一种气动调节阀控制方法技术

本发明专利技术涉及一种气动调节阀控制方法，该方法包括：阀门定位器获得阀位控制值和阀位反馈值；阀门定位器判断阀位控制值是否大于当前阀位控制值，若是，则根据正向电流‑阀杆位移曲线得到控制电流，若否，根据反向电流‑阀杆位移曲线得到控制电流；控制电流控制气动调节阀运动，并通过PID调节器优化气动调节阀运动。与现有技术相比，可以解决气动调节阀控制过程中存在的反向间隙问题，从而避免阀位控制过程中出现震荡现象，使得控制过程稳定，且控制精度高，控制速度快，增加气动调节阀的使用寿命。

A control method of pneumatic control valve

【技术实现步骤摘要】
一种气动调节阀控制方法
本专利技术涉及阀门定位器领域，尤其是涉及一种气动调节阀控制方法。
技术介绍
阀门定位器是气动调节阀的主要附件之一，其接收上位机的控制信号，输出不同压力大小的气体，以带动执行机构运动，并且可以将调节阀状态信息传递给上位机，方便进行实时监测。阀门定位器改善了因气动执行器本身结构导致的死区、时滞等非线性特性，提高控制品质，改善控制性能。阀门定位器中的电气转换器接收4-20mA电流信号，电流不同，电气转换器输出气体压力不同，以带动气动薄膜执行机构运动。实验发现，正向加载电流，阀杆位移与电流成正比，一旦反向加载电流，在一定阈值内，阀杆位移不改变。针对此反向间隙问题，利用传统控制算法会导致阀位控制过程中出现震荡现象，使得控制过程不稳定，震荡的长期存在会增加阀杆与填料之间的摩擦，影响控制精度，降低调节阀的使用寿命。目前，已有多种控制算法应用于阀门定位器的控制中，如传统PID控制、模糊PID控制、仿人智能控制等，但上述方法涉及参数选取、模糊规则制定等方面工作，算法复杂，对实际工程经验有一定要求。因此，需要提出简单、精确的阀门定位器控制算法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气动调节阀控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种气动调节阀控制方法，该方法包括：步骤S1：阀门定位器获得阀位控制值和当前阀位控制值；步骤S2：阀门定位器判断阀位控制值是否大于当前阀位控制值，若是，则根据正向电流-阀杆位移曲线得到控制电流，若否，根据反向电流-阀杆位移曲线得到控制电流；步骤S3：控制电流控制气动调节阀运动，并通过PID调节器优化气动调节阀运动。所述正向电流-阀杆位移曲线通过三个正向控制电流值和对应的三个阀杆位移得到，反向电流-阀杆位移曲线通过三个反向控制电流值和对应的三个阀杆位移得到。得到所述正向电流-阀杆位移曲线和反向电流-阀杆位移曲线的过程为：步骤S21：阀门定位器的控制单元输出第一PWM信号；步骤S22：第一PWM信号通过PWM转电流模块转化为控制电流，从而控制阀门定位器的电气转换器工作；步骤S23：电气转换器驱动气动调节阀的阀杆运动；步骤S24：控制单元接收到阀杆稳定后的阀杆位移；步骤S25：控制单元增加第一PWM信号的占空比至x2并输出，重复步骤S22-S24；步骤S26：控制单元增加第一PWM信号的占空比至x3并输出，重复步骤S22-S24；步骤S27：控制单元减小第一PWM信号的占空比至x4并输出，重复步骤S22-S24；步骤S28：控制单元减小第一PWM信号的占空比至x5并输出，重复步骤S22-S24；步骤S29：控制单元减小第一PWM信号的占空比至x6并输出，重复步骤S22-S24；步骤S210：基于阀杆稳定后的阀杆位移，得到反向电流-阀杆位移曲线和正向电流-阀杆位移曲线。所述的控制单元接收到阀门定位器的位移传感器传递的阀杆稳定后的阀杆位移。所述正向电流-阀杆位移曲线的斜率k1为：所述正向电流-阀杆位移曲线的截距b1为：其中，I1、A1分别为第一PWM信号使能的控制电流和阀杆位移，I2、A2分别是增加第一PWM信号的占空比至x2时使能的控制电流和阀杆位移，I3、A3分别是增加第一PWM信号的占空比至x3时使能的控制电流和阀杆位移。所述反向电流-阀杆位移曲线的斜率k2为：所述反向电流-阀杆位移曲线的截距b2为：其中，I4、B1分别为减小第一PWM信号的占空比至x4时使能的控制电流和阀杆位移，I5、B2分别是减小第一PWM信号的占空比至x5时使能的控制电流和阀杆位移，I6、B3分别是减小第一PWM信号的占空比至x6时使能的控制电流和阀杆位移。所述阀杆位移相同时，正向控制电流与反向控制电流的差值M为：其中，k为正向电流-阀杆位移曲线的斜率和反向电流-阀杆位移曲线的斜率的均值，b1为正向电流-阀杆位移曲线的截距，b2为反向电流-阀杆位移曲线的截距。经过所述PID调节器优化的优化控制电流u′(k)的表达式为：其中，e(k)为设定值与实际值的偏差，KP、KI和KD分别为比例系数、积分系数和微分系数，I为通过正向电流-阀杆位移曲线或反向电流-阀杆位移曲线得到的控制电流。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过正向电流-阀杆位移曲线和反向电流-阀杆位移曲线得到正向加载和反向加载时的控制电流，控制电流控制气动调节阀运动，并通过PID调节器优化气动调节阀运动，可以解决气动调节阀控制过程中的反向间隙问题，从而避免阀位控制过程中出现震荡现象，使得控制过程稳定，且控制精度高，控制速度快，增加气动调节阀的使用寿命。(2)分别通过三次正向加载和三次反向加载得到正向电流-阀杆位移曲线和反向电流-阀杆位移曲线，该方法原理简单，易于操作。(3)此控制算法和模糊PID控制、仿人智能控制等算法相比，更为简单，运算处理速度较快，且实际控制效果较好。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术获得正向电流-阀杆位移曲线和反向电流-阀杆位移曲线流程图；图3为本专利技术的阀门定位器工作原理图；图4为本专利技术的正向电流-阀杆位移曲线和反向电流-阀杆位移曲线；图5为本专利技术的实际控制效果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例本实施例提供一种气动调节阀控制方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤S1：阀门定位器获得阀位控制值和阀位反馈值；步骤S2：阀门定位器判断阀位控制值是否大于当前阀位控制值，若是，则根据正向电流-阀杆位移曲线得到控制电流，若否，根据反向电流-阀杆位移曲线得到控制电流；步骤S3：控制电流控制气动调节阀运动，并通过PID调节器优化气动调节阀运动。本实施例中，气动调节阀控制系统的工作原理如图3所示，它包括电气转换器、霍尔位移传感器、均匀变化磁场、ARM单片机(控制单元)、PWM转电流模块、A/D模块等；其中霍尔位移传感器与气动调节阀的阀杆固定连接，霍尔探头放置于磁感应强度均匀变化的磁场中，霍尔位移传感器将磁感应强度值转为电压值，经A/D转换后，传给ARM单片机，进行数字量读取，可得到实际的阀杆位移。ARM单片机的引脚可输出不同占空比的PWM信号，经PWM转电流模块输出不同大小的控制电流以驱动电气转换器输出压力不同的气体，带动气动调节阀的阀杆运动。得到正向电流-阀杆位移曲线和反向电流-阀杆位移曲线具体步骤如图2所示：步骤一：正向加载电流；ARM单片机的控制引脚分三次输出不同占空比的PWM信号，经PWM转电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动调节阀控制方法，其特征在于，该方法包括：/n步骤S1：阀门定位器获得阀位控制值和当前阀位控制值；/n步骤S2：阀门定位器判断阀位控制值是否大于当前阀位控制值，若是，根据正向电流-阀杆位移曲线得到控制电流，若否，根据反向电流-阀杆位移曲线得到控制电流；/n步骤S3：控制电流控制气动调节阀运动，并通过PID调节器优化气动调节阀运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种气动调节阀控制方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S1：阀门定位器获得阀位控制值和当前阀位控制值；
步骤S2：阀门定位器判断阀位控制值是否大于当前阀位控制值，若是，根据正向电流-阀杆位移曲线得到控制电流，若否，根据反向电流-阀杆位移曲线得到控制电流；
步骤S3：控制电流控制气动调节阀运动，并通过PID调节器优化气动调节阀运动。


2.根据权利要求1所述的一种气动调节阀控制方法，其特征在于，所述正向电流-阀杆位移曲线通过三个正向控制电流值和对应的三个阀杆位移得到，反向电流-阀杆位移曲线通过三个反向控制电流值和对应的三个阀杆位移得到。


3.根据权利要求2所述的一种气动调节阀控制方法，其特征在于，得到所述正向电流-阀杆位移曲线和反向电流-阀杆位移曲线的过程为：
步骤S21：阀门定位器的控制单元输出第一PWM信号；
步骤S22：第一PWM信号通过PWM转电流模块转化为控制电流，从而控制阀门定位器的电气转换器工作；
步骤S23：电气转换器驱动气动调节阀的阀杆运动；
步骤S24：控制单元接收到阀杆稳定后的阀杆位移；
步骤S25：控制单元增加第一PWM信号的占空比至x2并输出，重复步骤S22-S24；
步骤S26：控制单元增加第一PWM信号的占空比至x3并输出，重复步骤S22-S24；
步骤S27：控制单元减小第一PWM信号的占空比至x4并输出，重复步骤S22-S24；
步骤S28：控制单元减小第一PWM信号的占空比至x5并输出，重复步骤S22-S24；
步骤S29：控制单元减小第一PWM信号的占空比至x6并输出，重复步骤S22-S24；
步骤S210：基于阀杆稳定后的阀杆位移，得到反向电流-阀杆位移曲线和正向电流-阀杆位移曲线。


4.根据权利要求3所述的一种气动调节阀控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：章兰珠，徐海铭，李勇，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31