文/李焱琪

基于模糊PID控制的智能電氣閥門定位器的實現(xiàn)

文/李焱琪

電氣的閥門定位器是氣動調(diào)節(jié)閥的一個重要和關(guān)鍵部件，能夠更好的實現(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現(xiàn)工作，希望所得的內(nèi)容能夠為相關(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 實現(xiàn)

在工業(yè)生產(chǎn)當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，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制閥門進行實現(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微處理器的閥門開度給定值的實際值和反饋進行比較，然后再利用偏差信號來對進氣控制閥的氣動執(zhí)行器室進行控制。容積室、被控對象、控制器、壓電閥、閥位變送器等等統(tǒng)一組成了整個控制系統(tǒng)?？刂破靼–PU芯片、各種具有協(xié)調(diào)控制功能的外圍擴展電路、被控對象等等。電轉(zhuǎn)換也是由電轉(zhuǎn)換單位使用壓電閥作為先導來完成。

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

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

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)被控對象的不同，而參數(shù)又易于調(diào)整的同時能夠達到一定的控制精度，因此可以適當調(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)，以獲得預期的效果；當一個很好的調(diào)整PID控制器的參數(shù)時變的系統(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)精度與動態(tài)之間的相對沖突?？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，其不需要建立被控對象數(shù)學模型，對被控對象的非線性、時滯、以及時變性具有較強的的適應(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控制器正是同時具有兩者長處的集合。而基于膜頭腔壓力非線性和時變的特性，模糊PID控制器的效果明顯更好于單一的個體。本文設(shè)計的智能閥門定位器從閥門開度和實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。每個模糊字段的值可以對應(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)實際開閥控制和Z，NVS，NS，NB模擬電路，NVB，歐盟有九個語言變量，即PVB，PB，PS和PVS。驅(qū)動[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)省計算時間，語言變量E和ET，每個打開位置，閥門定位器，根據(jù)實際偏差反饋值直接控制和閥門位置變送器設(shè)置進氣或排氣閥控制室壓力或位移。氣體壓力室驅(qū)動閥桿運動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。當控制閥實際開啟值和定位器偏差設(shè)定值在允許范圍內(nèi)時，停止進，排氣門，達到體積室壓力平衡。因此可以實現(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現(xiàn)進行簡要分析，采用了PID控制的智能閥門定位器，可以對于以往的采用PID控制所存在的動態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)定精度效果起到一定的修復作用，并且集成了二者的優(yōu)點，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 北京市 100044

李焱琪（1992-），男，碩士學位。研究方向為自動化。