專利名稱：一種提高定位器控制精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能閥門定位器控制領(lǐng)域，特別是涉及一種提高智能閥門定位器控制 精度的方法。
背景技術(shù)：
模擬型電氣閥門定位器用于控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作來(lái)控制 流量從而完成系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制。該定位器采用杠桿力平衡原理進(jìn)行平衡控制，其閥門位置值 S通過(guò)凸輪方式與控制值P相平衡，運(yùn)用凸輪曲面增量來(lái)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線位移之間誤 差，從而得到較為精確的閥門位置控制。但是凸輪曲面加工的精度不容易保證，補(bǔ)償增量受 凸輪安裝、曲面磨損等因素的影響，其補(bǔ)償量誤差較大，機(jī)械占位空間大、精度不高，不能滿 足5%。高精度控制的要求。HVP型智能閥門定位器由旋轉(zhuǎn)位置傳感器拾取閥門的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn) 換變?yōu)閿?shù)字編碼信號(hào)，與定位器的輸入(設(shè)定)信號(hào)的數(shù)字編碼在CPU中進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算二 者偏差值。如偏差值超出定位精度，則CPU輸出指令使相應(yīng)的開(kāi)/關(guān)壓電閥動(dòng)作，是通過(guò) CPU控制壓電閥來(lái)調(diào)節(jié)輸出氣源壓力的大小使輸入信號(hào)與閥位達(dá)到新的平衡。該定位器的 輸入(設(shè)定)信號(hào)是控制器發(fā)出的4 20mA線性的電流信號(hào)，而反饋的閥門位置信號(hào)則是 由旋轉(zhuǎn)型位置傳感器提供。由于閥門是直線位移而旋轉(zhuǎn)型位置傳感器是弧度位移，因此由 旋轉(zhuǎn)型位置傳感器讀取的閥門位置值與實(shí)際值始終存在誤差，采用傳統(tǒng)的補(bǔ)償方式消除該 誤差十分困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種方法以提高閥門定位器控制精度 的方法。為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出一種提高智能閥門定位器控制精度的方 法，包括以下步驟步驟1 選定旋轉(zhuǎn)位置傳感器一中間碼值作為基準(zhǔn)碼值；步驟2 設(shè)定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流百分比分別為0 和100，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)使旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，得到旋轉(zhuǎn)位 置傳感器的上限角度和下限角度，進(jìn)而得到上限直行程和下限直行程；步驟3 根據(jù)當(dāng)前電流百分比、上限直行程和下限直行程計(jì)算出旋轉(zhuǎn)位置傳感器 將轉(zhuǎn)動(dòng)至的目標(biāo)碼值；步驟4 驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟1具體為固定比例臂在旋轉(zhuǎn)位置傳感器上， 比例臂水平時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，選定一中間碼值作為基準(zhǔn)碼值后鎖緊比例臂與旋轉(zhuǎn)位置傳 感器。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟2具體為驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)，分別帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至上限碼值和下限碼值，再根據(jù)角度函數(shù)得 出上限角度和下限角度，最后根據(jù)正弦函數(shù)計(jì)算出上限直行程和下限直行程。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述角度函數(shù)是由采樣碼值減去基準(zhǔn)碼值后除以總碼 值再乘以360度求得角度值。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟3具體為根據(jù)當(dāng)前電流百分比、上限直行程和下
限直行程，用反正弦函數(shù)計(jì)算出旋轉(zhuǎn)位置傳感器將轉(zhuǎn)動(dòng)至的目標(biāo)碼值 式中hl，h2分別表示上限直行程和下限直行程。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，當(dāng)前電流百分比由公式^^xlOO得出，公式中x表 示通過(guò)切換時(shí)間對(duì)系統(tǒng)控制電源信號(hào)4mA 20mA的采樣電流值。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，輸出控制單元輸出電流百分比來(lái)控制I/P電氣轉(zhuǎn)換單 元，然后驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值時(shí)所在碼值與目標(biāo)碼 值的差值小于設(shè)定精度碼值。本發(fā)明采用正弦補(bǔ)償算法方式，把圓弧運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在 的誤差進(jìn)行修正，大大提高了對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制精度。下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員而言，從對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯 而易見(jiàn)。


圖1為本發(fā)明的流程框圖；圖2為本發(fā)明的比例臂安裝于旋轉(zhuǎn)位置傳感器的示意圖；圖3為本發(fā)明的公式推導(dǎo)位置關(guān)系示意圖；圖4為應(yīng)用于本發(fā)明方法的一種裝置的組成框圖；圖5為本發(fā)明的控制流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易理解，下面結(jié)合本發(fā)明一優(yōu)選實(shí) 施例，作詳細(xì)說(shuō)明如下如下為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，智能閥門定位器安裝在直行程的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥上，本 發(fā)明的一種提高定位器精度的控制方法包括以下步驟步驟1 選定旋轉(zhuǎn)位置傳感器一中間碼值作為基準(zhǔn)碼值；步驟2 設(shè)定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流百分比分別為最 小值0和最大值100，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的上下運(yùn) 動(dòng)分別帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至上限碼值和下限碼值，再根據(jù)角度函數(shù)得出上限角度和下限角度，最后根據(jù)正弦函數(shù)計(jì)算出上限直行程和下限直行程。步驟3 根據(jù)當(dāng)前電流百分比、上限直行程和下限直行程計(jì)算出旋轉(zhuǎn)位置傳感器 將轉(zhuǎn)動(dòng)至的目標(biāo)碼值；步驟4 驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值。
根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的一種提高定位器精度的控制方法包括以下 步驟，流程圖如圖1所示步驟1 固定一比例臂在旋轉(zhuǎn)位置傳感器上(如圖2所示)，當(dāng)比例臂水平時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng) 位 置傳感器，選定一個(gè)中間碼值，如0x800作為基準(zhǔn)碼值(即此時(shí)角度為0度)后鎖緊比例 臂與旋轉(zhuǎn)位置傳感器。步驟2 設(shè)定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流百分比分別為0 和100，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，分別帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳 感器轉(zhuǎn)動(dòng)至上限碼值vMax和下限碼值vMin，再根據(jù)角度函數(shù)得出上限角度α和下限角度
β，角度值是以弧度值表示，當(dāng)然也可以用度數(shù)值表示 上式中，OxFFF為總碼值，最后根據(jù)正弦函數(shù)計(jì)算出上限直行程hi和下限直行程 h2 hi = sin α *rh2 = sin3*r式中r表示力臂長(zhǎng)。步驟3:根據(jù)當(dāng)前電流百分比、上限直行程hi和下限直行程h2計(jì)算出旋轉(zhuǎn)位置傳 感器將轉(zhuǎn)動(dòng)至的目標(biāo)碼值；步驟4 驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值。根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，上述步驟3中目標(biāo)碼值可以通過(guò)反正弦函數(shù)計(jì)算如 下 上式中電流百分比由公式^4x100得出，智能閥門定位器接入系統(tǒng)控制電源信
20-4
號(hào)(4mA 20mA)，χ是通過(guò)輸入切換時(shí)間得到的采樣電流。上式中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器要轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于基準(zhǔn)碼值(即大于0度)時(shí)，電流百分 比加h2。反之，則減去h2。如圖3所示是應(yīng)用于本發(fā)明的裝置，該定位器由微處理器(CPU)、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器 及壓電控制閥、位置傳感器等部件組成，該定位器和執(zhí)行器組成一個(gè)反饋回路，輸入電源單 元接受來(lái)自控制器的4 20mA的電流信號(hào)，在送出與此信號(hào)成正比的輸入信號(hào)同時(shí)，要送 出能驅(qū)動(dòng)電路工作的電源。由位置傳感器測(cè)得的調(diào)節(jié)閥位置反饋信號(hào)作為被控制的變量， 與給定信號(hào)值在微處理器中作比較，這兩個(gè)偏差通過(guò)主控板的輸出口，發(fā)出不同長(zhǎng)度的脈沖，控制I/P轉(zhuǎn)換單元的輸出壓力，從而驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。輸出控制單元輸出電流百分比來(lái)控制I/P電氣轉(zhuǎn)換單元，然后驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn) 動(dòng)。本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值時(shí)允許有較小的誤差，即所在碼值與目 標(biāo)碼值的差值E小于設(shè)定精度碼值8。圖5是本發(fā)明方法的控制流程圖。通過(guò)以上的補(bǔ)償控制流程，把圓弧運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)于水平位置的直線運(yùn)動(dòng)，這就 與調(diào)節(jié)閥的直線運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)起來(lái)了。通過(guò)正弦補(bǔ)償算法就完成了定位器的高精度控制。精 度可達(dá)到5%。，表1是補(bǔ)償前、后控制精度的對(duì)照表。表 1 具有補(bǔ)償算法的智能閥門定位器它采用兩線制傳輸(即電源、4 20mA模擬信 號(hào))。它與傳統(tǒng)電-氣閥門定位器截然不同，智能閥門定位器與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成一個(gè)反 饋控制回路，在這個(gè)控制回路中，顯示的調(diào)節(jié)閥位置反饋信號(hào)作為被控制的變量，與給定信 號(hào)值在微處理器中作比較，這兩個(gè)信號(hào)的偏差通過(guò)輸出單元，發(fā)出不同長(zhǎng)度的脈沖，控制1/ P轉(zhuǎn)換單元壓力輸出口的壓力輸出，從而驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥帶上HVP智能閥門 定位器，能很好地克服摩擦力和閥芯上的不平衡力，提高調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)速度，使其定位更迅 速、精確，特別適合振動(dòng)頻繁場(chǎng)所。很好地解決了用戶因控制系統(tǒng)變化，由此而帶來(lái)更換調(diào) 節(jié)閥的煩惱，用戶只需對(duì)智能閥門定位器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定和調(diào)整，即可滿足要求。 因此，它廣泛運(yùn)用于石油、化工、電力、冶金、輕工等領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他實(shí)施例，在不背離本發(fā)明之精神及實(shí)質(zhì)的情況下，所屬技 術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變，但這些相應(yīng)的改變都應(yīng)屬于本發(fā) 明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1選定旋轉(zhuǎn)位置傳感器一中間碼值作為基準(zhǔn)碼值；步驟2設(shè)定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流百分比分別為0和100，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)使旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，得到旋轉(zhuǎn)位置傳感器的上限角度和下限角度，進(jìn)而得到上限直行程和下限直行程；步驟3根據(jù)當(dāng)前電流百分比、上限直行程和下限直行程計(jì)算出旋轉(zhuǎn)位置傳感器將轉(zhuǎn)動(dòng)至的目標(biāo)碼值；步驟4驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，所述步驟1具 體為固定比例臂在旋轉(zhuǎn)位置傳感器上，比例臂水平時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，選定一中間碼值作 為基準(zhǔn)碼值后鎖緊比例臂與旋轉(zhuǎn)位置傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，所述步驟2具 體為驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)，分別帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至上 限碼值和下限碼值，再根據(jù)角度函數(shù)得出上限角度和下限角度，最后根據(jù)正弦函數(shù)計(jì)算出 上限直行程和下限直行程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，所述角度函 數(shù)是由采樣碼值減去基準(zhǔn)碼值后除以總碼值再乘以360度求得角度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，所述步驟3具 體為根據(jù)當(dāng)前電流百分比、上限直行程和下限直行程，用反正弦函數(shù)計(jì)算出旋轉(zhuǎn)位置傳感 器將轉(zhuǎn)動(dòng)至的目標(biāo)碼值 式中hl，h2分別表示上限直行程和下限直行程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，電流百分比由公式^^100得出，公式中x表示通過(guò)切換時(shí)間對(duì)系統(tǒng)控制電源信號(hào)4mA 20mA的 20-4采樣電流值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，輸出控制單 元輸出電流百分比來(lái)控制I/P電氣轉(zhuǎn)換單元，然后驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高定位器控制精度的方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)位置傳 感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值時(shí)所在碼值與目標(biāo)碼值的差值小于設(shè)定精度碼值。
全文摘要
本發(fā)明提出一種提高定位器控制精度的方法，包括以下步驟步驟1選定旋轉(zhuǎn)位置傳感器一中間碼值作為基準(zhǔn)碼值；步驟2設(shè)定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流百分比分別為0和100，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作物理位置的上限和下限運(yùn)動(dòng)使旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，得到旋轉(zhuǎn)位置傳感器的上限角度和下限角度，進(jìn)而得到上限直行程和下限直行程；步驟3根據(jù)當(dāng)前電流百分比、上限直行程和下限直行程計(jì)算出旋轉(zhuǎn)位置傳感器將轉(zhuǎn)動(dòng)至的目標(biāo)碼值；步驟4驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)碼值。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的誤差進(jìn)行修正，大大提高了氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制精度。
文檔編號(hào)G05D3/12GK101876829SQ20091010373
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者耿曉明, 蔣浩, 鐘盛輝, 陳學(xué)軍 申請(qǐng)人:重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司