基于動力學模型的智能閥門控制優化策略

摘 要：為了提高智能閥門閥位控制的精確度，避免出現超調和閥位震蕩等問題，本研究介紹了智能閥門定位裝置的結構和工作原理，在此基礎上，針對氣動執行機構建立了受力方程，并根據閥桿的受力特點提出相應的牛頓運動方程，進而形成閥位氣動控制動力學模型。該模型顯示，閥桿受到的摩擦力、氣動執行機構的進氣量或者出氣量為不穩定因素，其中存在未知參數。根據動力學模型對閥位運行的關鍵參數進行整定，包括行程類型、閥桿最大運動速度及其過沖量、閥桿基準運行速度及對應的PWM信號量、最小啟動PWM信號，利用整定后的參數改進傳統的閥門五步開關控制算法，制定優化的控制策略。

關鍵詞：智能閥門；閥位氣動控制；動力學建模

中圖分類號：TH 134 " " " " 文獻標志碼：A

智能閥門設計了氣動執行機構，將氣源產生的推力作用于閥桿，進而控制閥位移動量及閥門開度。由于氣動過程較為復雜，受到很多因素的影響，因此在實際應用過程中有可能出現超調。為了解決該問題，研究其動力學過程有助于挖掘關鍵影響因素，并制定提高控制精度的策略。

1 智能閥門定位裝置

1.1 智能閥門定位裝置工作原理

閥門定位器是智能閥門的定位裝置，能夠根據設定的信號改變閥桿的運動幅度，進而實現閥門開度控制，其工作原理如圖1所示。由系統設定閥門開度的電信號，其電流強度通常在4 mA～20 mA，閥門的實際開度取決于閥桿的位移量。智能閥門定位器由控制器、壓電閥式I/P轉換單元和位置傳感器組成，能夠將電信號作用于執行機構，進而控制調節閥。……