气动调节阀是工业气动控制行业中普遍使用的重要流量调节终端,多用于外部环境复杂和流量精度要求高的工业化场合,这就要求阀门控制系统需具备优良的调控水平和抗干扰能力。阀门定位控制器作为调节阀的控制核心决定着气动调节阀的调节精度和响应速度,在调节阀的运作中发挥着不可替代的作用。因此,开发高性能、低功耗的阀门定位控制器产品对于阀门控制系统综合性能的提高具有极大意义。本文基于提高气动调节阀的调控性能和安全性能的目标,对智能气动阀门控制系统展开了设计与研究。本文首先对气动调节阀的结构和阀门控制系统的工作原理进行了详细的阐述,考虑到阀门执行端的复杂性和时变性,采用了分块建模的思想,将控制对象划分为电气转换子模块、执行机构子模块和调节机构子模块并分别进行机理建模,得到了各子模块的传递函数以及机理特性;其次,本文根据系统功能要求完成了对系统总体方案的设计和硬件部分、软件部分的设计,选择了高性能STM32-F103RCT6作为微处理器芯片,在此基础上完成了电源供电、串口通信、人机交互、信号采集和驱动控制等主要控制板电路的设计和主要外部硬件装置的配置;除此之外,本文在硬件的基础上对主控制器程序进行了设计、编写,并完成了基于LABVIEW检测与控制界面的设计开发,配置了便携式NI采集装置和NIDAQmx界面作为“测试单元”使用;最后,根据该阀门执行端机理模型具有时变非线性和明显迟滞性的特点,本文对该系统的动态特性和稳定性展开了具体分析,结合常规PID算法在非线性系统中无法在线整定参数和模糊PID算法无法解决系统迟滞性的问题,设计了全新的优化型灰色预测模糊PID控制器,并在MATLAB平台中针对各控制算法应用下的对象模型进行了对比性联合仿真,在搭建好的实验平台中完成了各算法应用下的位置跟踪实验。通过整合系统仿真和实验结果表明,相较于其他控制算法的调控效果,优化型灰色预测模糊PID算法能够更好地改善系统的迟滞性,减小系统的超调量和响应时间,提高系统的定位精确度和抗干扰能力,使系统拥有更好的响应动态性能和稳态性能。通过上述工作内容,本文完成了针对主控制器和检测界面等部分的具体设计,在大量算法仿真和验证实验的基础上最终确立了优化型灰色预测模糊PID算法的适用性和优越性。该定位系统的性能、精度达到了本文的预期要求,使得它相较于目前市场上的大多阀门定位控制产品有着明显的竞争力。