基于模糊PID控制的智能电气阀门定位器的实现

文/李焱琪

基于模糊PID控制的智能电气阀门定位器的实现

文/李焱琪

电气的阀门定位器是气动调节阀的一个重要和关键部件，能够更好的实现电气阀门定位的工作效率，本研究主要基于模糊PID控制，研究智能电气阀门定位器的实现工作，希望所得的内容能够为相关的领域提供可行参考。

模糊PID控制 智能电气阀门定位器 实现

在工业生产当中过程控制可谓是占据着一席之地，过程控制的质量与过程的控制仪表有着一定的关联，甚至在一定的程度上起着决定性的作用。过程控制主要涉及到了送变器调节器执行器以及一些对其起着辅助作用的一些辅助的控制装置。阀门定位器是一种控制仪表，其只要起着辅助性的作用，它在对过程控制的调节品质有着某种程度上的影响，可以说是在某种程度上起了决定性的作用，与此同时，阀门定位器也在一定程度上限制了过程控制的要求以及水平的发展。根据机械力平衡原理，研究一款智能的电气阀门定位器，并且采用模糊PID制阀门进行实现，具有重要的意义。

1 模糊PlD控制的智能型阀门定位器原理和结构

为了实现阀门开度的精确的控制，模糊智能阀门定位器PID模糊控制主要是通过对微处理器的阀门开度给定值的实际值和反馈进行比较，然后再利用偏差信号来对进气控制阀的气动执行器室进行控制。容积室、被控对象、控制器、压电阀、阀位变送器等等统一组成了整个控制系统。控制器包括CPU芯片、各种具有协调控制功能的外围扩展电路、被控对象等等。电转换也是由电转换单位使用压电阀作为先导来完成。

当阀开度不定时，定位器将根据反馈相关的镗孔变送器与设定值对阀门开度偏差值进行设定，并且实现对进排气阀也进行有效的控制。通过充放电对音量、压力、气体的压力和体积型也进行有效的控制，通过膜片对阀杆的运动效果起到推动作用，与杆位置的方法可以通过阀门位置变送器进行定位和反馈，从而实现闭环控制效果，从而可以使设定值与阀门的实际开值进行相应的程度上的对应，最后完成电能转换。当实际需要调整开度和定位方法以及进入排气阀停止动作时，就会使容积压力达到平衡，由此可以实现精确控制阀门开度。

压电陶瓷的压电效应是有效的对进气阀排气阀压力阀进行利用的基本原理。该原理主要是通过一个相对比较特殊化的生产使压电陶瓷板的弯曲发生变形，总可达到几十微米，从而可以对进气口进行阻挡，进而可以有效的对空气进行控制。

2 模糊PlD控制的智能阀门定位器控制方法

在一定角度上可以说，基于模糊PID控制的智能阀门定位器控制方法是智能定位器的一项具有核心地位的工作。现在的科技水平下，智能定位器的主要应用于PSP控制和模糊控制。而bat的控制使用最为广泛，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）分别是它们的输入偏差和偏差。KP和kikd特征比值参数（P）、积分（I）和微分（D）分别。

根据被控对象的不同，而参数又易于调整的同时能够达到一定的控制精度，因此可以适当调整PID参数来获得想要的控制效果。因而该方法也被广泛的应用。但PID算法也有弊端，如非时变的情况下，只有在PID算法的系统模型的参数，以获得预期的效果；当一个很好的调整PID控制器的参数时变的系统模型，系统性能恶化甚至不稳定；此外，PID参数整定过程PID参数，局部最优值，而不是全局最优值，从而有效的解决了稳态精度与动态之间的相对冲突。可以说，与PID控制器相比，模糊控制器具有前者没有的优点，其不需要建立被控对象数学模型，对被控对象的非线性、时滞、以及时变性具有较强的的适应能力。但也有需要提升的地方，即模糊控制器难以达到较高的控制精度。因此可以说，二者各有利弊，而模糊PID控制器正是同时具有两者长处的集合。而基于膜头腔压力非线性和时变的特性，模糊PID控制器的效果明显更好于单一的个体。本文设计的智能阀门定位器从阀门开度和实际开启偏差切换到控制开关的大小。

3 模糊PlD控制智能电气阀门定位器的模糊化

一般来说，确切值的模糊性必须首先确定语言变量，模糊集合的语言值，并将从公共域到模糊域的确切值映射。每个模糊字段的值可以对应于模糊集合。使用模糊技术将这些值转换为模糊集的隶属函数。阀门打开和实际打开偏差e和偏差率由EE和EC的模糊量化设定。 EE和EC有五种语言变量，即NB，ns，Z，ps和PB。根据实际开阀控制和Z，NVS，NS，NB模拟电路，NVB，欧盟有九个语言变量，即PVB，PB，PS和PVS。驱动[0100]阀门开启偏差范围选择要求，域名为：{ - 6，-5，-4，-3，-2， - 1,0,1,2,3,4,5,6}模糊集被表示为T（E）= {NB，NS，O，PS，PB};偏差场变化率：{ -4 - 3 - 2 - 1，0，1，2，3，4}：T（E）= {NB，NS，O，PS，PB}。成员功能在这里，为了节省计算时间，语言变量E和ET，每个打开位置，阀门定位器，根据实际偏差反馈值直接控制和阀门位置变送器设置进气或排气阀控制室压力或位移。气体压力室驱动阀杆运动通过隔膜和阀位置的阀杆位置，以确保阀门和相应的设定值实际上是闭环控制，打开电气转换并反馈到定位变送器。当控制阀实际开启值和定位器偏差设定值在允许范围内时，停止进，排气门，达到体积室压力平衡。因此可以实现精确控制控制阀开度。

4 结语

本研究主要分析基于模糊PID控制的智能电气阀门定位器的实现进行简要分析，采用了PID控制的智能阀门定位器，可以对于以往的采用PID控制所存在的动态品质和稳定精度效果起到一定的修复作用，并且集成了二者的优点，因此可以说该阀门定位器具有较高调节阀的调节性能，并且在一定程度上能够适应现代生产的需要，并值得广泛的推广和使用。

[1]刘娜,何永勃,苏兴国.基于预估模糊自适应PID控制的智能电气阀门定位器的应用研究[J].自动化与仪器仪表,2015,04(04):417-418.

[2]周智刚.浅析智能电气阀门定位器开发关键技术[J].现代制造技术与装备,2016,07(04):25-26.

作者单位北京航空航天大学 北京市 100044

李焱琪（1992-），男，硕士学位。研究方向为自动化。