[發明專利]一種智能閥門定位器控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201910707529.X
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110645395B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 蔣恩輝;江愛朋;程前;林偉偉;李峰旭;丁強
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: F16K31/02
• 分類號: F16K31/02;F16K37/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了一種智能閥門定位器控制系統及控制方法，本發明智能微處理器根據目標閥位和實時閥位值，給出閉環控制所需的實時PWM波。閥位采集模塊采集實時閥位以及目標閥位；人機交互模塊顯示實時閥位、控制精度、流量特性曲線以及參數自整定過程中對參數自整定數據輸入、控制精度選擇、流量特性曲線選擇；A/D轉換模塊將模擬電流信號轉換成數字信號；開關式壓電閥把電信號轉換成氣動信號。本發明通過參數自整定模塊辨識出閥門特性，整定出閉環控制所需的參數，借助整定得到的控制參數、目標閥位、實時閥位、閥桿運行速度計算出所需的PWM波，輸出相應PWM波控制開關式壓電閥的進氣量和排氣量，從而實現氣動閥門快速和準確的定位。

技術領域

本發明涉及閥門定位器技術領域，特別是涉及一種智能閥門定位器控制系統及控制方法。

背景技術

閥門定位器是氣動調節閥的控制核心，它可以增大執行器輸出功率，減少調節信號傳遞中的滯后時間，加快閥桿的動作，提高閥門控制的速度，同時克服閥桿移動中的摩擦力，提高閥門控制的精度，對氣動調節閥和整個控制系統起著決定性的作用。

智能閥門定位器以微處理器為核心，采用電平衡原理代替傳統的力平衡原理，將電控指令轉化成氣動定位增量，實現對閥位的精確控制，主要由控制單元、I/P轉換單元(電氣轉換單元)、閥位檢測單元三部分組成。其工作過程如下：用戶給定目標閥位信號(一般為4～20mA電流信號)，閥門定位器接收到目標閥位信號和閥位反饋信號后，輸出相應電信號從而控制I/P轉換單元，進而改變進/排氣量，帶動氣動執行機構動作，從而實現閥位的閉環控制。

近年來，隨著新型壓電材料的進步，出現了壓電式閥門定位器，其采用壓電閥實現電氣轉換功能。壓電式閥門定位器工作時高壓氣源消耗量極低，穩定狀態時進氣和排氣口都是關閉的，極大的降低了能量消耗。閥門定位器根據電氣轉換單元所用壓電閥的不同,可分為開關式或比例式閥門定位器。由于比例式壓電閥在工作時，動作電壓存在較大的滯環，故很少使用比例式壓電閥作為智能閥門的氣動部件，壓電開關式智能閥門定位器較為流行。

智能閥門定位器控制性能的好壞主要由內部控制系統決定，系統的好壞直接影響閥門的控制精度、速度以及穩定性。由于閥門定位器是一個復雜的非線性系統，很難獲得其精確的數學模型，而傳統的控制方式卻恰是基于被控對象精確模型的控制方式。目前，很多控制研究是基于不確定的模型，卻又采用固定的控制系統，使得整個控制系統在實際應用中會產生很大誤差，且系統缺乏靈活性和應變能力，因而對于復雜系統的控制更難勝任。因此對于閥門定位器控制系統的研究具有十分重要的現實意思，國內外學者也對此做了許多深入研究。

本發明提出了一種基于開關式壓電閥的智能閥門定位器控制系統及控制方法，該系統通過參數自整定模塊整定出閉環控制所需的參數，其中包括調節閥行程類型、端點位置、充氣階段最大超調量、排氣階段最大超調量、充氣階段最佳運行PWM、排氣階段最佳運行PWM、充氣階段最小驅動PWM、排氣階段最小驅動PWM。閉環控制模塊借助參數自整定模塊得到的控制參數以及目標閥位、實時閥位計算出所需的PWM波，然后PWM輸出模塊輸出相應PWM波控制開關式壓電閥的進氣量和排氣量，從而實現氣動調節閥快速和準確的定位。

發明內容

本發明針對采用開關式壓電閥的閥門定位器在控制精度和快速性存在不足的問題，提供一種智能閥門定位器控制系統及控制方法，該系統通過參數自整定模塊整定出閉環控制所需的參數，其中包括調節閥行程類型、端點位置、充氣階段最大超調量、排氣階段最大超調量、充氣階段最佳運行PWM、排氣階段最佳運行PWM、充氣階段最小驅動PWM、排氣階段最小驅動PWM。閉環控制模塊借助參數自整定模塊得到的控制參數以及目標閥位、實時閥位計算出所需的PWM波，然后PWM輸出模塊輸出相應PWM波控制開關式壓電閥的進氣量和排氣量，從而實現氣動調節閥快速和準確的定位。