[发明专利]用于控制双动式致动器中的位置和交叉压力的优化方法

说明书

可提供在考虑对交叉压力设定的约束(例如，包括设定点的死区范围)的情况下，数字地控制双动式气动致动器中的位置和交叉压力两者的系统和方法。控制可经由作用于致动器位置反馈和(例如，如由每一相应的气动腔室的压力反馈所指示的)交叉压力反馈的输入的控制算法(例如，多输入多输出(MIMO)控制算法)来实现。此外，本文中描述的实施例可以降低用于调节交叉压力的控制动作的必要频率，由此降低过程部件上的磨损，并允许对致动器位置的更精细的控制。

技术领域

本公开内容总体上涉及控制阀，并且更具体地涉及用于控制作用于控制阀的双动式气动致动器的控制方法和系统。

背景技术

许多工业过程控制系统都使用控制阀来控制通过管道的过程流体的流动速率。传统上，控制阀可以经由致动器来打开和关闭，其中致动器的位置可以根据定位信号来设定，该定位信号由定位器基于过程设置、来自致动器位置传感器的反馈和/或其他输入生成。在一些过程环境中，致动器可以是包括两个气动腔室的双动式气动致动器，其中向每一腔室供应的气动流体的压差双向推动连接到阀杆的活塞。阀杆进而转换活塞的运动来调节控制阀的开度，以增加或减少过程流体的流动速率。

阀定位器和致动器组合的主要目的在于通过控制致动器位置来快速且准确地控制通过控制阀的流体流动。该组合的另一主要目的在于使由过程流体本身的流动所产生的力和/或其他环境力引起的致动器位置的不希望的偏差最小化。

致动器位置对这种力的敏感性可基于致动器的刚度而变化，在双动式气动致动器的情况下，该刚度可以表示为两个气动腔室的压力的平均(该平均有时被称为“交叉压力”)。低致动器刚度(即，两个腔室之间的低交叉压力)可使致动器更易受由过程流体力和/或其他力引起的位置偏差的影响，这可能另外导致致动器上磨损和损耗的增加。高致动器刚度(即，高交叉压力)可妨碍期望的致动器运动。

因此，致动器刚度在快速控制致动器位置的能力和减轻可能导致致动器位置方面不期望的偏差的振动力之间提供工程折衷。传统上，双动式气动致动器中的刚度可以经由机械调节(通常采用气动排气的形式)来调节以从气动腔室中“排出”不期望的压力。然而，这样的做法可能是耗时、不精确并且浪费气动流体的。因此，更精确地限定和维持致动器刚度的能力将改善在过程控制环境中的质量、耐久性和效率。

发明内容

本公开内容的方法实施例以及对应的系统可以在考虑到对交叉压力设置的约束(例如，包括设定点的死区范围)的情况下，以数字方式控制双动式气动致动器的位置和刚度(在本文中也被称为“交叉压力”)。控制可经由作用于致动器位置反馈和(例如，由每一相应的气动腔室的压力反馈所指示的)交叉压力反馈的输入的控制算法(例如，多输入多输出(MIMO)控制算法)来实现。此外，本文中描述的实施例可以降低用于调节交叉压力的控制动作的必要频率，由此降低过程部件的磨损，并且允许更精细地控制致动器位置(例如，经由相同的改进技术、经由先前描述的传统技术、和/或经由其他控制技术)。

在一可能实施例中，可以提供一种用于以数字方式控制双动式气动致动器中的交叉压力的计算机实现的方法。该方法可以包括：(1)监测关于双动式气动致动器的两个气动腔室的交叉压力；(2)确定所监测的交叉压力在预定死区范围之外，其中所述死区范围对应于在交叉压力设定点之上和之下延伸的交叉压力值的范围；(3)响应于确定所监测的交叉压力在死区范围之外，计算所监测的交叉压力和设定点之间的差值，并使用计算出的差值来设置交叉压力误差变量；(4)使用该误差变量来执行控制算法，以将所监测的交叉压力驱动到设定点；和/或(5)响应于确定所监测的交叉压力已达到设定点，将误差变量设为零，同时所监测的交叉压力保持在死区范围内。该方法可以包括更多的、更少的或替换的动作，包括这本文描述的动作。