在现代过程工业中,自动化水平迅速提高,并取得了显著的成果。自动化程度的提高体现在控制器和控制回路数量的增加。一个工厂可能有几百个乃至上千个控制回路,控制回路性能的诊断和监测对生产安全高效进行意义重大。控制回路性能的优劣对于是否能保证产品的高产低耗是至关重要的。气动调节阀是大多数过程控制回路中的典型执行器。它是控制回路中唯一的活动部分,它是控制决策的执行者。即使控制器设计得合理,如果控制阀发生故障,必将导致控制回路性能下降。由控制阀引起的被控变量的震荡是导致控制回路性能下降的主要原因。控制回路掩盖了控制回路性能的真实性,故障阀的存在导致产品质量下降、次品率下降、能耗增加、降低生产能力、工厂的利润减少。因此对气动调节阀的故障检测是非常必要的。本文以气动调节阀为研究对象,研究由阀摩擦引起的非线性对控制回路性能的影响以及基于信号处理的气动调节阀的故障诊断方法,对主要的非线性因素一摩擦进行检测、量化和在线补偿的研究。首先,对控制回路的性能进行诊断。使用非高斯指数(NGI)和非线性指数(NLI),检测信号的非高斯性和非线性,诊断导致控制回路性能差的原因。其次,建立阀的摩擦的双参数数据驱动模型。这个模型可以对阀的各种复杂摩擦现象进行仿真,通过在开环和闭环状态下的仿真,证明该模型的有效性。最后,用椭圆拟合法结合PV-OP图来判断摩擦是否存在,再用可分离的最小二乘法及全局搜索算法来估计阀的摩擦。同时研究阀的摩擦的补偿方法,通过对摩擦进行在线补偿,从而提高控制回路的性能。本文对摩擦诊断的整个过程进行了研究,包括摩擦的检测、量化及在线补偿,并在摩擦检测方面,由Hammerstein模型的单参数识别方法推导了适合摩擦模型的双参数识别方法,通过仿真实例表明该方法的可行性。