系统辨识在压力计量中的应用研究

　　1　引　言

　　在工业现场控制过程中,压力传感器是经常遇到的压力仪器,为了获取精确理想的控制效果,首先应对所用压力传感器进行计量检定。压力传感器的计量检定就是通过计量确定其迟滞、非线性、灵敏度、误差以及确定其工作直线方程等参数。这就涉及到未知参数的问题,而系统辨识针对未知参数的运算处理又非常灵活有效,于是把系统辨识的理论和方法引入到压力传感器参数确定的处理中就是顺理成章了。常见的系统辨识的处理方法主要有最小二乘法,Kalman滤波法,Bayes辨识法,神经网络法,以及自适应控制系统等。

　　系统辨识也叫模型辨识,系统是通过模型来表达的。系统辨识就是一种利用系统的输入输出数据建模的方法,它是指在输入输出的基础上由规定的一类系统模型中确定一个系统模型,使之与被测系统等价。因此,辨识的三个要素就是:系统的输入输出数据,模型类,等价准则。其中“一类系统模型”是指规定的连续时间系统或离散时间系统,输入输出模型或状态空间模型,确定性模型或随机模型,线性模型或非线性模型等。

　　2　辨识原理

　　2.1　辨识系统的表达形式

　　本文以线性离散系统为例,表述辨识系统的表达形式,如图1所示。

　　图中:h(k),z(k)是模型的输入输出变量,它们在离散点上是可观侧的; e(k)是模型噪声;θ是未知模型参数。即

　　2.2　系统辨识基本原理

　　系统辨识就是根据系统测量得到的数据信息,在某个准则下,估计模型的未知参数,其基本过程如图2所示。

　　应用中,采用逐步逼近法来估计参数θ,k时刻根据前一时刻的参数估计值计算出模型该时刻的输出,即

　　将新息反馈到辨识算法中,在某种准则下计算出k时刻估计,据此更新模型参数,依次迭代,直至准则函数达到最小。此刻模型的输出便是在该准则下最好的逼近输出z(k),从而获得所需要的模型。

　　3　压力传感器的检定步骤

　　将能够感受压力并转换为与压力成一定关系的电信号输出的传感器称为压力传感器,其基本结构主要包括感压部分、传输和转换部分以及激励部分。感压部分主要由感压元件组成,感压元件的主要功能是直接承受被测压力。转换部分主要由测量电路构成,将压力信号转换成电信号。激励部分主要是指供给传感器的电源,压力传感器的测量原理如图3所示。

　　压力传感器种类丰富,常见的有电阻式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、电感式压力传感器、涡流式压力传感器、霍尔式压力传感器、振频式压力传感器、力平衡式压力传感器、压杆式压力传感器、压电式压力传感器等。其测量原理是,在外界压力的作用下,感压元件上的电荷、阻值、电容、电感值等发生变化,并把这个变化转化成电信号输出,这种变化同输入的压力存在一定的函数关系,从而确定外界输入压力的大小。