仿人智能控制在智能电气阀门定位器中的应用

第30卷第9期 仪器仪表学报 Vbl．30No．9
2009年9月 ChineseJournalof ScientificInstrument Sep．2009
仿人智能控制在智能电一气阀门定位器中的应用术
http://www.hzfylgyb.net
吴朋“2，时光‘，聂绍忠2
(1 重庆大学自动化学院重庆400044：2重庆川仪自动化股份有限公司 重庆401121)
摘要：智能电．气阀门定位器是阀门执行机构的核心控制部件，智能阀门定位器的控制算法与控制参数的选择直接决定着
定位器的性能。针对阀门对象的时变性和非线性的特性，把仿人智能控制应用于智能阀门定位器，完成了仿人智能控制器的
运行控制级与参数矫正级的设计。智能阀门定位器的自检过程完成对阀门特征的辨识和仿人智能控制的参数整定，并对气体
泄漏采取补偿措施，有效减小了气体泄漏所造成的不利影响。仿真与应用结果表明了该算法的有效性。
关键词：智能电一气阀门定位器：时变性；非线性；自检；仿人智能控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：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采用压电阀式工作原理的智能阀门定位器，和以
1引 言 美国FISHER的DVC5000、日本YAM觚AKE的SVP3000
采用喷嘴挡板工作原理的智能阀门定位器为代表，形成
近年来，随着电子信息技术和自动化技术的迅猛发
了目前国际上智能阀门定位器的主流11-41。
展，以及现场总线和开放式总线技术的广泛应用，传统
HVP08109是重庆川仪自主研发的基于喷嘴挡板工作
的机械式阀门定位器已经越来越不适应信息化时代的要
原理的智能阀门定位器，其技术已经达到国际先进水平。
求。国外己生产销售从机械式、电子式过渡到智能型和
总线型的电气阀门定位器(以下简称智能阀门定位器)， 2工作原理
其核心技术包括：具备人机交互、安装后自检自校、故
障诊断与处理等功能。其中以德国S1EMENS的SIPART HVP08／09智能阀门定位器、气动执行机构与调节阀
收稿日期：2009．04 ReceivedDate：2009-04
·基金项目：国家“863”计划(2006AA040303)资助项目
万方数据第9期 吴朋等：仿人智能控制在智能电．气阀『J定位器中的应用 193l
组成气动执行器，如图1所示。 泄漏量，并通过分段线性化的方法近似得到充气和排气
过程中任意开度下的气体泄漏补偿量。
l电流信引 ‘ 网于t
蘸雪由
H气动执行机构h
14—20mAI 3仿人智能控制算法设计
IurLlf：口口”l- l阀位反馈l
HVP08，09智能|侧『J定位器l 以PID为代表的线性调节规律，未能妥善解决闭环
系统的稳定性与准确性、快速性之间的矛盾191。
图I气动执行器框图
仿人智能控制算法依据目标轨迹在误差相平面上的
Fig．1 Principleofpneumatic actuator
位置，以及控制器的运行控制级、参数校正级，划分出
图1中，HVP08／09智能阀门定位器与气动执行机构
特征状态级，从而构成不同级别的特征模型。
组成一个闭环控制回路，阀杆位移作为被控量，位移量 3．1运行控制级设计
通过位置传感器反馈到阀门定位器的控制单元。控制单
仿人智能控制的特征模型如图3所示。
元根据位移量与给定信号值的偏差，控制电，气(t／P)转换
口
单元的压力输出，从而控制调节阀。HVP08／09智能阀门
① ①
定位器，能很好地克服摩擦力和阀芯上的不平衡力，使
其定位更迅速、精确[5-61。 f(a1￡． r． R～
HVP08／09智能阀门定位器采用仿人智能控制。气动
L．’j一
‘／7f
C2 ④⑨
阀门是非线性时变对象，每个调节阀都具有各自的量程、 ■ fl ①敏 ⑦ ，／
滞后、摩擦系数和气体泄漏等特性。HVP08／09智能阀门 ① f● 、 ．-一仿 i国
勺
定位器通过自检完成对阀门特性的辨识与仿人智能控制 Ⅱ I ⑧ @
参数的整定，自检过程流程图如图2所示。
图3仿人智能控制的特征模型
Fi93Model andcharacteristic ofHSIC
N 图3中，虚线所示的既为被控过程对象的理想误差
目标轨迹厶(P，毒)。为了使实际的误差轨迹尽可能地与理
想误差目标轨迹一致，运行控制级采用的措施如下：
1)在偏差很大时，对应区域①，采用磅一磅控制。
2)在偏差及偏差变化率均很小(满足要求)时，对应区
域⑤，为了消除误差，采用PID控制。
3)如果偏差较大，对应区域②，采用比例模态控制，
同时为了保证偏差变化速度不是太大，在比例模态的基
础上引入弱微分控制。
4)在偏差减小过程中，若偏差变化速度低于或者等于
预定速度时，对应区域④，采用比例模态加微分模态控制。
5)在偏差减小过程中，若偏差变化速度大于预定的
图2自检流程图
速度时，对应区域③，在比例模态的基础上，引入强微
Fig．2Self-testflowchart
分控制，使得偏差变化速度尽可能快的减小。
图2中，自检过程开始后，执行机构在气源压力作
因此，根据偏差e和偏差变化速度舌，运行控制级
用下开环自检，定位器对阀位信号进行采样，到达量程 可以划分为5个模态：
端点后，存储开环运行过程中的最大速度、平均速度和 控制模态l：u。=sgn(e．)·U。，IenI>岛 (1)
量程端点位置等特征信息到非易失性存储器中，存入的
控制模态2：“。=kp2·e+kd2·叠，IekejnlenI>e2(2)

您好！仿人智能控制在智能电气阀门定位器中的应用是一种先进的自动化技术。阀门定位器是一种设备，它负责调节工业过程中的流体流量，如水、油或气体，通过精确控制阀门的开度。仿人智能控制（通常指的是人工智能或者机器学习技术）则引入了智能化元素，使得阀门定位器能够自我学习、适应和优化。 这种技术可能包括： 1. **自适应算法**：阀门定位器可以学习并适应不同的工作条件，如流量需求变化、环境温度等，从而提供更精准的控制。 2. **预测性维护**：通过分析历史数据，仿人智能可以帮助预测设备可能出现的问题，提前进行维护，减少停机时间。 3. **远程监控**：用户可以通过网络远程监控阀门状态，实时调整参数，提高效率并降低人工干预的需求。 4. **故障诊断**：当系统出现异常时，智能控制能够快速识别并提供解决方案，提高了故障处理的效率。 总的来说，仿人智能控制的应用使得阀门定位器变得更加智能化、高效和可靠，是现代工业自动化进程中不可或缺的一部分。如果您对具体的技术细节或者如何实施有疑问，欢迎进一步提问。