专利名称：补偿气动驱动的设备的滞后的方法和电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于补偿气动驱动的设备的滞后的方法，所述设备具有由位置调
节器所控制的电动-气动阀，该电动-气动阀被设置在闭合的调节回路中，用于对由其操纵 的设备的气动调节驱动器的开关单元进行位置调节，其中系统的滞后效应由位置调节器通 过至少一个滞后校正因子进行补偿。此外，本发明还涉及一种用于实现这种方法的电子装 置，以及与之相关联的计算机程序产品和数据载体。
背景技术：
本发明主要应用在气动调节驱动器领域。其通常包括电子的位置调节器，该位置 调节器根据预定的额定值把连接到气动调节驱动器的设备调整到所希望的打开程度。所述 设备例如可以是位于一个工艺技术设备的管路系统内的处理阀。除此之外，这里感兴趣的 类型的气动调节驱动器还适用于操纵其它工业设备和类似设备。 产品展望"Der kompakte， intelligente Stellungsregler (紧凑智能位置调节 器)"(ABB自动化产品有限公司，印刷品编号:50/18-19DERevA，2005年6月出版)公开了 一种用于气动调节驱动器的电子位置调节器。该位置调节器被设计为在外部安装到气动调 节驱动器上的电子器件箱的形式。该位置调节器是一种可参数化的、(最好借助现场总线) 具备通信能力的设备。功能重点在于，调节程序的运行由微处理器控制。这里的额定值预 先设定通过以双导体技术设计的现场总线连接端来实现。此外，位置调节器具有用于最大 高至6巴的空气压力的送气连接端，以及用于将位置调节器所产生的控制压力进一步传导 到气动位置调节器的控制腔的工作连接端。 此外，位置调节器为了传送由气动调节驱动器所操纵的开关单元的当前位置的实 际值还具有传感器输入。当前位置的实际值通过设置在开关单元上的位置传感器而获得。 调节驱动器的气动控制持续地利用后接有3门3路阀的I/P模块来实现。该3门3路阀尽 可能成比例地允许调节驱动器的进气或排气。在中间位置处是关闭位置，在该位置下外部 的连接端全部被截止。位置调节器工作状态的参数化和观察可以利用内置的操作面板直接 在现场实现，或者可以经由基于总线协议的通信连接端通过上级的控制单元集中实现。
由US2007/0045579A1得到了一种气动位置调节器，它被设计为带有3门3路阀的 1/P模块。3门3路开关位置使得输送用于所连接的气动调节驱动器的控制压力的工作连 接端可以提供进气、关闭位置和排气三种位置。具备3门3路开关功能的电动-气动阀具 有两个指向相反调节运动方向并作用程度相同的闭锁元件，这些闭锁元件分别限定了一个 内部控制腔，其中这两个控制腔分配有一个共用的控制压力连接端。其中的一个闭锁元件 用于工作连接端的进气，而另一个闭锁元件用于工作连接端的排气。当这两个闭锁元件不 工作时，该阀门处于关闭位置。 为了进行位置调节，这样的或类似的电动-气动阀提供与所输送的开关单元气动 调节值尽可能成比例关系的电控制信号，其中在气动一侧存在反作用的干扰量，这些干扰 量是由设备的开关单元处的力以及滞后而引起的。此外，诸如温度波动、压力波动等的影响量会干扰理想的比例关系。为了仍能实现尽可能线性的关系，位置调节器部分考虑到了以 传感器技术所确定的校正值。但由此可得到的结果往往不那么令人满意。其中一个重要的 影响因素造成了阀门机构的滞后。 这个问题根据通常的现有技术目前以信号处理技术方式是这样来解决的通过固 定设置的校正因子克服滑动摩擦的摩擦力。然而，在阀门机构从静止位置开始运动的阶段 期间，起主要作用的是静摩擦力，其目前还不能足以得到补偿。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于补偿滞后效应的方法和电子装置，其考虑到 造成延迟的不同原因，改善了气动调节驱动器的调节质量。 该任务由权利要求1的前序部分所述方法出发，结合其特征部分所述的特征来解 决。关于与之相对应的电子装置参照权利要求8。权利要求10包含实现该方法的计算机程 序产品，其在所述电子装置上执行。
本发明给出了以下方法技术指导通过调节技术对滞后效应的补偿对于开关单元
开始运动或者反向运动的第一基本情况以及对于开关单元连续运动的第二基本情况分别
地执行，从而在第一基本情况下补偿占主导地位的静摩擦力，在第二基本情况下补偿占主
导地位的滑动摩擦力，其中气动调节驱动器分别与之匹配地驱动开关单元。
本发明所述解决方案的优点尤其是在于在气动调节驱动器工作期间能够自动地
执行对滞后效应的匹配于不同特性的补偿，这尤其是对于开关单元开始运动的阶段表现出
改进的调节质量。为此不需要特别的附加传感设备。输入值可以通过开关单元上本来已有
的位置传感器获得，由此可确定运动特征曲线。 优选的是，设置通过位置调节器根据针对第一基本情况对调节回路特性进行信号 技术分析所确定的至少一个第一开放点，以控制电动-气动阀。对于第二基本情况，这以第 二开放点来实现。通过确定开放点，决定性地确定了系统调节质量。换句话说，调节过程针 对开始运动或换向使用了根据相应开始运动标准所确定的开放点。如果与此相反，开关单 元正在运动中，则针对已有运动方向使用根据速度标准所确定的开放点。 为了确定理想开放点而获得调节回路特性，在第一基本情况下可以考虑激励开始 之后开关单元突然转变的时间点。也就是说，考虑从电信号预先给定之后直至开关单元突 然转变的时间段，其以传感器技术通过位置传感器来确定。为了针对第二基本情况获得调 节回路特性，考虑在开关电路突然转变到再次停止之间所得到的平均速度。通过确定测得 的速度，可以进一步排除干扰影响。 为了初始化过程中找到电动-气动阀的开放点，建议用控制信号来激励该电 动_气动阀，所述控制信号对应于所估计的开放点，其中在该控制信号下调节回路特性通 过用传感器技术获取开关单元的运动而被检测。由此，如果所确定的调节回路特性在当前 开关点下并不对应于额定预设值，则随后可根据分析结果改变控制信号。在最简单的情况 下，这可以通过所定义的对该信号的偏移量来实现。 前面总体上描述的方法可作为用于确定滞后补偿的程序体现为计算机程序产品 的形式，它由相应包含在软件中的控制指令转换而成，并由电子调节单元执行。就此而言， 该电子调节单元包括至少一个带有存储单元的微处理器，所述存储单元用于保存所述软件以及至少对运行产生影响的参数。该电子调节单元是气动调节驱动器的闭合调节回路的组 成部分，可以作为位置调节器最好直接在用于操纵与之相连的设备的气动驱动器处设置在 电子装置中。
下面整体上通过借助附图对本发明优选实施例的说明详细描述对本发明加以改 进的其它措施。如图所示 图1是设备的气动调节驱动器的侧面示意图，以及
图2是用于表示补偿滞后的X-p图的图示。
具体实施例方式
根据图l，在一个只示意示出的工艺技术设备的管路1中以基础结构方式置入了 一个处理阀形式的设备2。该设备2在其内部具有一个与阀座3共同作用的关闭体4，用于 控制流过的处理介质5的量。关闭体4由气动调节驱动器6通过一个作为往复拉杆的开关 单元7线性地驱动。气动调节驱动器6通过轭8与设备2固定连接。在轭8上还设置了一 个电子模块形式的位置调节器9。 通过位置传感器10，开关单元7的往复运动被报告给位置调节器9。为了正常工 作，所检测到的往复运动通过调节单元12与保存在存储单元中的、从外部引入的额定值进 行比较，并根据所确定的调节偏差来操控调节驱动器6。位置调节器9的调节单元12具有 一个作为1/P转换器的电动-气动调节阀13，用于将电调节偏差转换成等效的控制压力。 调节单元12的电动-气动调节阀13通过压力介质导管14与调节驱动器6相连。在调节 驱动器6内部，通过经由压力介质导管19输送的控制压力被施加到一个位于内部的、这里 不能进一步看出的开关膜片上，该开关膜片线性地驱动开关单元7。 为了对在该系统中出现的静摩擦力和滑动摩擦力分别进行补偿，通过调节单元12
以程序技术方式区分两种基本情况。对于开关单元7开始运动或者换向运动的第一种基本
情况，对其中占主导地位的静摩擦力进行补偿，与之相对地，在开关单元连续运动的第二种
基本情况下，对其中占主导地位的滑动摩擦力进行补偿。这通过使气动调节驱动器6分别
与之匹配地驱动开关单元7来实现，其中对信号给出不同大小的偏移量。 根据图2中所示的x-p图，示出了开关单元的位置与压力之间的关系，由此得到了
说明性的特性。对于滑动摩擦的区域(点虚线)，得到了与静摩擦区域不同的特性，静摩擦
区域的特性借助在该图中同样引入的轨迹(实线)来表示。直到开关单元开始运动，静摩
擦力确定了这种关系。之后，多余能量被转换成快速运动。 一旦其减小，开关单元就随滑动
摩擦而运动。 附图标记列表 1 管路 2 设备 3 阀座 4 关闭体 5 处理介质
6调节驱动器7开关单元8轭9位置调节器10位置传感器11存储单元12调节单元13阀门14压力介质导管X位置P压力
权利要求
一种用于补偿气动驱动的设备(2)的滞后的方法，所述设备具有由位置调节器(9)所控制的电动-气动阀(13)，该电动-气动阀被设置在闭合的调节回路中，用于对由其操纵的设备(2)的气动调节驱动器(6)的开关单元(7)进行位置调节，其中系统的滞后效应由位置调节器(9)通过至少一个滞后校正因子进行补偿，其特征在于，通过调节技术对滞后效应的补偿对于开关单元(7)开始运动或者反向运动的第一基本情况以及对于开关单元(7)连续运动的第二基本情况分别地执行，从而在第一基本情况下补偿占主导地位的静摩擦力，在第二基本情况下补偿占主导地位的滑动摩擦力，其中气动调节驱动器(6)分别与之匹配地驱动开关单元(7)。
2. 根据权利要求l的方法，其特征在于，设置通过位置调节器(9)根据针对第一基本情 况对调节回路特性进行信号技术分析所确定的至少一个第一开放点，以控制电动_气动阀 (13)。
3. 根据权利要求l的方法，其特征在于，设置通过位置调节器(9)根据针对第二基本情 况对调节回路特性进行信号技术分析所确定的至少一个第二开放点，以控制电动_气动阀 (13)。
4. 根据权利要求l的方法，其特征在于，为了获得在第一基本情况下的调节回路特性， 考虑激励开始之后开关单元(7)突然转变的时间点。
5. 根据权利要求l的方法，其特征在于，为了获得在第二基本情况下的调节回路特性， 考虑在开关单元(7)突然转变到再次静止之间的平均速度。
6. 根据权利要求l的方法，其特征在于，为了初始化过程中找到电动-气动阀(13)的 开放点，用控制信号来激励该电动-气动阀，所述控制信号对应于所估计的开放点，其中在 该控制信号下调节回路特性通过用传感器技术获取开关单元(7)的运动而被检测，以便当 所确定的调节回路特性在当前开关点下并不对应于额定预设值时根据分析结果改变控制 信号。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，用于激励电动-气动阀(13)进气和排气的控 制参数被分别预先给定。
8. —种用于补偿气动驱动的设备(2)的滞后的电子装置，所述设备具有由位置调节器 (9)所控制的电动-气动阀(13)，该电动-气动阀被设置在闭合的调节回路中，用于对由其 操纵的设备(2)的气动调节驱动器(6)的开关单元(7)进行位置调节，其中系统的滞后效 应由位置调节器(9)通过至少一个滞后校正因子进行补偿，其特征在于，通过调节技术对滞后效应的补偿对于开关单元(7)开始运动或者反向运动的第一基 本情况以及对于开关单元(7)连续运动的第二基本情况分别地执行，其中在第一基本情况 下补偿占主导地位的静摩擦力，在第二基本情况下补偿占主导地位的滑动摩擦力，其中气 动调节驱动器(6)分别与之匹配地驱动开关单元(7)。
9. 根据权利要求8的电子装置，其特征在于，所述电动-气动阀(13)具有三门三路开 关功能，带有排气、关闭位置和进气三种开关位置。
10. 用于如权利要求8所述电子装置的计算机程序产品，其可根据权利要求1至7之一 所述的方法工作，其中用于以调节技术方式补偿滞后效应的程序通过相应包含在软件中的 控制指令来实现。
11. 带有如权利要求10所述计算机程序产品的数据载体。
全文摘要
一种用于补偿气动驱动的设备(2)的滞后的方法和电子装置，所述设备具有由位置调节器(9)所控制的电动-气动阀(13)，该电动-气动阀被设置在闭合的调节回路中，用于对由其操纵的设备(2)的气动调节驱动器(6)的开关单元(7)进行位置调节，其中系统的滞后效应由位置调节器(9)通过至少一个滞后校正因子进行补偿，其中通过调节技术对滞后效应的补偿对于开关单元(7)开始运动或者反向运动的第一基本情况以及对于开关单元(7)连续运动的第二基本情况分别地执行，从而在第一基本情况下补偿占主导地位的静摩擦力，在第二基本情况下补偿占主导地位的滑动摩擦力，其中气动调节驱动器(6)分别与之匹配地驱动开关单元(7)。
文档编号F15B13/02GK101782088SQ201010003519
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月12日 优先权日2009年1月14日
发明者H·克雷瑟 申请人:Abb技术股份公司