仿人智能控制在智能電氣閥門定位器中的應(yīng)用

第30卷第9期 儀器儀表學(xué)報(bào) Vbl．30No．9
2009年9月 ChineseJournalof ScientificInstrument Sep．2009
仿人智能控制在智能電一氣閥門定位器中的應(yīng)用術(shù)
http://www.hzfylgyb.net
吳朋“2，時(shí)光‘，聶紹忠2
(1 重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院重慶400044：2重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司 重慶401121)
摘要：智能電．氣閥門定位器是閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心控制部件，智能閥門定位器的控制算法與控制參數(shù)的選擇直接決定著
定位器的性能。針對(duì)閥門對(duì)象的時(shí)變性和非線性的特性，把仿人智能控制應(yīng)用于智能閥門定位器，完成了仿人智能控制器的
運(yùn)行控制級(jí)與參數(shù)矯正級(jí)的設(shè)計(jì)。智能閥門定位器的自檢過(guò)程完成對(duì)閥門特征的辨識(shí)和仿人智能控制的參數(shù)整定，并對(duì)氣體
泄漏采取補(bǔ)償措施，有效減小了氣體泄漏所造成的不利影響。仿真與應(yīng)用結(jié)果表明了該算法的有效性。
關(guān)鍵詞：智能電一氣閥門定位器：時(shí)變性；非線性；自檢；仿人智能控制
中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼：510．80
Application ofhuman-simulated intelligent control in
smart electro-pneumatic valve positioner
WuPen91”，ShiGuan91，Nie Shaozhon92
fJ CollegeofAutomation，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China；
2SichuanInstrumentAutomationCo．，Ltd,Chongqing401121，China)
Abstract：Smart electro··pneumatic valve positioner is the most important element of intelligent pneumatic ac‘·
tuators．The selection of the control arithmetic and the parameters decides the positioning performance of the
pneumaticvalvepositioner directly．Aimingat the valvepositioner,which has the characteristicsoftime-variation
and nonlinear,HSIC(Human—Simulated Intelligent Contr01)is applied in thesmart pneumatic valve positioner,
and the operating control level design and parameter adjusting level design of the HSIC controller areaccom-
plished．The identification of the characteristic ofthe pneumatic valve and parameter settingof HSIC are corn-
pleted in the self-test processofthe smart pneumatic valve positioner．Compensationmeasure forgas leakage is
adopted to reduce the harmful effect caused by gas leakage．Simulation and apphcafion results show the effec—
fiveness oftheproposedalgorithm．
Key WOrds：smart electropneumaticpneumatic valvepositioner；time-variation；nonlinear；self-test；HSIC
PS／PS2采用壓電閥式工作原理的智能閥門定位器，和以
1引 言 美國(guó)FISHER的DVC5000、日本YAM觚AKE的SVP3000
采用噴嘴擋板工作原理的智能閥門定位器為代表，形成
近年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)
了目前國(guó)際上智能閥門定位器的主流11-41。
展，以及現(xiàn)場(chǎng)總線和開放式總線技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)
HVP08109是重慶川儀自主研發(fā)的基于噴嘴擋板工作
的機(jī)械式閥門定位器已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)信息化時(shí)代的要
原理的智能閥門定位器，其技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
求。國(guó)外己生產(chǎn)銷售從機(jī)械式、電子式過(guò)渡到智能型和
總線型的電氣閥門定位器(以下簡(jiǎn)稱智能閥門定位器)， 2工作原理
其核心技術(shù)包括：具備人機(jī)交互、安裝后自檢自校、故
障診斷與處理等功能。其中以德國(guó)S1EMENS的SIPART HVP08／09智能閥門定位器、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥
收稿日期：2009．04 ReceivedDate：2009-04
·基金項(xiàng)目：國(guó)家“863”計(jì)劃(2006AA040303)資助項(xiàng)目
萬(wàn)方數(shù)據(jù)第9期 吳朋等：仿人智能控制在智能電．氣閥『J定位器中的應(yīng)用 193l
組成氣動(dòng)執(zhí)行器，如圖1所示。 泄漏量，并通過(guò)分段線性化的方法近似得到充氣和排氣
過(guò)程中任意開度下的氣體泄漏補(bǔ)償量。
l電流信引 ‘ 網(wǎng)于t
蘸雪由
H氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)h
14—20mAI 3仿人智能控制算法設(shè)計(jì)
IurLlf：口口”l- l閥位反饋l
HVP08，09智能|側(cè)『J定位器l 以PID為代表的線性調(diào)節(jié)規(guī)律，未能妥善解決閉環(huán)
系統(tǒng)的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性、快速性之間的矛盾191。
圖I氣動(dòng)執(zhí)行器框圖
仿人智能控制算法依據(jù)目標(biāo)軌跡在誤差相平面上的
Fig．1 Principleofpneumatic actuator
位置，以及控制器的運(yùn)行控制級(jí)、參數(shù)校正級(jí)，劃分出
圖1中，HVP08／09智能閥門定位器與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
特征狀態(tài)級(jí)，從而構(gòu)成不同級(jí)別的特征模型。
組成一個(gè)閉環(huán)控制回路，閥桿位移作為被控量，位移量 3．1運(yùn)行控制級(jí)設(shè)計(jì)
通過(guò)位置傳感器反饋到閥門定位器的控制單元。控制單
仿人智能控制的特征模型如圖3所示。
元根據(jù)位移量與給定信號(hào)值的偏差，控制電，氣(t／P)轉(zhuǎn)換
口
單元的壓力輸出，從而控制調(diào)節(jié)閥。HVP08／09智能閥門
① ①
定位器，能很好地克服摩擦力和閥芯上的不平衡力，使
其定位更迅速、精確[5-61。 f(a1￡． r． R～
HVP08／09智能閥門定位器采用仿人智能控制。氣動(dòng)
L．’j一
‘／7f
C2 ④⑨
閥門是非線性時(shí)變對(duì)象，每個(gè)調(diào)節(jié)閥都具有各自的量程、 ■ fl ①敏 ⑦ ，／
滯后、摩擦系數(shù)和氣體泄漏等特性。HVP08／09智能閥門 ① f● 、 ．-一仿 i國(guó)
勺
定位器通過(guò)自檢完成對(duì)閥門特性的辨識(shí)與仿人智能控制 Ⅱ I ⑧ @
參數(shù)的整定，自檢過(guò)程流程圖如圖2所示。
圖3仿人智能控制的特征模型
Fi93Model andcharacteristic ofHSIC
N 圖3中，虛線所示的既為被控過(guò)程對(duì)象的理想誤差
目標(biāo)軌跡厶(P，毒)。為了使實(shí)際的誤差軌跡盡可能地與理
想誤差目標(biāo)軌跡一致，運(yùn)行控制級(jí)采用的措施如下：
1)在偏差很大時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域①，采用磅一磅控制。
2)在偏差及偏差變化率均很小(滿足要求)時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)
域⑤，為了消除誤差，采用PID控制。
3)如果偏差較大，對(duì)應(yīng)區(qū)域②，采用比例模態(tài)控制，
同時(shí)為了保證偏差變化速度不是太大，在比例模態(tài)的基
礎(chǔ)上引入弱微分控制。
4)在偏差減小過(guò)程中，若偏差變化速度低于或者等于
預(yù)定速度時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域④，采用比例模態(tài)加微分模態(tài)控制。
5)在偏差減小過(guò)程中，若偏差變化速度大于預(yù)定的
圖2自檢流程圖
速度時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域③，在比例模態(tài)的基礎(chǔ)上，引入強(qiáng)微
Fig．2Self-testflowchart
分控制，使得偏差變化速度盡可能快的減小。
圖2中，自檢過(guò)程開始后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在氣源壓力作
因此，根據(jù)偏差e和偏差變化速度舌，運(yùn)行控制級(jí)
用下開環(huán)自檢，定位器對(duì)閥位信號(hào)進(jìn)行采樣，到達(dá)量程 可以劃分為5個(gè)模態(tài)：
端點(diǎn)后，存儲(chǔ)開環(huán)運(yùn)行過(guò)程中的最大速度、平均速度和 控制模態(tài)l：u。=sgn(e．)·U。，IenI>島 (1)
量程端點(diǎn)位置等特征信息到非易失性存儲(chǔ)器中，存入的
控制模態(tài)2：“。=kp2·e+kd2·疊，IekejnlenI>e2(2)

您好！仿人智能控制在智能電氣閥門定位器中的應(yīng)用是一種先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)。閥門定位器是一種設(shè)備，它負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)工業(yè)過(guò)程中的流體流量，如水、油或氣體，通過(guò)精確控制閥門的開度。仿人智能控制（通常指的是人工智能或者機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)）則引入了智能化元素，使得閥門定位器能夠自我學(xué)習(xí)、適應(yīng)和優(yōu)化。 這種技術(shù)可能包括： 1. **自適應(yīng)算法**：閥門定位器可以學(xué)習(xí)并適應(yīng)不同的工作條件，如流量需求變化、環(huán)境溫度等，從而提供更精準(zhǔn)的控制。 2. **預(yù)測(cè)性維護(hù)**：通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，仿人智能可以幫助預(yù)測(cè)設(shè)備可能出現(xiàn)的問題，提前進(jìn)行維護(hù)，減少停機(jī)時(shí)間。 3. **遠(yuǎn)程監(jiān)控**：用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控閥門狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)，提高效率并降低人工干預(yù)的需求。 4. **故障診斷**：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，智能控制能夠快速識(shí)別并提供解決方案，提高了故障處理的效率。 總的來(lái)說(shuō)，仿人智能控制的應(yīng)用使得閥門定位器變得更加智能化、高效和可靠，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中不可或缺的一部分。如果您對(duì)具體的技術(shù)細(xì)節(jié)或者如何實(shí)施有疑問，歡迎進(jìn)一步提問。