改进传统的扩大可调流量范围的分程控制系统的方法

本发明涉及分程控制领域，尤其涉及一种改进传统的扩大可调流量范围的分程控制系统的方法。

背景技术：

1、在简单的反馈控制系统中，一台控制器的输出只控制一台控制阀。通常控制阀能够控制的最大流量和最小流量有一定限制，例如柱塞控制阀通常可调范围最大流量和最小流量比r=30，但有时生产需要将流量控制在一个比较大的范围，其需要控制的最大流量和最小流量，相差太悬殊，单独一个阀门满足不了要求。还因为大流量阀门如果工作在流量特别小的流量时，会出现的问题有：阀门特性发生畸变、最小可控流量跳变、震荡，导致整个化工生产控制系统不稳定，这时就可采用大流量控制阀和小流量控制阀并联的分程控制系统。

2、在分程控制系统中，一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的控制阀。在分程控制里，控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段，由每一段信号去控制一台控制阀。

3、目前，分程控制技术难以解决的问题主要在于：由于大流量控制阀和小流量控制阀的流量特性不同，在分程控制交点（从一个信号范围段切换到下一个信号范围段的切换点）上，控制阀的流量特性经常会发生突变（即在特性曲线上产生斜率突变的折点），这种情况将使控制变得困难，控制品质变差。如图1所示，是两个线性流量特性控制阀a（小流量阀门）和b（大流量阀门）组成的传统分程控制系统对应的控制曲线图，通过图中的曲线可以看出在分程控制交点上，控制不平滑，产生了斜率突变的折点（控制器输出60%处）。该问题在线性流量特性阀门组成的扩大可调流量范围的分程控制系统中尤为严重。

4、为解决这一问题，目前的一种方法是a和b阀均采用对数特性控制阀。这种办法虽然有所改善，但是没有彻底解决上述技术问题。另外这种解决方法的缺点是分程点的平滑程度仍然取决于ab两阀本身的特性，且必须使用对数特性控制阀。目前另一种方法是通过计算设置合适的分程点，也即使用附设在控制阀上的阀门定位器，分程点计算指的是在pid控制器0-100% 的输出中找到某一点x，使得小阀门a在pid调节器0-x%输出段中工作，大阀门b在pid调节器x%-100% 输出段中工作。合适的x取值，将在分程点处，即阀a和阀b切换时，尽量保持阀门流量特性曲线平滑。这种方法有很大的缺点，为了满足曲线平滑要求，当使x取值较小时，其实质是把小流量阀门特性曲线的斜率变大，会失去小流量阀门用来缓慢调节流量的本来意义。

技术实现思路

1、为了解决传统的扩大可调流量范围的分程控制系统中，在两阀的流量特性曲线分程点上，易产生斜率突变的折点，导致控制品质差的问题，本发明提出了一种改进传统的扩大可调流量范围的分程控制系统的方法, 应用于分程控制系统的改进装置,所述改进装置包括：第一控制阀、第二控制阀、用于输出阀门开度值的控制器、基于阀门开度值输出各控制阀对应流量值的微处理器；所述方法包括：

2、s1：在传统的扩大可调流量范围的分程控制系统上进行控制器输出与对应流量试验，得到控制器输出与两个阀门总输出流量关系的曲线图，获取曲线上斜率突变的分程点；

3、s2：在分程点处, 用平滑曲线修改斜率突变点附近线段，得到平滑曲线，并通过在平滑曲线上间隔取值建立输入输出对照表；所述输入输出对照表中的每一行数据均包括：控制器的输出值、控制器输出值对应的总流量值，以及各控制阀对应的流量值；

4、s3：通过编写程序实现自动匹配与线性插值的功能以将控制器输出转化为平滑的总流量输出，并将程序烧录至微处理器；

5、s4：通过微处理器接收控制器的输出，并通过控制器的输出匹配输入输出对照表中的控制器输出值，若存在匹配一致的数据行，则获取该行数据中的流量值,若否，则基于平滑曲线利用线性插值的方法计算第一控制阀与第二控制阀对应的流量值，转换获取或计算出的流量值，得到各控制阀对应的开度控制信号，并同步发送至对应的控制阀；

6、s5：实时获取第一控制阀与第二控制阀的实际输出流量之和为实际总流量，并反馈至控制器,所述控制器利用pid控制算法与偏差值调整控制器的输出并返回s4步骤；所述偏差值为实际总流量与设定流量的差值。

7、与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

8、（1）本发明在传统的扩大可调流量范围的分程控制系统上进行控制器输出与对应流量试验，得到控制器输出与两个阀门总输出流量关系的曲线图，获取曲线上斜率突变的分程点；在分程点处, 用平滑曲线修改斜率突变点附近线段，得到平滑曲线，并通过在平滑曲线上间隔取值建立输入输出对照表；通过微处理器接收控制器的输出，并通过控制器的输出匹配输入输出对照表中的控制器输出值，若存在匹配一致的数据行，则获取该行数据中的流量值,若否，则基于平滑曲线利用线性插值的方法计算第一控制阀与第二控制阀对应的流量值，转换获取或计算出的流量值，得到各控制阀对应的开度控制信号，并同步发送至对应的控制阀，实现了对总流量的平滑控制，解决了现有技术中小阀门a在pid调节器0-x%输出段中工作，大阀门b在pid调节器x %-100% 输出段中工作，易产生斜率突变折点，导致控制品质差的问题；

9、（2）本发明基于平滑曲线输出各控制阀对应的流量值，提高了控制系统的应用范围；

10、（3）本发明通过实时获取第一控制阀与第二控制阀的实际输出流量之和为实际总流量，并反馈至控制器, 所述控制器利用pid控制算法与偏差值调整控制器的输出并返回s4步骤，从而形成闭环控制，以使实际流量总是接近于或等于设定流量，提高了流量的控制精度。

技术特征：

1.一种改进传统的扩大可调流量范围的分程控制系统的方法,其特征在于，应用于分程控制系统的改进装置,所述改进装置包括：第一控制阀、第二控制阀、用于输出阀门开度值的控制器、基于阀门开度值输出各控制阀对应流量值的微处理器；所述方法包括：

技术总结
本发明公开了改进传统的扩大可调流量范围的分程控制系统的方法，在传统的分程控制系统上进行控制器输出与对应流量试验，得到控制器输出与两个阀门总输出流量关系的曲线图，获取曲线上斜率突变的分程点；在分程点处,用平滑曲线修改斜率突变点附近线段，得到平滑曲线，在平滑曲线上间隔取值以建立输入输出对照表；通过微处理器接收控制器的输出，并通过控制器的输出匹配输入输出对照表中的控制器输出值，若存在匹配一致的数据行，则获取该行数据中的流量值,若否，则利用线性插值方法计算第一控制阀与第二控制阀对应的流量值，转换获取或计算出的流量值，得到各控制阀对应的开度控制信号，并同步发送至对应的控制阀，实现了对总流量的平滑控制。

技术研发人员：李勇,王婧婧
受保护的技术使用者：宁波职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22