專利名稱：智能閥門定位器的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種智能閥門定位器的控制方法。
背景技術：
智能閥門定位器是在流量、溫度、壓力自動控制領域推廣使用的新產(chǎn)品，在工業(yè)控 制領域，采用智能閥門定位器和計算機網(wǎng)絡技術可靈活組成分散或集群式自動控制系統(tǒng)， 可以提高傳統(tǒng)工業(yè)的自動化水平和產(chǎn)能，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效應。 現(xiàn)有智能閥門定位器的各種控制參數(shù)調(diào)整須在安裝地點實施，調(diào)試較繁瑣，增加 了現(xiàn)場操作人員的工作難度，同樣也容易出現(xiàn)人為錯誤。而且，現(xiàn)有的智能閥門定位器適應 性較差，比如大行程的氣動閥與小行程的氣動閥或者角行程與直行程或者不同流量特性的 執(zhí)行機構均需要不同型號的智能閥門定位器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種智能閥門定位器的控制方法，調(diào)試簡單快捷。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案 —種智能閥門定位器的控制方法，其特征在于單片機接收控制器發(fā)出的設置信
號和閥位傳感器傳送的反饋信號，將設置信號與反饋信號進行比較，對偏差進行自適應PID
控制，輸出相應的P麗信號驅(qū)動I/P轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)氣動功率放大器驅(qū)動執(zhí)行機構。 通過對象掃描自整定方法獲得PID控制的KP、 K工、KD系數(shù)。 通過對象掃描自整定方法獲得設置信號、反饋信號的采樣周期。 對象掃描自整定方法為，將P麗信號設置為最大值100 % ，待穩(wěn)定后測得執(zhí)行機構
最大角位移VH ;將PWM信號設置為最小值0% ，待穩(wěn)定后測得執(zhí)行機構最小角位移VL ;將
P麗信號設置為50%，待穩(wěn)定后測量角位移，判斷是否在行程的20% _80%范圍內(nèi)，若小于
行程的20%，則增加P麗信號占空比，若大于行程的80%，則減小P麗信號占空比；待穩(wěn)定
后加一階躍信號，得到一階躍響應曲線，在加階躍信號的同時開始對角位移積分，獲得PID
控制的Kp、K工、K。系數(shù)和設置信號、反饋信號的采樣周期。 還設有按鍵模塊，通過按鍵結合輸入電流實現(xiàn)工作模式之間的切換。 按鍵設有上鍵、下鍵，上鍵按下超過3秒，輸入信號7-9mA、 1 l-13mA、 15_17mA時分
別進入位置反饋調(diào)試模式、零點滿度調(diào)整模式、角行程閥自整定模式。 下鍵按下超過3秒時，輸入信號11-13mA、15-17mA時分別進入調(diào)噴嘴位置模式、直
行程閥自整定模式。 本發(fā)明具有的有益效果 本發(fā)明單片機將設置信號與反饋信號進行比較，對偏差進行自適應PID控制，輸 出相應的P麗信號驅(qū)動I/P轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)氣動功率放大器驅(qū)動執(zhí)行機構，使得智能閥門定位 器的調(diào)試簡單快捷、定位速度快、輸出平穩(wěn)可靠。 本發(fā)明采用對象掃描自整定方法獲得PID控制的Kp、 K工、KD系數(shù)和設置信號、反饋信號的采樣周期，使得本發(fā)明可適用于不同類型閥，電后首先關閉看門狗，然后初始化端 口，然后開全局中斷，進低功耗模式，等待中斷。 定時中斷服務程序定時中斷時間到則采集閥位反饋信號及其設定信號。定時中 斷時間(即閥位反饋信號及其設定信號采樣周期)由自整定得出的執(zhí)行機構響應時間決 定。 按鍵中斷服務程序如圖3所示，按鍵模塊共有兩個按鍵(上鍵、下鍵)，兩個按鍵 與輸入電流配合使用，完成工作模式轉(zhuǎn)換。按鍵設有上鍵、下鍵，上鍵按下超過3秒，輸入信 號7-9mA、ll-13mA、15-17mA時分別進入位置反饋調(diào)試模式、零點滿度調(diào)整模式、角行程閥 自整定模式。下鍵按下超過3秒時，輸入信號11-13mA、15-17mA時分別進入調(diào)噴嘴位置模 式、直行程閥自整定模式。 串口中斷服務程序通過串口查看和修改控制參數(shù)、流量特性、標定電流零點和滿
|#坐 /又寸。 (2)對象掃描自整定方法 如圖4所示，PID控制的Kp(比例系數(shù))、KJ積分系數(shù))、K。(微分系數(shù))系數(shù)和設
置信號、反饋信號的采樣周期時間通過對象掃描自整定方法獲得。
設受控對象的傳遞函數(shù)為 J — (7^ + l)(r2s + l)…(7V^ + l) 式(7-1)
20 其中，t是等價時滯，T是等價時間常數(shù)
定義總和時間常數(shù)為 T ￡ = T一T2+…Tn_ t 「 t 2-----t m+ t 式(7—2) 再定義 Jl(')-，0-4)fe
具有更好的通用性。 本發(fā)明設有按鍵模塊，通過按鍵結合輸入電流實現(xiàn)工作模式之間的切換，使得調(diào) 試操作更加方便。


圖1為本發(fā)明的原理框圖； 圖2為本發(fā)明的主程序流程圖； 圖3為本發(fā)明的按鍵中斷流程圖； 圖4為本發(fā)明對象掃描自整定流程圖； 圖5為階躍響應特性曲線圖； 圖6為T ￡整定法的計算公式表。
具體實施例方式
如圖1所示，控制器901輸出設置信號，經(jīng)兩導線902進入電源與信號調(diào)理模塊 903，提供整機工作電源、提取控制信號發(fā)送到MSP430單片機906，執(zhí)行機構909的當前閥位通過閥位傳感器908送到MSP430單片機；自適應PID控制程序904對設置信號和反饋信號 比較，對偏差進行自適應PID處理后，發(fā)送下時刻P麗信號，由P麗信號驅(qū)動I/P轉(zhuǎn)換單元 907，經(jīng)過氣動功率放大器后推動執(zhí)行機構進行調(diào)節(jié)。
(1)主程序 單片機MSP430工作在低功耗模式，其低功耗主要以工作在空閑模式或掉電模式 來實現(xiàn)，除ACLK活動外，CPU及各功能模塊停止，電流約為6yA。當需要時，任何模塊都可 以通過中斷喚醒CPU，從而使系統(tǒng)降低功耗。 如圖2所示，主要有定時中斷、按鍵中斷、串口中斷等程序。上得到如圖5所示S 型階躍響應特性 々=lim 人'0712 將P麗信號設置為最大值100 %，待穩(wěn)定后測得執(zhí)行機構最大角位移VH 302 ; 將P麗信號設置為最小值0%，待穩(wěn)定后測得執(zhí)行機構最小角位移VL ;將P麗信號設置為 50%，待穩(wěn)定后測量執(zhí)行機構角位移，判斷是否在行程的20% _80%范圍內(nèi)，若小于行程的 20% ，則增加P麗信號占空比，若大于行程的80% ，則減小P麗信號占空比；待穩(wěn)定后加一 階躍信號，得到如圖5所示的得到A1和KO階躍響應曲線，在加階躍信號的同時開始對角位 移積分，得到A1和K0。
通過公式々、，^/1('卜《0T2 求得T ￡即設置信號、反饋信號的采樣周期，再通過圖6的計算公式表，獲得PID控
制的Kp、K工、K。系數(shù)。 (3)自適應PID控制 控制器輸出的設定值和執(zhí)行機構當前閥位傳感器的反饋值進行比較，計算兩者偏 差e (k-2)，同樣記錄k-l次采樣計算出的偏差e (k-l) ， k次采樣的計算出e (k)。 =^>"^:)+^^^(/) + ^^(*)-6(^:-1)]式(8—1)
_/=。
式中k采樣序號，k = 0，1，2…
Uk第k采樣時刻輸出值； e (k)第k采樣時刻的輸入偏差值； e(k-l)第k-l采樣時刻的輸入偏差值； KP比例系數(shù) K工積分系數(shù)









KD微分系數(shù) 前述式(8-1)由遞推原理得
= AT,(A -1)+ & + & — 1)— ^ — 2)]式(8-2)
乂=0
式(8-1)減去式(8-2)得
Au(k) = Kp[e(k)-e(k-l)]+K!e(k)+K。[e(k)-2e(k-l)+e(k-2)]式(8-3)
=KP A e (k) +Kie (k) +KD [ A e (k) - A e (k_l)]
式中A e (k) = e (k) - A e (k_l) 式(8-4)
首先對上述偏差進行分類，偏差較大時，進行粗調(diào)；偏差較小時，則輸出連續(xù)脈沖 進行精確調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)流程如下 根據(jù)式(8-3)進行比例、積分、微分并求和，N次偏差量累積和若大于某值，則輸出 Au(k)所對應脈寬變化量AP麗，則下一時刻輸出脈寬P麗+AP麗，而P麗+AP麗驅(qū)動I/P 轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)過氣動功率放大器后推動執(zhí)行機構進行調(diào)節(jié)。 由于振動等干擾將使閥門定位器進行無休止的精確調(diào)節(jié)狀態(tài)，這勢必影響調(diào)節(jié)閥 的使用壽命，死區(qū)設置使上述問題得到很好解決，若N次采樣偏差累積很小，則不改變P麗 信號，即執(zhí)行機構不動作，但繼續(xù)累積偏差。下一次定時中斷時間到，繼續(xù)采集設定值和閥 位反饋值，繼續(xù)進行如上循環(huán)。 執(zhí)行機構經(jīng)長期運行后可能出現(xiàn)磨損，這樣在設置信號為4mA或20mA時，如果還 是用原來自整定過程中記錄的行程零點、滿度值進行控制，勢必不能將調(diào)節(jié)閥完全關閉或 打開。因此設計了禁閉功能，設置信號值大于19. 5mA時則輸出P麗二 100%，設置信號值小 于3. 7mA時，P麗=0%。
權利要求
一種智能閥門定位器的控制方法，其特征在于單片機接收控制器發(fā)出的設置信號和閥位傳感器傳送的反饋信號，將設置信號與反饋信號進行比較，對偏差進行自適應PID控制，輸出相應的PWM信號驅(qū)動I/P轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)氣動功率放大器驅(qū)動執(zhí)行機構。
2. 根據(jù)權利要求1所述的智能閥門定位器的控制方法，其特征在于通過對象掃描自整定方法獲得PID控制的KP、 K工、KD系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的智能閥門定位器的控制方法，其特征在于通過對象掃描自整定方法獲得設置信號、反饋信號的采樣周期。
4. 根據(jù)權利要求3所述的智能閥門定位器的控制方法，其特征在于對象掃描自整定方法為，將P麗信號設置為最大值100 % ，待穩(wěn)定后測得執(zhí)行機構最大角位移VH ;將P麗信號設置為最小值0%，待穩(wěn)定后測得執(zhí)行機構最小角位移VL ;將P麗信號設置為50% ，待穩(wěn)定后測量角位移，判斷是否在行程的20% -80%范圍內(nèi)， 若小于行程的20%，則增加P麗信號占空比，若大于行程的80%，則減小P麗信號占空比；待穩(wěn)定后加一階躍信號，得到一階躍響應曲線，在加階躍信號的同時開始對角位移積 分，獲得PID控制的Kp、KpK。系數(shù)和設置信號、反饋信號的采樣周期。
5. 根據(jù)權利要求4所述的智能閥門定位器的控制方法，其特征在于還設有按鍵模塊， 通過按鍵結合輸入電流實現(xiàn)工作模式之間的切換。
6. 根據(jù)權利要求5所述的智能閥門定位器的控制方法，其特征在于按鍵設有上鍵、下 鍵，上鍵按下超過3秒，輸入信號7-9mA、ll-13mA、15-17mA時分別進入位置反饋調(diào)試模式、 零點滿度調(diào)整模式、角行程閥自整定模式。
7. 根據(jù)權利要求6所述的智能閥門定位器的控制方法，其特征在于下鍵按下超過3 秒時，輸入信號11-13mA、15-17mA時分別進入調(diào)噴嘴位置模式、直行程閥自整定模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能閥門定位器的控制方法，調(diào)試簡單快捷。技術方案單片機接收控制器發(fā)出的設置信號和閥位傳感器傳送的反饋信號，將設置信號與反饋信號進行比較，對偏差進行自適應PID控制，輸出相應的PWM信號驅(qū)動I/P轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)氣動功率放大器驅(qū)動執(zhí)行機構。
文檔編號G05D3/12GK101770240SQ201010113300
公開日2010年7月7日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權日2010年2月24日
發(fā)明者周歡喜, 汪時云, 王斌慧 申請人:衡陽北方光電信息技術有限公司