專利名稱：一種智能閥門定位器的脈沖控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能閥門定位器，特別涉及一種智能閥門定位器的脈沖控制方法。
背景技術(shù)：
智能閥門定位器以單片機(jī)為核心，接收來自調(diào)節(jié)器的設(shè)定閥門開度的電流信號(hào)即閥門指定位置，將這個(gè)信號(hào)與從閥位傳感器反饋回來的實(shí)際開度信號(hào)即閥門的反饋位置進(jìn)行比較，如果單片機(jī)得到一個(gè)偏差信號(hào)，則根據(jù)偏差的大小及方向輸出一個(gè)相應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)到的壓電閥，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行排氣或吸氣，從而達(dá)到閥門的準(zhǔn)確定位。目前智能閥門定位器的控制方法主要有以下三種一是PID (比例、積分、微分) 控制方法，該控制方法要對(duì)比例系數(shù)P、積分系數(shù)I、微分系數(shù)D三個(gè)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定過程中要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，非常復(fù)雜。二是九點(diǎn)控制器方法，這種方法是根據(jù)偏差和偏差變化率將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分為9種工況，在不同工況下采用不同的比例控制策略，控制參數(shù)較多并且標(biāo)定也較為復(fù)雜，其控制參數(shù)與性能指標(biāo)間的定量關(guān)系及其控制參數(shù)之間的配置關(guān)系也需進(jìn)一步的研究。三是模糊控制與PID控制結(jié)合起來的自適應(yīng)模糊PID控制方法，雖然該方法可以使系統(tǒng)達(dá)到較滿意的控制效果，但需對(duì)參數(shù)模糊化，去模糊等一系列操作，仍很復(fù)雜。因此簡單，精確的智能閥門定位器控制方法成為目前研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明的目的是提供一種簡單，精確的智能閥門定位器控制方法。其原理是比較閥門反饋位置值與閥門指定位置值，若存在偏差，單片機(jī)則根據(jù)控制程序輸出相應(yīng)指令給壓電閥，壓電閥進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣流量，使閥門運(yùn)行到指定位置。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是一種智能閥門定位器的脈沖控制方法，其特征在于，采用單片機(jī)對(duì)閥門指定位置信號(hào)和閥門反饋位信號(hào)作比較，并判斷閥門反饋位信號(hào)與指定位置信號(hào)之間存在的偏差，單片機(jī)根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)指令給壓電閥，壓電閥動(dòng)作，壓電閥把電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械的位移，推動(dòng)閥芯，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣流量，使閥門運(yùn)行到與指定位置，所述控制方法包括如下次序步驟
步驟一根據(jù)閥門反饋位置與閥門指定位置的偏差，將閥門從反饋位置到閥門指定位置的區(qū)間分為全速區(qū)、中速區(qū)、死區(qū)三部分；
全速區(qū)的起點(diǎn)為閥門反饋位置，終點(diǎn)為閥門指定位置減去閥門的慣量值； 中速區(qū)的起點(diǎn)為閥門指定位置減去閥門的慣量值，終點(diǎn)為閥門指定位置減去死區(qū)值； 死區(qū)的起點(diǎn)為閥門指定位置減去死區(qū)值，終點(diǎn)為閥門指定位置； 步驟二 在全速區(qū)內(nèi)，單片機(jī)發(fā)出持續(xù)電平到壓電閥，快速改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力， 閥門全速運(yùn)行；在中速區(qū)，單片機(jī)發(fā)出連續(xù)脈沖到壓電閥，斷續(xù)的改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力，閥門低速運(yùn)行；在死區(qū)內(nèi)，單片機(jī)不發(fā)脈沖，閥門停止；
設(shè)定中速區(qū)的長度為閥門的慣量值，并且將其等分為若干控制段，等分的段數(shù)等于最小定位脈沖寬度，在每一段內(nèi)，單片機(jī)發(fā)出占空比為大于0%小于100%的PWM信號(hào)，在靠近死區(qū)的控制段，PWM信號(hào)的脈沖寬度為最小定位脈沖寬度，依次每段增加2毫秒，在PWM信號(hào)周期不變的情況下，PWM信號(hào)占空比與偏差成線性關(guān)系；
所述閥門的慣量值，是指閥門在全速運(yùn)行過程中，單片機(jī)發(fā)送持續(xù)電平信號(hào)消失后閥門由于慣性而產(chǎn)生的位移；閥門的慣量值在初始化過程中測得；
所述最小定位脈沖寬度是指保證閥門微動(dòng)的最小脈沖寬度，在初始化過程中測得； 所述占空比大于0%小于100%的PWM信號(hào)，其PWM信號(hào)的脈沖寬度T與周期D的關(guān)系為 0=01-2)/10*10+40，單位為毫秒；
所述全速區(qū)的長度=偏差值一(慣量值+死區(qū)值)；
所述閥門反饋位置、閥門指定位置、慣量值、死區(qū)值、偏差值的均為單片機(jī)通過AD采集得到的實(shí)際數(shù)量換算成相對(duì)于滿量程的百分比，即歸一化的值。 所述控制方法的軟件系統(tǒng)程序流程如下
(1)開始;
(2)采集閥門反饋位置信號(hào)和閥門指定位置信號(hào)；
(3)比較閥門定位器的位置反饋點(diǎn)的值和閥門位置指定點(diǎn)的值，并求出偏差；
(4)根據(jù)偏差判斷當(dāng)前閥門位置，若閥門處于全速區(qū)，則單片機(jī)發(fā)出持續(xù)電平令閥門全速運(yùn)行；若閥門處于中速區(qū)，則單片機(jī)根據(jù)閥的位置計(jì)算出PWM信號(hào)的寬度及周期，單片機(jī)發(fā)出連續(xù)PWM信號(hào)到壓電閥，斷續(xù)地改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力；若閥門處于死區(qū)，則令閥門
停止轉(zhuǎn)動(dòng)。(5)返回開始。
本發(fā)明的有益效果是與以往的控制方法相比，通過比較閥門反饋位置與指定位置，由單片機(jī)判斷反饋位置與指定位置存在的偏差，根據(jù)預(yù)制程序輸出相應(yīng)指令給壓電閥，壓電閥動(dòng)作，壓電閥把電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械的位移，推動(dòng)閥芯，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣流量，使閥門運(yùn)行到指定位置。本控制方法簡單，可以使系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制效果，可實(shí)現(xiàn)智能閥門定位器的簡單、精確控制。


附圖1是本發(fā)明的脈沖控制示意圖； 附圖2是本發(fā)明的程序流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，智能閥門定位器采用單片機(jī)對(duì)閥門指定位置和閥門反饋位值作比較，如果單片機(jī)檢測到有偏差，則根據(jù)偏差大小判斷閥門當(dāng)前所處的控制段，若處于全速區(qū)單片機(jī)發(fā)出持續(xù)電平，閥門全速運(yùn)行；若處于中速區(qū)，根據(jù)閥的位置計(jì)算出PWM信號(hào)的寬度及周期，單片機(jī)發(fā)出連續(xù)PWM信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，斷續(xù)的改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力，直到閥門運(yùn)行到死區(qū)，此時(shí)單片機(jī)不發(fā)出控制信號(hào)，閥門停止。根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1. 一種智能閥門定位器的脈沖控制方法，其特征在于，采用單片機(jī)對(duì)閥門指定位置信號(hào)和閥門反饋位信號(hào)作比較，并判斷閥門反饋位信號(hào)與指定位置信號(hào)之間存在的偏差，單片機(jī)程序根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)指令給壓電閥，壓電閥動(dòng)作，壓電閥把電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械的位移，推動(dòng)閥芯，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣流量，使閥門運(yùn)行到與指定位置， 所述控制方法包括如下次序步驟步驟一根據(jù)閥門反饋位置與閥門指定位置的偏差將閥門從反饋位置到閥門指定位置的區(qū)間分為全速區(qū)、中速區(qū)、死區(qū)三部分；全速區(qū)的起點(diǎn)為閥門反饋位置，終點(diǎn)為閥門指定位置減去閥門的慣量值； 中速區(qū)的起點(diǎn)為閥門指定位置減去閥門的慣量值，終點(diǎn)為閥門指定位置減去死區(qū)值； 死區(qū)的起點(diǎn)為閥門指定位置減去死區(qū)值，終點(diǎn)為閥門指定位置； 步驟二 在全速區(qū)內(nèi)，單片機(jī)發(fā)出持續(xù)電平到壓電閥，快速改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力， 閥門全速運(yùn)行；在中速區(qū)，單片機(jī)發(fā)出連續(xù)脈沖到壓電閥，斷續(xù)的改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力，閥門低速運(yùn)行；在死區(qū)內(nèi)，單片機(jī)不發(fā)脈沖，閥門停止；設(shè)定中速區(qū)的長度為閥門的慣量值，并且將其等分為若干控制段，等分的段數(shù)等于最小定位脈沖寬度，在每一段內(nèi)，單片機(jī)發(fā)出占空比大于0%小于100%的PWM信號(hào)，在靠近死區(qū)的控制段，PWM信號(hào)的脈沖寬度為最小定位脈沖寬度，依次每段增加2毫秒，在PWM信號(hào)周期不變的情況下，PWM信號(hào)占空比與偏差成線性關(guān)系；所述閥門的慣量值，是指閥門在全速運(yùn)行過程中，單片機(jī)發(fā)送持續(xù)電平信號(hào)消失后閥門由于慣性而產(chǎn)生的位移；閥門的慣量值在初始化過程中測得；所述最小定位脈沖寬度是指保證閥門微動(dòng)的最小脈沖寬度，在初始化過程中測得； 所述占空比大于0%小于100%的PWM信號(hào)，其PWM信號(hào)的脈沖寬度T與周期D的關(guān)系為 0=01-2)/10*10+40，單位為毫秒；所述全速區(qū)的長度=偏差值一(慣量值+死區(qū)值)；所述閥門反饋位置、閥門指定位置、慣量值、死區(qū)值、偏差值的均為單片機(jī)通過AD采集得到的實(shí)際數(shù)量換算成相對(duì)于滿量程的百分比，即歸一化的值；所述控制方法的軟件系統(tǒng)程序流程如下 (1)、開始；(2)、采集閥門反饋位置信號(hào)和閥門指定位置信號(hào)；(3)、比較閥門定位器的位置反饋點(diǎn)的值和閥門位置指定點(diǎn)的值，并求出偏差；(4)、根據(jù)偏差判斷當(dāng)前閥門位置，若閥門處于全速區(qū)，則單片機(jī)發(fā)出持續(xù)電平令閥門全速運(yùn)行；若閥門處于中速區(qū)，則單片機(jī)根據(jù)閥的位置計(jì)算出PWM信號(hào)的寬度及周期，單片機(jī)發(fā)出連續(xù)PWM信號(hào)到壓電閥，斷續(xù)地改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力；若閥門處于死區(qū)，則令閥門停止轉(zhuǎn)動(dòng)；(5)、返回開始。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能閥門定位器的脈沖控制方法，將閥門從反饋位置到閥門指定位置的區(qū)間分為全速區(qū)、中速區(qū)、死區(qū)三部分，在全速區(qū)內(nèi)，單片機(jī)發(fā)出持續(xù)電平到壓電閥，快速改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力，閥門全速運(yùn)行；在中速區(qū)，單片機(jī)發(fā)出連續(xù)脈沖到壓電閥，斷續(xù)的改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力，閥門低速運(yùn)行；在死區(qū)內(nèi)，單片機(jī)不發(fā)脈沖，閥門停止，根據(jù)最小定位脈沖寬度的大小將中速區(qū)等分為若干控制段，本方法可實(shí)現(xiàn)智能閥門定位器的簡單、精確控制。
文檔編號(hào)F16K37/00GK102287572SQ20111020699
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者冀青, 李東輝, 李強(qiáng) 申請(qǐng)人:中環(huán)天儀股份有限公司