1智能电气阀门定位器工作原理分析

    智能阀门定位器主要用于调控控制阀，采集控制器输出的电流控制信号，通过气压信号调控阀门。调控阀产生动作后，阀杆会产生一定的位移，并将相关的信号传递到阀门定位器。定位器对输入控制信号和阀位反馈信号进行对比分析，如果两种信号不同，则促使阀门的驱动部件进行工作，直至两种信号相同为止。如果两种信号相同，则驱动部件不会对阀位进行调节。智能电气阀门定位器具有控制高、自主分析性强、效率高等优势。

    智能电气阀门定位器的工作原理用图1描述，关键的控制电路是单片机，其可采集控制器的阀门开度信号（4～20mA），获取该信号同实际的开度反馈信号差，按照该信号差的方向以及大小产生电压信号并对电气动放大器PV1以及PV2进行控制。

    随着电子技术的不断发展，单片机的集成度也不断增强，进而提高总体部件的运行效率和准确性；以单片机为基础的系统中主要采用PID控制算法完成定位控制；但是随着设备复杂程度的增加，这种控制方法的弊端逐渐显现。主要是由于气压经过单向阀A以及B的开关对阀门膜头的进气以及出气量进行调控，促使阀芯的位置发生变化，从而对气氛的开度进行适当的调控，实现阀门的准确定位。如果正信号误差较大，则产生的一系列信号将会导致单向阀A快速开启，单向阀B闭合，使得阀门膜头的气压增加，否则负信号误差较大时，产生的信号使得阀快速A闭合，阀B快速开启，使得阀门膜头气压降低，惯性增大。如果信号差是零，则产生的信号使得阀A和B都闭合，此时阀门膜头气压的稳定性被破坏，形成控制信号模糊化，控制超调现象，影响控制。

    2改进的动态自主PID控制方法

    由于误差的存在，导致传统的PID控制过程存在过控制现象。本文在传统的控制方法基础上，提出了一种基于融合去模糊化的PID控制方法。

    2.1去除动态PID信号模糊性

    在传统的PID控制中，由于误差的存在，使得控制信号存在模糊性，为了去除这种模糊性，可设置动态PID控制器系统的误差是E，系统误差表达式为e（t）、误差波动率EC，表达式为e（t），K为调节系数，可得：

    （1）

    （2）

    则能够得到融合改进调整函数的控制律是：

    U=βE+（1－β）EC（3）

    式（3）中，β表示相应的比例系数，式（2）中Kec（t）表示微分系数，进而能够获取调整函数是

    β=β0+Kβ|E‖E|max（4）

    式（4）中，β0用于描述|E|时调整因子，0≤β≤0.5，0≤β≤1，Kβ是常数0≤Kβ≤（1－β0）。

    式（4）能够依据误差的大小自主调控误差以及误差的波动性对控制作用的权重。融合改进调整函数的动态PID控制器的结构图用图2描述。

    通过图2所示控制器能够对调整函数进行在线自主调控，误差e同u间的控制规范具有动态性，误差e同控制u间的控制规范是一种动态的PID控制规范。

    依据相关的控制经验可得，Δkp、Δki、Δkd的波动范围分别是（-0.4，0.4）、（-0.08，0.08）、（-0.25，0.25），需要将这些参量归一化到范围（-5，5）中。设置系统e’，ec’，Δkp、Δki、Δkd的波动区域是模糊集的论域是e’，ec’，Δkp、Δki、Δkd={-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}模糊子集是e’，ec’，Δkp、Δki、Δkd={NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，按照相关的控制经验可塑造Δkp、Δki、Δkd的模糊标准表，设置e’，ec’，Δkp、Δki、Δkd满足正态分布，明确论域中不同元素对模糊变量的隶属度，建立模糊控制表。利用重心法去模糊化，获得PID参数的修正值，采用查询表的方式在微控器中实现。