[发明专利]一种压电开关式阀门定位器控制方法与系统

权利要求书

1.一种压电开关式阀门定位器控制方法与系统，由4～20mA电流源、I/V变换电路、电压变换模块、控制信号放大滤波电路、反馈信号放大滤波电路、2片外部ADC、超低功耗单片机、液晶键盘模块、EEPROM、无源晶体、压电阀驱动放大电路组成，其特征是：外部输入4～20mA电流作为控制信号，同时为整个系统供电，构成两线制低功耗系统；4～20mA电流通过I/V变换转换成电压信号，然后，通过电压变换模块变换后，为放大滤波电路、单片机以及压电阀驱动电路等供电；同时，4～20mA控制信号通过I/V变换转换成较小的电压信号，通过放大、滤波处理后，由外部ADC采样和转换，并通过SPI通信接口传送给单片机；阀位反馈信号通过放大、滤波处理后，由另外一片ADC采样和转换，然后，通过另一个SPI通信接口传送给单片机；单片机采用带反向PWM的五步开关法，对给定值和反馈值进行处理，控制4路PWM波输出，驱动压电阀；当误差绝对值较大时，输出连续的控制量，即正向B-B控制；当误差绝对值较小，而误差变化率较大时，采用反向PWM控制；当误差绝对值较小，误差变化率也较小时，采用正向PWM控制；当误差进入死区时，若误差变化率较大，采用反向PWM控制，若误差变化率较小，控制量为零。

2.如权利要求1所述的一种压电开关式阀门定位器控制方法与系统，其特征在于：采用带反向PWM的五步开关法进行闭环控制，其闭环控制算法流程中，                                                为上升时B-B控制和PWM控制的误差切换点，为下降时，B-B控制和PWM控制的误差切换点，为死区范围；首先进入循环，根据相邻两次给定值的采样值，判断给定值是否发生变化，如果给定值发生变化，则根据相应参数修改正向PWM占空比；然后，判断误差是否大于,如果大于,则采用正向B-B控制，进行上升调节；如果误差大于且小于，则计算阀位速度是否大于最佳定位速度，如果是，则采用反向PWM控制，进行反向降速，反之，则采用正向PWM控制；如果误差小于且大于，则表示阀位进入死区，阀位保持；如果误差小于且大于,则计算阀位速度是否大于最佳定位速度，如果是，则采用反向PWM控制，进行反向降速，反之，则采用正向PWM控制；如果误差小于，则采用正向B-B控制，进行下降调节。

3.一种压电开关式阀门定位器控制方法与系统，当气动调节阀安装在管道上后，通过长按按键2秒钟，使压电开关式阀门定位器开始工作，首先进入参数自整定程序，其特征是：自整定步骤主要分为以下四步：(1)通过控制进气和排气方式，测量某段时间内反馈值的变化，得到行程类型，确定执行机构运动方向与压电阀驱动真值表之间的关系；(2)根据整定得到的行程类型，控制阀门定位器以全开的方式从底端运行到顶端，测量上升过程最大速度、最大速度位置、调节时间以及顶端位置和底端位置，再控制阀位从顶端位置运行到底端位置，测量下降过程最大速度、最大速度位置以及调节时间，其中，调节时间为阀位从10%FSR位置上升到90%FSR位置的时间，为阀位从90%FSR位置下降到20%位置的时间；(3)根据端点位置、最大速度和最大速度位置，控制阀门定位器以全开的方式从端点运行到最大速度位置处，当阀位到达最大速度位置处，控制阀位保持，测量最大过冲量，其中，最大过冲量为阀位最大速度位置到停止位置之间的位移量；(4)定义最佳定位速度，其中，T为控制周期，为单位周期内阀门位置的期望变化量；定义最佳占空比为阀位平均速度V≈时对应的PWM占空比。

4.如权利要求3所述的一种压电开关式阀门定位器控制方法与系统，其特征在于最佳占空比的寻优算法，首先，在某固定PWM占空比控制量状态下，以断续的方式控制阀位从目标位置-2.5%FSR位置处运行到目标位置+2.5%FSR位置处，计算目标位置±2.5%FSR内的平均速度V；若，则以10/100的幅度增加PWM占空比，继续控制，并测量此时的平均速度V；若，则以10/100的幅度减小PWM占空比，继续控制；假设PWM占空比为D1时，平均速度，而PWM占空比为D2时，平均速度，就开始折半查找，设置PWM占空比为，继续控制，测量此时的平均速度；若，通过分段线性化，取最佳占空比D为

若，取最佳占空比D为

寻找10%FSR、30%FSR、50%FSR、70%FSR、90%FSR位置处最佳定位速度对应最佳占空比的D，再通过分段线性化，确定每个目标位置对应的最佳PWM占空比，最后，将分段线性拟合系数保存在EEPROM中。