專利名稱：一種電動執(zhí)行器脈沖控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖控制方法，特別是涉及一種電動執(zhí)行器脈沖控制方法。
背景技術(shù)：
DKJ型電動執(zhí)行器是DDZ型電動單元組合儀表中的執(zhí)行單元，它接受上 位儀表的控制信號，自動地操縱執(zhí)行機構(gòu)完成諸如風(fēng)門、擋板、水門、閥門等 設(shè)備的位置控制。如圖4所示，DKJ型電動執(zhí)行器由伺服放大器1、伺服電機 2、減速器3和位置發(fā)送器4組成。當(dāng)需要改變閥門的開度時，上位控制器發(fā) 出閥位控制指令(通常為4 20mA電流信號)給伺服放大器l，即伺服放大 器1的正向輸入端有信號輸入，此信號與極性相反的由位置發(fā)送器4測量的閥 位的位置反饋信號進行比較，比較后的偏差信號經(jīng)過伺服放大器1放大，使伺 服放大器l的功率級有足夠的功率輸出，以220V交流電的形式驅(qū)動兩相伺服 電機2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，伺服電機2的輸出扭矩經(jīng)減速器3轉(zhuǎn)變成低速大力矩輸出， 以帶動負載(閥門)轉(zhuǎn)動。減速器3輸出軸的轉(zhuǎn)動方向總是朝著減少輸入信號 與位置反饋信號的偏差方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)偏差信號為零時(小于伺服放大器1的死 區(qū))，即閥位的位置反饋信號等于閥位控制信號時，伺服放大器l無輸出，伺 服電機2的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)控制信號消失，此時減速器3輸出軸與負載(閥門)就 停在與閥位控制信號相對應(yīng)的位置上，完成一次調(diào)節(jié)，閥位控制信號不斷的變 化，執(zhí)行機構(gòu)也就不斷的跟隨調(diào)整。
伺服放大器1及位置發(fā)送器4是DKJ型電動執(zhí)行器的核心部件，它直接 關(guān)系到電動執(zhí)行器工作的可靠性。但是，現(xiàn)在的伺服放大器1和位置發(fā)送器4 可靠性很差，零點漂移嚴重，運行不穩(wěn)定，經(jīng)常故障，正常工作時間一般不超 過半年，有的使用不到一個月就壞了。另外，現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)閥門、風(fēng)門等設(shè)備 卡塞現(xiàn)象，這時的閥位的位置反饋信號與閥位控制指令存在偏差，伺服放大器 1始終輸出220V交流電驅(qū)動伺服電機2，而伺服電機2因閥門卡塞被堵轉(zhuǎn)， 很容易過流被燒毀。近年來，傳統(tǒng)的DDZ型電動單元組合儀表控制系統(tǒng)相繼改為DCS (Distributed Control System,分布式控制系統(tǒng))，電動執(zhí)行器的不可靠問題更 為突出，成為DCS改造的最大障礙。為解決此類問題，許多企業(yè)不得不淘汰 該類執(zhí)行器，高價購買集伺放于一體的進口 "電動頭"執(zhí)行器。"電動頭"執(zhí) 行器的價格是電動執(zhí)行器的3倍以上，維修周期長，維修費用高。隨著DCS 的質(zhì)量提高和普及應(yīng)用，DCS的價格在不斷下降，進口 "電動頭"執(zhí)行器的 價格在整個控制系統(tǒng)中所占的比重越來越大，甚至超過DCS,給企業(yè)造成很 大的經(jīng)濟負擔(dān)。因此，迫切需要研發(fā)新技術(shù)，將原來的電動執(zhí)行器加以利用， 節(jié)省投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服電動執(zhí)行器性能不可靠的問題，提供一種軟伺服代替 電動執(zhí)行器的伺服放大器和位置發(fā)送器，設(shè)計一種電動執(zhí)行器脈沖控制方法。
本發(fā)明基于的裝置由DCS的控制器、伺服電機、減速器和位置發(fā)送器組 成，閥門預(yù)備達到的開度值與位置發(fā)送器反饋的闊門真實開度值的偏差量經(jīng) DCS的控制器調(diào)整輸出位置增量控制伺服電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，伺服電機帶動減 速器轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度位置，
每個采樣周期內(nèi)調(diào)整閥門開度包括以下步驟
步驟a: DCS的控制器接收采樣周期內(nèi)計算的閥門開度控制增量du; 步驟b:計算減速器輸出量du—out， du_out=du—out+du，減速器輸出量 du—out等于前一個采樣周期傳遞過來的結(jié)果加上本次采樣周期內(nèi)計算的閥門
開度控制增量du;
步驟c:判斷減速器輸出量d、out是否滿足條件ldu—out|>SC，其中SC為
電動執(zhí)行器的死區(qū)；
判斷結(jié)果為是，執(zhí)行下一步；判斷結(jié)果為否，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度， 減速器無輸出；
步驟d:判斷減速器輸出量di^out是否滿足條件du—out>0，
判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟e;判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟f;
步驟e:判斷卡塞標(biāo)志flag_ks是否滿足條件flag—ks>0，
判斷結(jié)果為是，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器無輸出；判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟g;
步驟f:判斷卡塞標(biāo)志flag—ks是否滿足條件flag—ks<0,
判斷結(jié)果為是，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器無輸出；判斷結(jié)果為
否，執(zhí)行步驟h;
步驟g:輸出寬度為At，幅值為220V的脈沖電壓給伺服電機，控制伺服 電機正轉(zhuǎn)，脈沖寬度At- (|du—out|/100) XT—all,其中T—all為減速器全程時 間，即從開度0連續(xù)開到滿度100時所需的時間；
步驟h:輸出寬度為At，幅值為220V的脈沖電壓給伺服電機，控制伺服 電機反轉(zhuǎn)，脈沖寬度At- (|du_out|/100) XT—all,其中T一all為減速器全程時 間，即從開度0連續(xù)開到滿度100時所需的時間；
步驟i:判斷閥門是否卡塞；
判斷結(jié)果為是，執(zhí)行下一步；判斷結(jié)果為否，本次采樣周期調(diào)整完畢； 步驟j:上位機DCS報警輸出給操作員站進行相應(yīng)處理，并設(shè)置減速器輸 出量du—out=0，
步驟k:是否接到DCS確認處理完畢指令，
判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟/，判斷結(jié)果為否，結(jié)束本次調(diào)整，
步驟/:設(shè)置卡塞標(biāo)志flag—ks=0，
本次采樣周期結(jié)束。
本發(fā)明的優(yōu)點是
1、 摒棄了不穩(wěn)定的伺服放大器，顯著提高了電動執(zhí)行器工作的穩(wěn)定性和
可靠性；
2、 杜絕了因閥門、風(fēng)門等設(shè)備卡塞而導(dǎo)致電動執(zhí)行器的伺服電機燒毀的 情況；
3、 節(jié)省了大量投資。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖，圖2是實施方式二的流程圖，圖3是本發(fā)明 基于的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是背景技術(shù)中電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖l、圖3說明本實施方式，本實施方式基于的裝置由DCS的控制器5、伺服電機2、減速器3和位置發(fā)送器4組成，閥門 預(yù)備達到的開度值與位置發(fā)送器4反饋的闊門真實開度值的偏差量經(jīng)DCS的 控制器5調(diào)整輸出位置增量控制伺服電機2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，伺服電機2帶動減速 器3轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度位置，每個采樣周期內(nèi)調(diào)整閥門開度包括以下步驟-步驟a: DCS的控制器5接收采樣周期內(nèi)計算的閥門開度控制增量du; 步驟b:計算減速器3輸出量du—out, du_out=du_out+du，減速器3輸出 量du—out等于前一個采樣周期傳遞過來的結(jié)果加上本次采樣周期內(nèi)計算的閥門開度控制增量du;步驟c:判斷減速器3輸出量du_out是否滿足條件ldu—out|>SC，其中SC為電動執(zhí)行器的死區(qū)；電動執(zhí)行器的死區(qū)SC —般在1-1.5開度之間。判斷結(jié)果為是，執(zhí)行下一步；判斷結(jié)果為否，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器3無輸出；步驟d:判斷減速器3輸出量du—out是否滿足條件du_out>0,判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟e;判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟f;步驟e:判斷卡塞標(biāo)志flag—ks是否滿足條件flag—ks>0,卡塞標(biāo)志flag一ks有三種狀態(tài)，flag—ks =0說明閥門無卡塞，flag_ks=+l說明閥門正向卡塞，flag_ks=-l說明閥門反向卡塞。 .判斷結(jié)果為是，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器3無輸出；判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟g;步驟f:判斷卡塞標(biāo)志flag_ks是否滿足條件flag—ks<0,判斷結(jié)果為是，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器3無輸出；判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟h;步驟g:輸出寬度為At，幅值為220V的脈沖電壓給伺服電機2，控制伺 服電機2正轉(zhuǎn)，脈沖寬度At- (|du—out|/100) XT_all，其中T—all為減速器3 全程時間，即從開度0連續(xù)開到滿度100時所需的時間，減速器3運行全程的 機械角度范圍為0° 90。，用開度表示，則對應(yīng)數(shù)值為開度0 滿度100;步驟h:輸出寬度為At，幅值為220V的脈沖電壓給伺服電機2，控制伺服電機2反轉(zhuǎn)，脈沖寬度At二 (|du—out|/100) XT—all，其中T_all為減速器3 全程時間，即從開度0連續(xù)開到滿度100時所需的時間； 步驟i:判斷閥門是否卡塞；判斷結(jié)果為是，執(zhí)行下一步；判斷結(jié)果為否，本次采樣周期調(diào)整完畢； 步驟j:上位機DCS報警輸出給操作員站進行相應(yīng)處理，并設(shè)置減速器3 輸出量du—out=0，步驟k:是否接到DCS確認處理完畢指令，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟/，判斷結(jié)果為否，結(jié)束本次調(diào)整，步驟/:設(shè)置卡塞標(biāo)志flag—ks=0，操作員進行了相應(yīng)的故障處理并解決了故障后，會下達一個確認處理完畢 的指令，如果接到這個指令，意味著閥門卡塞問題已經(jīng)解決，則將卡塞標(biāo)志 flag一ks清零。本次采樣周期結(jié)束。需要調(diào)整的閥門的開度增量du不會一次加載給電動執(zhí)行器，而是分步經(jīng) 歷幾個采樣周期來完成，分成幾段取決于步長，所述步長由程序來設(shè)定， 一般 情況下，如果是PID控制，則步長《4;若是Fuzzy控制(模糊控制)，步長 <10，這樣設(shè)置不會出現(xiàn)第一個脈沖發(fā)出后，電動執(zhí)行器還沒執(zhí)行結(jié)束，下一 個采樣周期又發(fā)另一個脈沖的現(xiàn)象。本發(fā)明的電動執(zhí)行器脈沖控制方法與 DCS的控制程序配合使用，達到了很好的控制效果。因為需要調(diào)整的閥門的開度增量du按照DCS程序設(shè)定的步長分成若干 段，每個采樣周期內(nèi)計算的閥門開度控制增量du有可能小于死區(qū)SC，這樣需 要將本次采樣周期的減速器3輸出量du一out累積到下一個采樣周期中， 一旦 采樣周期的減速器3輸出量du—out的絕對值超過死區(qū)SC即可進行下一步。在給伺服電機2輸出脈沖之前先判斷卡塞標(biāo)志flag一ks的狀態(tài)，減速器3 輸出量du—out>0，說明程序下達指令讓減速器3帶動閥門正向旋轉(zhuǎn)，這時需 要判斷閥門是否處于正向卡塞狀態(tài)，如果閥門處于正向卡塞狀態(tài)，則不能再給 伺服電機2輸出正向的脈沖，否則伺服電機2會因過流而燒毀。減速器3輸出量du_out<0，說明程序下達指令讓減速器3帶動閥門反向 旋轉(zhuǎn)，這時需要判斷閥門是否處于反向卡塞狀態(tài)，如果闊門處于反向卡塞狀態(tài)，則不能再給伺服電機2輸出反向的脈沖，否則伺服電機2會因過流而燒毀。 本發(fā)明此步驟的設(shè)計克服了傳統(tǒng)電動執(zhí)行器在閥門卡塞時由于閥位反饋信號與閥位控制信號長時間存在偏差，致使伺服放大器1始終輸出220V交流電驅(qū)動伺服電機2,而導(dǎo)致伺服電機2過流燒毀的問題。
具體實施方式
二下面結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與實施方式一的不同之處在于，步驟i判斷閥門是否卡塞的方法包括以下幾個步驟步驟i-l:延時2叫Atl，計算閥位變化量AFW-FW-FW一1，其中FW為本次測量的閥位量，F(xiàn)W—1為上次測量的閥位量，延時一段時間的目的是考慮到減速器3執(zhí)行程序下達的旋轉(zhuǎn)命令要達到預(yù)定的目標(biāo)需要一定的時間，如果不延時立刻測量，測到的閥位信號是不準(zhǔn)確的，但是又不能延時太長，如延時超過了采樣周期則會跳到下一個采樣周期，使程序發(fā)生混亂，采樣周期的長短由程序自行定義。步驟i-2:判斷閥位變化量八FW是否滿足條件IAFWI〉0.5ldu—out|, 判斷結(jié)果為是，結(jié)束本次調(diào)整，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟f-3， 如果IAFWIX).5ldu—out|，我們認為閥位有變化，閥門沒有卡塞； 步驟i-3:判斷減速器3輸出量du—out是否滿足條件ldi^outl〉SC， 判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟f-4，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟f-5， 步驟i-4:設(shè)置卡塞標(biāo)志flag—ks=+l ，正轉(zhuǎn)卡塞， 步驟i-5:設(shè)置卡塞標(biāo)志flag—ks=-l，反轉(zhuǎn)卡塞。如果IAFWl〈0.5ldu—out|，判定閥位無變化，閥門處于卡塞狀態(tài)，這時需判 斷閥門是正向卡塞還是反向卡塞，如菊du—out|>SC，判定是閥門正向卡塞，并 設(shè)置卡塞標(biāo)志flag—ks=+l，如果ldu—out|<SC，判定是閥門反向卡塞，并設(shè)置卡 塞標(biāo)志flag_ks=-l ，卡塞標(biāo)志flag—ks置位的功能是供后續(xù)的程序運行時使用。其它與實施方式一相同。
權(quán)利要求
1、一種電動執(zhí)行器脈沖控制方法，它所基于的裝置由DCS的控制器(5)、伺服電機(2)、減速器(3)和位置發(fā)送器(4)組成，閥門預(yù)備達到的開度值與位置發(fā)送器(4)反饋的閥門真實開度值的偏差量經(jīng)DCS的控制器(5)計算后得到控制閥門位置的輸出增量，控制伺服電機(2)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，伺服電機(2)帶動減速器(3)轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度位置，其特征在于每個采樣周期內(nèi)調(diào)整閥門開度包括以下步驟步驟aDCS的控制器(5)接收采樣周期內(nèi)計算的閥門開度控制增量du；步驟b計算減速器(3)輸出量du_out，du_out＝du_out+du，減速器(3)輸出量du_out等于前一個采樣周期傳遞過來的結(jié)果加上本次采樣周期內(nèi)計算的閥門開度控制增量du；步驟c判斷減速器(3)輸出量du_out是否滿足條件|du_out|＞SC，其中SC為電動執(zhí)行器的死區(qū)；判斷結(jié)果為是，執(zhí)行下一步；判斷結(jié)果為否，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器(3)無輸出；步驟d判斷減速器(3)輸出量du_out是否滿足條件du_out＞0，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟e；判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟f；步驟e判斷卡塞標(biāo)志flag_ks是否滿足條件flag_ks＞0，判斷結(jié)果為是，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器(3)無輸出；判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟g；步驟f判斷卡塞標(biāo)志flag_ks是否滿足條件flag_ks＜0，判斷結(jié)果為是，本次采樣周期內(nèi)不調(diào)整開度，減速器(3)無輸出；判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟h；步驟g輸出寬度為Δt，幅值為220V的脈沖電壓給伺服電機(2)，控制伺服電機(2)正轉(zhuǎn)，脈沖寬度Δt＝(|du_out|/100)×T_all，其中T_all為減速器(3)全程時間，即從開度0連續(xù)開到滿度100時所需的時間；步驟h輸出寬度為Δt，幅值為220V的脈沖電壓給伺服電機(2)，控制伺服電機(2)反轉(zhuǎn)，脈沖寬度Δt＝(|du_out|/100)×T_all，其中T_all為減速器(3)全程時間，即從開度0連續(xù)開到滿度100時所需的時間；步驟i判斷閥門是否卡塞；判斷結(jié)果為是，執(zhí)行下一步；判斷結(jié)果為否，本次采樣周期調(diào)整完畢；步驟j上位機DCS報警輸出給操作員站進行相應(yīng)處理，并設(shè)置減速器(3)輸出量du_out＝0，步驟k是否接到DCS確認處理完畢指令，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟l，判斷結(jié)果為否，結(jié)束本次調(diào)整，步驟l設(shè)置卡塞標(biāo)志flag_ks＝0，本次采樣周期結(jié)束。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動執(zhí)行器脈沖控制方法，其特征在于步驟i判斷閥門是否卡塞的方法包括以下幾個步驟-步驟i-l:延時2xl厶tl，計算閥位變化量AFW-FW-FW一1，其中FW為本次位置發(fā)送器(4)測量的閥位量，F(xiàn)W_1為上次位置發(fā)送器(4)測量的閥位量， 步驟i-2:判斷閥位變化量AFW是否滿足條件IAFWIX).5ldu—out|, 判斷結(jié)果為是，結(jié)束本次調(diào)整，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟f-3， 步驟i-3:判斷減速器(3)輸出量du—out是否滿足條件ldu—out|>SC， 判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟f-4，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟f-5， 步驟i-4:設(shè)置卡塞標(biāo)志33§_1 =+1，正轉(zhuǎn)卡塞， 步驟i-5:設(shè)置卡塞標(biāo)志flag一ks^ 1,反轉(zhuǎn)卡塞。
全文摘要
一種電動執(zhí)行器脈沖控制方法，涉及一種脈沖控制方法。它為了克服電動執(zhí)行器性能不可靠的問題。本發(fā)明按采樣周期方式調(diào)整開度，包括a接收du；b計算減速器輸出量du_out＝du_out+du；c|du_out|＞SC？是，不調(diào)整；否，執(zhí)行下一步；dflag_ks＝0？是，執(zhí)行下一步；否，不調(diào)整；e輸出寬度為Δt的脈沖給伺服電機，控制其正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；f判斷閥門是否卡塞；是，執(zhí)行下一步；否，調(diào)整完畢；步驟g報警并處理，du_out＝0，h確認處理完畢指令？是，執(zhí)行步驟i，否，結(jié)束本次調(diào)整；iflag_ks＝0。提高了電動執(zhí)行器的穩(wěn)定性和可靠性，杜絕了因閥門卡塞而致伺服電機燒毀。
文檔編號F16K31/04GK101329563SQ20081013680
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者柴慶宣 申請人:柴慶宣