当前的智能电气阀门定位器大都依据力平衡理论进行设计。通过重复调整不同的弹簧螺钉实现力均衡‚最终对流量进行有效的控制。电气定位器的结构较为单一‚并且容易受到温度、振动变化的干扰‚对安装检修技术的要求较高；并且需要对定位器零点‚以及行程进行多次调整。智能电气阀门定位器控制模型‚需要操作人员现场对部件的气腔体积、气源的变化性、电气转换模块的非线性等参数进行调整‚存在效率低、误差大以及时间滞后等问题。因此‚需要新一代的智能电气阀门定位器解决这些问题。

 

       1 智能电气阀门定位器工作原理分析

 

       智能阀门定位器主要用于调控控制阀‚采集控制器输出的电流控制信号‚通过气压信号调控阀门。调控阀产生动作后‚阀杆会产生一定的位移‚并将相关的信号传递到阀门定位器。定位器对输入控制信号和阀位反馈信号进行对比分析‚如果两种信号不同‚则促使阀门的驱动部件进行工作‚直至两种信号相同为止。如果两种信号相同‚则驱动部件不会对阀位进行调节。智能电气阀门定位器具有控制精度高、自主分析性强、效率高等优势。

 

       智能电气阀门定位器的工作原理用图1描述‚关键的控制电路是单片机‚其可采集控制器的阀门开度信号（4～20mA）‚获取该信号同实际的开度反馈信号差‚按照该信号差的方向以及大小产生电压信号并对电气动放大器PV1以及PV2进行控制。

 

       随着电子技术的不断发展‚单片机的集成度也不断增强‚进而提高总体部件的运行效率和准确性；以单片机为基础的系统中主要采用PID控制算法完成定位控制；但是随着设备复杂程度的增加‚这种控制方法的弊端逐渐显现。主要是由于气压经过单向阀A以及B的开关对阀门膜头的进气以及出气量进行调控‚促使阀芯的位置发生变化‚从而对气氛的开度进行适当的调控‚实现阀门的准确定位。如果正信号误差较大‚则产生的一系列信号将会导致单向阀A快速开启‚单向阀B闭合‚使得阀门膜头的气压增加‚否则负信号误差较大时‚产生的信号使得阀快速A闭合‚阀B快速开启‚使得阀门膜头气压降低‚惯性增大。如果信号差是零‚则产生的信号使得阀A和B都闭合‚此时阀门膜头气压的稳定性被破坏‚形成控制信号模糊化‚控制超调现象‚影响控制精度。

 

       2 改进的动态自主PID控制方法

 

       由于误差的存在‚导致传统的PID控制过程存在过控制现象。本文在传统的控制方法基础上‚提出了一种基于融合去模糊化的PID控制方法。

 

       3 实验结果

 

       为了验证本文设计方法的有效性‚需要进行相关的实验。实验系统包括4～20mA的电流输入源、智能阀门定位器硬件、直行程气动运行器以及信号收集卡。系统输入是电流‚通过单片机采集数据‚运算输出电压‚并且调控压电陶瓷进行充气或放气‚进而使得气动运行器的位置发生改变‚实现对阀门的准确定位‚通过数据收集卡将实时数据传送到计算机中。

 

       实验规定系统气动运行器的运行类型是直行程‚阀门流量特性是直线流量特征‚设置系统的相位裕度φm=45°‚幅值裕度Am=2‚通过式（5）能够得到PID控制参数的原始值kp=1.4064‚ki=0.230‚kd=0.8527。最终获取本文方法和传统的PID方法的响应曲线用图4、图5描述‚其中（a）用于描述周期性添加输入电流得到的响应曲线‚（b）、（c）、（d）分别用于描述阀门开度在20%、40%、60%时的局部控制点精度放大图。

   

    

       4 结论

 

       本文提出了一种智能电气阀门定位器控制系统的优化设计方法‚在综合分析智能电气阀门定位器的硬件结构基础上‚采用改进的动态PID控制方法对定位器的信号进行有效的控制‚该方法能够对阀门运行过程中的相关参数进行自主调整和优化‚进而实现对阀门位置的准确控制‚增强智能电气定位器控制的效率以及智能化。通过最终的实验结果说明‚本文设计的系统能够对电气阀门定位器的实时自主控制‚具有较强的稳定性‚能够对系统的超调性进行及时的处理‚取得了令人满意的结果。



更多阀门知识，请点击：http://www.xyzhf.com