一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法与流程

本发明涉及伺服控制领域，尤其是一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法。

背景技术：

潜艇的主压载水舱上部设有通气阀，下部设有通海阀。需要下潜时打开主压载水舱的通气阀和通海阀，海水就从通海阀进入主压载水舱，同时水舱内的空气也从通气阀排出，潜艇开始下潜；一旦潜艇需要上浮，则关闭通气阀，同时向主压载水舱内供应高压气，逐步将海水从主压载水舱经通海阀压出艇外，潜艇重量变轻开始上浮。

阀门启闭装置起着控制阀门开启和关闭的重要作用。随着机电技术的发展，阀门启闭装置一般地采用电机+驱动控制器+减速器的结构来实现。阀门启闭装置对启闭时间，一般在5秒内，以及可靠到位锁死都有严格的要求。如果采用传统工业上的pid控制+单一的位置伺服控制，由于电机功率和尺寸的限制，很难满足快速开启和关闭的要求。本发明中的位置跟踪优化控制策略可以充分发挥电机能力，对负载扰动不敏感，满足阀门启闭的快速性要求。同时，本发明中的到位缓冲控制，不仅保证了阀门的可靠到位锁死，同时提高了阀门的到位后的密封性能。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法，s1，在永磁同步电机轴端安装位置传感器检测永磁同步电机转速和永磁同步电机位置；

s2，在执行机构末端安装位置传感器检测执行机构位置；

s3，将阀门位于最大开度时的位置设为位置0，将阀门位于关紧锁死时的位置设为p_max；

s4，若阀门处于打开位置，当收到阀门关闭指令时，控制策略采用速度环+电流环控制，永磁同步电机从静止加速，迅速运行到额定转速并保持运行一段时间；

s5,当检测到的执行机构位置达到阀门总开度p_max的一定数值时，控制策略切换到位置环+速度环的控制，此时的位置给定p_ref＝p_max；

s6，当永磁同步电机运行到位置p_max-m时，控制策略切换到速度环+电流环控制，随着对弹性材料的挤压量增大，电机电流也增大，当达到设定阈值i_set并持续一定时间后，则弹性材料的压缩量已达到系统可靠锁紧程度，然后利用其他制动抱死装置电磁制动器锁紧系统，此时永磁同步电机可断电停机；

s7,若阀门处于关闭位置，当收到阀门打开指令时，控制策略采用速度环+电流环控制，永磁同步电机从静止加速，迅速运行到额定转速并保持运行一段时间；

s8,当检测到的执行机构位置达到阀门总开度p_max的一定数值时，控制策略切换到位置环+速度环的控制，此时的位置给定p_ref＝0，整个电动机构通过位置闭环到达目标位置0处；

s9,电机驱动控制器接收上位机指令，控制阀门开启或者关闭。

优选的，所述s4，控制策略采用速度环+电流环控制，速度环+电流环控制采用基于滑模的二阶自抗扰控制算法，给定转速s_ref＝nn。

优选的，所述s5，执行机构位置需阀门总开度p_max的90％，位置环+电流环采用基于滑模的三阶自抗扰控制算法。

优选的，所述s6，p_max-m中m表示弹性材料的预留厚度，控制策略切换到速度环+电流环控制，给定电机转速s_ref＝0.2*nn。

优选的，所述s7，控制策略采用速度环+电流环控制，给定转速s_ref＝nn。

优选的，所述s8，执行机构位置需阀门总开度p_max的10％。

与现有技术相比，本发明提出了一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法，具有以下有益效果：

1、本发明提出了一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法，对于位置伺服系统，采用速度环+电流环控制来快速启动电机到额定转速，可使电机保持额定转速，然后切换到位置环+电流环的双环伺服控制，可控制电机快速运行到目标位置。

2、本发明提出了一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法，在控制环节引入速度自抗扰算法、位置自抗扰算法和滑模控制算法，其中自抗扰算法能够提高电机对于大负载扰动的抵抗力，滑模控制算法可用于提高整个伺服系统的响应速度。

3、本发明提出了一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法，目标位置处填充弹性材料可在机构到位后保证系统的密封性能。

4、本发明提出了一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法，利用检测的电流定量确定弹性材料压缩量，当电流增加到达设定阈值并持续一定时间后，则弹性材料的压缩量已达到系统可靠锁紧程度，然后利用其他制动抱死装置电磁制动器锁紧系统，此时电机可断电停机。

附图说明

图1为本发明阀门启闭装置组成图；

图2为本发明阀门启闭位置跟踪优控制策略图；

图3为本发明速度环+电流环的二阶自抗扰控制器结构框图；

图4为本发明位置环+电流环的三阶自抗扰控制器结构框图；

图5为本发明缓冲过程控制流程图；

图6为本发明缓冲过程的电流曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1-6，一种阀门启闭装置用位置跟踪优化控制方法，s1，在永磁同步电机轴端安装位置传感器检测永磁同步电机转速和永磁同步电机位置；

s2，在执行机构末端安装位置传感器检测执行机构位置；

s3，将阀门位于最大开度时的位置设为位置0，将阀门位于关紧锁死时的位置设为p_max；

s4，若阀门处于打开位置，当收到阀门关闭指令时，控制策略采用速度环+电流环控制，永磁同步电机从静止加速，迅速运行到额定转速并保持运行一段时间；

s5,当检测到的执行机构位置达到阀门总开度p_max的一定数值时，控制策略切换到位置环+速度环的控制，此时的位置给定p_ref＝p_max；

s6，当永磁同步电机运行到位置p_max-m时，控制策略切换到速度环+电流环控制，随着对弹性材料的挤压量增大，电机电流也增大，当达到设定阈值i_set并持续一定时间后，则弹性材料的压缩量已达到系统可靠锁紧程度，然后利用其他制动抱死装置电磁制动器锁紧系统，此时永磁同步电机可断电停机；

s7,若阀门处于关闭位置，当收到阀门打开指令时，控制策略采用速度环+电流环控制，永磁同步电机从静止加速，迅速运行到额定转速并保持运行一段时间；

s8,当检测到的执行机构位置达到阀门总开度p_max的一定数值时，控制策略切换到位置环+速度环的控制，此时的位置给定p_ref＝0，整个电动机构通过位置闭环到达目标位置0处；

s9,电机驱动控制器接收上位机指令，控制阀门开启或者关闭。

所述s4，控制策略采用速度环+电流环控制，速度环+电流环控制采用基于滑模的二阶自抗扰控制算法，给定转速s_ref＝nn。

所述s5，执行机构位置需阀门总开度p_max的90％，位置环+电流环采用基于滑模的三阶自抗扰控制算法。

所述s6，p_max-m中m表示弹性材料的预留厚度，控制策略切换到速度环+电流环控制，给定电机转速s_ref＝0.2*nn。

所述s7，控制策略采用速度环+电流环控制，给定转速s_ref＝nn。

所述s8，执行机构位置需阀门总开度p_max的10％。

具体实施方式：

电机驱动控制器接收上位机指令，控制阀门开启或者关闭，在永磁同步电机轴端安装位置传感器检测永磁同步电机转速和永磁同步电机位置，在执行机构末端安装位置传感器检测执行机构位置，将阀门位于最大开度时的位置设为位置0，将阀门位于关紧锁死时的位置设为p_max。

若阀门处于打开位置，当收到阀门关闭指令时，控制策略采用速度环+电流环控制，给定转速s_ref＝nn，永磁同步电机从静止加速，迅速运行到额定转速并保持运行一段时间，当检测到的执行机构位置达到阀门总开度p_max的90％时，控制策略切换到位置环+速度环的控制，此时的位置给定p_ref＝p_max。当永磁同步电机运行到位置p_max-m时，其中m表示弹性材料的预留厚度，控制策略切换到速度环+电流环控制，给定电机转速s_ref＝0.2*nn，随着对弹性材料的挤压量增大，电机电流也增大，当达到设定阈值i_set并持续一定时间后，则弹性材料的压缩量已达到系统可靠锁紧程度，然后利用其他制动抱死装置电磁制动器锁紧系统，此时永磁同步电机可断电停机。

若阀门处于关闭位置，当收到阀门打开指令时，控制策略采用速度环+电流环控制，给定转速s_ref＝nn，永磁同步电机从静止加速，迅速运行到额定转速并保持运行一段时间，当检测到的执行机构位置达到阀门总开度p_max的10％时，控制策略切换到位置环+速度环的控制，此时的位置给定p_ref＝0，整个电动机构通过位置闭环到达目标位置0处，同时保证了到位时的速度为零，避免了到位冲击。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。