[发明专利]一种基于自抗扰控制算法的阀门电动执行器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于自抗扰控制算法的阀门电动执行器控制方法。该方法为：建立电机输出轴模型，得到电机输出轴的动力学平衡方程；建立齿轮减速机构模型，并简化为一阶线性系统；建立丝杠传动机构模型，将旋转运动变换为阀门电动执行器输出轴直线运动；建立阀门电动执行器输出轴模型；建立负载力模型；加入位移传感器，建立阀门电动执行器的位移传感器数学模型；根据阀门电动执行器传递函数，采用自抗扰控制算法对阀门电动执行器系统进行控制。本发明采用自抗扰控制算法对阀门电动执行器进行控制，能够使系统在实现解耦的同时减弱算法对于模型的依赖，提高了系统的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及阀门电动执行器控制技术领域，特别是一种基于自抗扰控制算法的阀门电动执行器控制方法。

背景技术

早期的阀门电动执行器是接收外部的开阀或者关阀信号，通过电机以及减速机构驱动阀门的打开或者关闭。目前越来越多的阀门电动执行器开始配置智能型控制器，可以与外部设备进行多种形式的通信，驱动阀门的打开或者关闭，同时可以根据外部给定的位置命令，控制阀门到达指定的位置。随着工业控制系统技术的不断发展、电气自动化水平的不断提高，阀门电动执行器愈发成为不可替代的环节。由于工业控制的整体发展水平制约，我国的阀门电动执行器的产品水平也相对较低。

阀门电动执行器可以分为电气和机械两部分，控制器属于电气部分的核心，直接决定了阀门电动执行器的效率和控制精度。国内对阀门电动执行器的研究起步较晚，自上世纪80年代以来，随着电子技术以及微机技术的高速发展，我国的阀门电动执行器技术发展迅速，但是仍存在以下问题：

(1)控制精度低。DKJ等大部分阀门电动执行器的基本误差为±2.5％，而阀门电动执行器作为执行机构的环节，其控制精度将直接影响到整个系统的控制精度。

(2)控制方式简单。控制方式通常只有手动、4～20mA、开关量的一种或几种，缺少对现场总线的支持。

(3)人机交互不够友好。由于早期的阀门电动执行器的控制方式简单、可设置参数少，厂家并未将人机交互作为一个重点研发的方向，导致人机交互简单、实用，但是不够友好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自抗扰控制算法的阀门电动执行器控制方法，能够根据阀门实际状态的变化快速、精确地实现阀门开度值的控制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于自抗扰控制算法的阀门电动执行器控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立电机输出轴模型，得到电机输出轴的动力学平衡方程；

步骤2，建立齿轮减速机构模型，并简化为一阶线性系统；

步骤3，建立丝杠传动机构模型，将旋转运动变换为阀门电动执行器输出轴直线运动；

步骤4，建立阀门电动执行器输出轴模型；

步骤5，建立负载力模型；

步骤6，加入位移传感器，建立阀门电动执行器的位移传感器数学模型；

步骤7，根据阀门电动执行器传递函数，采用自抗扰控制算法对阀门电动执行器系统进行控制。

作为一种具体示例，步骤1所述的建立电机输出轴模型，得到电机输出轴的动力学平衡方程，具体如下：

电机输出轴的动力学平衡方程为：

式中，J_m为折算到电机轴上的等效转动惯量；为电机输出角速度；为电机输出角加速度；K_t为电机转矩常数；i_a为电枢电流；T_L为负载力矩，即电机轴的输出力矩；V_m为电机轴等效粘性阻尼系数；η为传动系统总效率；F_s为阀门电动执行器输出轴驱动力；L为丝杠导程。