智能电气阀门定位器自整定算法研究

摘要

智能电气阀门定位器在工业控制领域中具有重要作用，具有高灵敏度、高可靠性、操作简单以及总线控制等功能，能够极大的改善气动阀门的动态响应和稳态特性。本文研究的是气动执行机构、喷嘴挡板式的I/P转换单元的智能电气阀门定位器，作为智能电气阀门定位器的关键技术难点，定位器控制算法与定位器自整定算法的研究对于定位器项目的开发至关重要。
　　 系统辨识就是得到控制过程的数学模型，在这方面有一些较为成熟的理论可以参考，但对阀门进行系统辨识需要结合阀门的具体物理特性设计一种具备可执行性和较高精确度的辨识方法。本文设计了一种能从气动阀门继电反馈实验的极限周期振荡中提取出其准确的一阶惯性加纯滞后模型(G(s)=K/1-Tse-Ls)的方法。
　　 普通的PID控制很难达到智能电气阀门定位器对于动态控制效果的极高要求(快速、无超调)，因此采用了分段式PID控制。对于PID控制参数的自整定方法，在对当前常用整定方法进行仿真对比后，选用了兼顾过渡过程中的偏差和调节时间的基于ISTE值最小性能指标的整定方法(简称ISTE规则)。本文详细阐述了在获得阀门数学模型的基础上，利用ISTE规则在matlab中进行分段式PID控制参数寻优仿真的实现方法和过程。
　　 由于定位器硬件系统的计算能力有限，使得系统辨识和控制参数寻优的整个过程无法在定位器中在线实时进行，因此定位器的自整定功能采用在线识别与控制参数查表结合的方式来实现：通过大量的离线实验形成一个完整的控制参数数据库，用较精简的方法辨识阀门的具体特征参数，然后通过阀门的特征参数查表获得相应的控制参数。
　　 论文的最后详细介绍了上述自整定算法和控制算法在定位器中的流程和具体实现方式，并给出了在某一具体型号的阀门上的实际控制效果，说明了上述方法是正确而有效的。