閥門定位器是控制閥的主要附件，它將閥桿位移信號作為輸入的反饋測量信號,以控制器輸出信號作為設(shè)定信號，進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有偏差時，改變其到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，建立了閥桿位移量與控制器輸出信號之間的一一對應(yīng)關(guān)系。因此，閥門定位器組成以閥桿位移為測量信號，以控制器輸出為設(shè)定信號的反饋控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的操縱變量是閥門定位器去執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號。

 

　　氣動控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。閥門定位器是工業(yè)生產(chǎn)自動化過程控制儀器儀表的重要組成部分。相比較于比例/伺服閥控系統(tǒng)，開關(guān)閥控系統(tǒng)具有價格便宜、抗污染能力強(qiáng)和維護(hù)方便等優(yōu)點。由于氣體壓縮性、剛度低和系統(tǒng)摩擦力非線性等原因，氣動控制系統(tǒng)很難獲得較穩(wěn)定的響應(yīng)過程和精確的定位。為實現(xiàn)開關(guān)閥控氣動定位系統(tǒng)較好的位置控制，使其滿足一定的定位指標(biāo)要求，閥門定位器的控制進(jìn)行了相關(guān)研究，分析了系統(tǒng)相關(guān)特性并探究了該控制系統(tǒng)的工作原理方式和控制策略。

 

　　具體研究內(nèi)容如下：首先本文采用二位二通開關(guān)閥搭建了開關(guān)閥控雙作用氣動閥門定位器的結(jié)構(gòu)原理圖，并對其進(jìn)行了相關(guān)的機(jī)理建模分析，包括氣缸兩腔的流量連續(xù)性方程、能量方程和運動學(xué)方程，分析了氣動系統(tǒng)易產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象的原因，最后重點分析了開關(guān)閥的閥口流量方程、閥芯的運動學(xué)方程和運動特性。分析了PWM控制開關(guān)閥的工作原理，在此基礎(chǔ)上，利用AMESim軟件搭建了氣動系統(tǒng)模型，探究了PWM開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)靜態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性，并對所得到的靜特性曲線進(jìn)行了相關(guān)分析。

 

　　利用AMESim軟件搭建模型探究了開關(guān)閥控系統(tǒng)在雙端單向驅(qū)動信號、雙端同相和逆相驅(qū)動信號三種不同導(dǎo)通方式下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出壓力和壓力波動特性曲線。根據(jù)前文PWM開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)特性研究，分別探究了氣動控制系統(tǒng)在上述三種不同導(dǎo)通方式下的控制特性，分析得到同相驅(qū)動方式對緩解爬行現(xiàn)象和紋波問題具有明顯的優(yōu)勢，然后探究了系統(tǒng)參數(shù)對同相驅(qū)動方式的性能影響，如初始壓力、管路長度、外負(fù)載等，并尋求系統(tǒng)的最佳可控參數(shù)。最后采用了同相PWM驅(qū)動+PD復(fù)合控制方式對系統(tǒng)進(jìn)行位置控制。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)定位時間小于5s，穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.5%，并且具有較好的穩(wěn)態(tài)特性。

 

　　搭建了開關(guān)閥控氣動閥門定位器試驗臺，采用MATLAB/xPCTarget工具箱進(jìn)行實時控制和數(shù)據(jù)采集，采用ATMEGA64單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，并使用C語言進(jìn)行編程，然后對上述仿真結(jié)果進(jìn)行了試驗驗證。試驗表明，試驗結(jié)果與系統(tǒng)仿真的結(jié)果具有較好的吻合性，且滿足實際要求的性能指標(biāo)。