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定信號，進行比較，當兩者有偏差時，改變其到執(zhí)行機構的輸出信號，使執(zhí)行機構動作，建立了閥桿位移量與控制器輸出信號之間的一一對應關系。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)行機構的輸出信號。

 

　　氣動控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化生產中已經(jīng)得到了廣泛應用。閥門定位器是工業(yè)生產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)，開關閥控系統(tǒng)具有價格便宜、抗污染能力強和維護方便等優(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)定的響應過程和精確的定位。為實現(xiàn)開關閥控氣動定位系統(tǒng)較好的位置控制，使其滿足一定的定位指標要求，閥門定位器的控制進行了相關研究，分析了系統(tǒng)相關特性并探究了該控制系統(tǒng)的工作原理方式和控制策略。

 

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

 

　　利用AMESim軟件搭建模型探究了開關閥控系統(tǒng)在雙端單向驅動信號、雙端同相和逆相驅動信號三種不同導通方式下，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)在上述三種不同導通方式下的控制特性，分析得到同相驅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)對同相驅動方式的性能影響，如初始壓力、管路長度、外負載等，并尋求系統(tǒng)的最佳可控參數(shù)。最后采用了同相PWM驅動+PD復合控制方式對系統(tǒng)進行位置控制。仿真結果表明系統(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。

 

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