[實(shí)用新型]用于控制雙作用氣動致動器的裝置和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821606443.5
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: 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（專利權(quán)）人: 費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國際有限公司
• 主分類號: F16K31/122
• 分類號: 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致動器的裝置和系統(tǒng)。一種用于控制雙作用氣動致動器的系統(tǒng)被配置為生成兩個(gè)控制信號，兩個(gè)氣動腔室中的每一個(gè)氣動腔室對應(yīng)一個(gè)控制信號，以便鑒于對致動器的腔室壓力或剛度的操作約束來控制致動器位置。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程控制閥的雙作用氣動致動器的裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

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

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

實(shí)用新型內(nèi)容

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

所述系統(tǒng)可以被配置為測量兩個(gè)腔室中的壓力并使用測量值來計(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，以及控制所述致動器的位置。

一種用于控制雙作用氣動致動器的裝置，所述致動器包括致動活塞和兩個(gè)氣動腔室，其中，一個(gè)腔室中的壓力在一個(gè)方向上對活塞施加力，而另一個(gè)腔室中的壓力在相反方向上對所述活塞施加力，并且所述裝置包括：接口，其被配置為獲得對所述致動器的剛度的數(shù)字指標(biāo)的約束并獲得針對所述致動器的位置的設(shè)定點(diǎn)；位置傳感器，其被配置為測量所述致動器的位置；處理單元，其被配置為計(jì)算所述致動器的剛度的數(shù)字指標(biāo)，以及鑒于對所述致動器的剛度的數(shù)字指標(biāo)的約束來計(jì)算控制信號以調(diào)節(jié)所述兩個(gè)氣動腔室中的壓力，以便使所述致動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)于所述控制信號來激活氣動設(shè)備以調(diào)節(jié)所述致動器的所述氣動腔室中的壓力。

在一個(gè)示例中，所述接口還被配置為獲得針對所述致動器的剛度的數(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，以便同時(shí)使所述致動器的所述位置的誤差和所述致動器的剛度的數(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：針對所述兩個(gè)控制信號中的每一個(gè)控制信號，計(jì)算以下各項(xiàng)的加權(quán)和：(i)所述致動器的所述位置的誤差、(ii)所述致動器的速度、以及(iii)所述致動器的剛度的數(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，其被配置為測量所述致動器的所述氣動腔室中的每一個(gè)氣動腔室中的壓力，其中，測量到的壓力被用于計(jì)算所述致動器的剛度的數(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)氣動腔室中的壓力的加權(quán)和來計(jì)算所述致動器的剛度的數(shù)字指標(biāo)。