基于HART協(xié)議的低功耗閥門(mén)智能定位器是一種可以遠(yuǎn)程進(jìn)行組態(tài)和控制的數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)也可以通過(guò)人機(jī)接口在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試。整個(gè)定位器系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、組態(tài)模式三種。三種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換可由系統(tǒng)的功能鍵進(jìn)行切換。

1、系統(tǒng)工作時(shí)的信號(hào)流

自動(dòng)模式是閥門(mén)智能定位器的主要工作方式，自動(dòng)模式下的系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值和反饋值進(jìn)行一系列處理后，調(diào)用相應(yīng)控制算法，控制算法的輸出直接驅(qū)動(dòng)壓電閥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)閥位的自動(dòng)跟蹤控制。設(shè)定信號(hào)和反饋信號(hào)的兩條不同的通路：一是對(duì)設(shè)定信號(hào)的處理，包括輸入范圍、作用類(lèi)型選擇、分程控制、流量特性、自動(dòng)密閉、輸入延遲等；二是對(duì)閥位反饋信號(hào)的處理，包括非線性反饋修正、手動(dòng)行程設(shè)定修正、閥位限制等。

處理后的信號(hào)在自整定過(guò)程中被同時(shí)傳入自整定模塊，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)這些實(shí)時(shí)信息的分析，通過(guò)計(jì)算獲得所需運(yùn)行時(shí)參數(shù)；在系統(tǒng)處于自動(dòng)模式和手動(dòng)模式時(shí)，處理后信號(hào)被送到控制算法單元，控制算法根據(jù)偏差大小及當(dāng)前閥位位置計(jì)算出PWM控制脈沖的占空比及控制周期，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣路的閉環(huán)控制。

2、運(yùn)行時(shí)參數(shù)自整定

傳統(tǒng)定位器，整定組態(tài)參數(shù)時(shí)非常繁瑣。每個(gè)參數(shù)都需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。閥門(mén)智能定位器通過(guò)微控制器，做到大部分參數(shù)可自動(dòng)判定。在定位器安裝和調(diào)試的過(guò)程中，用戶只需進(jìn)行很少的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了整定過(guò)程的自動(dòng)化。運(yùn)行時(shí)參數(shù)自整定過(guò)程中主要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟：①確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用方向。②確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零點(diǎn)和行程。③泄漏量測(cè)試。④確定小化定位增量。⑤瞬時(shí)優(yōu)化響應(yīng)。

3、帶死區(qū)的五步開(kāi)關(guān)控制算法

五步開(kāi)關(guān)控制算法首先得到控制量與反饋量的偏差，并對(duì)偏差進(jìn)行分類(lèi)，偏差較大時(shí)，進(jìn)行粗調(diào)；偏差較小時(shí)，則輸出連續(xù)脈沖進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。由于振動(dòng)將使閥門(mén)智能定位器進(jìn)行無(wú)休止的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)狀態(tài)，這勢(shì)必影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命，死區(qū)設(shè)置使上述問(wèn)題得到很好解決；另外，還需進(jìn)行閥門(mén)禁閉功能的設(shè)置，以避免閥門(mén)關(guān)不死，即閥門(mén)汽缸中有殘余的壓力。算法首先根據(jù)當(dāng)前誤差的大小計(jì)算出PWM控制波形的占空比，然后根據(jù)誤差的正負(fù)進(jìn)行充放氣的識(shí)別，并調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)直接對(duì)壓電閥進(jìn)行充、放氣控制。

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