[发明专利]用于控制双作用气动致动器的方法和装置

说明书

一种用于双作用气动致动器的控制回路被配置为生成两个控制信号，两个气动腔室中的每一个气动腔室对应一个控制信号，以便鉴于对致动器的腔室压力或刚度的操作约束来控制致动器位置。刚度的数值指标可以以各种方式进行计算，例如，计算为两个腔室压力的平均值。在一个实施例中，刚度的数字指标被视为系统的输出以及致动器的位置。具有位置和压力反馈的多输入多输出控制回路可以用于同时控制致动器的位置和刚度。

技术领域

本发明总体上涉及控制阀，更具体而言，涉及用于控制用于过程控制阀的双作用气动致动器的方法和装置。

背景技术

许多工业过程使用控制阀来控制通过管道的流体的流动速率。这些控制阀由致动器打开和关闭，致动器的位置由定位器使用来自致动器位置传感器的反馈和过程设置进行设定。定位器和致动器组合的目标是响应于流过阀的过程流体产生的力而快速且精确地控制致动器位置并且使致动器位置的偏差最小化。

双作用气动致动器通过调节两个气动腔室中的压力来改变位置，其中压力推动连接到杆的活塞。转而，杆将活塞的运动转换为调节控制阀的开度以改变过程流体的流动。当来自过程流体流动的力移动致动器时，该过程可能受到不利影响，并且致动器部件上的附加磨损可能降低致动器的寿命。致动器的刚度呈现在能够快速控制致动器位置和限制阀中的抖动力对致动器位置的波动的影响之间的工程折衷。减少阀致动器的刚度的不希望的变化将改善过程控制系统的质量和耐用性。

发明内容

本公开内容的方法和对应系统的实施方式可以鉴于对致动器的刚度设定的约束来控制双作用气动致动器的位置。所述系统可以通过增加两个气动腔室中的相对的(opposing)压力来增加刚度并且相反地通过减小两个压力来减小刚度。因此，通过控制到致动器腔室的两个气动信号，所公开的方法可以改变致动器的位置，同时增加或减小刚度。

所述系统可以被配置为测量两个腔室中的压力并使用测量值来计算刚度的数值指标。控制回路可以被配置为使用刚度的数字指标作为用于控制的输出中的一个输出，以及控制所述致动器的位置。

该用于控制致动器的方法可以包括：获得对致动器的刚度的数字指标的约束并获得针对致动器的位置的设定点；测量致动器的位置；计算致动器的刚度的数字指标；鉴于对致动器的刚度的数字指标的约束来计算控制信号以调节两个气动腔室中的压力，以便使致动器的位置的误差最小化，和/或响应于该控制信号来致动气动设备以调节致动器的气动腔室中的压力。

替代地，该方法可以通过以下方式来使用测量到的压力(不必计算刚度的指标)：获得针对致动器的位置的设定点；测量致动器的位置；测量致动器的两个气动腔室中的压力的传感器输出；将测量到的位置和测量到的压力用于计算控制信号以调节两个气动腔室中的压力以便使致动器的位置的误差最小化，和/或响应于该控制信号来致动气动设备以调节致动器的两个气动腔室中的压力。

不同的实施方式可以以不同方式定义对致动器的刚度的约束或对致动器的气动腔室中的压力的约束。一些实施方式可以通过以下方式来定义对腔室中的压力的约束：设定针对腔室中的一个腔室或每一个腔室的最小和/或最大压力值，设定针对腔室中的一个腔室或每一个腔室中的压力的目标压力(即，设定点)，或者将指标定义为两个腔室中的压力值的数学组合(诸如平均值)，并且向该指标给予相应的设定点或可接受的范围。一些实施方式可以将致动器的刚度的数字指标定义为两个腔室中的压力值的数学组合(诸如加权和)，或者在指标的定义和计算中包括位置测量值。这些实施方式可以将相应的约束定义为刚度的指标中的可接受的范围或者定义为刚度的指标中的设定点。

不同的实施方式可以以不同方式计算控制信号。在一些实施方式中，约束可以设定在给定腔室中的压力将增加还是减小，并且位置误差将设定增加或减小的相应幅值。替代地，多输入多输出(MIMO)控制回路可以使用刚度的指标的误差或压力的误差以及位置的误差，来计算用于两个腔室中的每一个腔室的控制信号。这些计算可以包括计算致动器的位置的误差、致动器的速度、以及致动器的刚度的数字指标的误差(或腔室压力的误差)的加权和。