文档介绍：第六章 软测量技术主要内容一、软测量技术的意义二、软测量技术的内容三、软测量技术的建模四、软测量技术应用实例一、软测量技术的意义许多被控对象属于复杂系统,具有非线性、时变性、不确定性等复杂特性,很难建模,许多人开始研究大规模复杂系统的性质、优化和控制问题,使复杂系统研究成为控制技术发展的一个重要领域。为了使生产或实验达到某工艺设计要求,常要求对一些生化参数进行控制,例如对啤酒发酵时的糖度进行控制,对谷氨酸发酵过程中的浅糖浓度进行控制等等。这时,有没有自动检测这些生化参数的仪表就成了能否构成自动控制系统的关键。成份量和生化量的在线自动检测问题吸引了很多人投入研究与开发,成为测量技术与控制技术发展的一个重要交叉领域。血脂生化检测仪一、软测量技术的意义解决成分量、生化量在线自动检测问题有两种方法。(1)研发一种有单独传感器和仪表电路(包括微机)等硬件及响应软件,具有很好选择性(对被测量敏感,对其它量不敏感)的在线检测仪表。这是一种传统的方法,需要花很长的时间研究测量机理,开发材料、结构、硬件和软件,还要下很大的功夫去试验、修改与标定。(2)充分利用其它测量仪表已获得的工艺参数,再增加一些容易获取的参数,按照这些参数与被测变量之间存在的关系(模型),通过计算估计推断被测变量。这就是方兴未艾的软测量方法,。也被一些人们称为一种智能技术。二、软测量技术的内容对难测量或暂时不能用单独的仪表进行测量的被测变量(主导变量),选一些容易测量的变量(二次变量或辅助变量),构成辅助变量与被测变量之间的数学关系,用数据处理软件代替单独的仪表这种硬件,通过推算确定被测变量。软测量思想早在复合测量上就有所体现,例如用差压法测量气体质量流量。人们通过研究找到了差压、气体压力、气体温度和气体质量流量之间的数学关系:将差压、气体压力和气体温度三个容易测量的变量作为辅助变量进行测量,然后按数学关系便可计算确定气体质量流量。气体质量流量计二、软测量技术的内容由于可直接用现有的仪表获取辅助变量,则不再需要研发专用仪表,投入少,周期短,维护简单,又可获得与单独专用仪表一样的快速响应及计量效果。所增加的用于计算确定气体质量流量的仪表被取名为智能流量计。臭氧浓度分析仪可作为体现软测量思想的例子。用温度变送器和压力变送器测量样气的温度和压力,用光强仪测量样气对紫外光的吸收特性,按以下确定的数学模型进行计算,可测得臭氧浓度。臭氧浓度分析仪二、软测量技术的内容以上两例都存在一个起主要作用的辅助变量,即气体质量流量测量的差压和臭氧浓度测量的紫外光通过强度,其它辅助变量主要用于环境因素的自动补偿,以提高测量精度。这种补偿按照已知的机理模型用软件计算自动进行,通过多传感器的复合测量实现环境因素影响的自动补偿。但是,它们与现代软测量技术却有相当的差别。有的资料将间接测量都算为软测量是不合适的,大多数间接测量建立的是辅助变量与被测变量之间一对一的关系,可以用模拟硬件直接实现。根据以上描述可以确定,软测量技术的内容应包括辅助变量的选择,软测量模型的建立,计算、估计、推断时的数据处理,和软测量模型的完善及在线校正四大部分。二、。确定辅助变量包括确定辅助变量的类型、变量数目及变量检测的位置。这三者之间相互关联、互相影响,实际应用中要根据对象情况、工厂条件等因素确定。辅助变量数目的下限为主导变量即被测变量的数目,辅助变量的最优数量尚无统一的说法。选择辅助变量还应注意以下原则:a)适当性:选择容易获取并有较高测量精度的变量;b)灵敏性:对主导变量的影响快、作用大的变量;c)特异性:对其它干扰不太敏感的变量;选择辅助变量的结果在于形成软测量需要的可测变量集。二、,软测量的核心工作就是建立软测量模型,如下图所示:软测量最本质的技术是表征辅助变量和主导变量之间数学关系的软测量模型。与控制系统建模类似,建立软测量模型主要有机理建模,经验建模和机理与经验相结合的建模。二、,提高软测量的精度,有必要对软测量相关数据进行处理,以提高数据的正确性和可靠性。数据处理包括测量数据误差处理和测量数据变换处理两大内容。数据误差主要有随机误差和过失误差。随机误差因噪声干扰、操作过程微小波动等随机因素引起,常用数字滤波的方法加以处理,如叠加平均滤波、中值滤波、程序控制滤波等方法都可以减小随机误差的影响。过失误差指测量的系统误差,过失误差的影响很大,必须在数据处理时进行判别和及时剔除。