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智能电气阀门体系掌握优化办法研讨

发布者:admin 工夫:2016-12-24 15:00:26
    跟着科学计较的开展,工业生产的自动化手艺也不断提高,调理阀作为电气自动控制系统中的主要部门,其机能的上下和整体电气控制系统的掌握精度以及产品质量具有较强的关联性。阀门定位器是智能电气阀的枢纽部件,其可以有用处理阀杆的摩擦力以及介质的不平衡滋扰,进而提高调理阀的掌握服从和准确性。阀门定位器在工业生产中具有主要的感化,跟着历程掌握手艺的开展,定位器的机能也应逐步加强。当前愈来愈多的公司,如ABB、FISHER公司等消费出了智能化的电气阀门定位器,这些智能定位器具有自立化、烦琐化等优势。
    当前的智能电气阀门定位器多数根据力平衡理论停止设想。经由过程反复调解差别的弹簧螺钉实现力平衡,终极对流量停止有用的掌握。电气定位器的构造较为单一,而且简单遭到温度、振动变革的滋扰,对安装检验手艺的要求较高;而且需求对定位器零点,以及路程停止屡次调解。智能电气阀门定位器掌握模子,需求操纵职员现场对部件的气腔体积、气源的变化性、电气转换模块的非线性等参数停止调解,存在服从低、偏差大以及工夫滞后等成绩。因而,需求新一代的智能电气阀门定位器处理这些成绩。
    1智能电气阀门定位器事情道理阐发
    智能阀门定位器次要用于调控掌握阀,收罗控制器输出的电流掌握旌旗灯号,经由过程气压旌旗灯号调控阀门。调控阀发生行动后,阀杆会发生必然的位移,并将相干的旌旗灯号通报到阀门定位器。定位器对输入掌握旌旗灯号和阀位反应旌旗灯号停止比照阐发,假如两种旌旗灯号差别,则促使阀门的驱动部件停止事情,直至两种旌旗灯号不异为止。假如两种旌旗灯号不异,则驱动部件不会对阀位停止调理。智能电气阀门定位器具有掌握精度高、自立阐发性强、服从高档优势。
    智能电气阀门定位器的事情道理用图1形貌,枢纽的控制电路是单片机,其可收罗控制器的阀门开度旌旗灯号(4~20mA),获得该旌旗灯号同实践的开度反应旌旗灯号差,根据该旌旗灯号差的标的目的以及巨细发生电压旌旗灯号并对电气动放大器PV1以及PV2停止掌握。
    跟着电子技术的不断发展,单片机的集成度也不竭加强,进而提高整体部件的运转服从和准确性;以单片机为根底的体系中次要接纳PID掌握算法完成定位掌握;可是跟着装备庞大水平的增长,这类掌握办法的短处逐步闪现。次要是因为气压颠末单向阀A以及B的开关对阀门膜头的进气以及出宇量停止调控,促使阀芯的位置发作变革,从而对氛围的开度停止恰当的调控,实现阀门的精确定位。假如正旌旗灯号偏差较大,则发生的一系列旌旗灯号将会招致单向阀A快速开启,单向阀B闭合,使得阀门膜头的气压增长,不然负旌旗灯号偏差较大时,发生的旌旗灯号使得阀快速A闭合,阀B快速开启,使得阀门膜头气压低落,惯性增大。假如旌旗灯号差是零,则发生的旌旗灯号使得阀A和B都闭合,此时阀门膜头气压的稳定性被毁坏,构成掌握旌旗灯号恍惚化,掌握超调征象,影响掌握精度。
    2改良的静态自立PID掌握办法
    因为偏差的存在,招致传统的PID掌握历程存在过掌握征象。本文在传统的掌握办法基础上,提出了一种基于交融去恍惚化的PID掌握办法。
    2.1去除静态PID旌旗灯号恍惚性
    在传统的PID掌握中,因为偏差的存在,使得掌握旌旗灯号存在恍惚性,为了去除这类恍惚性,可设置静态PID控制器体系的偏差是E,系统误差表达式为e(t)、偏差颠簸率EC,表达式为e(t),K为调理系数,可得:
    (1)
    (2)
    则可以获得交融改良调解函数的掌握律是:
    U=βE+(1-β)EC(3)
    式(3)中,β暗示响应的比例系数,式(2)中Kec(t)暗示微分系数,进而可以获得调解函数是
    β=β0+Kβ|E‖E|max(4)
    式(4)中,β0用于形貌|E|时调整因子,0≤β≤0.5,0≤β≤1,Kβ是常数0≤Kβ≤(1-β0)。
    式(4)可以根据偏差的巨细自立调控偏差以及偏差的波动性对掌握感化的权重。交融改良调解函数的静态PID控制器的结构图用图2形貌。
    经由过程图2所示控制器可以对调解函数停止在线自立调控,偏差e同u间的掌握标准具有静态性,偏差e同掌握u间的掌握标准是一种静态的PID掌握标准。
    根据相干的掌握经历可得,Δkp、Δki、Δkd的颠簸范畴分别是(-0.4,0.4)、(-0.08,0.08)、(-0.25,0.25),需求将这些参量归一化到范畴(-5,5)中。设置体系e’,ec’,Δkp、Δki、Δkd的颠簸地区是恍惚集的论域是e’,ec’,Δkp、Δki、Δkd={-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5}恍惚子集是e’,ec’,Δkp、Δki、Δkd={NB,NM,NS,O,PS,PM,PB},根据相干的掌握经历可塑造Δkp、Δki、Δkd的恍惚尺度表,设置e’,ec’,Δkp、Δki、Δkd满意正态分布,明白论域中差别元素对恍惚变量的从属度,成立恍惚掌握表。操纵重心法去恍惚化,得到PID参数的改正值,接纳查询表的方法在微控器中实现。
    (5)
    对上述阐发的控制器参数e’、ec’、Δkp,Δki,Δkd,假如只经由过程野生办法无法获得这些参数的最优组合,经由过程改良办法可以获得这些参数的取值。凡是将工夫同绝对误差的积作为阐发控制器参数机能的目标函数,则有:
    (6)
    式(6)中,J用于形貌偏差加权工夫后的积分面积巨细,其可形貌体系的呼应服从、掌握工夫以及超调量的巨细,而且可以低落体系的波动性。凡是可采用式(6)形貌的目标对控制器参数e’、ec’、Δkp、Δki、Δkd停止寻优,根据性能指标标准,对控制器参数停止调解,终极获得最好的组合值。经由过程上述阐发的目标函数可以实时调解函数β,而且需求改良β0以及Kβ两个参数,根据以下标准对其停止寻优:0≤β0≤0.5,0≤Kβ≤(1-β00≤Kβ≤(1-β0),终极完成对控制器参数的优化,经由过程最优的智能电气阀门定位器掌握参数组合,实现对控制器数据旌旗灯号的精确调控。
    2.2恍惚消弭后的PID掌握历程
    在消弭恍惚性后,PID自整定经由过程积分的继电路子,控制系统输入频次、幅度以及设置好的三角波旌旗灯号。而且体系的输出振动标准要求如式(7)所示。
    (7)
    μ90位置的频率响应幅值是
    (8)澳门葡京www3648.com
    可以获得PID掌握参数是
    (9)
    式(9)中,
经由过程丈量输出旌旗灯号峰值可以获得振幅a,丈量体系输出经由过程事情点的两次工夫可以获得周期T,d用于形貌三角波峰值同半周期的比值。本文设置的阀门控制系统的相位裕度φm为30°~50°,幅值裕度Am为2~5。
    智能电气阀门定位器体系运转时,气源压力和压电陶瓷阀具有多样性和随机性,因此要求体系的掌握参数可以根据体系的实际情况,实时停止调解。自适应调控器构造用图3形貌。
    并将体系消弭恍惚性后,获得的响应偏差划分红15%以内和以外两部门,假如体系输出大于设置值的15%偏差带,则停止Bang-bang掌握,翻开(封闭)压电比例阀,全速放气(充气),加强体系的定位服从。假如系统误差小于15%偏差带,需求对体系停止自适应PID掌握,将偏差e以及偏差颠簸率ec当做算法的输入,经由过程恍惚标准后的PID参数对体系数据停止实时掌握,接纳12位A/D采样将输入以及反应转化成量化值0~(212-1),终极使得e处于0~4095当中,ec处于0~2000当中,实现e以及ec的量化值归一化操纵。
    (10)
    3尝试成果
    为了考证本文设想办法的有效性,需求停止相干的尝试。尝试体系包罗4~20mA的电流输入源、智能阀门定位器硬件、直路程气动运转器以及旌旗灯号搜集卡。体系输入是电流,经由过程单片机收罗数据,运算输出电压,而且调控压电陶瓷停止充气或放气,进而使得气动运转器的位置发作改动,实现对阀门的精确定位,经由过程数据搜集卡将及时数据传送到计算机中。
    尝试划定体系气动运转器的运转范例是直路程,阀门流量特性是直线流量特性,设置体系的相位裕度φm=45°,幅值裕度Am=2,经由过程式(5)可以获得PID掌握参数的原始值kp=1.4064,ki=0.230,kd=0.8527。终极获得本文办法和传统的PID办法的呼应曲线用图4、图5形貌,此中(a)用于形貌周期性增加输入电流获得的呼应曲线,(b)、(c)、(d)别离用于形貌阀门开度在20%、40%、60%时的部分掌握点精度放大图。
    形貌了本文办法具有较强的稳定性,可以对体系的超调性停止实时的处置,而且响应的超调量低于2%,连续的工夫是4s。与传统的图5比照,能够看出,本文的办法在差别开度的状况下,掌握精度有了较为较着的提拔。
    体系输入递增1.6mA时的掌握工夫用表1形貌。
    表1体系掌握工夫
    阐发表1可得,本文设想的体系对差别的输入电流的调理工夫都在相干的阀值内,可以对体系的旌旗灯号停止实时的掌握,处理了传统掌握办法存在的工夫滞后性成绩,有利于对定位器旌旗灯号停止精确的掌握。
    4结论
    本文提出了一种智能电气阀门定位器控制系统的优化设想办法,在综合分析智能电气阀门定位器的硬件构造基础上,接纳改良的静态PID掌握办法对定位器的旌旗灯号停止有用的掌握,该办法可以对阀门运转历程中的相干参数停止自立调解和优化,进而实现对阀门位置的精确掌握,加强智能电气定位器掌握的服从以及智能化。经由过程终极的尝试成果阐明,本文设想的体系可以对电气阀门定位器的及时自立掌握,具有较强的稳定性,可以对体系的超调性停止实时的处置,取得了令人满意的成果。www.新版葡京送388网址大全
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