[发明专利]一种智能阀门电动执行机构的控制系统构建方法

说明书

本发明公开了一种智能阀门电动执行机构的控制系统构建方法。该方法为：建立基于电流环、转速环、位置环的三环控制系统，将模型预测电流控制作为控制系统的内环，转速环和位置环作为控制系统的外环，其中位置环为最外环；采用模型预测电流控制单环电流控制器替代了传统矢量控制的两个电流内环和电压调制环节，该结构首先可以发挥出MPC本身多控制目标、多变量、多约束等优势，来实现电机转矩，磁链和电流的分别控制目的，同时该控制结构同样不需要PI调节器、不需要电压调制环节，控制结构简单。本发明简化了智能阀门电动执行机构的控制结构，提高了智能阀门电动执行机构的定位精度、控制灵敏度以及动态稳定性。

技术领域

本发明涉及阀门控制技术域，特别是一种智能阀门电动执行机构的控制系统构建方法。

背景技术

工业自动化技术水平日益提高，阀门是流体管网控制系统中必不可少的设备，在石油、化工、电力、冶金、核工业等行业中广泛应用。作为阀门自动化控制的重要设备，执行机构性能将直接影响调节阀和控制系统的性能，因此执行机构已经成为工业控制领域非常重要的研究热点。智能阀门控制能够极大方便管理而且对其控制精度远远高于人工控制，电动执行机构正是一款对阀门实现智能控制的产品，在现在的发展中电动执行机构可以驱动控制阀门，成为管道流程中的控制核心。各控制领域对电动执行机构控制系统在响应速度、控制精度以及抗干扰性能等方面的要求也越来越高。研究并优化电动执行机构控制系统，对提高系统控制精度和稳定性具有重要的理论意义和实用价值。

传统的控制系统常常采用的是位置单环控制，在传统的单环控制方式下驱动电机的速度不能灵活调节并且控制系统的动态稳定性较差。不能对速度进行任意调节会造成位置控制在小范围内振荡的问题，影响执行机构位置控制精度，严重时会引起阀门卡堵现象，同时也会大大缩短机械部件的寿命。在多环级联控制中，电流环对系统的动态响应影响最显著，而传统的多环级联控制结构则会为系统带来动态响应不一致的问题，在一些对控制系统性能要求较高的应用场合，如高压力、大流量的工作环境以及要求控制系统响应速度快、控制精度高的系统，普通的执行机构由于其控制性能的不足已难以胜任。

PID控制是最早发展起来并现今仍运用最广泛的控制策略之一，它具有结构简单、易于实现方便、鲁棒性强、适用性广等特点，其性能主要取决于比例、积分和微分这三个参数的整定和优化。基于PID控制器的串级系统是串级控制器的常见形式。由于包含嵌套在一起、相互影响的两个控制回路，串级控制器的参数更难以整定。传统的整定方法是先整定内环控制器参数，然后将整定后的内环嵌入整个串级控制系统，再整定外环控制器参数。但这种方法十分繁琐，往往需要反复进行多次的内外环控制器整定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能阀门电动执行机构的控制系统构建方法，从而提高智能阀门电动执行机构控制精度及稳定性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种智能阀门电动执行机构的控制系统构建方法，包括以下步骤：

步骤1、建立基于电流环、转速环、位置环的三环控制系统；

步骤2、采用模型预测电流控制单环电流控制器，实现电机转矩，磁链和电流的分别控制。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)将电动执行机构控制系统设计为位置+转速+电流三环控制方式，实现了对电动执行机构阀门位置的精准控制，从而提高了电动执行机构稳定性及控制精度；(2)在传统的控制策略引入速度内环减小系统速度波动、超调和震荡，提高系统定位精度及控制灵敏度；(3)利用模型预测电流控制单环电流控制器替代了传统矢量控制的电流内环环节，结构简单，提高控制系统的动态响应并保证优良的电机低速稳态运行性能(4)发挥MPC在控制上可以实现非线性、多目标、多变量、多约束等优势，提高MPC的模型精确性和参数鲁棒性，增大MPC的预测时域长度以获取更好的系统性能，在标准化工业数字控制平台上降低MPC的在线计算量进行计算机实现。

附图说明

图1是本发明中的模型预测电流控制系统控制器结构的原理框图。