文/李焱琪

基于模糊PID控制的智能電氣閥門定位器的實(shí)現(xiàn)

文/李焱琪

電氣的閥門定位器是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要和關(guān)鍵部件，能夠更好的實(shí)現(xiàn)電氣閥門定位的工作效率，本研究主要基于模糊PID控制，研究智能電氣閥門定位器的實(shí)現(xiàn)工作，希望所得的內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)的領(lǐng)域提供可行參考。

模糊PID控制 智能電氣閥門定位器 實(shí)現(xiàn)

在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中過程控制可謂是占據(jù)著一席之地，過程控制的質(zhì)量與過程的控制儀表有著一定的關(guān)聯(lián)，甚至在一定的程度上起著決定性的作用。過程控制主要涉及到了送變器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器以及一些對(duì)其起著輔助作用的一些輔助的控制裝置。閥門定位器是一種控制儀表，其只要起著輔助性的作用，它在對(duì)過程控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)有著某種程度上的影響，可以說是在某種程度上起了決定性的作用，與此同時(shí)，閥門定位器也在一定程度上限制了過程控制的要求以及水平的發(fā)展。根據(jù)機(jī)械力平衡原理，研究一款智能的電氣閥門定位器，并且采用模糊PID制閥門進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，具有重要的意義。

1 模糊PlD控制的智能型閥門定位器原理和結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)閥門開度的精確的控制，模糊智能閥門定位器PID模糊控制主要是通過對(duì)微處理器的閥門開度給定值的實(shí)際值和反饋進(jìn)行比較，然后再利用偏差信號(hào)來對(duì)進(jìn)氣控制閥的氣動(dòng)執(zhí)行器室進(jìn)行控制。容積室、被控對(duì)象、控制器、壓電閥、閥位變送器等等統(tǒng)一組成了整個(gè)控制系統(tǒng)。控制器包括CPU芯片、各種具有協(xié)調(diào)控制功能的外圍擴(kuò)展電路、被控對(duì)象等等。電轉(zhuǎn)換也是由電轉(zhuǎn)換單位使用壓電閥作為先導(dǎo)來完成。

當(dāng)閥開度不定時(shí)，定位器將根據(jù)反饋相關(guān)的鏜孔變送器與設(shè)定值對(duì)閥門開度偏差值進(jìn)行設(shè)定，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)排氣閥也進(jìn)行有效的控制。通過充放電對(duì)音量、壓力、氣體的壓力和體積型也進(jìn)行有效的控制，通過膜片對(duì)閥桿的運(yùn)動(dòng)效果起到推動(dòng)作用，與桿位置的方法可以通過閥門位置變送器進(jìn)行定位和反饋，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制效果，從而可以使設(shè)定值與閥門的實(shí)際開值進(jìn)行相應(yīng)的程度上的對(duì)應(yīng)，最后完成電能轉(zhuǎn)換。當(dāng)實(shí)際需要調(diào)整開度和定位方法以及進(jìn)入排氣閥停止動(dòng)作時(shí)，就會(huì)使容積壓力達(dá)到平衡，由此可以實(shí)現(xiàn)精確控制閥門開度。

壓電陶瓷的壓電效應(yīng)是有效的對(duì)進(jìn)氣閥排氣閥壓力閥進(jìn)行利用的基本原理。該原理主要是通過一個(gè)相對(duì)比較特殊化的生產(chǎn)使壓電陶瓷板的彎曲發(fā)生變形，總可達(dá)到幾十微米，從而可以對(duì)進(jìn)氣口進(jìn)行阻擋，進(jìn)而可以有效的對(duì)空氣進(jìn)行控制。

2 模糊PlD控制的智能閥門定位器控制方法

在一定角度上可以說，基于模糊PID控制的智能閥門定位器控制方法是智能定位器的一項(xiàng)具有核心地位的工作。現(xiàn)在的科技水平下，智能定位器的主要應(yīng)用于PSP控制和模糊控制。而bat的控制使用最為廣泛，表演形式的主要控制的是：U（k），+ ki2e（K），+ kdec（K），（K = 0,1,2，…）

e（k）和Ec（k）分別是它們的輸入偏差和偏差。KP和kikd特征比值參數(shù)（P）、積分（I）和微分（D）分別。

根據(jù)被控對(duì)象的不同，而參數(shù)又易于調(diào)整的同時(shí)能夠達(dá)到一定的控制精度，因此可以適當(dāng)調(diào)整PID參數(shù)來獲得想要的控制效果。因而該方法也被廣泛的應(yīng)用。但PID算法也有弊端，如非時(shí)變的情況下，只有在PID算法的系統(tǒng)模型的參數(shù)，以獲得預(yù)期的效果；當(dāng)一個(gè)很好的調(diào)整PID控制器的參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)模型，系統(tǒng)性能惡化甚至不穩(wěn)定；此外，PID參數(shù)整定過程PID參數(shù)，局部最優(yōu)值，而不是全局最優(yōu)值，從而有效的解決了穩(wěn)態(tài)精度與動(dòng)態(tài)之間的相對(duì)沖突?？梢哉f，與PID控制器相比，模糊控制器具有前者沒有的優(yōu)點(diǎn)，其不需要建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，對(duì)被控對(duì)象的非線性、時(shí)滯、以及時(shí)變性具有較強(qiáng)的的適應(yīng)能力。但也有需要提升的地方，即模糊控制器難以達(dá)到較高的控制精度。因此可以說，二者各有利弊，而模糊PID控制器正是同時(shí)具有兩者長處的集合。而基于膜頭腔壓力非線性和時(shí)變的特性，模糊PID控制器的效果明顯更好于單一的個(gè)體。本文設(shè)計(jì)的智能閥門定位器從閥門開度和實(shí)際開啟偏差切換到控制開關(guān)的大小。

3 模糊PlD控制智能電氣閥門定位器的模糊化

一般來說，確切值的模糊性必須首先確定語言變量，模糊集合的語言值，并將從公共域到模糊域的確切值映射。每個(gè)模糊字段的值可以對(duì)應(yīng)于模糊集合。使用模糊技術(shù)將這些值轉(zhuǎn)換為模糊集的隸屬函數(shù)。閥門打開和實(shí)際打開偏差e和偏差率由EE和EC的模糊量化設(shè)定。 EE和EC有五種語言變量，即NB，ns，Z，ps和PB。根據(jù)實(shí)際開閥控制和Z，NVS，NS，NB模擬電路，NVB，歐盟有九個(gè)語言變量，即PVB，PB，PS和PVS。驅(qū)動(dòng)[0100]閥門開啟偏差范圍選擇要求，域名為：{ - 6，-5，-4，-3，-2， - 1,0,1,2,3,4,5,6}模糊集被表示為T（E）= {NB，NS，O，PS，PB};偏差場變化率：{ -4 - 3 - 2 - 1，0，1，2，3，4}：T（E）= {NB，NS，O，PS，PB}。成員功能在這里，為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，語言變量E和ET，每個(gè)打開位置，閥門定位器，根據(jù)實(shí)際偏差反饋值直接控制和閥門位置變送器設(shè)置進(jìn)氣或排氣閥控制室壓力或位移。氣體壓力室驅(qū)動(dòng)閥桿運(yùn)動(dòng)通過隔膜和閥位置的閥桿位置，以確保閥門和相應(yīng)的設(shè)定值實(shí)際上是閉環(huán)控制，打開電氣轉(zhuǎn)換并反饋到定位變送器。當(dāng)控制閥實(shí)際開啟值和定位器偏差設(shè)定值在允許范圍內(nèi)時(shí)，停止進(jìn)，排氣門，達(dá)到體積室壓力平衡。因此可以實(shí)現(xiàn)精確控制控制閥開度。

4 結(jié)語

本研究主要分析基于模糊PID控制的智能電氣閥門定位器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行簡要分析，采用了PID控制的智能閥門定位器，可以對(duì)于以往的采用PID控制所存在的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)定精度效果起到一定的修復(fù)作用，并且集成了二者的優(yōu)點(diǎn)，因此可以說該閥門定位器具有較高調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能，并且在一定程度上能夠適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，并值得廣泛的推廣和使用。

[1]劉娜,何永勃,蘇興國.基于預(yù)估模糊自適應(yīng)PID控制的智能電氣閥門定位器的應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2015,04(04):417-418.

[2]周智剛.淺析智能電氣閥門定位器開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2016,07(04):25-26.

作者單位北京航空航天大學(xué) 北京市 100044

李焱琪（1992-），男，碩士學(xué)位。研究方向?yàn)樽詣?dòng)化。