智能閥門定位器流量特性非線性修正及控制

2018-03-22 10:32:57王庭康

銅業工程 2018年1期

關鍵詞：閥門信號

王庭康

（江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

1 引言

智能型閥門定位器在冶金、石化、電力等行業的流量控制中得到廣泛的應用。但是，國內產品普遍存在流量調節的速度慢、流量控制精度低的一些缺點［1］。

作者就流量特性和位置反饋進行非線性修正研究，并對控制算法進行改進，以實現更高精度流量控制。

2 定位器的流量特性

2.1 流量特性概述

流量調節閥因閥芯幾何結構不同，而流量特性也不同，主要流量特性包括：直線、等比、拋物線和快開等四種［2-3］。

智能型閥門定位器流量特性表達了定位器給定信號和閥門開度間的函數關系［2］。其原理是定位器根據給定信號控制壓電閥，然后膜片閥驅動閥桿運動，并保證信號與位移之間的函數關系，以實現調節閥對應的流量特性［3］。其實質是通過改變閥桿行程與閥位輸入信號的相互關系，達到實現智能閥門定位器線性、等百分比和快開流量特性。定位器可以配置在不同調節閥上，并通過自主選擇各種流量特性，從而達到實現不同流量特性的控制目的［3］。

2.2 流量特性曲線擬合

根據定位器的流量特性數據，應用MATLAB進行曲線擬合，得到流量特性曲線及方程，流量特性曲線如圖1所示。

圖1 四種流量特性的曲線

采用不同擬合次數，曲線誤差見表1。

表1 流量特性與擬合曲線誤差比較

根據誤差平方和最小原則，同時考慮運算量的大小，選擇四次函數進行曲線擬合。快開特性曲線擬合數據不佳，采用指數擬合的方法［4］。

3 閥位反饋非線性修正

位置傳感器是高可靠旋轉型電位器，其作用是將機械直線位移量變換為角位移量電信號，執行機構閥桿機械結構原理圖如圖2所示。

閥桿直線位移h與角位移θ之間的關系：

其中，α為連桿與閥桿垂直時轉過的角度，H為閥桿全行程的位移，A為連桿固定支點與閥桿之間的尺寸

電位器中間端電信號的采樣值D與角位移θ之間的關系為：

其中，D0為位置0%時對應的采樣值，k為單位角度對應的采樣值變化值［4］。

閥桿的直線位移量與轉動的角度之間是正切關系，角位移量與電位器電壓值之間是線性關系，經過非線性修正后，將閥桿直線位移量與反饋量變換為線性關系。

圖2 執行機構閥桿機械結構原理圖

4 控制算法

4.1 開關控制算法

開關控制算法是通過計算理想位置信號和位置反饋信號的差值，輸出相應壓電閥控制信號，分別實現進氣、排氣或保持等三種工作方式。當差值大時，壓電閥全部打開，全速進氣，迅速運動到設定位置，達到粗調目的［5］；當接近設定閥位時，限制PWM控制信號的周期和占空比，實現微調；為避免頻繁振蕩，可設定死區的范圍，當偏差進入死區范圍，關閉壓電閥，以使閥位保持在當前的位置［5］。

PWM信號和偏差之間的函數關系，如公式（3）所示。