造成的未知项动力学方程为

构造神经网络逼近得到

其中，X_in是神经网络的输入向量，且为神经网络的权值矩阵；θ(·)：R²→R^M为输入的非线性函数，M为神经网络节点数，θ为基向量，其第i个元素由下述高斯函数计算得到，即：

其中，X_mi，σ_i分别是公式(5)的高斯函数的中心和标准差，且

定义最优估计参数w^*为

其中，ψ是w的集合；

因此，动力学模型的未知项可表示为