[實(shí)用新型]用于控制雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器的裝置和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821606443.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN210003906U
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·S·梅茨徹克;M·R·方丹;K·W·瓊克;D·L·施密德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國(guó)際有限公司
• 主分類號(hào): F16K31/122
• 分類號(hào): F16K31/122
• 代理公司: 72002 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 胡欣

本實(shí)用新型涉及用于控制雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器的裝置和系統(tǒng)。一種用于控制雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器的系統(tǒng)被配置為生成兩個(gè)控制信號(hào)，兩個(gè)氣動(dòng)腔室中的每一個(gè)氣動(dòng)腔室對(duì)應(yīng)一個(gè)控制信號(hào)，以便鑒于對(duì)致動(dòng)器的腔室壓力或剛度的操作約束來(lái)控制致動(dòng)器位置。剛度的數(shù)值指標(biāo)可以以各種方式進(jìn)行計(jì)算，例如，計(jì)算為兩個(gè)腔室壓力的平均值。在一個(gè)實(shí)施例中，剛度的數(shù)字指標(biāo)被視為系統(tǒng)的輸出以及致動(dòng)器的位置。具有位置和壓力反饋的多輸入多輸出控制回路可以用于同時(shí)控制致動(dòng)器的位置和剛度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型總體上涉及控制閥，更具體而言，涉及用于控制用于過(guò)程控制閥的雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器的裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

許多工業(yè)過(guò)程使用控制閥來(lái)控制通過(guò)管道的流體的流動(dòng)速率。這些控制閥由致動(dòng)器打開和關(guān)閉，致動(dòng)器的位置由定位器使用來(lái)自致動(dòng)器位置傳感器的反饋和過(guò)程設(shè)置進(jìn)行設(shè)定。定位器和致動(dòng)器組合的目標(biāo)是響應(yīng)于流過(guò)閥的過(guò)程流體產(chǎn)生的力而快速且精確地控制致動(dòng)器位置并且使致動(dòng)器位置的偏差最小化。

雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)氣動(dòng)腔室中的壓力來(lái)改變位置，其中壓力推動(dòng)連接到桿的活塞。轉(zhuǎn)而，桿將活塞的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)控制閥的開度以改變過(guò)程流體的流動(dòng)。當(dāng)來(lái)自過(guò)程流體流動(dòng)的力移動(dòng)致動(dòng)器時(shí)，該過(guò)程可能受到不利影響，并且致動(dòng)器部件上的附加磨損可能降低致動(dòng)器的壽命。致動(dòng)器的剛度呈現(xiàn)在能夠快速控制致動(dòng)器位置和限制閥中的抖動(dòng)力對(duì)致動(dòng)器位置的波動(dòng)的影響之間的工程折衷。減少閥致動(dòng)器的剛度的不希望的變化將改善過(guò)程控制系統(tǒng)的質(zhì)量和耐用性。

實(shí)用新型內(nèi)容

鑒于當(dāng)來(lái)自過(guò)程流體流動(dòng)的力移動(dòng)致動(dòng)器時(shí)，該過(guò)程可能受到不利影響，并且致動(dòng)器部件上的附加磨損可能降低致動(dòng)器的壽命的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了用于控制雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器的裝置和系統(tǒng)。本公開內(nèi)容的裝置和對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)施方式可以鑒于對(duì)致動(dòng)器的剛度設(shè)定的約束來(lái)控制雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器的位置。所述系統(tǒng)可以通過(guò)增加兩個(gè)氣動(dòng)腔室中的相對(duì)的 (opposing)壓力來(lái)增加剛度并且相反地通過(guò)減小兩個(gè)壓力來(lái)減小剛度。因此，通過(guò)控制到致動(dòng)器腔室的兩個(gè)氣動(dòng)信號(hào)，所公開的裝置可以改變致動(dòng)器的位置，同時(shí)增加或減小剛度。

所述系統(tǒng)可以被配置為測(cè)量?jī)蓚€(gè)腔室中的壓力并使用測(cè)量值來(lái)計(jì)算剛度的數(shù)值指標(biāo)。控制回路可以被配置為使用剛度的數(shù)字指標(biāo)作為用于控制的輸出中的一個(gè)輸出，以及控制所述致動(dòng)器的位置。

一種用于控制雙作用氣動(dòng)致動(dòng)器的裝置，所述致動(dòng)器包括致動(dòng)活塞和兩個(gè)氣動(dòng)腔室，其中，一個(gè)腔室中的壓力在一個(gè)方向上對(duì)活塞施加力，而另一個(gè)腔室中的壓力在相反方向上對(duì)所述活塞施加力，并且所述裝置包括：接口，其被配置為獲得對(duì)所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)的約束并獲得針對(duì)所述致動(dòng)器的位置的設(shè)定點(diǎn)；位置傳感器，其被配置為測(cè)量所述致動(dòng)器的位置；處理單元，其被配置為計(jì)算所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)，以及鑒于對(duì)所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)的約束來(lái)計(jì)算控制信號(hào)以調(diào)節(jié)所述兩個(gè)氣動(dòng)腔室中的壓力，以便使所述致動(dòng)器的所述位置的誤差最小化；以及換能器，其被配置為響應(yīng)于所述控制信號(hào)來(lái)激活氣動(dòng)設(shè)備以調(diào)節(jié)所述致動(dòng)器的所述氣動(dòng)腔室中的壓力。

在一個(gè)示例中，所述接口還被配置為獲得針對(duì)所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)的設(shè)定點(diǎn)；以及所述處理單元還被配置為：計(jì)算所述控制信號(hào)，以便同時(shí)使所述致動(dòng)器的所述位置的誤差和所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)的誤差最小化。

在一個(gè)示例中，所述處理單元還被配置為：針對(duì)所述兩個(gè)控制信號(hào)中的每一個(gè)控制信號(hào)，計(jì)算以下各項(xiàng)的加權(quán)和：(i)所述致動(dòng)器的所述位置的誤差、(ii)所述致動(dòng)器的速度、以及(iii)所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)的誤差。

在一個(gè)示例中，所述裝置還包括：壓力傳感器，其被配置為測(cè)量所述致動(dòng)器的所述氣動(dòng)腔室中的每一個(gè)氣動(dòng)腔室中的壓力，其中，測(cè)量到的壓力被用于計(jì)算所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)。

在一個(gè)示例中，所述處理單元還被配置為：使用所述兩個(gè)氣動(dòng)腔室中的壓力的加權(quán)和來(lái)計(jì)算所述致動(dòng)器的剛度的數(shù)字指標(biāo)。