【摘 要】
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电动阀门是现代化工业生产过程中的重要设备,在涉及到流体传输的水利工程、石油化工、电力生产及舰船等领域得到了广泛应用。电动执行器作为控制与驱动电动阀门的主要装置,是控制流体传输系统中流量大小的关键。十多年前对于流量控制精度要求高的项目,90%以上都采用进口电动执行器。随着电力电子控制技术和电子元器件的快速发展,国内已经有相关公司在研制和生产电动执行器,但是依然存在着控制精度低、稳定性和可靠性较差、远
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电动阀门是现代化工业生产过程中的重要设备,在涉及到流体传输的水利工程、石油化工、电力生产及舰船等领域得到了广泛应用。电动执行器作为控制与驱动电动阀门的主要装置,是控制流体传输系统中流量大小的关键。十多年前对于流量控制精度要求高的项目,90%以上都采用进口电动执行器。随着电力电子控制技术和电子元器件的快速发展,国内已经有相关公司在研制和生产电动执行器,但是依然存在着控制精度低、稳定性和可靠性较差、远程监控功能弱等问题。针对电动阀门执行器现有的这些问题,以无刷直流电机作为驱动电机,对电动阀门执行器中的一些关键问题进行了深入研究。首先,对所选用的阀门的进行了流量特性分析,利用ANSYS CFX对阀门流场进行了数值模拟,得到了阀门流体速度矢量图和压力云图,并通过数值模拟和实验得出了阀门流量大小与压差、开度的关系,为电动阀门流量的精准控制提供了理论支撑。其次,针对传统电动执行器存在的位置控制精度不高、抗干扰性能差等问题,采用了一种基于改进自抗扰的三环位置控制策略,优化了传统自抗扰算法,实现了输入微分前馈和实时扰动补偿,提高了电动执行器的位置控制精度和抗干扰能力。对PID控制、传统自抗扰控制和改进自抗扰控制系统进行了对比仿真分析,结果表明,改进之后的自抗扰控制系统与传统PID控制系统相比,到达稳态的时间减少了14.43%,相比于传统自抗扰控制系统减少了6.79%,位置控制精度也远远高于另外两种算法;同时改进自抗扰控制系统与PID控制系统相比,抗干扰能力提高了87.1%,比传统自抗扰控制系统提高了75%,抗干扰能力得到大幅度提升。然后,采用CAN总线对电动阀门进行了远程监控。分析了CAN总线的通信原理,通过采用指数分区的最早截止期优先算法对CAN通信的实时调度进行了优化,提高了网络的实时性。对CAN通信的软硬件进行了设计,用MATLAB编写了上位机界面,用于实时监控阀门运行状态,实现了较好的远程监控功能。最后,对电动执行器的控制器软硬件进行了相关设计,搭建了一台电动阀门执行器实验样机,然后分别对电动阀门执行器的位置控制精度和阀门整体流量控制精度进行了实验。结果表明,电动执行器在不同开度下的平均位置控制精度均小于控制要求0.5%;在不同压差条件下,电动阀门流量控制精度均小于控制要求3%;同时通过上位机能很好地实现远程监控。
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